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1、第一章 概述 第一节 拱桥的基本特点及其适用范围 1 1、拱桥的发展 拱桥拱桥 国外：国外：石拱，木拱石拱，木拱 十八世纪十八世纪 铸铁拱铸铁拱 十九世纪十九世纪 钢拱钢拱 钢筋混凝土拱钢筋混凝土拱 国内国内：石拱，木拱 石拱，木拱双曲拱双曲拱桁架拱桁架拱 钢筋混钢筋混 凝土拱凝土拱 刚架拱刚架拱 桁式组合拱桁式组合拱 钢管拱钢管拱 新型组合体系拱新型组合体系拱 19641964年年7070年代年代 8080年代年代 8080年代中年代中 古代拱桥古代拱桥：拱轴曲线造型的千变万化，其中最具有代表意义的：拱轴曲线造型的千变万化，其中最具有代表意义的 是建于公元是建于公元 595-605595-6
2、05年的赵州桥（如图年的赵州桥（如图1 1所示，跨径所示，跨径L=37mL=37m） 图1 赵州桥 当代拱桥：结构型式与施工方法的丰富多彩，如9797年 建 成的重庆万县长江大桥（图2 2所示，L=420mL=420m）， 广州丫髻 沙特大桥（图3 3，L L360m360m）， 19321932建成的澳大利亚悉尼钢 拱桥（图4 4，L L 503m 503m ）等。 图2 1997建成的四川万县长江 大桥 （L=420m) 图3 360m 广州丫髻沙特大桥 2、拱桥的受力特点 图 4 1932澳大利亚503m悉尼钢拱桥 承重结构：主拱承重结构：主拱 拱桥的基本图示 支承处不仅产生支承处不仅产
3、生 竖向反力竖向反力，还产生，还产生 水平推力水平推力，从而使，从而使 拱拱主要受压主要受压 3 3、主要优缺点：、主要优缺点： 主要优点主要优点 跨越能力大；能充分做到就地取材；耐久性好，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，有利养护、维修费用小；外形美观；构造较简单，有利 于广泛采用。于广泛采用。 主要缺点： 1 1）是有推力的结构，而且自重较大，因而水平推力也较大， 增加了下部结构的工程量，对地基要求也高； 2 2）施工方面的缺点多； 3 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，需要采取较复杂的措施，或
4、 设置单向推力墩，增加了造价； 4 4）上承式拱桥的建筑高度较高。 拱桥的缺点正在逐步得到改善和克服：200600m200600m范围内， 拱桥仍然是悬索桥和斜拉桥的竞争对手。 上承式拱桥的基本组成 1- 1-主拱圈主拱圈 2- 2-拱顶拱顶 3- 3-拱脚拱脚 4- 4-拱轴线拱轴线 5- 5-拱腹拱腹 6- 6-拱背拱背 7- 7-起拱线起拱线 8- 8-桥台桥台 9- 9-基础基础 10-10-锥形护坡锥形护坡 11-11-拱上建筑拱上建筑 L L0 0 - - 净跨径净跨径 L -L -计算跨径计算跨径 f f0 0 - - 净矢高净矢高 f -f -计算矢高计算矢高 f/L - f/
5、L - 矢跨比矢跨比 第二节第二节 拱桥的组成及主要类型拱桥的组成及主要类型 一、拱桥的基本组成一、拱桥的基本组成 根据行车道的位置，拱桥可以分成：上承式、 下承式和中承式三种类型如下图所示： 一般上承式拱桥，桥跨结构是由主拱圈、拱上建 筑等组成。（1 1）主拱圈：主要承重构件； （2 2）拱上建筑：桥面系和传力构件或填充物 下部结构：桥墩、桥台、基础 拱桥的基本图示 二、拱桥的主要类型及其特点二、拱桥的主要类型及其特点 拱桥拱桥 建桥材料建桥材料 圬工拱桥，钢筋混凝土拱桥，钢拱桥圬工拱桥，钢筋混凝土拱桥，钢拱桥 拱轴线型式拱轴线型式 圆弧拱桥，抛物线拱桥，悬链线桥圆弧拱桥，抛物线拱桥，悬链线
6、桥 桥面位置桥面位置 上承式拱桥，中承式拱桥，下承式拱桥上承式拱桥，中承式拱桥，下承式拱桥 结构体系分结构体系分简单体系拱桥：三铰拱，两铰拱，无铰拱简单体系拱桥：三铰拱，两铰拱，无铰拱 组合体系拱桥：无推力拱桥，有推力拱桥组合体系拱桥：无推力拱桥，有推力拱桥 主拱圈截面形式形式主拱圈截面形式形式 拱上建筑形式拱上建筑形式 实腹式拱桥，空腹式拱桥实腹式拱桥，空腹式拱桥 板拱桥，肋拱桥，双曲拱桥，箱形拱桥板拱桥，肋拱桥，双曲拱桥，箱形拱桥 1 1、按主拱圈与行车系之间相互作用的性质和影响程度，分简单体系拱桥和按主拱圈与行车系之间相互作用的性质和影响程度，分简单体系拱桥和 组合体系拱桥组合体系拱桥
7、拱桥按受力图式的分类 简单体系拱桥简单体系拱桥：行车系结构不参与：行车系结构不参与 主拱的受力，主拱以裸拱为主要承主拱的受力，主拱以裸拱为主要承 重结构。重结构。 三铰拱三铰拱：静定结构，在地基差的地静定结构，在地基差的地 区可采用区可采用。但构造复杂，施工困难，。但构造复杂，施工困难， 整体刚度小，主拱圈一般不采用。整体刚度小，主拱圈一般不采用。 无铰拱无铰拱：三次超静定结构三次超静定结构。拱的内力。拱的内力 分布较均匀，材料用量较三铰拱省；分布较均匀，材料用量较三铰拱省； 构造简单，施工方便，整体刚度大，构造简单，施工方便，整体刚度大， 实际中使用广泛。但超静定次数高，实际中使用广泛。但超
8、静定次数高， 会产生附加内力，一般希望会产生附加内力，一般希望修建在地修建在地 基良好处基良好处。跨径增大，附加力影响变。跨径增大，附加力影响变 小，故钢筋混凝土无铰拱小，故钢筋混凝土无铰拱仍是大跨径仍是大跨径 桥梁的主要型式之一桥梁的主要型式之一。 两铰拱两铰拱：一次超静定结构，介于三铰拱和无铰拱之间。：一次超静定结构，介于三铰拱和无铰拱之间。 （一）按照结构体系分类（一）按照结构体系分类 2 2、组合体系拱桥、组合体系拱桥 组合体系拱桥组合体系拱桥：在拱式桥跨中，行车系与拱组合，共：在拱式桥跨中，行车系与拱组合，共 同受力。常用的有以下几种形式：同受力。常用的有以下几种形式： 无推力拱无推
9、力拱（使用较广泛）：拱的推力由系杆承受，（使用较广泛）：拱的推力由系杆承受， 墩台不受水平推力。墩台不受水平推力。 有推力拱有推力拱：此种组合体系拱没有系杆，有单独的梁和拱共：此种组合体系拱没有系杆，有单独的梁和拱共 同受力，拱的水平推力任由墩台承受。同受力，拱的水平推力任由墩台承受。 3 3、拱片桥 属有推力拱 仅用于上承式拱桥仅用于上承式拱桥 1 1）沿拱轴线沿拱轴线： （1 1）等截面（）等截面（2 2）变截面）变截面 等截面等截面等宽变高度截面等宽变高度截面等高变宽度截面等高变宽度截面 （二）按照主拱的截面型式分类（二）按照主拱的截面型式分类 1 1、板拱桥：、板拱桥： 主拱圈采用主拱
10、圈采用矩形实体截面矩形实体截面。 构造简单、施工方便，使用构造简单、施工方便，使用 广泛。自重较大，不经济，广泛。自重较大，不经济， 通常在地基较好的中小跨径通常在地基较好的中小跨径 圬工拱桥中采用圬工拱桥中采用。 2 2、肋拱桥：、肋拱桥： 肋拱桥肋拱桥由两条或两条以上分由两条或两条以上分 离式拱肋组成承重结构离式拱肋组成承重结构的拱桥，的拱桥， 拱肋之间靠横向联系梁连接成拱肋之间靠横向联系梁连接成 整体而共同受力。这种桥横截整体而共同受力。这种桥横截 面面积较小，节省材料，自重面面积较小，节省材料，自重 轻，跨越能力大，轻，跨越能力大，多用于较大多用于较大 跨径的拱桥跨径的拱桥。可以用圬工
11、、钢可以用圬工、钢 筋混凝土、钢材建造。筋混凝土、钢材建造。 2 2）横截面横截面 3 3、双曲拱桥：、双曲拱桥： 主拱圈横截面由一个主拱圈横截面由一个 或数个小拱组成或数个小拱组成 ， 其主其主 拱圈在纵向和横向均呈拱圈在纵向和横向均呈 曲线形曲线形。通常有拱肋、。通常有拱肋、 拱波、拱板和横向联系拱波、拱板和横向联系 等几部分。等几部分。 公路双曲拱桥采用最多的公路双曲拱桥采用最多的 是多肋波的截面形式；对于是多肋波的截面形式；对于 跨径和荷载较小的单车道桥跨径和荷载较小的单车道桥 可采用单波的形式。可采用单波的形式。 双曲拱桥施工工序多，双曲拱桥施工工序多， 组合截面的整体性差，易组合截
12、面的整体性差，易 开裂，因此，开裂，因此，只宜在中小只宜在中小 跨径桥梁中采用跨径桥梁中采用。 叶爱君 4 4、箱形拱桥：、箱形拱桥： 箱形拱桥箱形拱桥拱圈横截面由几个箱室组成拱圈横截面由几个箱室组成。截面挖截面挖 空率大，可达全截面的空率大，可达全截面的50%-70%50%-70%，较实体板拱桥可，较实体板拱桥可 减少圬工用料与自重减少圬工用料与自重，适用于大跨度拱桥适用于大跨度拱桥。截面抗。截面抗 扭刚度大，横向整体性和稳定性好，扭刚度大，横向整体性和稳定性好，特别适用于无特别适用于无 支架施工支架施工。 箱形拱闭合箱的构造 第二章第二章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造 第一节第一节 拱
13、桥的总体布置拱桥的总体布置 总体布置的主要内容：拟采用的总体布置的主要内容：拟采用的结构体系结构体系及及结构型式结构型式； 桥梁的桥梁的长度长度、跨径跨径、孔数孔数、桥面标高桥面标高；拱的主要几何；拱的主要几何 尺寸，如尺寸，如矢跨比矢跨比、桥梁高度桥梁高度、宽度宽度、外形外形、墩台及其、墩台及其 基础型式基础型式和和埋置深度埋置深度、桥上及桥头、桥上及桥头引道的纵坡引道的纵坡等。等。 一、确定桥梁长度及分孔一、确定桥梁长度及分孔 水文水力、地形地质、技术经济等水文水力、地形地质、技术经济等 二、确定拱桥的主要设计标高和矢跨比二、确定拱桥的主要设计标高和矢跨比 1. 1. 拱桥的标高拱桥的标高
14、 主要有四个：主要有四个：桥面标高桥面标高、拱顶底面标高拱顶底面标高、起拱线标高起拱线标高 和和基础底面标高基础底面标高 说明说明：起拱线标高，一般选用低拱脚的设计方案：起拱线标高，一般选用低拱脚的设计方案 2. 2. 确定拱桥的矢跨比（确定拱桥的矢跨比（ ） （1 1）影响主拱圈内力、构造形式、施工方法及美观 （2 2）分析： 矢跨比小：拱的恒载水平推力HgHg与垂直反力VgVg之 比值增大, , 拱的推力增加，主拱圈内产生的轴向力增大， 对主拱圈受力有利，对墩台基础不利。附加内力较大， 对主拱圈不利。连拱作用显著，对主拱圈也不利。无铰 拱附加内力大。在多孔情况下，连拱作用显著，对主拱 圈也
15、不利。 过大：施工困难 （3）矢跨比取值范围 上承式砖、石、混凝土拱桥和双曲拱桥：1/8 1/4，1/8； 箱形：1/8 1/5; 宜1/12 钢筋混凝土刚架、桁架拱：1/10 1/6，且1/12 桥规规定：钢筋混凝土拱桥的矢跨比，宜采用1/5l/8。 陡拱：矢跨比大于等于1/5；坦拱：矢跨比小于1/5。 有研究表明，在其他条件相同的前提下，拱桥稳定系数最高的矢跨比为1/3。 3. 3. 不等跨连续拱桥的处理方法不等跨连续拱桥的处理方法 1 1）连续拱桥不等跨分孔时，为什么要做特殊处理连续拱桥不等跨分孔时，为什么要做特殊处理？ 2 2）不等跨连续拱桥可采用哪些处理方法不等跨连续拱桥可采用哪些处
16、理方法？ （1 1）采用不同的矢跨比（）采用不同的矢跨比（2 2）采用不同的拱脚标高）采用不同的拱脚标高 （3 3）调整拱上建筑的恒载重量（）调整拱上建筑的恒载重量（4 4）采用不同类型的）采用不同类型的 拱跨结构拱跨结构 第二节第二节 主拱的构造主拱的构造 一、板拱 拱轴型式：圆弧拱、等截面 或变截面悬链线拱等。 无铰拱、双铰拱和三铰拱。按主拱材料不同分为石板拱、 混凝土板拱和钢筋混凝土板拱等。 上承式拱桥由主拱(圈)、拱上传载构件或填充物、桥 面系组成，主拱(圈)是主要承重结构。 根据主拱根据主拱( (圈圈) )截面型式不同主要分为截面型式不同主要分为板拱、肋拱、板拱、肋拱、 箱形拱、双曲
17、拱箱形拱、双曲拱等等 1 1、板拱主拱截面宽度、厚度及变化规律 主拱截面宽度实腹式板拱桥及拱式腹拱的空腹式 板拱桥：拱圈宽度决定于桥面宽度。 注意注意：板拱拱圈宽度：板拱拱圈宽度 一般不宜小于计算跨一般不宜小于计算跨 径的径的1/201/20，以保证横，以保证横 向稳定性，否则，应向稳定性，否则，应 验算拱圈横向稳定性。验算拱圈横向稳定性。 主拱厚度及变化规律 可采用等厚度或变厚度，其值主要根据桥梁跨径、 矢高、建筑材料、荷载大小等因素通过试算确定。 尺寸初拟： 钢筋混凝土板拱： h hd d：一般采用跨径的1/651/751/651/75，跨径大时 取小值。若为变厚度拱，其拱脚厚度h hj
18、j可按 h hj j=h=hd d/cos/cosj j估算，对中小跨径无铰拱，hjhj可取为 (1.2(1.21.5)h1.5)hd d。 中、小跨径石板拱： 按经验公式估算 2 2、石板拱的构造 按料石规格，分为料石板拱、块石板拱、片 石板拱及乱石板拱等。 材料要求 变截面拱圈的拱石编号变截面拱圈的拱石编号 等截面圆弧拱的拱石编号等截面圆弧拱的拱石编号 拱石编号拱石编号 （1 1）拱石受压面的砌缝应是辐射方向，即与拱轴线相垂直。 此缝一般可做成通缝，不必错缝。 （2 2）当拱圈厚度不大时，可采用单层拱石砌筑，否则采用 多层拱石砌筑，要求垂直受压面的顺桥向砌缝错开，错 缝间距不少于10cm1
19、0cm。 （3 3）在拱圈的横截面内，拱石的竖向砌缝应当错开，其错 开宽度至少10cm10cm。 （4 4）砌缝的宽度不应大于2cm2cm。 （5 5）拱圈与墩台、空腹式拱上建筑与拱圈连接处，应采用 特制的五角石，以改善连接处的受力状况。 3. 3.施工要求：施工要求： 拱石的砌缝拱石的砌缝 五角石及混凝土拱座、底梁五角石及混凝土拱座、底梁 横系梁横系梁 立柱立柱 纵梁纵梁 拱肋拱肋 二、肋拱二、肋拱 1. 1.材料： 混凝土、钢筋混凝土或钢管混凝土，也可选用石材 2. 2.拱肋数目和间距 主要根据跨径、宽度、肋型、材料性能、荷载等 级、施工条件、拱上结构与经济性等综合选定。 为保横向稳定，两
20、外侧拱肋外缘间距l/20l/20 一般在吊装能力满足要求的情况下，宜采用少肋型 式。通常，桥宽在20m20m以内时可采用双肋式，当桥宽在 20m20m以上时，可采用三肋( (多肋) )拱或分离的双肋拱。 3. 3.拱肋截面拱肋截面 矩形矩形：构造简单、施工方便：构造简单、施工方便 肋高肋高h h（1/401/601/401/60）l l ； 肋宽肋宽（0.52.00.52.0）h h 适用：小跨径适用：小跨径 工字形工字形：肋高：肋高h h（1/251/351/251/35）l l ； 肋宽肋宽（0.40.50.40.5）h h 腹板厚腹板厚3050cm3050cm 适用：大、中跨径适用：大、
21、中跨径 箱型箱型：肋高：肋高：h h（1/401/551/401/55）l l 适用：跨径大，桥面宽适用：跨径大，桥面宽 管形管形：肋高：肋高：h h（1/451/651/451/65）l l 适用：钢管混凝土拱桥适用：钢管混凝土拱桥 4 4、横系梁的设置横系梁的设置 位置：位置： 三铰拱、双铰拱设铰处，拱上建筑的立柱下方。三铰拱、双铰拱设铰处，拱上建筑的立柱下方。 尺寸：高度取尺寸：高度取0.81.00.81.0倍拱肋高，倍拱肋高， 宽度取宽度取0.60.80.60.8倍拱肋高倍拱肋高 钢筋混凝土肋拱桥与板拱桥相比，优点在于： 能较多节省混凝土用量，减轻拱体重量 减少桥墩、桥台的工程量 同时
22、恒载对拱肋内力的影响减小，活载影响增大，可以 充分发挥钢筋的抗拉性能。 三、双曲拱桥 主拱圈的组成：拱肋、拱波、拱板、横向联系 1 1、主拱圈截面形式 据桥梁跨度、宽度、设计荷载大小、材料类 型和施工工艺等情况可采用： （1 1）多肋多波形式：多用 （2 2）单波的形式：用于小跨径 2 2、拱肋： （1 1）作用：主拱圈的重要组成部分，施工中作为砌 筑拱波和浇筑拱板的支架 （2 2）要求：强度、刚度、稳定性 （3 3）截面形式：要求所选截面有利于增强主拱圈的 整体性，制作简单，施工安全。 （4 4）一般为钢筋混凝土构件，支架现浇或分段预制安装）一般为钢筋混凝土构件，支架现浇或分段预制安装 分段
23、接头位置分段接头位置 3 3、拱波拱波 （1 1）作用作用：主拱圈的组成部分，拱板混凝土浇筑：主拱圈的组成部分，拱板混凝土浇筑 时的模板时的模板 （2 2）一般用混凝土）一般用混凝土预制成圆弧形预制成圆弧形（不低于（不低于C20C20），）， 多肋多波多肋多波：矢跨比：矢跨比：1/31/51/31/5； 净跨：净跨：1.32.0m1.32.0m 厚：厚：68cm 68cm 宽：宽：0.30.5m0.30.5m 单波单波：矢跨比：矢跨比：1/31/61/31/6 净跨：净跨：35m 35m 4 4、拱板 （1 1）作用：“集零为整”，加强拱圈整体性 （2 2）现浇混凝土（不低于C20C20） 5
24、 5、横向联系构件 （1 1）作用：使拱肋变形在横桥向均匀，避 免拱波顶纵裂，保证横向稳定 （2 2）形式：横系梁和横隔板 （3 3）布置：拱顶、腹孔墩下、接头处，间 距35m35m。 四、箱形梁 箱形拱包括箱形板拱和箱形肋拱 箱形截面拱的主要特点： 截面挖空率大，大量减少体积，减轻重量截面挖空率大，大量减少体积，减轻重量 抗扭刚度大，横向稳定性好、整体性强抗扭刚度大，横向稳定性好、整体性强 能够适应正负弯矩变化的要求能够适应正负弯矩变化的要求, ,充分利用材料充分利用材料 吊装时构件的刚度大、稳定性好，方便施工吊装时构件的刚度大、稳定性好，方便施工 1 1、箱形截面的组成方式、箱形截面的组成
25、方式 可为单室箱或多室箱，每一闭合箱又由箱壁、顶可为单室箱或多室箱，每一闭合箱又由箱壁、顶 板、底板及横隔板组成板、底板及横隔板组成 2 2、拱圈截面尺寸拟定 高度h h：取决于拱跨及混凝土强度（目前 常用C30C40C30C40），初拟可取h(1/551/75h(1/551/75l l， 或由经验公式得： ka l d 100 0 宽度宽度：可采用窄拱圈形式，取桥宽的：可采用窄拱圈形式，取桥宽的0.61.00.61.0倍，倍， 悬挑可达悬挑可达4.0m4.0m，为保横向稳定，一般，为保横向稳定，一般跨径的跨径的1/201/20 第四节 拱上建筑的构造 按照拱上建筑采用的不同构造方式，可将拱
26、桥分为实腹式拱桥和空腹式拱桥两种。 一、实腹式拱上建筑 1 1、组成：侧墙、拱腹填料、护拱、变形缝、防水 层、泄水管及桥面等 2 2、特点：构造简单，施工方便，恒载重 3 3、适用：小跨径拱桥 4 4、拱腹填料的做法拱腹填料的做法： （1 1）填充式填充式： 拱腹填料：砾石、碎石、粗砂或卵类粘土，亦可用轻质材拱腹填料：砾石、碎石、粗砂或卵类粘土，亦可用轻质材 料料 侧墙：设于两侧，围护填料，按挡土墙设计，采用浆砌块、侧墙：设于两侧，围护填料，按挡土墙设计，采用浆砌块、 片石，也可采用钢筋混凝土护壁式侧墙。片石，也可采用钢筋混凝土护壁式侧墙。 （2 2）砌筑式砌筑式 拱腹填料：干砌圬工或浇筑贫混
27、凝土拱腹填料：干砌圬工或浇筑贫混凝土 侧墙：用贫混凝土浇筑时，可不设侧墙侧墙：用贫混凝土浇筑时，可不设侧墙 而用砂浆饰面或设镶面而用砂浆饰面或设镶面 5 5、护拱护拱： 腹孔 腹孔墩 二、空腹式拱上建筑二、空腹式拱上建筑 组成组成：除与实腹式相同者外，还有腹孔和腹孔墩：除与实腹式相同者外，还有腹孔和腹孔墩 腹孔型式腹孔型式：拱式腹孔和梁式腹孔：拱式腹孔和梁式腹孔 腹孔墩 腹孔 1 1、拱式拱上建筑、拱式拱上建筑 特点特点：构造简单，外形美观，重量较大，多用：构造简单，外形美观，重量较大，多用 于圬工拱桥于圬工拱桥 布置布置：一般对称布置在靠近拱脚侧的一定区段：一般对称布置在靠近拱脚侧的一定区段
28、 内（内（1/3-1/41/3-1/4跨径范围），一般跨径范围），一般3-63-6跨，也有采跨，也有采 用全空腹型式用全空腹型式 跨径跨径：根据主拱的受力条件确定，中小跨径：根据主拱的受力条件确定，中小跨径 2.5-5.5m2.5-5.5m，大跨径（，大跨径（1/8-1/151/8-1/15）l l 腹拱圈腹拱圈： 石砌、混凝土预制或现浇的板拱石砌、混凝土预制或现浇的板拱 常用圆弧拱常用圆弧拱 矢跨比常用矢跨比常用1/2-1/51/2-1/5 厚度：跨径小于厚度：跨径小于4m4m时，石板拱为时，石板拱为30cm30cm，混，混 凝土板拱为凝土板拱为15cm15cm。跨径大于。跨径大于4m4m时
29、，依据板拱方时，依据板拱方 法确定。法确定。 在拱上建筑需要设置伸缩缝或变形缝的地在拱上建筑需要设置伸缩缝或变形缝的地 方应设铰方应设铰( (三铰或两铰三铰或两铰) )，其余为无铰拱。，其余为无铰拱。 腹孔与墩台的连接腹孔与墩台的连接： a a、将腹拱的拱脚直接支承在墩（台）上；、将腹拱的拱脚直接支承在墩（台）上； b b、跨越墩顶，使两侧腹拱圈相连、跨越墩顶，使两侧腹拱圈相连 2 2、梁式腹孔、梁式腹孔 特点特点：减轻拱上重量，降低拱轴系数，改善拱圈在：减轻拱上重量，降低拱轴系数，改善拱圈在 施工过程中的受力状况，获得更好的经济效果。施工过程中的受力状况，获得更好的经济效果。 跨径及布置跨径
30、及布置：要求同拱式，一般采用全空腹式拱上：要求同拱式，一般采用全空腹式拱上 建筑建筑 腹孔结构形式腹孔结构形式（或桥道梁的形式）（或桥道梁的形式） 简支简支 连续连续 连续刚架连续刚架 新新桥规桥规明确指出明确指出：为适应拱圈变形，空腹式为适应拱圈变形，空腹式 拱上建筑的板或梁宜采用简支结构。拱上建筑的板或梁宜采用简支结构。 3 3、腹孔墩、腹孔墩 分为横墙（立墙）式和排架（立柱）分为横墙（立墙）式和排架（立柱） 式式 （1 1）横墙式横墙式：实体墙或横向挖孔：实体墙或横向挖孔 材料：石料、混凝土预制块砌筑材料：石料、混凝土预制块砌筑 或现浇混凝土或现浇混凝土 横墙厚度：浆砌片、块石时横墙厚度
31、：浆砌片、块石时 0.6m0.6m砼浇筑，砼浇筑， 腹拱圈厚度的一倍腹拱圈厚度的一倍 底梁尺寸：每边尺寸较横墙宽底梁尺寸：每边尺寸较横墙宽5cm5cm， 高度以使较矮一侧为高度以使较矮一侧为5cm5cml0cml0cm为原为原 则来确定。则来确定。 适用：基础较好，河流有飘浮物，适用：基础较好，河流有飘浮物， 多用于砖、石拱桥多用于砖、石拱桥 （2 2）排架式排架式：盖梁和立柱组成的排架或刚架：盖梁和立柱组成的排架或刚架 材料：钢筋混凝土材料：钢筋混凝土 立柱：截面都用矩形立柱：截面都用矩形 顺桥向：顺桥向：250400mm250400mm 横桥向：横桥向：500900mm500900mm 适
32、用：河流无飘浮物或流冰的混凝土拱桥适用：河流无飘浮物或流冰的混凝土拱桥 说明：说明： （1 1）两种形式都设）两种形式都设“底梁底梁” （2 2）盖梁（或墩帽）：）盖梁（或墩帽）： 一般整根预制或现浇一般整根预制或现浇 拱式腹孔中，截面倒拱式腹孔中，截面倒T T型或削脚矩形型或削脚矩形 梁式腹孔中，截面用矩形梁式腹孔中，截面用矩形 （3 3）侧面垂直（或不超过）侧面垂直（或不超过3030：1 1） （4 4）上、下端设铰）上、下端设铰 拱桥细部构造拱桥细部构造 （1 1）填料的作用）填料的作用 扩大车辆荷载作用面积；扩大车辆荷载作用面积； 减小车辆荷载冲击作用减小车辆荷载冲击作用 （2 2）厚
33、度：）厚度： 不宜小于不宜小于 0.3m 0.3m ，大于，大于0.5m 0.5m 时不计时不计 冲击冲击 一、拱上填料、桥面和人行道一、拱上填料、桥面和人行道 第五节 拱桥的其它细部构造 在大跨径钢筋混凝土拱桥或地基条件很差的在大跨径钢筋混凝土拱桥或地基条件很差的 情况下，为了进一步减轻拱上建筑重量，可以减情况下，为了进一步减轻拱上建筑重量，可以减 薄填料厚度，甚至可以薄填料厚度，甚至可以不用填料不用填料，直接在拱顶上，直接在拱顶上 修建混凝土路面。这时应注意采取措施保证主拱修建混凝土路面。这时应注意采取措施保证主拱 圈的横向整体性能，计算时还圈的横向整体性能，计算时还应计入汽车荷载的应计入
34、汽车荷载的 冲击力冲击力。 二、二、 伸缩缝与变形缝伸缩缝与变形缝 （1 1）为什么要设伸缩缝和变形缝？为什么要设伸缩缝和变形缝？ 实际的受力情况符合计算图式，避免拱上建筑不实际的受力情况符合计算图式，避免拱上建筑不 规则开裂规则开裂 （2 2）伸缩缝和变形缝有什么区别？伸缩缝和变形缝有什么区别？ 伸缩缝伸缩缝：宽度：宽度 2cm 2cm 3cm 3cm ，缝内填入用锯，缝内填入用锯 末沥青按末沥青按 1 1：1 1 的质量比制成预制板，也可用沥的质量比制成预制板，也可用沥 青砂等其他材料填缝；青砂等其他材料填缝； 变形缝变形缝：不留缝宽，：不留缝宽， 可干砌、用油毛毡隔开可干砌、用油毛毡隔开
35、 或用低标号砂浆砌筑。或用低标号砂浆砌筑。 （3 3）各种拱桥结构中，分别如何设置？各种拱桥结构中，分别如何设置？ 通常在相对变形（位移或转角）较大的位置通常在相对变形（位移或转角）较大的位置 设置伸缩缝，在相对变形较小处设置变形缝。设置伸缩缝，在相对变形较小处设置变形缝。 实腹式实腹式：伸缩缝设在两拱脚上方：伸缩缝设在两拱脚上方 拱式空腹拱桥拱式空腹拱桥：通常将紧靠墩：通常将紧靠墩 ( ( 台台 ) ) 的第一个的第一个 腹拱做成三铰拱，并在紧靠墩腹拱做成三铰拱，并在紧靠墩 ( ( 台台 ) ) 的拱铰上方的拱铰上方 设置伸缩缝，而其余两拱铰上方设置变形缝。另外，设置伸缩缝，而其余两拱铰上方
36、设置变形缝。另外， 对特大跨径拱桥，还应将靠拱顶的腹拱做成两铰或对特大跨径拱桥，还应将靠拱顶的腹拱做成两铰或 三铰拱，并在拱铰上方也设置变形缝。三铰拱，并在拱铰上方也设置变形缝。 梁式或板式腹孔梁式或板式腹孔： 通常是在桥台和墩顶立柱处设置标准伸缩缝，通常是在桥台和墩顶立柱处设置标准伸缩缝， 而在其余立柱处采用桥面连续。而在其余立柱处采用桥面连续。 三、排水及防水层三、排水及防水层 1 1 、桥面水的排除桥面水的排除： 同梁式桥同梁式桥 2 2 、渗入拱腹内的水排除渗入拱腹内的水排除： 防水层、泄水管防水层、泄水管 3 3 、防水层和泄水管的埋设方式防水层和泄水管的埋设方式： （与上部（与上部
37、 结构形式有关）结构形式有关） （1 1）实腹实拱桥）实腹实拱桥 防水层：防水层： 泄水管：泄水管： （2 2）空腹式拱桥）空腹式拱桥 防水层：防水层： 泄水管：泄水管： 说明说明： （1 1）防水层在全桥范围不宜断开，通过变形缝和）防水层在全桥范围不宜断开，通过变形缝和 伸缩缝应妥善处理。伸缩缝应妥善处理。 （2 2）防水层类型）防水层类型 （3 3）泄水管材料：铸铁管、混凝土管、陶瓷管）泄水管材料：铸铁管、混凝土管、陶瓷管 四、拱桥中铰的设置四、拱桥中铰的设置 通常拱桥中有三种情况需要设置铰。通常拱桥中有三种情况需要设置铰。 1 1、主拱圈按两铰拱或三铰拱设计时；、主拱圈按两铰拱或三铰拱设
38、计时； 2 2、空腹式拱上建筑，其腹拱圈按构造要求需、空腹式拱上建筑，其腹拱圈按构造要求需 要采用两铰拱或三铰拱，或高度较小的腹孔要采用两铰拱或三铰拱，或高度较小的腹孔 墩上、下端与顶梁、底梁连接处需设铰时；墩上、下端与顶梁、底梁连接处需设铰时； 3 3、施工过程中，为消除或减小主拱圈底部分、施工过程中，为消除或减小主拱圈底部分 附加内力，以及对主拱圈内力作适当调整时，附加内力，以及对主拱圈内力作适当调整时， 往往在拱脚或拱顶设往往在拱脚或拱顶设临时铰临时铰。 铰的分类：铰的分类： 永久性铰，临时性铰永久性铰，临时性铰 常用的铰的型式常用的铰的型式： 1 1 ）弧形铰弧形铰 材料：石、砼、钢筋
39、砼材料：石、砼、钢筋砼 构造：构造： R R2( 2( 凹）凹） ： R R1( 1( 凸）凸）=1.2-1.5=1.2-1.5 宽：等于构件宽宽：等于构件宽 长：长： （ 1.15-1.2 1.15-1.2 ）倍厚度）倍厚度 适用：主要用于主拱圈适用：主要用于主拱圈 2 2 ）平铰平铰 适用：空腹式拱上建筑的腹拱圈适用：空腹式拱上建筑的腹拱圈 垫垫 23 层油毛毡或铺一层油毛毡或铺一 层低标号砂浆或干砌层低标号砂浆或干砌 3 3 ）不完全铰不完全铰 适用：小跨径或轻型的拱圈（主要是腹拱圈）、（立）柱铰适用：小跨径或轻型的拱圈（主要是腹拱圈）、（立）柱铰 4 4 ）铅垫铰铅垫铰 适用：中小跨径
40、的板拱或肋拱，临时铰适用：中小跨径的板拱或肋拱，临时铰 5 5 ）钢铰钢铰 适用：有铰钢拱桥，多数用于临时铰适用：有铰钢拱桥，多数用于临时铰 另、拱桥实例介绍 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。 1965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
41、，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
42、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。为保证结构的整 体性，拱肋与桥面系相交处的
43、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型悬臂拱圈
44、，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84
45、m，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 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
46、桥。拱 圈矢跨比为1/8。全桥布置4片拱片， 在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。 主跨为组合预应力混凝土桁架拱。 全宽13.4m，拱圈高2.7m，宽10.56m， 矢跨比为1/6。采用起重量1200KN钢 格构人字扒杆和直径32mm 40Si2MnV级钢轧丝锚碇体系悬臂 拼装。 1995贵州省330米江界河桥 1990四川自贡160米牛佛沱桥
47、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 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 。 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， 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。 360m 广州丫髻沙特大桥
48、 三跨连续自锚式中承式钢管混凝土拱桥。以高强预应力钢铰线作为 系杆，拱座基础只有较小水平推力。主拱采用中承式双肋悬链线无 铰拱，矢跨比为1/4.5。每片拱肋由6750钢管混凝土组成，由横向 平联板、腹杆连接成为钢管混凝土桁架。边拱采用上承式双肋悬链 线半拱，每片拱肋由钢筋混凝土单箱单室截面组成。转体施工法。 1932澳大利亚503m悉尼钢拱桥 1977美国518.2m New River桥 9）钢拱桥 1 1、板拱桥：、板拱桥： 主拱圈采用主拱圈采用矩形实体截面矩形实体截面。 构造简单、施工方便，使用构造简单、施工方便，使用 广泛。自重较大，不经济，广泛。自重较大，不经济， 通常在地基较好的中小跨径通常在地基较好的中小跨径 圬工拱桥中采用圬工拱桥中采用。 2 2、肋拱桥：、肋拱桥： 肋拱桥肋拱桥由两条或两条以上分由两条或两条以上分 离式拱肋组成承重结构离式拱肋组成承重结构的拱桥，的拱桥， 拱肋之间靠横向联系梁连接成拱肋之间靠横向联系梁连接成 整体而共同受力。这种桥横截整体而共同受力。这种桥横截
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