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1、1. 概述2. 拱桥构造3. 拱桥设计4. 拱桥施工5. 拱桥计算第三章 拱桥第一节 概述 拱桥的基本特点及优缺点 拱桥的组成和分类拱桥的主要组成拱桥的分类 拱桥的发展史 拱桥实例介绍 拱桥的主要承重结构是拱圈(肋)，在桥面竖向移动荷载作用下桥墩或桥台不仅产生竖向反力而且产生水平推力。拱桥的基本特点 跨越能力大；能充分做到就地取材；耐久性好，养护、维修费用小；外形美观；构造较简单，有利于广泛采用。(1)自重较大，有推力，增加了下部结构的工程量，对地基要求高；(2)施工方法相对复杂，费用高，施工时间长(3)由于水平推力较大，在连续多孔的大、中桥中，为防止一孔破坏而影响全桥的安全，需要采取较复杂的
2、措施，或设置单向推力墩，增加了造价；(4)上承式拱桥的建筑高度较高。主要优点：主要缺点：拱桥的优缺点拱桥的主要组成1-主拱圈拱桥也是由上部结构（桥跨结构）和下部结构两大部分组成。2-拱顶3-拱脚4-拱轴线5-拱腹6-拱背7-起拱线8-桥台9-基础10-护坡11-拱上建筑 按材料：拱桥的分类圬工拱桥、钢筋混凝土拱桥、钢拱桥 按拱上建筑的形式：实腹式、空腹式 按桥面位置：上承式、中承式、下承式 按拱轴线：圆弧拱桥、抛物线拱桥、悬链线拱桥 按有无水平推力：有推力拱桥、无推力拱桥 按主拱的截面形式：板拱、肋拱、双曲拱、箱型拱 按结构体系：简单体系拱、组合体系拱 桥面系结构不与主拱一起受力，主拱以裸拱的
3、形式作为主要承重结构。三铰拱简单体系拱两铰拱无铰拱外部静定结构。优点：由于温度变化、混凝土的收缩、基础的不均匀沉降等原因引起的变形不会在拱内产生附加内力，计算时无需考虑体系的弹性变形。缺点：铰的构造复杂、维护费工；拱的挠度曲线不匀顺，在铰处有明显转折，会引起活载的附加冲动，对行车不利；另外其刚度也小，降低了抗震能力。适用：小跨径公路桥。 三铰拱外部一次超静定结构。特点：结构整体刚度比三铰拱大。基础的竖直不均匀沉降或墩台转动，对它的内力没有影响，混凝土收缩、徐变和温度变化所产生的附加力也比无铰拱小。 适用：基础可能发生位移之处或平坦的拱桥中。 两铰拱外部三次超静定结构。优点：构造简单，刚度大而活
4、载内力较小，维修费用省，必要时还可将拱脚浸没在水中以获得较大的矢跨比。缺点：由于混凝土收缩、徐变、温度变化和基础不均匀沉降所产生的附加变形，特别当矢跨比较小时，将发生不可忽视的附加内力。适用：气温变化剧烈和地质不良地方不宜采用。 无铰拱无推力的组合体系拱拱的推力由系杆承受，墩台不受水平推力。有推力的组合体系拱 此种组合体系拱没有系杆，有单独的梁和拱共同受力，拱的水平推力由墩台承受。组合体系拱柔性系杆刚性拱系杆拱无推力的拱梁组合桥刚性系杆柔性拱朗格尔拱刚性系杆刚性拱洛泽拱用斜吊杆来代替竖直吊杆时称为尼尔森拱。 系杆的刚度远小于拱肋的刚度，可以假定忽略系杆承受的弯矩。此时认为弯矩均由拱肋承受，系杆
5、只受拉。柔性系杆刚性拱：假设系杆和吊杆均为柔性杆件，只受轴力而无压力和弯矩；拱肋视作普通拱桥的拱肋，为偏心受压构件。适用跨度20-30m；矢跨比一般为1/4-1/5。拱肋高度：公路桥一般为跨径的1/301/50； 铁路桥一般为跨径的1/251/40。随着跨径和荷载的增大，拱肋截面尺寸增大较快，系杆和拱肋的联接部位更加复杂，故在大跨、重载条件下较少采用。拱肋的刚度远小于系杆的刚度，可以假定忽略拱肋承受的弯矩，此时系杆受拉、弯，拱肋只受轴向力，故称柔性拱。刚性系杆柔性拱：奥地利Langer首创，故称朗格尔梁。该体系相当于把桁架弦杆与梁组合起来，以梁为受力主体，而曲线桁架对梁加劲，形成具有刚性梁的曲
7、一般为拱肋高的0.81.2 倍。刚性梁柔性拱（倒朗格尔拱）刚性梁刚性拱（倒洛泽拱）有推力的拱梁组合桥按材料石拱、木拱铸铁拱钢筋混凝土拱拱桥的发展情况钢拱钢管拱 石梁桥 在石墩上放置一块石板就成了一座石梁桥，石是人类最早使用的天然的建筑材料，现存最多的古代桥梁就是石桥。秦汉时期的石梁石柱桥已经很难看到，保存到现在最早是唐代，多为明清时代的石梁石柱桥。泉州洛阳桥 石梁桥如何增加跨度？石板的跨度一般只有十多米，将石板逐级伸出可以增大跨度，在建筑上成为“叠涩”，受力上为悬臂。多边形石梁，这是梁拱之间的一种结构形式。 浙江平湖的兴隆桥，在重叠四层叠涩出檐后，最上一层才是横向的支点石梁，跨度7.0m。这些
8、石梁桥最后都向石拱桥方向发展。 石拱桥为增大跨度，拱桥逐步发展起来。欧洲的石拱艺术盛行于罗马时代，这一时期多采用圆形拱，跨度较小，桥墩厚重约为拱宽的1/3，所以每个拱可以独立。罗马时代遗留下来的一些引水的建筑水道桥。这些石拱不用灰浆砌筑，但是水槽中用灰浆防水。 加尔德桥中间层桥墩的盲目削弱，说明当时的技术是属于实践经验性的。加尔德桥的造型是有意识的，没有什么雕塑装饰，不填塞石孔，不凿去突出的石块，得到了意想不到的美。全桥体量空间组合很有规律，比例尺度和谐，黄色石灰岩在翠绿色自然景色的衬托下构成极美的景观。造桥者阿葛立巴。 为了引犹来山的泉水给尼姆城居民，公元前63-13年间，跨越加东河之上建造
9、了多层石拱桥，即法国的加尔德水道桥。桥分三层，现残存最高层为水道，下有75个小拱支承；中间层共11个石拱，最下一层共6孔，最大跨24.4m。桥墩及分水尖的基础直接建在石灰岩上。桥用黄色石灰石，用木模架承托，不用灰浆，砌筑而成。13世纪时，将最下层桥面的下游一部分改为人行道，把中层拱桥柱下游侧凿成大凹口，几乎凿到桥的重心，1448年地震几乎倾倒，后恢复原来尺寸。 石拱桥早期修建的拱都是半圆形的，没有推力，如果跨度增大，桥就非常高，上下桥比较困难。逐步发展到割圆拱，这样跨度增大，减小高度。从半圆拱到扁拱，由于拱脚的水平推力大了，对基础的要求就高，所以在技术上是一个进步。赵州桥， 又名安济桥(宋哲宗
10、赐名，意为“安渡济民”)，位于河北赵县洨河上，它是世界上现存最早、保存最好的巨大石拱桥。被誉为“华北四宝之一”。桥长64.40米，跨径37.02米，券高7.23米，是当今世界上跨径最大、建造最早的单孔敞肩型石拱桥。石拱桥的典范赵州桥赵州桥的技术创新：采用圆弧拱形式，改变了我国大石桥多为半圆形拱的传统，半圆形拱优美、完整，但只适用于跨度较小的桥梁，跨度增大则拱顶太高，交通不便，而且施工时脚手架就会很高，增加施工的危险性。圆弧拱形式使石拱高度大大降低，实现了低桥面和大跨度的双重目的，桥面过渡平稳，车辆行人非常方便，而且还具有用料省、施工方便等优点。当然圆弧形拱对两端桥基的推力相应增大，需要对桥基的
11、施工提出更高的要求。采用敞肩。这是李春对拱肩进行的重大改进，把以往桥梁建筑中采用的实肩拱改为敞肩拱，首先可以增加泄洪能力，据计算四个小拱可增加过水面积16左右；其次敞肩拱比实肩拱可节省大量土石材料，据计算四个小拱可以减轻自身重量700吨，从而减少桥身对桥台和桥基的垂直压力和水平推力，增加桥梁的稳固。第三增加了造型的优美，四个小拱均衡对称，大拱与小拱构成一幅完整的图画，显得更加轻巧秀丽，体现建筑和艺术的完整统一。第四符合结构力学理论，敞肩拱式结构在承载时使桥梁处于有利的状况，可减少主拱圈的变形，提高了桥梁的承载力和稳定性。 单孔。李春在设计大桥的时候，采取了单孔长跨的形式，河心不立桥墩，使石拱跨
12、径长达37米之多。这是我国桥梁史上的空前创举。 赵州桥的砌置方法新颖、施工修理方便。李春在石拱砌置方法上，均采用了纵向（顺桥方向）砌置方法，就是整个大桥是由28道各自独立的拱券沿宽度方向并列组合而成，每券各自独立、单独操作，每券砌完全合拢后就成一道独立拼券，砌完一道拱券，移动承担重量的“鹰架”，再砌另一道相邻拱。这种砌法既可以节省制作“鹰架”所用的木材，又利于桥的维修，一道拱券的石块损坏了，只要嵌入新石，进行局部修整就行了，而不必对整个桥进行调整。 李春，隋代造桥匠师。现今河北邢台临城人士。隋开皇十五年至大业初（595605）建造赵州桥（安济桥）。唐中书令张嘉贞著安济桥铭中记有：“赵州蛟河石桥
13、，隋匠李春之迹也，制造奇特，人不知其所以为。” 赵州桥的敞肩圆弧拱形式是我国劳动人民的一大创造，西方在14世纪才出现敞肩圆弧石拱桥，已经比我国晚了600多年。英国著名中国科学技术史专家李约瑟博士在其巨著中国科学技术史中曾经列举了26项从1世纪到18世纪先后由我国传到欧洲和其他地区的科学技术成果，其中的第18项就是弧形拱桥。 这座大桥自建成至今已有1300多年，这期间经历了8次以上地震的影响，8次以上战争的考验；承受了无数次人畜车辆的重压，饱经无数次风刀霜剑、冰雪雨水的冲蚀，却雄姿不减当年，仍巍然屹立在河北赵县洨河上。 1、并列 2、并列卯 3、横放并列 4、纵联 5、分节并列 6、联锁分节并列
14、 7、锒面纵联 8、框式纵联 9、乱石 10、锒面乱石中国石拱拱券砌筑方法 铸铁桥： cast-iron第一座铁桥出现在英国，跨过100ft(30.5m)宽的River Severn, Coalbrookdale iron bridge, designed by Thomas Pritchard,有一系列半圆形的cast-iron ribs拱肋并列组成，用400t铸铁（19.25MPa）。 钢筋混凝土可塑性很强，可以做成任意的形状，还可以做成精巧的装饰。比石拱桥施工方便，快速，表面平整光滑。初期的钢筋混凝土拱桥基本沿用石拱桥的样式，采用小拱叠大拱的形式。1900年，加拿大 猎人街桥 1906年
15、德国的摩塞尔河桥，L46m，采用石拱桥的风格，但是桥面有精美的装饰，已经具有现代桥梁的风格。 瑞士，葛兰德费栈桥，1925。细七孔椭圆形钢筋混凝土拱支承着轻巧的双层梁柱式桥面。拱脚很自然地融合到墩身中去，没有什么装饰，但是却富于旋律。 1924 的瑞士弗立堡采林根桥，满腹拱桥，穿过墩身尚有下层的人行道拱。与高拱石桥相比，这座钢筋混凝土桥，有平整光滑的表面，并具有石桥所极费力才能达到的表现力，且有石桥所难以达到的施工速度。所以除了在交通不便的产石山区，钢筋混凝土拱桥更富有生命力。 19001950年，法国的亨奈别柯(Francois Hennebique)和他的学生罗伯特.梅拉尔(Robert
16、Maillart) 创造了新的拱桥形式。亨奈别柯 （18421921）脱离了拱桥的特点，采用板、主梁、次梁系统作为整体有机的结合，先用于房屋的楼盖，再应用于桥梁。 罗伯特.梅拉尔发明了铅板作铰点的三铰拱，以桥面板、垂直拱肋、和拱底板形成箱形拱，使得桥面与拱本身形成一个有机的整体，同时在拱脚挖去三角形缺口，称“梅式三铰拱”。之后他有对结构进行了改良，设计了一系列的桥梁。 瑞士Schwandbach Bridge 1933年建成，这是Maillart的代表作，也是世界著名的桥梁。L=37.4m,B=3.6m f=6m ,拱板厚200mm，桥面板厚160mm，桥位于曲线上，拱为抛物线拱。瑞士萨尔基那
17、山谷桥（Salginatobel Brcke）。罗伯特.梅拉尔特（Robert Maillart）于1930年设计建造，跨越阿尔卑斯山萨尔基那峡谷，是一种很经济的混凝土镰刀形上承式三铰拱桥，跨径90米，已成为世界名桥。法国工程师弗兰西捏（Eugene Freyssinet 1879-1962）他的最大贡献是创造了预应力混凝土，一些种类的锚具就是以他的名字命名的。1930年，他建造了埃洛尔恩河上的博浪加斯脱公铁两用桥，主跨为三孔180m，桥宽8.6m，矢高27.5m。保持了十年的世界记录。这是第一座箱形、变截面、抛物线拱肋的桥。该桥采用了很多创新的科学技术，比如：采用高标号水泥，并进行两年多的收
18、缩徐变研究；采用千斤顶调整拱的内力，消除拱肋由于收缩徐变和自重作用下弹性压缩的影响。Plougastel bridge 博浪加斯脱桥1922-1930Caracas-La Guaira 跨度200多米的拱桥19521953 澳大利亚悉尼港 Gladesville bridge 1964, span=305m,弗氏为顾问。该桥的特点所有构件均为预制拼装的 1942年，在西班牙跨越Esla河的Martn Gil Viaduct，为钢筋混凝土铁路拱桥，跨度5 x 22.00 m - 209.84 m - 3 x 22.00 m ，矢高64.75m 。当时最大跨度的铁路拱桥。 第一座钢拱桥是法国南部的
19、Viaur Viaduct，中跨220m的铁路拱桥，1895-1902年建成； 1897年，跨度为256m的Clifton bridge at Niagara，随后是跨度290m的箱形拱肋桥Rainbow bridge,1941年建成。Rainbow bridge,1941 值得纪念的是在非洲的Zambezi River Bridge, near Victoria Falls ,这是第一个采用悬臂拼装法施工的钢拱桥。跨度152m，跨过122m深的峡谷。 最著名为Sydney Harbour bridge,跨度509m，1932年建成。所有的施工形式都集中一起：缆索、悬臂和拱结构。有4条铁路、1
20、7m宽的公路、两侧悬出2个人行道，高出水面52m；耗费40000t钢材，部分构件在英国加工，钢板尺寸和杆件截面都是破记录的；悉尼钢桁架组合式拱桥Leagth of arch span 503 meters以下是一组悉尼钢桁架拱桥当年建桥的历史资料照片我国公路桥中70%为拱桥。我国多山，石料资源丰富，拱桥取材以石料为主。（1）圬工拱桥（石拱桥以及拱圈不配钢筋的混凝土拱桥，跨越能力较小）主拱圈为等截面悬链线。拱矢度为1/5，拱圈厚1.7m，拱上建筑对称布置5个空腹拱，两边设岸孔37m，拱圈厚1.1m。下部结构为重力式石砌墩台。该桥施工在主孔范围内设3个临时墩，上立钢支架、拱架等，其上砌筑主拱圈。1
21、965广西南宁都安红渡桥（L: 100m )世界上跨径最大的石拱桥。桥宽8m，双肋石拱桥，腹拱为9孔13m，南岸引桥3孔13m，北岸引桥1孔15m。主拱圈由两条分离式矩形石肋和8条钢筋混凝土横系梁组成。拱轴线为悬链线（m=1.543） ，拱矢度1/5，拱肋为等高变宽度。1990湖南凤凰县的乌巢河桥 （ L=120m）（2）双曲拱桥（中国首创的一种拱桥型式）结构纤细轻盈，适宜于软土地基上建造。1969江苏无锡卫东桥 构思独特，充分发挥双曲拱桥构造特点，组合拼装成三叉形的双曲拱桥。1969江苏无锡民主桥上承式无铰空腹拱，是当时我国跨径最大的双曲拱桥。拱矢度1/10，拱轴线设计为悬链线。为提高横断面
22、刚度、增强双曲拱在组合过程中裸肋的稳定性，断面设计成高低拱肋，全桥29道横隔板组成整体性好的拱肋格排，合拢后上面砌筑双层拱波。1968河南嵩县前河桥 （L=150m）（3）肋拱桥 1988广东广州流溪桥 （L=90m）钢筋混凝土箱肋中承式拱，拱矢度1/4.5，全桥采用喷塑装修工艺，建筑宏伟壮丽，已成为公园的重要景观。中承装配式铁路钢筋混凝土拱，矢高40m，两片拱肋中心距7.5m。拱轴线采用二次抛物线，拱肋为箱形截面，吊杆为预应力杆件。施工时先架设钢拱架，然后在拱架上由下而上分层施工，安装拱肋底板-腹板-顶板，使先安装的拱肋底板与钢拱架共同受力。在拱顶进行应力调整，改善了拱肋的受力状态。为保证结
23、构的整体性，拱肋与桥面系相交处的一段拱肋在工地现浇。1966北京永定河七号桥 （L=150m）1983 台湾台北关渡桥 （L=165m）中承式5孔连续系杆拱桥，中间孔跨度为165m，两侧孔跨度为143m及44m，拱圈为抛物线。 1990江苏丹阳云阳桥（L=70m） 跨越京杭大运河，无粘结预应力系杆拱，3根拱肋，矢度1/5，拱轴系数m=1.0，单箱高1.5m，行车道刚性纵梁和无粘结预应力柔性系杆分开。预制安装法施工.1992 广东开平三埠桥 （L=60m）单拱肋预应力混凝土系杆拱，单拱肋置于车行道中央分隔带上。 1994台湾台北碧潭桥（L=160m） 桥面由预制预应力混凝土单箱组成，并配以Y型悬
24、臂拱圈，形成主跨为160m及2x100m无推力拱桥。引桥跨度分别为85m及57m，全桥以简洁明快的弧形曲线构成，与远山近水相协调。 1990四川宜宾小南门桥 (=240m)主桥系中承式钢筋混凝土肋拱桥，矢度1/5，是当时国内跨径最大的钢筋混凝土拱桥。该桥采用劲性钢骨架施工法，缆索吊装。（4）箱拱桥 1979四川省宜宾市金沙江大桥 （L=150m）中国采用缆索吊装施工、跨径最大的钢筋混凝土箱形拱。主拱圈箱高2.0m，箱宽7.60m，矢跨比1/7，全拱圈横向分5个箱室；纵向分5段预制，缆索吊装就位后再组合成整体箱。1989四 川涪陵乌江大桥 （L=200m）桥高84m，矢跨比1/4，主拱圈采用3室
25、箱。 涪陵乌江大桥采用转体法施工，先在两岸上、下游组成3m宽的边箱，待转体合拢后吊装中箱顶、底板，最后组成3室箱。1997四川万县长江大桥 L=420m)劲性骨架钢筋混凝土箱形拱桥（5）刚架拱桥1989江苏无锡100米下甸桥 变截面，四分点附近截面高度最大，分别向拱脚、跨中减小。取消斜撑，拱上建筑采用23m预应力混凝土简支梁以过渡。1993江西德兴130米太白桥 采用转体施工。（6）桁架拱桥1976浙江宁海75米越溪桥 主孔为净跨75m的预应力混凝土桁架拱，拱矢度1/9；边孔为净孔40m的双曲拱，1971浙江余杭50米里仁桥 钢筋混凝土斜拉杆式桁架拱桥。拱圈矢跨比为1/8。全桥布置4片拱片，在
26、上弦杆覆盖微弯板混凝土桥面。预制拱片卧置叠浇，分段用浮吊起吊、翻身和吊装，在三分点处设临时支托，浇筑湿接头混凝土。（7）桁式组合拱桥中国首创的一种桥型，它除保持桁式拱结构用料省、竖向刚度大等特点外，更具有桁梁的特性和可以采用悬臂法施工、施工阶段和运营阶段的受力趋于一致等优点。1990四川自贡160米牛佛沱桥 桁式组合拱为三室箱形截面，桁架片按节段分件预制，采用人字扒杆悬拼安装。（8）钢管混凝土拱桥1990四川旺苍115米东河桥 下承式钢管混凝土预应力系杆拱桥，矢度1/6。两片拱肋间用直径800mm横撑连接以保持其稳定性。活载作用下拱脚的水平推力由系杆及桥墩共同承担。钢管拱肋实际上是一种复合材料
27、，在破坏荷载作用下，钢管不仅起纵筋的作用，而且对混凝土起螺旋箍筋的作用，以提高构件的承载能力。在施工阶段，钢管起着劲性骨架的作用。 1998浙江义乌80米宾王桥 单肋钢管混凝土系杆拱桥，中跨矢跨比1/5，矢高15.6m；边跨矢跨比1/4.5，矢高11.87m 。1932澳大利亚503m悉尼钢拱桥1977美国518.2m New River桥（9）钢拱桥第二节 拱桥构造 上承式拱桥 中、下承式拱桥 钢管混凝土拱桥 其它类型拱桥上承式拱桥 拱圈(肋)的构造 拱上结构构造 (实腹式、空腹式) 拱桥其它细部构造 上承式空腹拱桥的构造示例 桥面在主拱圈之上的称上承式拱桥，其上部结构由拱圈(肋)和拱上结构
28、(在桥面系与主拱之间传递荷载的构件或填冲物)构成。拱圈(肋)的构造 拱圈截面形式： 板拱、肋拱、箱形拱、钢管拱、双曲拱 拱圈横截面沿跨径的变化规律 板拱是指主拱（圈）采用整体实心矩形截面的拱。按照主拱所采用的材料，可分为石板拱、混凝土板拱和钢筋混凝土板拱等。板拱肋拱：用两条或多条分离的平行窄拱圈即拱肋作为主拱圈的拱。具有自重轻，恒载内力小，可以充分发挥钢筋混凝土等材料的性能，在大中型拱桥中得到广泛应用。肋拱纵梁纵梁拱肋立柱拱肋立柱横系梁桥面系纵梁 1994台湾台北碧潭桥（L=160m）桥面由预制预应力混凝土单箱组成，并配以Y型悬臂拱圈，形成主跨为160m及2x100m无推力拱桥。引桥跨度分别为
29、85m及57m，全桥以简洁明快的弧形曲线构成，与远山近水相协调。肋拱截面形式：矩形、工字形、管形、箱形 箱形拱的拱圈，可以由一个闭合箱(单室箱)或由几个闭合箱(多室箱)组成。每个闭合箱又由顶板、底板、肋板(侧板)组成。为提高拱箱抗扭能力，加强箱壁的局部稳定性，拱箱内每隔一定距离设一道横隔板。主拱圈由多室箱构成，箱形拱通常采用预制拼装施工。箱形拱 1979四川省宜宾市金沙江大桥 （L=150m）。中国采用缆索吊装施工、跨径最大的钢筋混凝土箱形拱。主拱圈箱高2.0m，箱宽7.60m，矢跨比1/7，全拱圈横向分5个箱室；纵向分5段预制，缆索吊装就位后再组合成整体箱。 1989四川涪陵乌江大桥 （L=
30、200m）。桥高84m，矢跨比1/4，主拱圈采用3室箱。 涪陵乌江大桥采用转体法施工，先在两岸上、下游组成3m宽的边箱，待转体合拢后吊装中箱顶、底板，最后组成3室箱。 1997四川万县长江大桥 L=420m)。劲性骨架钢筋混凝土箱形拱桥。套箍指标双曲拱桥 主拱圈由纵向拱肋、横向拱波、拱板和横向联系组成，外形上在纵横两个方向均成弧形曲线。主要特点是：将主拱圈以“化整为零”的方法按先后顺序进行施工，再以“集零为整”的方式组成成承重的整体结构。因主拱圈分期形成，呈现组合结构的受力特征，整体性较弱，在地震荷载作用下容易破坏。 我国的双曲拱桥：1964年江苏省无锡县交通局创建了具有我国桥梁特色的双曲拱桥
31、。 第一座双曲拱桥为试验桥梁，建于1964年，跨度9m 江苏无锡，新虹桥，单波双曲拱桥，跨度80m湖南长沙湘江双曲拱桥。主拱圈横截面是由一个或数个小拱组成的。主拱圈在纵向及横向均呈曲线形。截面变化规律等截面（常用） 变截面（构造复杂）拱圈截面沿跨径的变化规律实腹式拱上结构侧墙拱腹填料护拱变形缝防水层泄水管桥面侧墙是围护拱腹填料之挡墙，应按挡土墙验算其截面强度。其顶部应盖以帽石，帽石突出侧墙表面至少0.1m以形成飞檐，避免雨水沿侧墙流下，并增加桥的美观。拱腹填料可用填充和砌筑两种方式。在圆弧形拱和多孔实腹拱桥中，为便于敷设防水层，通常在拱脚段设置护拱。为保证拱上结构不因拱圈在温差变化或偏载作用产
32、生变形而破坏，在拱上结构和墩台间需设置约20mm的变形缝(伸缩缝)。变形缝可做成一条整齐空缝，在缝中填以沥青胶砂或者在表面做成一条无砂浆的干砌缝。实腹式拱上建筑构造简单，施工方便，但填料数量较多，恒载较重，小跨径拱桥中多采用实腹式。 大、中跨径拱桥多采用空腹式。空腹式拱上建筑由多孔腹孔结构（横墙或刚架）和桥面系组成，以利于减小恒载，并使桥梁显得轻巧美观。根据腹孔桥面系的结构形式，空腹式拱上建筑又分为拱式和梁式两种。四川万县长江大桥 河北赵州安济桥空腹式拱上结构横梁和刚架横墙刚架拱式拱上建筑拱式腹孔简支腹孔梁式腹孔：简支腹孔、连续腹孔、框架腹孔梁式拱上建筑连续腹孔框架腹孔拱桥细部构造拱桥其它细部
33、构造 伸缩缝与变形缝 拱铰 排水与防水层伸缩缝与变形缝在荷载作用、材料收缩及温度变化的影响下，拱圈将下降或上升，拱上结构也将随之变形。如果拱上结构与桥墩台联成一体，则拱上结构受桥墩、台的约束不能自由变形，从而在它的顶部产生拉应力而开裂。 为了避免这种不良的影响，应该用断缝将拱上结构和桥墩(台)分开，这种断缝叫伸缩缝(留缝23cm)，在腹拱上方设变形缝(只断开，没有缝宽) 。在拱桥的计算中，为了简化计算工作，一般是将主拱和拱上建筑分开来考虑，即把主拱当作主要承重结构，而将拱上结构当作传递荷载的结构。 温度下降时的变形半跨加载时的变形 在拱桥的计算中，为了简化计算工作，一般是将主拱和拱上建筑分开来
34、考虑，即把主拱当作主要承重结构，而将拱上结构当作传递荷载的结构。 为了避免这种不良的影响，应该用断缝将拱上结构和桥墩(台)分开，这种断缝叫伸缩缝(留缝23cm)，在腹拱上方设变形缝(只断开，没有缝宽) 实腹式拱桥伸缩缝的布置 在跨度较小的实腹式拱桥，可仅在两拱脚的上方设置，并需在横桥方向贯通全桥及侧墙的高度。空腹式拱桥伸缩缝及变形缝的布置 跨度较大的空腹式拱桥：一般将紧靠墩(台)的第一个腹拱圈做成三铰拱，并在靠墩(台)的拱铰上方的侧墙上，也相应设置伸缩缝，在其余两铰上方的侧墙，可设变形缝(只断开，没有缝宽)；特大跨径的拱桥：还需将靠近拱顶的腹拱圈也做成两铰拱或三铰拱。拱铰上方的侧墙仍需设置变形
35、缝，以便拱上结构更好适应主拱的变形。若边孔在与墩(台)衔接处使用端立柱时，可用细缝与之分开；若边孔的桥面梁直接支承在墩(台)上，必须使用构造完善的支座，否则，伸缩缝处的伸缩仍将受阻。采用梁式腹孔时伸缩缝及变形缝的布置 按其作用可分为永久性铰和临时性铰两类。拱铰当拱桥主拱圈按两铰拱或三铰拱设计以及空腹式腹拱按构造要求需要采用两铰或三铰拱时，需要设置永久性的拱铰。 当在施工过程中为消除或减少主拱圈的部分附加内力，以及对主拱圈内力作适当调整时，需设置临时性的拱铰。拱铰型式的选择，按照铰所处的位置、作用、受力大小、使用材料等条件综合考虑，常用的有(1)弧形铰 (2)铅垫铰 (3)平铰 (4)不完全铰
36、(5)钢铰(钢量较大，目前已很少应用)。 弧形铰可以用石料、混凝土和钢筋混凝土做成。它是由两个不同半径的弧形表面块件合成。一个为凹面(R2)，一个为凸面(R1)。凹凸面半径之比在1.21.5之间，铰的宽度等于拱圈(肋)的宽度，长度为拱厚的1.151.20倍。弧形铰的作用并不完善，当圆筒形表面互相位移时压力线的作用点可能偏离较大，此时在靠近铰的拱段中将产生附加弯矩。且加工困难，所以目前一般只应用在临时施工当中，比如采用转体施工时，为使桥体顺利转动，在拱脚需设置球面弧形铰。弧形铰 用厚度1520mm的铅垫板，外包以锌、铜（1020mm）薄片做成 。铅垫铰是利用铅的塑性变形，铅垫板可以容许支承截面自
37、由转动来实现铰的功能。同时，为了使压力正对中心，并且能承受剪力，设置穿过垫板中心而又不防碍铰转动的锚杆。 铅垫铰 由于弧形铰的构造复杂，铰面加工困难且不易保证质量。因此，在跨径较小的空腹式拱桥的腹拱圈，常采用构造简单的平铰。平铰是平面相接，直接抵承；其接缝间可用低标号的砂浆砌筑，也可用油毛毡垫衬或直接干砌。 平铰 这种铰既能使拱圈施工时不断开，又能在使用时起到拱铰作用，构造简单，因此使用较多。因为便于整体安装，所以对于跨径不大(如腹拱圈)或轻型的结构物(人行桥)中经常被采用。不完全铰 空腹式拱桥，防水层应沿腹拱上方与主拱圈跨中实腹段的拱背设置，泄水管也宜布置在l4跨径处。 实腹式拱桥防水层应沿
38、拱背护拱、侧墙铺设。如果是单孔，可不设泄水管，积水沿防水层流至两个桥台后面的盲沟，然后沿盲沟排出路堤。如果是多孔拱桥，可在1/4跨径处设泄水管。 排水与防水层拱肋的截面形式；拱上刚架共几排？各排刚架在顶部和底部采用了什么支承形式？ 靠近拱脚和靠近拱顶的桥面系纵梁分别是什么样的结构形式？一孔跨度上共设了几条横断缝？分别在什么位置？立柱与拱肋或顶部纵梁间的铰接和刚接分别是怎样实现的？上承式空腹拱桥构造示例中、下承式拱桥 桥面位于拱肋下方的拱脚水平面处的拱桥称下承式拱桥。其桥跨结构由拱肋、吊杆、横向联结系和桥面系四部分组成。适用于：建筑高度受限多孔拱桥的大跨拱肋截面形式：材料： 钢筋混凝土 钢管混凝
39、土结构形式： 无铰拱拱肋矢跨比：1/41/7横向布置：平行式、提篮式、开敞式、独肋式 1990四川宜宾小南门桥，跨度240m。主桥系中承式钢筋混凝土肋拱桥，矢度1/5，是当时国内跨径最大的钢筋混凝土拱桥。该桥采用劲性钢骨架施工法，缆索吊装。平行式：增强了横向稳定：拱脚肋间距加大，使平均宽跨比加大；拱顶肋间距减小，使横向联系长度缩短而刚度加大。桥面系荷载传递给拱肋时不是垂直的，而是带有倾角，具有水平分力。对于中下承式拱桥，吊杆产生的水平分力约束了拱肋的侧倾。提篮式： 著名的费马恩海峡桥。设计师弗里茨.莱昂哈特，1963年建成。桥长963.4米，主跨248.4米，公路和铁路位于同一平面。 提篮式造
40、型本身显示了一种抗风与压曲的稳定形态，二根拱肋彼此向内靠拢，横向联结十分简洁，是技术与美观结合的典范。日本长柄桥 菜园坝长江大桥，公路和轨道交通两用钢箱提篮拱特大桥，是连通重庆主城的南北大通道。主桥长约800米、主跨达420米。 菜园坝长江大桥拱肋侧倾角对稳定性的影响：当侧倾角在06度间变化时，失稳模态为面外正对称失稳，侧倾角在912度变化时，失稳模态为面外反对称失稳，说明拱肋内倾可以明显改变拱桥的失稳模态，主拱的总体变形朝着反对称失稳模态方向发展。 整体稳定性系数比平行肋拱有较大提高，而且随着拱肋侧倾角的增大而增大。拱肋侧倾角在03时，侧向稳定性系数增大了15.3%；36时，增大了21%；6
41、9时，增大了20.4%；912时，增大了10.3%。可见，当拱肋侧倾角在912变化时，稳定性系数提高明显降低，所以拱肋的侧倾角以10附近为佳。该桥的侧倾角选择10.62是比较适合的。 为了满足桥面净空高度的要求，也可不设横撑而形成所谓“敞口桥” 。但是，为了满足肋拱的横向刚度，必须采用刚性吊杆，以使其与横梁共同形成一个刚性的半框架，给拱肋提供足够刚劲的侧向弹性支承，以承受拱肋上的横向水平力。或者加大拱肋的断面尺寸，使其本身具有足够的横向刚度和稳定。 敞口式： 德国斯凡贝尔威桥，具有宽阔的矩形箱拱截面，无横向风撑形态简洁，桥面空间通畅。 我国位于广东省惠州市的水门大桥建于1991年，全长315m
42、，其中三跨(40+60+40m)为无风撑的预应力系杆拱。拱、梁为白色，系杆为蓝色，醒目、典雅，与背景中的惠州城市风貌相协调。独肋式： 日本大阪附近的泉-大津桥(1976年)，跨径175m，中央采用凭借宽的钢板吊杆固定在桥面上的单拱，来增大横向刚度。 1992 广东开平三埠桥 （L=60m）单拱肋预应力混凝土系杆拱，单拱肋置于车行道中央分隔带上。 建于1992年的西班牙巴尔盖特桥，是将单弦拱肋在端部附近分离成为三角形门，造型独特新颖且非常优美轻盈。吊杆受力形式：轴向受拉。间距：一般等间距，410m。构造：刚性吊杆：钢筋混凝土或预应力混凝土。柔性吊杆：圆钢或钢丝束。刚性吊杆主要受拉，上下节点处局部
43、受弯。柔性吊杆高强钢丝柔性吊杆冷轧钢筋柔性吊杆横向连接系作用：保证拱肋的横向刚度和稳定； 将作用在拱肋上的横向水平力传递到墩台。形式：横撑、对角撑、空格式构造：桥门架楣杆桥面系构造：由桥面板和纵横梁组成。横梁上铺纵梁、纵梁上现浇桥面板；纵梁采用T形或TT形截面，上翼缘作为桥面板；不设纵梁，横梁上直接密铺预制空心板或实心板。桥面系与拱肋的连接：通过固定横梁(需设断缝)。断缝的处理：双横梁和双吊杆；挂梁。钢管混凝土拱桥 钢管混凝土拱桥的组成和结构 钢管混凝土结构的特点 构件构造 连接构造其它类型拱桥构造组合体系拱桥桁架拱桥刚架拱桥组合体系拱桥系杆的构造系杆的构造在行车道中设置横向断缝，使行车道不参
44、与系杆的受力，行车道简支在横梁上；系杆采用型钢或扁钢制作，与行车道完全不接触，行车道内设置横向断缝； 采用独立的钢筋混凝土系杆，自由地搁置在横梁上，一般尽量把系杆做得矮宽以增加柔性，故常用于柔性系杆刚性拱中；采用预应力钢筋混凝土系杆，为了方便连接，系杆截面形式与拱肋截面形式一致，行车道可设横向断缝，亦可不设，考虑行车条件，不设为宜。这种系杆较为合理，由于预加压力可克服混凝土承受的拉力，避免了混凝土的裂缝，维修费用比钢系杆低。 桁架拱桥 桁架拱桥又称拱形桁架桥，是一种具有水平推力的桁架结构，其下弦杆为拱形，上弦杆一般与桥道结构组合成一整体而共同工作。桁架拱兼备了桁架和拱式结构的有利因素，能充分发
45、挥材料的受力性能。利用拱上结构与拱圈形成桁架，使之整体受力。因此桁架拱具有结构受力合理，整体性强，节省材料，自重较轻等特点。 自人类进入钢铁时代起，主拱圈采用铸铁锻铁进而为钢桁架的桁架拱桥得到迅速发展。美国贝永桥，1931年，主跨504m悉尼港大桥，1932年，503m 建于1977年美国西弗吉尼亚的新河谷桥（跨径518.2m），从远处看桥梁巨大的跨度与纤细的结构形式形成强烈对比，惊心动魄，叹为观止。 攀枝花密地大桥，主跨180米，是全国最大跨径的钢桁拱桥。栏杆里面的大管子，是输送尾矿的管道。 钢筋混凝土桁架拱桥发展于60年代，其下弦杆为拱形，上弦杆一般与桥面组合为一整体，在跨中部分一般为实腹
46、段，而空腹段利用拱上结构与拱圈形成桁架使之整体受力，这样不仅结构合理，节省材料自重较轻，形态轻盈、空透。 河南省嵩县大桥，全长494m，是9孔跨径50m的斜拉式预应力混凝土桁架拱桥，矢跨比1/7。 1995年建成的贵州江界河大桥，主跨达330m是我国最大跨的钢筋混凝土桁架拱桥。贵州跨清水江的剑河桥 刚架拱桥是在桁架拱、斜腿刚架等基础上发展起来的另一种新桥型，属于有推力的高次超静定结构，由于构件比桁架桥少，自重轻、刚度大，更经济合理。刚架拱桥江西无锡跨径为100m的金匮桥 刚架拱桥上部结构由刚架拱片、横向联结系和桥面等部分组成。特点： 在顺桥方向，将常规的主拱圈与拱上建筑部分组成为整体受力的结构
47、，拱上建筑不是单纯的传递荷载，而是参与承受荷载； 在横桥向，通过加腋板或微弯板将拱肋与现浇桥面组成整体的受力结构。虽为拱式体系，但恒载推力较常规拱桥要小。为控制桥梁建筑高度，可将矢跨比选择得小一些，一般在1/71/10之间取值。 第三节 拱桥设计 拱桥主要尺寸的拟订 拱轴线形及其选择跨度与矢跨比主拱圈(肋)截面尺寸的拟订拱上结构的主要尺寸计算跨度 l跨度与矢跨比计算矢高 f 矢高与跨度之比称矢跨比，通常为1/3-1/5。 时，称为坦拱， 时称为陡拱。如果线路标高由桥梁决定，则应从减少桥头引道工程出发决定拱顶的标高。当线路标高已定时，降低拱脚位置可加大拱的跨度，从而减少桥墩的数目。相同的跨度和荷
48、载下，矢跨比愈小，拱推力愈大，由于拱轴的弹性压缩、混凝土收缩和温度变化影响也愈大，使坦拱在恒载和活载作用下有较大的轴向力，可以适当减小拱圈截面由于活载产生的内力偏心。有航运要求的不等跨拱桥，相邻孔的恒载推力不相等，减小不平衡推力的措施包括：(1)采用不同的矢跨比 在跨径一定时，矢跨比与推力大小成反比，因此，在相邻两孔中，大跨径选用矢跨比大的拱，小跨径选用矢跨比小的拱。(2)调整拱上建筑的恒载重量 大跨径用轻质的拱上填料或采用空腹式拱上建筑；小跨径用重质的拱上填料或采用实腹式拱上建筑。(3)采用不同的拱脚标高 推力大的拱脚放在较低位置，推力小的放在较高位置。(4)采用不同类型的拱跨结构 大跨采用
49、中承式肋拱，小跨采用上承式板拱，再加上矢跨比等其他设计参数的调整，相邻跨的拱脚水平推力可做较大调整。 拱圈截面变化规律 主拱圈厚度的确定 主拱圈宽度的确定主拱圈（肋）截面尺寸的拟定 拱桥的主拱圈，有等截面和变截面两种形式，从受力情况看，做成变截面形式有利。因为拱一般为偏压构件，截面中最大应力表达式为：式中第一项为轴力N产生的正应力，任何拱桥，轴力总是由拱顶至拱脚逐渐增大的；第二项是弯矩产生的正应力，其变化规律不仅与拱的体系有关，而且在很大程度上取决于截面惯性矩的变化。 拱圈截面变化规律铁路桥 主拱圈厚度和宽度的初拟多以经验确定，不同的材料和截面形式有不同经验公式。 主拱圈厚度的确定钢筋混凝土拱
50、圈拱顶钢筋混凝土拱肋 拱脚拱顶拱脚公路桥一般说来，拱的跨度愈大，dd/l 愈趋下限。跨径在120m以下时，一般都采用等高度拱。拱圈宽度与桥面净空有关。对于铁路桥，尤其是单线铁路桥，桥面净空较小，为保证拱的横向刚度和稳定性，拱圈的宽度B不得小于计算跨度的1/20，且不得小于3m；肋拱两外肋中心线之间的最小距离，不宜小于计算跨度的1/20；其外缘的距离不宜小于3m。否则应检算其在拱平面外的稳定性。对于公路桥主要取决于桥面宽度大小，对于矢跨比特大的大跨度拱桥，为保证它们有足够的横向刚度，可使拱圈或拱肋的中距从跨中向拱脚逐渐加宽成为“大拱脚”。主拱圈宽度的确定桥面系支承在横向墙或刚架上。拱上结构的主要
51、尺寸空腹式拱上结构之桥面系的主要尺寸可参照梁桥中的规则拟定。桥面系支承在横向墙或刚架上。若用板(厚约0.250.3m)跨越它们，横向墙的间距可做成2.53.0m(公路桥可用到4m)。在大跨度拱桥中，为避免拱上结构节间太多，桥面系的道碴槽板可支承在纵梁上，此时纵梁高度可取拱上结构节间长度的1/71/10，横向墙厚度可取0.250.3m。 为了减少拱的变形对拱上结构的影响，应尽可能使横向墙或刚架支柱在拱平面内有较大的柔性，其纵向厚度与其高度之比不宜大于1/20，否则上下应设铰。 理想拱轴线(荷载压力线)荷载作用下，每一截面上只有轴压力而无弯矩及剪力，应力最均匀，材料能充分利用。拱轴线形及其选择理想
52、的拱轴线是不可能得到的。选择拱轴线形式的原则只能使它尽量接近荷载压力线。实际中多采用恒载压力线或恒载加一半活载(全桥均布)的压力线作为拱轴线合理拱轴线。拱轴线形状直接影响到主拱截面内力的分布和大小。目前拱桥常用的拱轴线形：圆弧线、抛物线、悬链线 圆弧拱轴当f/L较小时，与恒载压力线出入还不算大；但若接近1/2时，恒载压力线的两端将位于拱脚截面中心以上相当远。为了解决此问题，实践中常在圆弧拱两拱脚处设置护拱(又称帮拱)，以帮助拱圈受力。因此，圆弧型拱轴通常用于20m以下的小跨径拱桥。 圆弧拱线型简单，全拱曲率相同，施工方便。圆弧线 在竖直均布荷载作用下的荷载压力线是二次抛物线。中、小跨度的钢筋混凝土空腹拱桥当其矢跨比较小和截面变化不大时，可以认为其恒载压力线为二次抛物线，故中、小跨度钢筋混凝土空腹式拱桥常以二次抛物线为拱轴线。抛物线实腹式拱桥的恒载集度是由拱顶向拱脚连续分布，而且逐渐增大的，其恒载压力线为一条倒悬链线，故悬链线是实腹拱桥的合理拱轴线。空腹式拱桥的恒载从拱顶到拱脚不是连续的，其恒载压力线也不是一条平滑
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