我国桁式CFST拱桥发展现状调查与分析

蓝 辉

(广西路桥工程集团有限公司，广西 南宁 530011)

0 引言

桁式CFST拱桥凭借较小的钢管直径可以获得较大的纵横向抗弯刚度，且构件以受轴向力为主，能够很好地发挥材料特性。因而，自20世纪末桁式CFST拱桥提出以来，在我国发展迅速，应用广泛，据不完全统计已建有160余座。已建成桁式CFST拱桥中，四川省泸州市合江长江一桥为最大跨径的CFST拱桥，其跨径达到530 m，在目前的世界拱桥跨径记录中名列第三；而目前正在设计的广西平南三桥跨径已达到560 m，已超越当前世界最大跨径拱桥——朝天门大桥(552 m)。

近些年，一些研究工作也围绕着CFST拱桥不断开展。文献[2]从应用概况、结构体系、构造和强健性等几方面对413座CFST拱桥开展统计和分析，经统计和分析获得的相关数据(成果)为后续研究者提供宝贵的借鉴。文献[3]对支架施工、缆索吊装法施工、平转法施工和竖转法施工等常见的几种施工技术的适用条件和技术要点进行了详细介绍，为CFST拱桥的施工方案提供了有效参考。文献[4]对

钢拱桥、钢筋混凝土拱桥和钢管混凝土拱桥三种不同材料类型的拱桥数量、跨径、构造形式和施工方法等进行了对比分析，厘清各种类型拱桥的经济适用范围。这些研究均是以CFST拱桥为研究对象的，而实际上桁式CFST拱桥与其它类型的CFST拱桥的发展趋势、适用跨径和材料方面是存在一定差别的。基于此，本文以桁式CFST拱桥为研究对象，对其发展趋势、结构构造、施工方式等进行研究和分析，相关结论可提供给桁式CFST拱桥研究者借鉴。

1 应用概况

1.1 建设趋势

图1为我国桁式CFST拱桥随时间的增长曲线(统计150座桥梁)。从图1可以看出，我国桁式CFST拱桥自2000年以来，以平均每年7.3座的数量发展迅速。桁式CFST拱桥以如此迅猛的速度快速增长，表征着该类型桥自身所具有的优势和强大的生命力。

图1 桁式CSFT拱桥数量增长趋势图

1.2 跨径发展趋势

图2给出了我国桁式CFST拱桥随时间变化最大跨径增长趋势。由图2可知，我国于1992年首先在江西修建了一座70 m的小跨径CFST桁式拱桥；在之后这些年里，随着设计和施工技术的不断改进、成熟，我国桁式CFST拱桥的最大跨径在持续增长。目前，现有的、已建成的桁式CFST拱桥最大跨径已达到了惊人的530 m(四川合江长江一桥)；而正在施工的500 m级的桁式CFST拱桥有507 m跨径的四川合江长江三桥和560 m跨径的广西平南三桥。

图2 桁式CFST拱桥最大跨径增长趋势图

下页表1对已建或在建300 m以上的跨径CFST拱桥进行了统计。表中共计20座桥梁，包括上承式、中承式和飞鸟式三种不同的结构形式，其中400～500 m跨径范围内有3座，超500 m跨径的有3座；主要分布在广西、四川、贵州、湖南、湖北等地，其中，广西、四川、贵州和湖北均为3座，湖南2座，安徽、浙江、广东、云南、内蒙古和西藏均为1座。

1.3 跨径范围分布

图3给出了我国桁式CFST拱桥在不同跨径范围内的分布情况。从图3中可以看出，我国桁式CFST拱桥主要集中在200 m以下(共217座)，占总数的76.7%，是应用的主要跨径范围。

图3 各跨径分布情况图

注：当一座桥包括几座不同范围的CFST拱桥时，例如湖南茅草街大桥跨径为(80+368+80) m，则视为3座桥计算

表1 我国钢管混凝土拱桥一览表(L≥300 m)

如图4给出了各跨径桁式CFST拱桥随时间的变化趋势。由图4可以知道，跨径在200 m以下的桁式CFST拱桥占最大比值，发展较为迅速；200～300 m跨径范围呈近似线性规律发展，增长迅速。这表明桁式CFST拱桥在300 m以下跨径具有良好的适用性。

图4 各跨径桁式CFST变化趋势图

2 桥型与施工方法

2.1 桥型

结合文献[7]的桥型分类方法，将桁式CFST拱桥按上承式、中承式、飞鸟式、下承式四种桥型进行分析。图5给出了各桥型桁式CFST拱桥在不同跨径范围内的分布情况。由图5可知，上承式桁式CFST拱桥主要应用在200 m以上的跨径中；中承式桁式CFST拱桥则多应用在100 m以上跨径，且以100～300跨径范围为主；下承式则主要应用于200以下的小跨径结构，很少应用于200 m以上的跨径。飞鸟式以其特殊的结构形式主要应用于300 m以下的跨径。

图5 桥型与跨径的关系

2.2 施工方法

我国CFST拱桥施工方法主要包括悬臂拼装施工、支架法施工和转体施工三类，图6给出了不同跨径范围内，各施工方法的应用情况。由图6可以知道，跨径<300 m时，三种施工方法均适用，当跨径>300 m时，支架法施工已不再适用；对于跨径>400 m的结构，目前仅悬臂拼装法一种施工方法。此外，对于跨径<100 m的桁式CFST拱桥主要以支架施工和悬臂拼装法为主，转体施工为辅，各施工方法均占有一定比值；100～200 m范围的桁式CFST拱桥施工以悬臂拼装法为主，支架法和转体施工为辅。跨径>200 m时，支架法和转体施工已经应用很少了，绝大部分为悬臂拼装法施工。

图6 施工方法与跨径的关系示意图

3 构造参数

3.1 矢跨比和拱轴线

图7给出了桁式CFST拱桥矢跨比的分布情况。由图7可以知道，桁式CFST拱桥的矢跨比覆盖在[1/8，1/3]区间，其中，大部分集中在[1/5，1/4]区间内(占总数的65.7%)，[1/4，1/3]区间和[1/6，1/5]区间分别占总数的20.9%和11.9%，[1/8，1/6]区间所占比值很少，约占总数1.5%。

图7 矢跨比分布图

图8 拱轴线统计对比图

图8给出了桁式CFST拱桥拱轴线统计图。由图8可知，我国桁式CFST拱桥主要包括悬链线、抛物线和样条函数曲线三种，其中，悬链线所占比值最大，占总数的66.67%。其次，抛物线占总数的31.78%，也具有一定的应用范围。进一步对悬链线系数随截面形式的分布情况进行统计分析，如图9所示：

图9 各截面桁式CFST拱桥悬链线系数分布图

由图9可以知道，横向哑铃型桁式截面悬链线系数通常>1.2，主要集中在1.2～1.6范围内，最大的也有达到3.2；四肢桁式截面悬链线系数分布范围较大，主要集中在1.05～1.8范围内。双肢桁式和三肢桁式CFST拱桥拱轴线很少采用悬链线形式。

3.2 材料参数

桁式CFST拱桥早期(2005年以前)有少数桥梁采用Q235钢材，后期随着工程强度的需要和技术的进步，绝大部分的CFST桁式拱桥采用Q345钢材。进一步地，图10给出了不同混凝土强度的桁式CFST拱桥在不同时间段的分布情况。由图10可以看出，C50混凝土为我国桁式CFST拱桥的主流材料，在早期(2005年以前)C40混凝土也应用广泛，后期随着技术的成熟，C55和C60的应用也逐渐广泛起来。

图10 各类别混同强度的桁式CFST拱桥分布图

3.3 截面形式

如图11所示，桁式CFST拱桥主要包括双肢桁式、三肢桁式、四肢桁式、六肢桁式和横向哑铃型等五种类型。

图11 桁式CFST拱桥截面类型图

图12给出了不同截面形式桁式CFST拱桥的统计情况。由图12可以看出，四肢桁式和横向哑铃型桁式应用最大，分别占总数的47.62%和25.17%，双肢桁式和三肢桁式应用情况比较接近，分别占总数的11.56%和12.93%，六肢桁式由于应用得最晚，且主要应用于300 m以上的大跨径工程结构中，因而，所占比例最少，为2.72%。

图12 桁式CFST拱桥截面统计图

4 结语

桁式CFST拱桥在我国发展已有20多年历史，随着设计理论和施工技术的不断进步，建设的数量、跨径、应用范围也越来越大，结构形式、施工技术和桥型也越来越复杂。预计在相当长的时间内仍有着广泛应用。

本文以桁式CFST拱桥为研究对象，共统计了162座桁式CFST拱桥数据，并对其建设趋势、跨径发展规律、桥型、施工方法以及一些矢跨比、拱轴线、材料参数和截面形式等进行统计分析，相关结论可为后续桁式CFST拱桥的研究者提供参考。