2000年以来世界拱桥的发展与技术创新（下）

2000年以来，拱桥继续在世界各地修建，高速铁路中的应用尤为明显；大跨桥拱桥不断出现，且跨径有所突破；在材料、结构、施工方法等方面的技术创新不断，如高性能的、超高性能混凝土材料的应用，悬带拱、钢腹板（杆）－混凝土组合拱等新结构的提出，快速施工方法的发明等。上期，本刊刊登了《2000年以来世界拱桥的发展与技术创新》一文的上部分，介绍了钢拱桥、混凝土拱桥和钢－混凝土组合拱桥，自2000年以来的建设情况、技术创新的内容，本期继续刊登该文对于今后拱桥的发展方向内容部分。
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发展方向

工程应用

拱桥在历史上曾最主要的大跨度桥型，在世界范围内得到广泛的应用，在我国更是如此。随着高强、大跨索结构的发展，拱桥的跨越能力已相对下降。在跨径超过300m的桥梁中，一般情况下斜拉桥具有更强的竞争能力。而在200m跨径以下，现代预应力连续刚构因其施工优势而受到欢迎。因此，拱桥的竞争能力已较过去有很大的削弱。应该说，作为引领桥梁技术进步的拱桥时代已经过去。然而，拱桥仍然是重要的桥型之一。

对于广大的山区、海岛等地区和地质条件好的桥位，拱桥仍是具有很强竞争力的桥型，如前述我国的合江长江一桥。对于活载比重较大、动力问题较为突出的高速铁路，拱桥的优势更显突出。前述的几座大跨度拱桥，大部分是高速铁路上的桥梁，如中国的大胜关大桥、北盘江大桥、南盘江大桥、宜宾金沙江公铁两用桥、鸭池河大桥。印度的Chenab桥，西班牙的Almonte大桥。德国近年在修建高速铁路VDE8柏林联接纽伦堡和慕尼黑的线路中，也大量采用了混凝土拱桥。在一段跨越森林的线路中，29座跨谷桥梁有10座采用了混凝土拱（跨径为90m到270m）。

具体到三种桥型，混凝土拱桥因自重大，主要仍将应用在地质条件较好的地区，在200m以下，施工技术较为成熟，材料与结构创新将提高其经济跨径。钢拱桥由于强度高，自重轻，跨越能力强，施工难度小，在超大跨度应用时最具优势，如超大跨度的高速铁路拱桥，或地质条件较差的大跨度拱桥。此外，在造型景观要求较高的人行桥、景观桥中，钢拱桥对特殊结构的适应性强、施工难度小，也仍将有大量的应用。对于钢管混凝土拱桥，它仍将在我国得到不断的应用。同时，国外的应用也在增加，近期美国内布拉斯加州公路局也采用钢管混凝土系杆拱桥，通过使用高强钢材和混凝土使结构的自重更轻，从而可以通过普通起重机械安装更大的拱截段，以取得既能快速施工、建成后又美观的效果。

跨径突破

从跨径来说，2000年以来，几种拱桥的跨径的突破均不大，钢拱桥从卢埔大桥的550m到重庆朝天门大桥的552m，突破2m；混凝土拱桥从万县长江大桥的420m到北盘江大桥的445m（在建），将突破25m；钢管混凝土拱桥从巫山长江大桥的460m突破到合江长江一桥的530m，突破70m。预计在短期内，这些跨径不会有大的突破。

钢拱桥是跨径可达千米以上的一种可能的桥型。对于研究超越现有跨径的钢拱桥具有重要的意义，尤其是当高速铁路需要超大跨度桥型时。然而，大跨径钢拱桥在道路桥梁中已丧失经济上的竞争力，因此在实际工程应用时，对超越现在的跨径应持慎重的态度，为记录而记录的倾向应该制止。

对于混凝土拱桥和钢管混凝土拱桥来说，它们还具备向更大跨径发展的潜力和必要性，关键要在材料、结构和施工方法方面开展研究。相比较而言，钢管混凝土拱桥跨径突破的潜力要更大些。

新材料、新结构的应用

在材料方面，高性能与超高性能混凝土在拱桥中的应用是一种必然的趋势。超高性能混凝土在世界上已应用于三十余座桥梁，我国仅在一座铁路桥上应用，目前有一座公路桥梁在建。研究表明，梁式结构较难发挥超高性能混凝土的超高强度，拱才是最理想的应用结构。然而，这三十余座桥梁中，目前拱桥只有二座。究其原因，在于国外混凝土拱桥因修建数量少，缺乏大型缆索吊装设备，以悬臂浇筑为主，而超高性能混凝土一般需要蒸汽养护，因此实现困难。相反，我国的混凝土拱桥以悬臂拼装为主，十分有利于超高性能混凝土拱桥的应用。我国已开展了超高性能混凝土拱试设计、受力性能等系列研究，尽快在工程中应用，积累经验，为推广打下基础，是当务之急。

在钢－混凝土组合拱方面，我国提出了钢腹板（杆）－混凝土组合拱和钢箱－混凝土组合拱等新结构，并开展了相应的研究。以波形钢腹板－混凝土组合拱为例，目前，波形钢腹板PC梁在我国得到了大量的应用，积累了丰富的经验，制订了相应的行业产品标准和工程建设地方标准，完全具备了修建波形钢腹板－混凝土组合拱桥的条件，同样地找到依托工程的应用，是目前的首要任务。

计算理论研究

拱桥作为三大古老桥型之一，拱结构作为桥梁基本结构之一，理论研究已得到大量的开展，近十几年来没有重大的突破。主要是针对新材料、新结构、新工艺，应用现代的分析手段，开展研究。相对而言，钢拱桥、混凝土拱桥的设计计算理论较为成熟，而钢管混凝土拱桥的设计理论在过去一直处于滞后于工程的状态。

自1990年以来，伴随着工程应用，我国开展了大量的钢管混凝土拱桥设计计算理论的研究。通过总结长期实践经验与研究成果，近年来先后颁布了多本有关钢管混凝土拱桥的地方性规程。2013年11月，国家标准《钢管混凝土拱桥技术规范》GB50923-2013颁布，将于2014年6月1日起在全国实施。规范的颁布实施，说明我国钢管混凝土拱桥的设计计算理论基本体系已经建立，将促进我国钢管混凝土拱桥的发展，但仍有一些课题尚需深入研究，如桁拱节点疲劳、吊索破断后结构的行为，同时应根据实践效果和工程经验在今后适时修订，不断完善。

  我国公路混凝土（素混凝土和钢筋混凝土）拱的设计主要依据是《公路圬工桥涵设计规范JTGD61-2005》和《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTGD62-2004》。拱的面内承载力，通过将主拱等效为相应的梁柱后，按偏压柱计算。在工程实践中，钢筋混凝土拱因配筋率较低，常不计其钢筋作用而等效成砌体柱或素混凝土柱进行承载力的计算。然而，《中华人民共和国国家标准GB 50923-2013，钢管混凝土拱桥技术规范》三个钢筋混凝土拱的算例结果，其计算结果反而是按钢筋混凝土柱计算值的1.178~1.249倍。引起这种不合理的现象的原因，可能是钢筋混凝土柱、素混凝土柱、砌体柱承载力计算方法不合理引起的，也可能是由套用方法不合理引起的，或者二者兼而有之。《混凝土偏压柱承载力计算方法》（交通运输工程学报，2014年2月）对此进行了深入的研究，提出了合理的素混凝土柱的计算方法、更精确的钢筋混凝土偏压柱的承载力修正计算方法，并分析了套用方法不合理性的根本原因。这些研究成果，可供工程应用和规范修订参考。

施工方法

大跨径拱桥的施工方法，预计仍将沿续现有的施工方法。对于大跨径混凝土拱桥来说，除现有的悬臂法和劲性骨架法外，另一种潜力较大的施工方法是部分悬臂施工法，即两边的拱脚段采用悬臂法施工法，拱顶段采用劲性骨架法。它可以显著减小大跨径拱的悬臂长度，且通过劲性骨架合龙，缩短了悬臂的时间，降低了施工安全风险。当然，这种施工方法需要采用两套施工系统，使得施工难度可能增加。

我国大跨度拱桥的施工技术有许多具有特色的技术，需要认真总结提高。对新出现的钢管混凝土拱真空灌注混凝土的技术要积极推广。

拱的施工技术创新往往与结构的创新紧密相连。对于中小跨径拱桥，预制、快速、简单的施工方法，无疑会提高拱的竞争力。从本文“施工技术发展”段落内容可知，在这方面国外有不少创新，我们应该加强这方面的研究。

造型创新

拱具有极高的美学价值，拱桥常常因其优美的造型而被选用。反过来，拱桥也易因过分追求造型新颖、奇异而产生不合理的结构。例如，极坦拱会产生极大的水平推力，对下部与基础受力不利，桥的动力性能也下降，这也是威尼斯的宪法桥(也称第四运河桥)受人批评的一个重要原因。因此，坦拱的设计应该综合考虑外观和结构受力两方面的因素。再如，外倾拱因其外形和角度的非常规会引人注目产生惊人的效果。但同时由于材料消耗的增加和复杂的施工该种拱桥需要额外的预算。

《有“度”的桥梁——合理成本下具有力的结构》（桥梁2012年第1期）提出了有“度”桥梁的概念，意指合理成本下有利的结构。因此，要克服目前存在的一种不良倾向，即在大型、重载交通桥梁单纯为造型的新奇，采用复杂甚至异化的结构，而不考虑经济、功能等要求，建设无“度”的桥梁。

在造型创新方面，目前我国原创的桥型偏少，仿照的较多，不仅存在照搬照套，不切实际的情况，而且在知识产权方面也可能会遇到问题。需要从桥梁概念设计着手，加强设计人员创新能力培养，加强工程师与建筑师的合作。

既有桥梁

现存的古代桥梁中，以拱桥数量最多，其中不乏精品杰作、人类重要的文化遗产。在我国，无论是以赵州桥为代表的石拱桥，还是以闽浙木拱桥为代表的木拱桥，对这些古代桥梁的保护都是我们这一代人需要面对的挑战。

上世纪以来，世界各地建造了大量拱桥。无论是国内还是国外，其维护与安全是摆在所有桥梁技术人员与管理人员面前的重要课题与难题。在既有拱桥中，圬工拱桥占了很大的一部分，全部拆除是不现实也是不必要的。世界铁路协会（UTI）开展了专项研究，我国2004年西部交通建设科技项目也设立了专题研究。但我国在新建桥梁任务繁重的情况下，石拱桥的维护与改造无论在人力还是物力方面均投入不足，这方面还有大量的工作要做。

在我国，上世纪中叶所修建的大量轻型混凝土拱桥，如双曲拱、刚架拱、桁架拱等，加固改造的任务也很繁重。

同时，我国近二三十年修建的中下承式拱桥中，出于经济方面的考虑，大量采用以钢筋或预应力混凝土横梁为主的悬吊桥道系，横梁之间缺乏有效的纵向联系，整体性较差。一方面，在车辆作用下的变形和振动较大，使得吊杆防水防震构造极易损坏，导致锈蚀；另一方面，它的抗风险能力也极差，一旦吊杆断了，桥道系极容易落入河中，造成严重的事故。目前，这一问题已引起了广泛的关注，但对吊杆的安全防护方面还未见到根本的解决办法。对这类既有桥梁，一般通过吊杆的更换来避免危险，也出现了一些盲目更换而造成不必要的经费投入。对于大量已建的这类中下承式拱，如何通过对现有悬吊桥道系进行改造，以提高它的安全性，是一个值得研究的课题。

拱桥是桥梁主要形式之一。2000年以来，拱桥继续在世界各地修建，高速铁路中的应用尤为明显，其中不乏大跨径拱桥。在材料、结构、施工方法等方面，拱桥的技术也在不断的创新之中，如高性能、超高性能混凝土材料的应用，悬带拱、钢腹板（杆）－混凝土组合拱等新结构的提出，快速施工方法的发明等。

拱桥在我国历史悠久，数量众多，其技术在我国的原始创新也最多，各种拱桥的跨径纪录也都在我国。我国不仅是拱桥的大国，也是拱桥的强国。我们需要通过国际学术交流，继续宣传我国的拱桥技术，为我国的工程建设单位向海外发展创造条件。

同时，我国的拱桥技术也还需要不断地创新，推动技术的进步。应该看到，国外的拱桥技术也在不断地发展，其中有许多创新值得我们思考与借鉴。

拱桥仍将在我国的基础设施建设与使用中发挥着重要的作用，拱桥技术创新与实践仍有一段大好的时机，不断研究，不断实践，保持我国拱桥在国际的地位，为国家的经济建设与社会发展做出更大的贡献。

（作者陈宝春先生，福州大学土木工程学院院长、教授、博士生导师）

资料很好，学习了。