摘 要 系杆拱桥破突了过去较为传统的拱桥对墩、台及地基的高限制，系杆拱桥造型美观、布置合理、跨越能力也相对较强，在美观桥梁与大跨度桥梁的设计时备受设计者的青睐。但由于一些构件材料与其布置形式具有着多样性，如系杆、拱肋、吊杆等，因而对结构力学的特性及稳定性分析具有着十分重要的意义。
　　关键词 系杆拱桥；力学特性；稳定性；结构体系
　　中图分类号：U448 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）13-0066-02
　　1 系杆拱桥的分类及力学特性
　　系杆拱桥的结构按照主梁与拱肋位置可为分上承式系杆拱桥、中承式系杆拱桥及下承式系杆拱桥。
　　1.1 上承式系杆拱桥
　　上承式系杆拱桥通常可建设成三跨连续体系、单悬臂体系和钢架体系。系梁拉力及中支点处压力来共同抵抗所产生的负弯矩体现了上承式系杆的主要受力特征，其肋压力的竖向分立实现了平衡剪力，同时，加强中支点可以有效效降低跨中弯矩。同时，上承式系杆拱桥比中承式及下承式拱桥经济性好。
　　1.2 中承式系杆拱桥
　　中承式系杆拱桥一般由全拱（一个）、半拱（二个）、加劲纵梁三跨所组成，通常建设连续或钢架体系，同时设置吊杆及立柱。从中承式系杆拱桥的结构抗弯角度来考虑，在跨中处中支点处弯矩较大的情况下，系梁与拱肋之间就会存在较大的距离。拱肋与拉力在很大程度上可抵抗较大的弯矩。从中承式系杆拱桥的抗剪的角度来看，在桥面与拱肋夹角较大的情况下，中支点的剪力就相对较大。同时，平衡剪力将会受到拱肋中轴力的竖向分力的影响。我国浙江铜瓦门大桥属于中承式系杆
　　拱桥。
　　1.3 下承式系杆拱桥
　　下承式系杆拱桥较多采用简支体系，对地基的要求不高。下承式系杆拱桥首先是在简支梁上设置加强拱，然后再布置吊杆。同时，将吊杆的张拉力进行合理的调整，使得纵梁的受力一直保持在最佳状态。通常拱肋在恒载作用下主要承担轴压力，节间荷载会对弯矩与剪力造成一定的影响，而荷载所产生的结构内力会表现为弯矩，一般轴力比较小，大约为恒载的10%。天津彩虹桥属于下承式系杆拱桥。
　　2 拱桥稳定分析
　　2.1 拱的面内稳定
　　一般情况下，在一定临界值内，若柔性拱超荷载，将会在拱轴线对称处发生拱轴线偏离初始纯压或处于变形状态。被称之为拱面内屈曲。柔性拱所承担的荷载在超过一定临界值时，一般桥梁结构中设置的拱在构造和体系上普遍是对称的，拱内压力在整座桥荷载对称时所受的压力最大，此时对桥梁的稳定最不利，若压力线与拱轴线相吻合的情况下，其平衡状态虽然不会产生弯曲变形的情况，但会依然会受到压缩。在荷载增加到一定的临界值时，其拱会在一定程度上产生屈曲，同时平衡也会产生弯曲变形。
　　在研究拱平面屈曲过程中，将压力线与拱轴线以相吻合的角度来考虑，可运用分支点屈曲理论来进行计算，这样一来更容易处理，以下分析了圆弧拱平面屈曲微分方程在均布径向荷载作用下的屈曲临界荷载。
　　2.2 拱的面外稳定
　　在拱面外不受横向荷载作用力影响的状态下，会导致横向刚度相对较小的拱轴线朝着竖平面外的方向偏离，从而导致出现侧倾的现象，若承受的面内荷载超出一定的临界值时，会倾向空间变扭的变形状态，可称之为拱的侧倾，也可以被称之为拱面外屈曲，但它不会因为拱出现的侧倾而出现平衡分支，可以处于比较稳定的状态，面外弹性屈曲主要是指当其处于临界状态下其应力都不应大于屈服应力。平面拱轴侧倾在这一形态下将会出现一条空间曲线，因此可以利用曲线坐标来表现平面拱轴侧倾与几何的关系。在拱侧倾出现变形的状态下，任意截面将会垂直于拱平面轴，指向拱轴与同拱轴切线重合的三个方向分别发生线位移，同时围绕这三个方向而发生转角位移。若要研究相距的截面变形，我们可以获得拱绕轴转动之间的曲率关系：
　　若拱桥宽跨度相对较小，侧向刚度也会随之减小，这种情况下，单承重面拱桥会产生侧倾弯扭失稳的现象。所以，需验算拱桥结构的侧稳状态。
　　3 结束语
　　系杆拱桥起源于欧洲，是一种有百余年历史的桥梁形式。文章结合国内外研究情况，对系杆拱桥的受力特性及稳定性能了分析，为系杆拱桥的设计和研究提供借鉴。
　　参考文献
　　[1]李丰群.大跨度系杆拱桥静力特性和稳定性能研究[D].东南大学，2005.
　　[2]于淑兰.梁拱组合桥梁结构体系性能分析[D].大连理工大学，2003.
　　[3]邵旭东主编，顾安邦主审.桥梁工程[M].北京：人民交通出版社，2003（10）.