在役石拱橋結構分析理論的探討

常 亮

1 石拱橋的特點及發展需求

拱橋是一種歷史悠久，又充滿生機的橋型。與普通梁式橋梁相比，拱橋是一種推力結構，在豎向荷載作用下，拱趾會產生水平推力，其研究有兩大需求:1)服役石拱橋承載力評估的需求;2)石拱橋理論研究的需求。

2 石拱橋結構分析理論的研究現狀

在舊橋利用的過程中，為了探明實腹拱橋承載潛力的所在，以便改進設計方法，并為鑒定舊拱橋提供適當的理論依據，進行了一系列的模型試驗和實物試驗。

對于這種拱橋除考慮徑向抗力之外，另引入切向力的作用來考慮拱上結構與拱圈之間的相互作用力，必能更好地反映出這種拱橋的真實工作情況。

對于主拱圈的軸力，聯合作用效果不明顯，基本上無折減，一般不考慮聯合作用，可按裸拱分析，由于拱上結構參加主拱的聯合作用，全橋結構剛度提高，溫度變化、材料收縮、墩臺位移對主拱圈的影響會加大，如圖1所示。

巴良柯夫推薦的近似方法計算如圖2所示，這種近似計算方法基于以下兩條假設:

1)立墻(立柱)上、下兩端與梁及拱連接處視為鉸接;

2)拱上結構對多余未知力——彈性中心處的水平推力、豎向剪力及彎矩影響不顯著，尤其對水平推力及豎向剪力幾乎沒有影響。

在拱橋的使用過程中拱趾不同程度的出現了開裂，拱趾截面進入彈塑性狀態且拱趾截面發生轉動，針對上述實際工況，上官興先生提出了平鉸拱理論，計算圖式見圖3。

3 石拱橋結構分析的發展趨勢

3.1 拱上建筑與主拱圈的聯合作用

拱橋是多次超靜定的空間結構，當拱上建筑為拱式建筑時，石拱橋的主拱圈和與拱上建筑聯合受力是明顯的，主拱的彈性變位會影響到拱上腹拱的內力，拱上腹拱則約束著主拱的變位?？紤]與主拱共同工作計算所得的內力與分開計算的結果迥然不同，如按分開計算而采用的構造不妥，則拱上建筑可能嚴重開裂甚至破壞。

3.2 拱趾的內力計算模型

在石拱橋結構分析中，表明按無鉸拱設計的石拱橋拱趾開裂后截面發生應力重分布，支承條件不再是固端，隨著開裂程度深入，整個計算圖式由無鉸拱向平鉸拱再向二鉸拱轉化。說明拱橋的不同工況，結構體系是在發生變化的，要針對不同的情況進行結構分析。

4 結語

1)石拱橋的結構分析由平面主拱圈的分析向空間全橋用實體單元來分析，并考慮拱背填料的影響;

2)結構計算模型上發展了平鉸拱理論，考慮拱上建筑聯合作用的簡化分析方法。

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