摘要：梁拱組合橋的出現(xiàn)解決了在軟土地基上修建拱橋的困難，有很強的生命力。經(jīng)過一百多年的發(fā)展，隨著橋梁分析理論的完善、分析手段的進步，隨著新材料、新工藝的應用，人們對梁拱組合橋的認識不斷提高。本文針對連續(xù)梁拱組合橋梁的研究現(xiàn)狀，為進一步了解梁拱組合橋的構造特點、受力特性、適應情況及施工方法，對梁拱組合橋梁的一些典型的靜力問題進行分析研究，對該類橋型的設計施工提出一些建議，以期在今后此類橋梁的設計施工中起到參考和借鑒的作用。
　　關鍵詞：鐵路；連續(xù)梁拱；性能
　　一、連續(xù)梁拱式橋梁的受力特點
　　梁拱組合式橋梁在受力特征上是典型的三元結構，即由活載分布構件、力的傳遞構件及主要承重構件組成。其中系梁、橫梁與橋面板共同作用為活載分布構件，吊桿（或與立柱一起）為力的傳遞構件，而拱肋及系梁為主要承重構件。可見系梁不僅僅是活載分布構件，而且也是承重構件的一部分，因此其受力機理是雙重的。
　　連續(xù)梁拱組合式橋梁其外部支承條件與連續(xù)梁基本相同，支座處只產生豎向反力，反映出連續(xù)梁的受力特點。連續(xù)梁拱組合橋梁總的受力特點是：從結構內部受力情況來看，荷載在拱與梁中產生的內力大部分轉變?yōu)樗鼈冎�間所形成的自平衡體系的相互作用力，而荷載對于梁拱組合結構外部約束條件所引起的總體受力效應，也因其構造特點而變成另一形式的作用效應。從而拱的水平推力與梁的軸向拉力相互作用，拱與梁截面的總彎矩等效為主要由拱受壓、梁受拉的受力形式，剪力則主要成為拱壓力的豎向分力。其受力性能有以下特點：
　　（l）下承式連續(xù)梁拱組合橋的拱通過對中跨的加強使內力重新分布，并將荷載由拱直接傳遞到支點，中跨與邊跨內力的相互影響大為減弱，邊跨出現(xiàn)負反力的可能性大大減小，使邊跨的跨度達到了最小值。中跨較大的剪力主要由拱壓力的豎向分力抵抗，而邊跨較小的剪力可由邊跨梁承受。
　　（2）中承式連續(xù)梁拱組合橋，是一種較適合連續(xù)橋梁受力特點的結構，在彎矩較大的跨中和中支點處拱與梁的相對距離增大，此時拱受壓、梁受拉成為該橋抗彎的最佳受力狀態(tài)，而在剪力最大的中支點處，拱軸線與水平線呈最大傾角，拱壓力的豎向分力有效地平衡了剪力。
　　（3）上承式連續(xù)梁拱組合橋是通過加強中支點段吸引內力，并在跨中段拱梁合一達到最小建筑高度。拱壓力及其上加勁梁拉力能有效抵抗負彎矩，而拱壓力的豎向分力也成為抗剪的主力。
　　（4）連續(xù)梁拱組合橋的邊跨與中跨之比較小，可最大限度地提供通航空間、縮短橋長，而且也使主要承受負彎矩的短邊跨受力更適合構造特點及預應力筋的布置。對于下承式梁拱組合橋，拱對中跨強有力的加勁與梁拱組合的相對封閉作用，在很大程度上阻止了中跨與邊跨之間荷載的相互傳遞，中支點幾乎成了中跨與邊跨的隔離點。邊跨不容易出現(xiàn)負反力，其受力主要取決于跨內的荷載情況。
　　（5）矢跨比對結構整體受力與變形至關重要。如果采用較小的矢跨比，拱壓力的急劇上升必須取用更大的截面，梁內巨大的拉力使得必須配以更多的預應力鋼筋，而無法改變的是梁拱組合結構整體抗剪剛度的下降。
　　（6）上、中承式連續(xù)梁拱組合橋的混凝土立柱，拱與梁的結點，以及拱與拱座的結點，都是可能出現(xiàn)裂縫的地方。混凝土開裂的原因，主要是梁與拱不協(xié)調的荷載響應，如混凝土拱過大的徐變、溫度影響、矢跨比過小等。
　　（7）梁拱組合橋的預應力均施加在受拉的梁上，預應力度影響著梁的徐變。拱與梁內壓應力的相對水平影響著結構長期變形與受力的趨勢，拱內過大的壓應力將造成結構跨中下沉、各結點及拱腳彎矩增大。
　　（8）隨著跨徑的增大及施工過程的復雜化，梁拱組合橋的吊桿的施工拉力及梁的預變位對結構狀態(tài)的影響漸趨重要。不論在施工過程中還是在使用階段，吊桿的拉力主要取決于結構的整體受力，結構的成型線形，則應由施工過程中構件形成初始預變位決定。
　　二、連續(xù)梁拱橋梁結構施工方法
　　梁拱組合式橋梁根據(jù)橋梁結構形式、施工設備與技術水平以及橋位條件的不同，施工方法也多樣化。根據(jù)施工是否采用支架，可以分為支架法和無支架法。具體的施工方法有很多，主要有：滿堂支架澆注法、少支架現(xiàn)場拼裝（澆注）法、懸臂拼裝（澆注）法、塔架斜拉索法、勁性骨架法、預制整體浮運法、岸邊澆注轉體施工法等等。根據(jù)它的主要結構組成部分梁和拱的施工順序，分為先梁后拱、先拱后梁以及整體架設三種。
　　（l）先梁后拱
　　先梁后拱的施工方法一般應用于平原地區(qū)和橋位處為干早地帶的下承式連續(xù)梁拱組合式橋梁的施工，主梁可以像一般的梁橋那樣進行架設，如在支架上大段吊裝拼裝、整體浮運吊裝、懸臂拼裝、纜索吊裝法以及頂推法。完成主梁的架設后可以在主梁上用少支架法完成主拱的架設。在實際的拱橋施工過程中，由于橋位地形、地址和水文等自然條件的不同，施工方法通常是非常復雜的，并且在結構的總造價中還占很大的比例，在建造這些橋的過程中可能還會需要一些特定的施工設備，往往也會幾中方法兼或使用。
　　（2）先拱后梁
　　采用先拱后梁的施工方法時，一般通過分段懸臂拼裝（澆注）法、塔架斜拉索法、勁性骨架法或轉體施工法等先完成主拱的架設，然后再利用主拱完成主梁的架設。對于下承式梁拱組合式橋梁，可以通過在拱肋上安裝吊機，完成主梁的分段拼裝；對于上承式梁拱組合式橋梁，可以在拱背上搭設支架，現(xiàn)澆加勁縱梁，或是利用立柱分段或分孔架設主梁。采用先拱后梁施工時，在安裝主拱時，需要有臨時措施解決拱的推力的措施，如臨時固結、臨時拉索等。
　　三、橋梁拱結合部局部應力分析
　　預應力混凝土連續(xù)梁拱組合體系橋梁，由拱肋、系梁、吊桿、橫梁及橋面系組合起來共同受力，梁拱同時承受軸力和彎矩，梁與拱在中支點處剛性連接。連續(xù)梁中支點處存在較大的負彎矩，分配到中孔的梁和拱內；同時拱腳巨大的水平推力通過中孔系梁平衡，中支點處一般設有強大的中橫梁，以增加主縱梁的抗扭剛度。這都使得拱肋與縱梁連接處無論在施工過程中，還是在使用階段受力都非常復雜。
　　3.1Ansys建模簡介
　　ANSYS是融結構、流體、電磁場、聲場和熱場為一體的大型通用有限元軟件，可廣泛應用于土木、地質、礦業(yè)、材料、機械、儀器儀表、熱工、電子、水利、生物醫(yī)學和原子能的工程的分析和科學研究。它可以在大多數(shù)計算機和操作系統(tǒng)中運行，并且可以和大多數(shù)CAD軟件接口，已經(jīng)逐漸成為工程師實現(xiàn)工程創(chuàng)新和產品創(chuàng)新的得力助手和有效工具。
　　3.2Ansys作業(yè)流程
　　ANSYS構架分為兩層，一是起始層（BeginLevel），二是處理層（ProcessorLevel）。這兩個層的關系主要是使用命令輸入時，要通過起始層進入不同的處理器。處理器可視為解決問題步驟中的組合命令，它解決問題的基本流程敘述如下：
　　（l）前置處理（GeneralPreprocessor）
　　①建立幾何模型（點、線、面、體）；
　　②定義材料屬性（如彈性模量、泊松比等）；
　　③劃分網(wǎng)格。
　　（2）求解處理（Solutionprocessor）
　　①給結構模型施加荷載條件；
　　②施加約束條件及求解。
　　（3）后置處理（GenerapostProcessor）
　　四、工程實例
　　杜坑特大橋工程簡介
　　廣珠鐵路杜坑特大橋結構形式為58.4+128+58.4m連續(xù)梁拱，具體形式如下圖。為跨越江門市杜阮北路的跨路橋梁，斜交59°，杜阮北路勘測時為雙向四車道，中間為2.5米寬隔離帶，道路正寬18米，根據(jù)與江門市規(guī)劃局溝通，杜阮北路規(guī)劃拓寬為雙向8車道，單側行車道寬15米，行車道邊設非機動車道及人行道，規(guī)劃路全寬60米。
　　
　　結構構造
　　1、主梁
　　主梁為預應力混凝土結構，采用單箱單室變高度箱型截面，跨中及邊支點處梁高3.2米，中支點處梁高6.5米，梁底按圓曲線變化。
　　2、拱肋
　　拱肋計算跨度L=128米，設計矢高f=25.6米，矢跨比f/l=1:5，拱軸線采用二次拋物線，設計拱軸線方程：Y=-1/160X2+0.8X。
　　拱肋于拱頂設置最大0.1m預拱度，施工矢高f=25.7米，施工拱軸線方程：Y=-0.0062744140625X2+0.803125X.拱肋實際施工均采用施工拱軸線制作和拼裝。
　　拱肋為鋼管混凝土結構，采用等高度啞鈴截面，截面高度2.8米。拱肋弦管直徑φ0.8米，由σ=16mm厚的鋼板卷制而成，弦管之間用σ=16mm厚鋼綴板連接，拱肋弦管及綴板內填充微膨脹混凝土。兩榀拱肋間橫向中心距11m。
　　拱肋鋼管在工廠制作加工后，運至現(xiàn)場拼裝，每榀拱肋劃分為12個運輸節(jié)段（不含預埋段、合攏段），運輸節(jié)段最大長度小于13米。拱肋接口避開吊桿位置，制作拱肋鋼管時，可根據(jù)運輸條件、加工材料規(guī)格調整管節(jié)長度和運輸節(jié)段長度。
　　3、橫撐
　　兩榀拱肋之間共設8道橫撐，橫撐均采用空間桁架撐，各橫撐由4根φ450×12mm主鋼管和32根φ250×10mm連接鋼管組成，鋼管內部不填充混凝土。
　　4、吊桿
　　吊桿順橋向間距8米，全橋共設14組吊桿。吊桿采用PES(FD)7-55型低應力防腐拉索（平行鋼絲束），外套復合不銹鋼管，配合使用冷鑄鐓頭錨。吊桿上端穿過拱肋，錨于拱肋上緣張拉底座，下端錨于吊點橫梁下緣固定底座。
　　五、結論
　　隨著橋梁結構逐漸向大跨度方向發(fā)展，幾何非線性、材料非線性等問題在橋梁結構上的影響將越來越突出。考慮非線性對拱橋穩(wěn)定性的影響，并進一步探討該橋的極限承載力將是非常有意義的課題。雖然在鋼管混凝土結構在我國的橋梁結構上應用已經(jīng)非常廣泛，但是由于我國目前處于交通基礎設施建設的高峰期，大量的研究力主要集中于具體橋梁工程的應用研究之中，對于鋼管混凝土拱的研究尚不系統(tǒng)與深入，沒有形成較為成熟的設計理論，而只是簡單的將其擬合成鋼拱或是鋼筋混凝土拱，設計計算與驗算缺乏科學依據(jù)。可以進行大量的科學試驗研究，盡早形成完善的科學計算理論并形成相應規(guī)范。
　　參考文獻
　　[1]中華人民共和國行業(yè)標準，鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規(guī)范（TB10002.3-2005）.北京：中國鐵道出版社，2005
　　[2]范立礎.橋梁工程[明.北京：人民交通出版社，2001
　　[3]張強.澳門西灣大橋設計的若干關鍵技術問題研究[D]：博士學位論文.武漢：華中科技大學，2005
　　[4]朱衛(wèi)國.三跨連續(xù)梁拱組合體系橋梁[D]:碩士學位論文.杭州:浙江大學，2003