1. 工程概况及背景

太原至中卫（银川）铁路是《中长期铁路网规划》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Ⅰ级，桥隧占比38%。太原至中卫全长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#隧道直线连接。桥梁全长658.11m，拟

设置主跨为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 东胜台凸，是块古老的地台，未见岩浆岩生成和岩浆活动，地震极少。 地势由西部向东倾斜，西南部平均海拔 1600-1800 米，其它各地平均海拔 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 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%为山区，5%为川区。该区域跨越暖温带与中温带，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公路的 要求，主桥拟采用跨径约为 88m 的简支下承式钢管混凝土拱桥。

2. 系杆拱桥的承载特点

拱具有悠久的历史，其造型美观、结构轻巧，跨越能力大。由于在竖向荷载作用下拱的两端支承除了有竖向反力外，还将产生水平推力，使得拱内弯矩大大减小，为主要承受压力的结构，因此可以充分发挥材料的特性，被广泛应用于桥梁工程、水利工程以及建筑工程中。拱是一种独特的结构形式，它可以清晰地表 现出力流和美学的外观。”拱是结构，也是建筑”，工程师与建筑师充分发挥想象 力和创造力，将拱同其他结构形式相结合以满足建筑功能和环境的需要，使拱结 构发展到过去从来没有想到过的更高水平。

下承式系杆拱桥较多的做成两片拱架结构，或者做成单承重面拱架结构；当桥面宽度较大时，有时设置三片拱架，或者做成分离的两幅系杆拱桥。该桥型一般都是正交布置的结构形式。由于近年来公路等级的提高，路线线形技术要求也相应提高了，使路线与河道经常形成斜交的情况，对于40m跨径以内的桥梁，根据需要，一般可以把桥梁布置成与路线一致的斜交结构形式，像斜板梁桥、斜T梁桥及斜组合箱梁桥等。更大跨径时，斜支承连续梁桥及斜连续刚构桥等也可采用，并已有一些这方面的桥例，在拱式体系中，有斜上承式肋拱桥。斜石拱桥等形式。这些构造处理可以缩短桥长、路桥连接顺畅、减小全桥工程量、节约造价。而当路线与河道为斜交时，从总体上考虑采用系杆拱桥结构形式时，譬如主跨要求较大而又不需做边跨、通航要求较高、桥面标高受到限制等时，若斜交正做，则肯定要加大桥梁跨径，这样使得系杆及桥面加长，桥面板及内横梁数量增加，吊杆数也要增多，拱肋跨度必然加大；同时由于跨径变大，使得结构内力增大，材料用量增多；且支座设计吨位变大，加大下部结构造价。因此，斜系杆拱桥这种结构形式便应运而生了。

另外，下承式钢管混凝土本质上属于套箍混凝土，因此，除具有一般套箍混凝土的强度高、塑性好、质量轻、耐疲劳、耐冲击外，尚具有以下几方面的独特优点：（1）钢管本身就是耐侧压的模板，因而浇筑混凝土时，可省去支模、拆模等工序，并可适应先进的泵送混凝土工艺。（2）钢管本身就是钢筋，它兼有纵向钢筋和横向箍筋的作用，既能受压，又能受拉。（3）钢管本身又是劲性承重骨架，在施工阶段可起劲性骨架的作用，在使用阶段又是主要的承重结构，因此可以节省脚手架，缩短工期，减少施工用地，减低工程造价。（4）在受压构件中采用钢管混凝土，可大幅度节省材料。理论分析和工程实践都表明，钢管混凝土与钢结构相比，在保持结构自重力相近和承载能力相同的条件下，可节省钢材约50%，焊接工作量显著减少；与普通钢筋混凝土相比，在保持钢材用量相当和承载能力相同的条件下，可减少构件横截面面积约50%，混凝土和水泥用量以及构件自重也相当于减少一半。