刚架拱桥是由拱腿与实腹段合拢后组成裸肋，在裸肋的基础上架设弦杆及斜撑形成刚架拱肋，在刚架拱肋之间设置横系梁，安装预制的微弯板和悬臂板，现浇混凝土调平层和桥面铺装组合而成。已建成的刚架拱桥已有130m跨径的工程实例。刚架拱桥是我国20世纪70年代发展起来的一种拱桥，它是在我国传统的双曲拱桥、桁架拱桥、斜腿刚构桥等桥型的基础上优化设计而来的一种桥型。随着公路建设事业的蓬勃发展，交通量剧增，超载车辆没有得到较好的控制，既有刚架拱桥的主拱脚、大小节点、弦杆、实腹段、微弯板等都出现了不同程度的病害，承载力不足问题越显突出，且危桥数量逐年增多，对这类桥梁的加固设计及改造已成为工程建设者目前共同面临的一个难题。

本文以3座现有刚架拱桥的拱肋外观检测及动静力荷载试验为例，对该类桥梁常见病害进行了分析总结，经过计算与分析找出了组合结构较为合理的计算截面，可为同类桥梁的设计研究与施工提供借鉴。

有助于提高共同应对海上安全威胁的能力。此次演练中，海上联合搜救科目也有重要的现实意义。南海海域广阔、航线密集，海况比较复杂，过往的商船和作业的渔船较多，经常发生意外。此次联演中，通过海空联合侦察、搜索和救援演练，研究探索了中国与东盟海军海上联合搜救响应机制、方式方法和运行模式；直升机甲板互降科目演练，也可用于未来海上紧急营救落水人员。未来如南海地区发生海难，中国和东盟国家海军可以立即反应，联合进行紧急搜救，有效保护各国人民的生命和财产安全。

1 工程概况

（1）桥A：桥梁设计为3孔净跨40m的钢筋混凝土刚架拱，矢跨比1/10，桥宽5.9m，设计荷载汽－15级，挂－80。

（2）桥B：桥梁设计为单孔净跨25m的钢筋混凝土刚架拱，桥宽22m，设计荷载城－B级。

综上结果除恒载外，按平面计算和空间计算两者相差较大，不能忽视。因此，刚架拱桥的结构计算应按空间模型，若为简化平面模型计算，则必需找出不同工况下不同截面的相应系数，作为横向分布法的依据，以确保结构安全。

其次，跨学科思维也是互联网时代教师需要具备的能力，主要是指以政府采购管理专业为基础，多角度，多专业领域来审视并解决问题，这是互联网思维的重要体现，传统学科分类会对跨学科思维带来很大的影响，很多教师只是具备自身专业领域的知识，政府采购管理专业，学生需要具备多个领域的专业知识，如政治、经济、金融、社会、工程学等学科的知识，因此，教师也要从提升学生的综合能力角度出发，加强自身多专业领域知识的掌握和了解，才能更好地引导学生。

2 桥梁病害检测

为了防止粉尘在管道内沉积或者堵塞，必须要考虑到各种粉尘的性质与其最低流速。一般地，煤尘的运输速度为20～30 m/s，为了适应粒径较大或灰尘密集情况，设计时选取最低流速为30 m/s。风量的计算见式(1)。

3 有限元模型

边界条件：弦杆端部仅受竖向支撑约束，斜撑和拱腿根部完全固结，拱腿、斜撑与弦杆交叉的大小节点采用刚性连接进行处理。

某刚架拱桥上部结构采用单孔净跨50m刚架拱，矢跨比为1/8，沿桥梁纵向共有18道II型横系梁，2道I型横系梁，微弯板顶部设厚度8cm的桥面铺装层，下部结构采用U型桥台，桥面纵面为平坡，横坡1.5%。为了进行结构内力分析，采用MIDAS/CIVIL建立空间和平面有限元分析模型，空间计算模型如图1所示。

组合结构拱截面取值分3种进行计算分析：①拱肋不考虑微弯板和现浇层（以下简称矩形截面），②拱肋考虑微弯板和现浇层联合作用 （以下简称大T形截面），③拱肋考虑微弯板联合作用（以下简称小T形截面）。

刚架拱桥有别于一般常规拱桥，其结构由拱上建筑与主拱圈组成，无传力构件，对这类空间结构，现行设计中常简化为平面计算。为了探明正确的计算模式，下面对这类结构在二次恒载、汽车、挂车、温升、温降、支座不均匀沉降等工况下，拱截面取值又作了矩形、小T形和大T形并分别按平面与空间两种模式进行计算，下面分别列出拱截面三种取值，其主要截面弯矩、轴力按平面计算与空间计算的比较值见表2、表3和表4。对比计算结果：在二次恒载作用下，平面计算结果略小于空间计算结果，比值较接近。

图1 刚架拱桥空间有限元模型

表1 刚架拱桥拱肋外观检测和动静载试验结果汇总

桥名 拱肋外观 动力荷载试验 静力荷载试验桥A上弦杆和拱肋实腹段裂缝第一跨40条,第二跨31条，第三跨25条，缝宽区间0.08～0.22mm，局部出现蜂窝、露筋，全桥上弦杆梁端底部设计为橡胶支座，实际只垫有薄木板自振特性试验结果表明：实测一阶竖弯自振频率6.11Hz，阻尼比 0.95%；水平向一阶自振频率4.54Hz，阻尼比1.82%荷载作用下实测加载跨各控制截面的挠度和应变值均小于相应的理论计算值，跨中截面附近的一处微弯板的两条裂缝宽度达到0.20mm和0.18mm，比加载前同样增加0.08mm，加载时大小节点之间上弦杆裂缝扩展宽度为0.03mm、0.023mm和0.034mm桥B桥C拱肋裂缝主要出现在跨中实腹段、大小节点间的上弦杆跨中和大节点处主拱腿下缘，实腹段侧面裂缝竖向裂缝较多，少量垂直裂缝，共203条，缝宽区间0.02～0.4mm，支座承压不均，支座垫石局部开裂上弦杆和拱肋实腹段裂缝共77条,缝宽区间0.08～0.20mm，局部出现蜂窝和露筋自振特性和动力反应试验结果表明：实测一阶自振频率7.50Hz，与同类桥梁结构自振频率相比在常值范围；冲击系数1.10，小于理论设计值在无障碍行车情况下，刚架拱跨中截面实测冲击系数在1.09～1.31之间；竖向自振频率3.93Hz，冲击系数与设计比偏大荷载作用下实测加载跨各控制截面的挠度和应变值均小于相应的理论计算值，应变校验系数接近高限；两桥台出现的水平位移达0.297mm，卸载后恢复；3#、4#和5#拱肋跨中肋底裂缝分别扩展 0.052mm、0.041mm和 0.036mm， 卸载后为0.002mm、0.003mm和0.002mm，相对残余变形为4%、7%和 6%荷载作用下实测拱顶截面和拱肋横向变位明显;以跨中实测挠度计算的拱肋荷载横向分布系数与理论值偏差较大，中肋误差达39.1%；实测跨中拱肋下缘钢筋应变最大值介于208～291με之间，达到混凝土开裂的应变常值，与理论值比较，应变结构校验系数最大值达1.58，超过了《公路旧桥承载能力评定办法》规定的常值高限

4 分析结果

4.1 结构计算模式对比

2018年异常气候对苹果生产造成了很大影响。针对近年异常气候频繁出现的趋势，苹果园管理也应当顺势而为。

表2 矩形截面平面与空间计算结果比较

截面位置 内力 二次恒载（平面/空间）（%）汽车（平面/空间）（%）挂车（平面/空间）（%）温升（平面/空间）（%）温降（平面/空间）（%）支座沉降（平面/空间）（%）实腹跨中弦杆中大节点小节点主拱脚M 99.54 85.4 81.8 99.9 99.9 100 N 98.52 - - 98.9 98.9 100 M 98.43 73.1 79.7 99.8 99.7 100 N 98.75 78.9 83.5 98.6 98.6 100 M 98.47 83 84.5 84.8 84.8 100 N 98.93 - - 98.9 96.2 100 M 98.33 81.1 82.6 98.5 99.7 100 N-----100 M 99.76 87.5 86.9 101.5 101.2 100 N 98.89 69.5 71 103.4 102.6 100

表3 大T形截面平面与空间计算结果比较

主拱脚N 98.88 66 68.8 119.1 109.5 96

表4 小T形截面平面与空间计算结果比较

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在汽车、挂车荷载作用下，平面计算结果均小于空间计算结果，对三种不同截面取值按平面计算模型与空间计算模型的比值，虽有变化幅度但规律性良好，其中最主要截面实腹跨中相差25%左右；在温度荷载作用下，除主拱脚截面的弯矩和轴力平面结果比空间大外,其他内力均为平面计算结果小于空间计算结果,其中对大T形和小T形截面相差20%左右；在支座不均匀沉降下，平面计算结果也小于空间计算结果，相差5%左右；在各工况下对弯矩M和轴力N，其平面计算与空间计算的比值是不同的。

图2(d)为1951-2015年沪宁杭三地最高气温对比。总体波动较小，大致保持在35℃～40℃范围内。三地一致性依旧较高。最高温1959至2000年略为偏低，21世纪以来略为偏高。其中，大致以1975年为界，1950-1975年最高气温走低，1975-2016年走高。21世纪最高气温夺魁者应是杭州。总体来说，全球变暖对沪宁杭地区最高温影响不是很大，主要是影响冬季气温。但自1990年来，变暖趋势对高温的影响有所增强。

根据《公路工程质量检验评定标准》、《公路养护技术规范》和设计施工图纸，对三座桥桥面、大小节点、拱肋、横系梁、拱腿、微弯板等部位进行外观检查,考虑文章篇幅外观检测结果中的微弯板、横系梁、桥面系等不在文中介绍，拱肋的外观检查结果及3座桥的动、静荷载试验结果汇于表1。

（3）桥C：桥梁设计为单孔净跨35m的钢筋混凝土刚架拱，矢跨比1/8，该桥为左右线分幅设计，单幅桥宽12.85m，设计荷载汽—超20、挂—120。

4.2 组合结构的计算截面取值

刚架拱桥的实腹段和弦杆段截面属组合结构，随着体系逐步形成在不同荷载工况下，截面形式是不同的，超静定结构的截面内力与结构截面刚度有关，为了探明计算截面取值采用的正确性，对实腹段上弦杆的截面做了3种不同的计算，3种不同截面（矩形截面、小T形截面、大T形截面）在二次恒载、汽车、挂车、温升、温降、支座沉降等工况下按空间模式进行计算，列出其主要截面的弯矩、轴力的比值，不同截面比值以矩形截面为基准，比较结果见表5、表6。

表5 二次恒载、汽车、挂车作用下不同截面计算结果比较

M主拱脚103 102 80 82.7 79.6 84.8 N 103 102 131.2 128.1 112.9 108.6

表6 升温、降温、支座沉降作用下不同截面计算结果比较

截面位置 内力空间计算（升温） 空间计算（降温） 空间计算（支座沉降）大T形截面/矩形截面（%）小T形截面/矩形截面（%）大T形截面/矩形截面（%）小T形截面/矩形截面（%）大T形截面/矩形截面（%）小T形截面/矩形截面（%）M实腹跨中145.9 139.8 146.6 139.9 123.8 123.2 N 122.5 122.3 122.7 121.3 68.6 71.6弦杆中大节点小节点M 144.5 125.2 144.8 125.5 125.5 125 N 113.1 113.1 113.1 113.1 126.2 124.9 M 134.6 121.2 134.6 121.2 124.4 123.2 N 123 121.4 123 121.4 109.3 107.1 M 144.5 138.4 129.5 124 116.9 116.2 N------M主拱脚118.2 117.8 122.4 121.6 167.7 164 N 25.6 54.5 127.4 126

对比计算结果：截面大刚度越大，弯矩和轴力越大,即其内力比值规律显示出,大T形截面＞小T形截面＞矩形截面。为了探明采用那一种截面形式计算更合理,以汽车作用下实腹段跨中和弦杆中截面的配筋计算结果作进一步分析,配筋结果显示：截面采用为矩形肋，其配筋最大，它比大T形增加到21%，既不经济又失去刚架拱桥桥型构思中拱上建筑参与作用的原意，显然是不合理的。因此刚架拱桥的计算截面取值必须视体系组成过程和运营不同阶段的受荷工况分别采用。在施工拱肋、安装微弯板和浇注现浇层阶段荷载均由矩形肋承受，截面为矩形肋，运营中在汽车、挂车、温度、支座沉降等作用下其截面不应只是矩形肋，还必须考虑微弯板和现浇层参与作用组成的T形截面，考虑到现浇层施工实际情况，出于安全考虑，在组合截面中可以不计现浇层作用即建议采用小T型截面。

5 结语

本文分析了3座刚架拱桥的病害和动静载试验结果，在参考许多类似桥梁的设计经验和计算分析基础上，对结构内力计算模式、组合截面的不同取值和剪力滞进行了分析对比，完善了原有刚架拱桥不成熟的设计理论和计算方法，得出了如下结论：

（1）刚架拱桥设计必须充分考虑其结构所存在的组合性和整体性的特点，在施工运营中的不同受荷工况应采用相适应的计算模式和截面取值。施工阶段可用平面模型和矩形截面拱肋计算，运营阶段应按空间模型和微弯板与矩形拱肋联合作用的小T形截面计算。

（2）刚架拱桥主体结构是拱，多片拱肋采用横系梁连接，它是有别于以梁为主体的结构，因此刚架拱桥简化为平面计算，不能简单套用梁桥的弹性支撑连续梁方法计算荷载横向分布系数。

参考文献

[1]催景涛，蔡旭东，宋运来，等.在用刚架拱桥提高承载力的研究报告.清远市交通局,北京公科固桥技术有限公司.

[2]蔡纪锋.刚架拱桥病害成因分析与加固设计对策.公路交通科技（应用技术版）,2008，（7）.

[3]蔡纪锋.刚架拱桥的横系梁合理设计研究.公路,2015，（4）.