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毕业论文课题相关文献综述
文 献 综 述
一、工程概况与背景
太原至中卫（银川）铁路是《中长期铁路网规划》规划的西北至华北新通道的重要组成部分，线路东起太原南站，西达包兰线中卫站、银川站，横穿23个县市区，线路等级为级，桥隧占比38%。太原至中卫线路全长751公里。苗家坪大理河特大桥位于陕西省子洲县苗家坪镇，上跨青银高速公路后与苗家坪2#隧道直接连接。桥梁全长658.11m，其主跨拟设置为约72~112m简支下承式钢管混凝土拱桥。
苗家坪镇属华北地台的鄂尔多斯台、陕北台凹的中北部。东北部靠近东胜台凹，是块古老的地台，未见岩浆岩生产和岩浆活动，地震极少。地势由西部向东倾斜，西南部平均海拔1600~1800米，其他各地平均海拔1000~1200米。最高点是定边南部的魏梁，海拔1907米，最低点是清涧无定河入黄河口，海拔560米。地貌分为风沙草滩区、黄土丘陵沟壑区、梁状低山丘陵区三大类。大体以长城为界，北部是毛乌素沙漠南缘风沙草滩地区。得到治理的沙滩地郁郁葱葱；海子（湖泊）星罗棋布。南部是黄土高原的腹地，沟壑纵横，丘陵峁梁交错，水土流失得到初步控制，生态环境有了较大改善，境内95%位山区，5%为川区。该区域跨暖温带和中温带，具有大陆性季风气候特点。日照充足，光能较强。年均气温9.1℃，年均无霜期145天，降水变率较大，旱涝频繁。年均降水量428.1毫米，春夏季多行偏南风，秋冬季春盛行偏北风。本设计需考虑满足跨越 青银高速铁路的要求，主桥拟采用跨径约为112m的简支下承式钢管混凝土拱桥，参考82m跨径的简支下承式钢管混凝土拱桥进行本铁路桥梁的设计。
二、系杆拱发展概述
随着科学技术的发展，生产力水平空前提高，公路和铁路的高速化趋势发展迅猛，对桥梁的要求也不断提高，也为拱桥这一古老桥型的发展注入了新的活力。同时，各种新型材料的相继出现也提供了物质基础，高科技产业的发展也为结构理论、计算方法和技术、制造工艺和施工方法的发展提供了更优越的条件。因此近年来，拱桥的发展无论是从跨越能力的提高、结构形式的组合化趋势以及各种新型材料的应用和合理组合配置等多方面都有了充分的发展。
早期的桥梁多为简单的梁、拱、吊之类的桥式体系，结构受力明确、造型清晰。但是，随着社会进步和科学技术的发展，通过各种优化、比较和组合的实践，桥式结构更加多样、适用，组合也更加科学、合理。组合体系结构一般是由两种或两种以上的基本结构如梁、拱、板、杆等组合而成，其力学性能和材料指标往往要优于同等设计条件的单一结构体系。拱梁组合体系桥是将主要承受压力的拱肋和主要承受弯矩的行车道梁组合起来共同承受荷载，充分发挥被组合的简单体系的特点和组合作用，以达到节省材料或降低对地基的要求的设计构想。系杆拱桥即为一种集拱与梁的优点于一身的拱梁组合体系桥，它将拱与梁两种基本结构组合在一起，共同承受荷载，充分发挥了梁受弯、拱受压的结构性能和组合作用，从结构上主要可分为有推力和无推力两种组合体系。系杆拱桥起源与十九世纪末的欧洲。1858 年奥地利人兰格尔(Josef Langer)申报了刚性梁柔性拱的系杆拱桥专利，强调拱肋和吊杆之间铰接构造，拱肋只承受轴向力，不承受弯矩，这就是现代系杆拱桥的早期形式。随后，人们认识到用斜吊杆代替兰格尔梁中的竖吊杆，可以大幅度提高系杆拱桥刚度，这一设想最早是由尼尔森(Q.F. Nelsen) 提出的，1929 年在瑞典获得了专利权。因此，斜吊杆形式的系杆拱桥又被称为尼尔森体系。二战以后，德、日、美等国对这些桥型进行了一定的研究与实践。
国外对系杆拱桥的研究和实践中，尼尔森体系与竖吊杆体系一样受到重视和研究，且主要用在大跨度和重荷载的情况下。世界上第一座提篮形拱肋的尼尔森一洛斯(Nelsen一Rohse)体系桥梁，是1962年德国建成的费马恩松德(Fehirnamsund)桥，主跨 248.4m，矢高 43m，桥面宽 21m，单线铁路与三车道公路并行。日本自从 1968 年建成了第一座尼尔森洛斯(NelsenRohse)体系桥一主跨 110m 的安岐桥，在此后的二十多年中，先后修建了 10 多座 200m 左右跨度的提篮形拱肋的尼尔森洛斯体系桥梁，其中 1991 年 7 月建成的新滨寺桥，跨度达到了 254m，成为了世界上最大跨度的尼尔森一洛斯体系桥梁。相比之下，尼尔森体系系杆拱桥在国内的应用则比较少，1996 年建成的安徽省巢湖市西坝路桥，主跨 40m，矢高 8m，预应力混凝土斜吊杆系杆拱桥，是我国的第一座采用尼尔森体系的系杆拱桥。在国内，系杆拱桥的设计多采用竖吊杆布置形式，己建成的多座百米以上跨径的系杆拱桥，如天津开发区彩虹大桥(3l60m)、四川绵阳涪江三桥(202m)以及广州丫髻沙大桥等都是采用竖吊杆布置形式的系杆拱桥。
我国公路桥梁史上首次采用系杆拱是位于京津公路上的天津杨村（今武清县）双龙桥，建于民国 11 年（1922 年），为 3 孔跨径 20 米的下承式钢筋混凝土系杆结构：民国 17 年，在湖南湘潭至宝庆公路上建成的永丰大桥，为主跨 24.38 米的 4孔中承式钢筋混凝土系杆拱。 解放后，我国在五、六十年代先后修建了一些系杆拱桥，包括天津市跨越蓟运河的宁河桥，1958 年修建的跨越京杭运河山东省临清卫运何桥、武城卫运河桥、江苏杨州大运河桥、1961 年建成的陕西省略阳桥等。这些都是主孔跨径 50 米的下承式钢筋混凝土系杆拱桥。
进入八九十年代以来，随着我国经济的发展和桥梁设计理论、计算手段的进步，我国的桥梁事业得以蓬勃发展。各种结构形式的系杆拱桥也不断涌现。除了传统的下承式系杆拱还出现了中承式、乃至上承式系杆拱桥，其它形式诸如无横撑的、单片拱肋的、斜吊杆的、异型的等，不一而足。大跨径拱桥的发展方向--钢筋混凝土系杆拱桥的出现，使古老的拱桥又一次焕发了青春。主跨 312m 的广西邕江肋拱桥和主跨 420m 的四川万县长江大桥的钢管混凝土箱拱，更是已经进入了世界级的先进水平。原哈尔滨建筑工程学院钟善桐教授曾撰文指出系杆拱桥的跨度可达 600m 左右；同济大学的周念先教授则在他的《桥梁方案比选》（同济大学出版社，1997）中提出：在 500~1000m 的超大跨的范围内，可供比选的方案有悬索桥、斜拉桥和系杆拱桥。他认为如果系杆拱桥一时不具备做到 1000m 的条件，可以先以 650m 为第一目标。而且目前已建成的黄埔江卢浦大桥(下承式系杆拱桥)，主跨跨径就己经达到了 550m。卢浦大桥一跨过江，矢跨比 f/L＝1/5.5，边跨采用跨度各为 100m 的上承式拱梁结构，两边跨端横梁之间布置强大的水平拉索(系杆),以承受主跨拱肋的水平推力，主桥采用全钢焊接钢结构，跨度居世界第一的现代钢系杆拱桥。 但是，这并不是极限，系杆拱桥在结构体系和施工方法上都具备了更大的跨越能力，因此，拱桥跨径的继续向前推进完全是可能的。
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