梁拱组合体系的分析

　

(重庆交通大学土木工程学院　重庆　400074)

一、概述

主要的承重结构为梁、系杆、拱三者或者两者组合起来的桥梁就被统称为梁拱组合体系桥。这种组合体系桥两者共同工作跨径范围里的荷载可以被传递到下部结构中去。梁有着很多优点，它可以直接承受活载，并且可以承受比较大的轴向力和弯矩，而拱也有很多优点，拱主要受到压力，结构的刚度比较大，能够充分发挥材料利用率高这一优势，但拱桥也有着不少的缺点，比如水平推力大，施工比较复杂，工期也比较长。但是梁和拱这两种体系组合起来，既能发挥两者之间的优点，也可以弥补两者之间的缺点。

二、梁拱组合体系的构造

梁拱组合体系主要组成成分包括上部桥跨结构和下部墩台结构这两大部分。拱肋和吊杆系杆行车道板以及桥面系等构成了上部桥跨结构，下部结构包括支座系统、桥墩、桥台及墩台基础。梁拱组合体系的受力体系主要为系杆和拱肋一起承担荷载，但不同类型的荷载由不同的构件承担[1]。桥面上的荷载由拱肋承担，拱肋上的荷载是从吊杆传来的；而系杆则承受拉力，拉力则源自于对拱肋所受水平推力的平衡作用。具体而言，矢跨比对总体构造的受力和变形影响很大。矢跨比越小，拱肋和梁的轴向力就越大；但过小的矢跨比会增加拱圈压力，使结构的整体刚度下降，所以矢跨比一般取较大一点的值。而梁拱组合体系桥的细部构造则划分出很多类。如拱肋，系梁及系杆，吊杆，桥面系，横梁，立柱，横向联结系，端节点等[2]。

三、梁拱组合体系的优越性

(一)受力方面

一般的拱桥拱脚有比较大的水平推力，而梁拱组合体系桥拱脚能够形成没有推力或者说推力很小，因为系杆可以平衡很大一部分推力，所以在地址比较差的地区用梁拱组合体系桥造价会节省很多。而梁桥一般是受到向下的弯矩，尤其是跨中部分。而拱的存在可以提高桥跨结构的整体竖向刚度，还可以帮助梁抵抗弯矩以及降低建筑高度，所以在要求限高的地区以及对桥梁刚度要求很严格的高铁桥梁建设中，梁拱组合体系桥比梁桥更具有优越性。

(二)美学方面

梁拱组合体系桥梁中梁的刚和拱的柔相结合，既体现了刚柔并济的中庸思想，又使得桥梁具有了动态的美感。拱桥本身就已经具有了自然的美感，梁拱组合体系桥的种类更是花样繁多，结构轻盈，受力平衡，线型优美，在现如今对桥梁美学越来越重视的情况下，完全展现了它的美学优越性。

四、梁拱组合体系桥的形式

梁拱组合体系桥的形式有很多，拱与梁的很多形式都可以组合成为梁拱体系，而这些梁拱组合形式可以形成不同的结构和不同的造型。人们因此可以设计出许多结构受力好，并且形式优美造型新颖的桥梁。由主梁和拱肋一起承担竖向荷载的梁拱组合体系桥受很多因素影响，比如梁段和吊杆的轴向刚度，拱和主跨的矢跨比以及最主要的主跨和拱的竖向抗弯刚度比[3]。

根据梁拱组合体系桥中结构的连接关系和受力特点，可以把梁拱组合体系桥分为以下类型：简支梁拱组合体系，悬臂梁拱组合体系，连续梁拱组合体系，连续刚构组合体系，钢架系杆组合体系[4]等等。

(一)简支梁拱组合体系

简支梁拱组合体系别名叫系杆拱体系，它是一种外部静定内部超静定的无推力的上部在墩台上简支的中间用吊杆连接两端用梁和拱固接的结构。

(二)悬臂梁拱组合体系

悬臂梁拱组合体系是一种由拱肋、梁、柱、挂孔、横向联系和桥面板等组合的结构，这种组合桥实质上也是一种T构桥，而且是带挂梁的变截面桥。

(三)连续梁拱组合体系

连续梁拱组合桥除了系杆是刚性连接梁。其他的构造特点和简支梁拱组合体系有很多相似的地方。且它也分为三种形式，分别是上承式、中承式和下承式[5]。

(四)连续刚构组合体系

连续刚构梁拱组合体系的桥墩相比其他体系而言桥墩要柔一些。它的结构形式是梁和墩固接，梁作为刚性梁，拱与它刚性连接。连续刚构组合体系的内力不仅受到上部结构施工的影响，还要受到收缩徐变以及温度的影响。

(五)钢架系杆组合体系

钢架系杆组合体系是一种不设置支座，桥墩和拱肋固接的超静定结构。它因为拱和墩连接的地方是刚接而且带有的系杆不承担桥面的荷载，所以叫做钢架系杆拱体系[6]。

五、总结

梁拱组合体系桥不仅具有梁和拱各自的优点，还克服了两者之间的缺点，是一种在古代发明而在现代被广泛应用的桥梁。其在如今的社会中具有如下特征：

(1)计算受力荷载较为繁琐，其超静定结构需要高精度的软件来计算力学性能。

(2)具有造型美观，造价低廉，增大刚度等优点，尤其在城市桥梁优势更为明显。

(3)作为桥梁美学的运用以及与梁组合起来拱作为辅助受力产生新的结构，在当下乃至未来具有非常美好的前景。