拱桥文献综述

1、文献综述一、拱桥的起源以及发展拱桥是在墩台之间以拱形的构件来作承重结构。这种桥至迟在汉代已有 建造，它是在当时拱式结构坟墓建造技术的启发下出现的。西晋太康三年（282 年），在洛阳宫附近建造的“旅人桥”，每日动用7.5万人，历时半年建成， “悉用大石，下圆以道人，可受大舫过也。”这说明当时规模较大的石拱桥建 造技术已达相当的水平。石拱桥出现以后发展很快，由于外形美观，经久耐用， 荷载能力、稳定性和刚度都很理想，直至今日仍有继续发展的广阔前景。河北 赵县安济桥（赵州桥）、北京西南郊的卢沟桥和苏州城南的宝带桥，是我国古代 三座著名的石拱桥。它们风格不同，集中体现了我国古代拱桥的结构科学和建 造技术

2、水平。二、拱桥的分类：（1）按照拱上建筑的形式可以分为：实腹式拱桥及空腹式拱桥、组合体 系式拱桥实腹式拱桥：是指拱上建筑作成实体结构，拱圈和主梁之间用石料或砌块 填充的拱桥形式。优点是刚度比较大，构造简单，施工方便；缺点是随着桥梁 跨径的增大，拱桥的自重迅速加大，无法作成较大跨径的拱桥。一般用在跨径 较小的拱桥中，常用跨径为20- 30m。空腹式拱桥：是指拱圈和主梁之间用立柱支撑。其优点是较实腹式拱桥 轻巧，节省材料，外形美观，还有助于泄洪；缺点是施工比较麻烦，受力较复 杂。一般用在大跨径的桥梁中。组合体系式拱桥：由拱和梁组成主要承重结构的拱桥。通常用钢筋混凝 土或钢结构建造兼有实腹式拱桥和空

3、腹式拱桥的优点，跨越能力较大。一般 用在大、中跨度的桥梁中。按照桥面的位置可分为：上承式拱桥、下承式拱桥、中承式拱桥；（2）按照建筑材料的不同可分为：石拱桥、混凝土拱桥、钢拱桥；石拱桥：用石料建造的拱桥，外形美观，养护简便，并可以就地取材，以减 低造价。缺点是自重大，跨越能力有限，石料的开采、加工河砌筑均需要较多的 劳动力，且工期较长。一般用于小跨径桥梁。混凝土拱桥：用混凝土建造的拱桥，包括素混凝土和钢筋混凝土两类。其优 点是加工和制造较石拱桥方便，工期段；缺点是由于混凝土抗拉 强度很低，故 其跨越能力小，且混凝土耗费量大。一般用于小跨径桥梁。钢拱桥：上部结构用钢材建造的拱桥类型。其优点是跨越

4、能力大，且自重是 三种拱桥中最轻的；缺点是结构复杂，由于三铰拱钢拱桥一般不用，所以对地 基要求高，造价高，且维护费用高。适用于大跨度桥梁中。（3）按照铰的多少可分为：两铰、三铰、无铰。三铰拱：在拱冠与拱端处均设铰的拱桥，属于静定结构。优点是对混凝土收 缩、徐变、温度变化，以及墩台位移不受影响，适用于地质条件差而要求修建大 跨度桥的场合。缺点是结构复杂，施工麻烦，维护费用高，整体刚度差，由因三 处设置铰，故对应的桥面处亦需设置构造缝；拱圈挠曲在铰处急剧变化，因而对 行车不利。两铰拱：拱圈中间无铰而两端设铰与墩台铰接的拱桥，属于外部一次超静定 结构。其优点是，拱脚处不承受弯矩，较无铰拱桥可减小混凝

5、土收缩、徐变，温 度变化，以及墩台位移的影响。缺点是，构造较复杂，对应的桥面处应设置构造 缝，施工亦较麻烦，对地基要求比较高，但较无铰拱对地基要求略低。无铰拱：又称固端拱桥。拱圈两端嵌固在桥墩上而中间无铰的拱桥，属于外 部三次超静定结构。优点是，较有铰拱桥桥内的弯矩分布合理，材料用量较省， 结构刚度大，结构简单，施工方便，维护费用少，还可以将拱脚设计在洪水位以 下，有利于降低桥面的设计标高，具有较好的经济与使用效益。缺点是，对混凝 土收缩、徐变、温度变化，以及墩台位移最敏感，会产生附加应力，应建设在可 靠的地基上。如图所示:随着我国经济的发展，城市桥梁对美观的要求愈来愈高。拱结构以其流畅的 曲

6、线构造许多造型奇异、景观独特的拱结构，这类拱结构称为异形拱桥。异形拱桥我们把它分为三种：1、结构形式是在桥梁纵向上，拱肋线形不是传统的抛物线或悬链线，而是 一种偏态的不对称的拱轴线，称为异型偏态拱桥；2、结构形式是在桥梁横向上，将传统的两根拱肋向内倾斜形成提篮拱桥， 或将两根拱肋向外倾斜形成蝴蝶拱桥；3、结构形式则借助于其它结构体系组合，如拱梁组合拱桥、斜拉拱组合桥 以及斜靠拱桥等。钢筋混凝土拱桥的发展趋势：随着科技的进步，我国拱桥在传承古代文化遗产 上，不断推陈出新。在造型、选材、工艺、建造等方面都得到了长足的发展。材 料的突破，使现代拱桥开始向石拱桥、混凝土拱桥、钢管混凝土拱桥、钢拱桥等

7、多元化方向发展，并取得了令世界为之瞩目的成绩。2001年建成的山西晋城晋 焦高速公路丹河大桥，跨径146米，为迄今世界上最大跨度的石拱桥。我国混凝土拱桥的建造，从上个世纪70年代末开始，获得了一系列重大突破。 1979年，我国采用缆索吊装架设法建造成的四川宜宾马鸣溪大桥，主跨首次达到 150米。1982年，采用拱架法建成的四川攀枝花宝鼎大桥，跨径170米。1990年， 采用转体法施工的重庆涪陵乌江大桥，主跨达到了 200米。同年采用劲性骨架建 成的宜宾金沙江大桥，主跨240米。1996年建成的广西邕宁邕江大桥，再次改进 工艺，使主跨达到了312米。1997年建成的贵州江界河大桥，以主跨330米

8、成为世 界上最大跨度混凝土桁梁架拱桥。资料显示，目前，世界上已建成的跨径超过300 米的混凝土拱桥仅有5座，而中国就占了3座。尤为引人注目的是，1997年建成的 重庆万县长江大桥，主跨则达到420米，跃居世界拱桥跨度和规模之首位，大桥 运用了现代非线性分析和施工控制等技术，它标志着中国作为建造拱桥最多的大 国，终于跃居到了世界领先水平的宝座。钢管混凝土拱桥，在我国始于上个世纪90年代，在10余年的发展历程中，我 国已建成此类桥梁近百座。其中，跨径大于120米的就超过了40座，主跨超过200 米的已建成13座。其代表性大桥有，广东南海三山西桥主跨200米，广西三岸邕 江大桥跨径270米，武汉江汉

9、三桥主跨达到280米。2000年建成的广州丫髻沙珠江 大桥，以主跨360米为世界第一中承式钢管混凝土拱桥。即将建成的巫山长江大 桥，将以主跨460米再次刷新世界纪录，成为世界最大跨度的钢管混凝土拱桥。钢拱桥尽管我国建的不多，但在世界上却具有重要地位，如四川攀枝花3002 桥主跨达180米，2003年6月建成的上海卢浦大桥，主跨直径一下达到550米，居 世界同类桥梁之首，被誉为“世界第一钢拱桥”。所运用的技术达到国际领先水 平。近几年，我国在其他结构形式拱桥上，也进行了有益探索。正在中铁工程山 桥集团有限公司制造的浙江义乌斜靠式钢管拱桥，主跨达88米，为世界第二座高 科技观瞻拱桥。宜万铁路万州长

10、江大桥，为我国第一座单拱连续钢桁梁铁路桥。 大桥主跨360米，为目前国内铁路大桥跨度之最，居同类桥梁世界领先水平。重 庆菜园坝长江大桥，是目前国内最大的公共交通和城市轻轨两用大跨径拱桥，主 跨420米，是集钢管拱、钢箱梁、钢桁梁各种新型桥梁结构形式和科技成果为一 身的现代化桥梁，这种结构形式不仅在我国绝无仅有，而且在世界桥梁中也具有 独特的地位。我国作为拱桥的发源地之一，古代曾对世界拱桥的普及、发展产生过不可低 估的重要作用。事实已经证明，走进新世纪的中国拱桥，同样在引领世界拱桥新 潮流当中具有举足轻重的地位。三、拱桥的受力特点和施工拱桥在竖向荷载作用下，在拱圈的两端产生的力可以分解成竖向力和

11、水平力， 由于水平力的存在，使得拱桥内的弯矩得到了大大的减小，从而使得拱桥的跨径 得到了提高。由于拱桥是个主要承受压力的结构，使得它在桥梁结构体系中得到 广泛的使用，因为它可以充分利用抗拉强度弱，而抗压强度高的圬工材料，例如 混凝土、石料、砖等材料。这些材料是日常生活中极为常见的，可以作到充分的 就地取材，使得拱桥得到了最广泛的利用。由于这些材料的耐久性好，构造简单， 加工简便，因此可以做出更加优美线形的拱桥。拱桥的养护费用小，同时养护维 修也比较见。在拱桥的设计和施工中，拱圈的受力是极为关键的，因为拱圈是主 要的传力构件，拾桥的灵魂。拱桥的计算一般都采用“五点”重合法，跨径比较 的小的拱桥可

12、以把拱脚截面、L/4截面和拱顶截面作为控制截面来设计。选择合 理的拱轴线在拱桥的设计和施工中也极其极其重要的。目前，大跨径的拱桥一般 都是采用悬链线作为拱轴线，并且结果表明，这种拱轴线和计算方法对拱圈的受 力是很有利的。拱上建筑与主拱圈的联合作用随着拱上建筑的形式，构造，以及 施工程序有关。一般来说，梁式拱上腹孔叫拱式拱上腹孔的联合作用要小一些。 我国建造拱桥的历史要比以造拱桥著称的古罗马晚好几百年，但我国的拱桥却独 具一格。形式之多，造型之美，世界少有。有驼峰突起的陡拱，有宛如皎月的坦 拱，有玉带浮水的平坦的纤道多孔拱桥，也有长虹卧波、形成自然纵坡的长拱桥。 拱肩上有敞开的（如大拱上加小拱，

13、现称空腹拱）和不敞开的（现称实腹拱）。 拱形有半圆、多边形、圆弧、椭圆、抛物线、蛋形、马蹄形和尖拱形，可说应有 尽有。孔数上有单孔与多孔，多孔以奇数为多，偶数较少，多孔拱桥，如果当某孔 主拱受荷时，能通过桥墩的变形或拱上结构的作用将荷载由近及远的传递到其它 孔主拱上去，这样的拱桥称为连续拱桥，简称连拱；江浙水乡的三、五、七、九 孔石拱桥，一般是中孔最大，两边孔径依次按比例递减，桥墩狭薄轻巧，具有划 一格局，令人钦佩。由于桥孔搭配适宜，全桥协调匀称，自然落坡既便于行人上 下，又利于各类船只的航运。杭州市城北的拱辰桥是三孔的一例，建于明崇祯四 年（1631年）。有的桥孔多达数十孔，甚至超过百孔，如

14、1979年发现的徐州景国 桥，就有104孔，估计它是明清桥梁。多跨拱桥又有连续拱和固端拱，固端拱采 用厚大桥墩，在华北、西南、华中、华东等地都可见到，连续拱只见于江南水乡。 按建拱的材料分有石拱、木拱、砖拱、竹拱和砖石混合拱。以承受轴向压力为主的拱圈或拱肋作为主要承重构件的桥梁,拱结构由拱圈 （拱肋）及其支座组成。拱桥可用砖、石、混凝土等抗压性能良好的材料建造;大 跨度拱桥则用钢筋混凝土或钢材建造，以承受发生的力矩。按拱圈的静力体系分 为无铰拱、双铰拱、三铰拱。前二者为超静定结构，后者为静定结构。无铰拱的 拱圈两端固结于桥台，结构最为刚劲，变形小，比有铰拱经济，结构简单，施工方便, 是普遍采用

15、的形式，但修建无铰拱桥要求有坚实的地基基础。双铰拱是在拱圈两 端设置可转动的铰支承,结构虽 拱桥不如无铰拱刚劲，但可减弱桥台位移等因 素的不利影响，在地基条件较差和不宜修建无铰拱的地方，可采用双铰拱桥。三铰 拱则是在双铰拱的拱顶再增设一铰，结构的刚度更差些，拱顶铰的构造和维护也 较复杂，一般不宜作主拱圈。拱桥按结构形式可分为板拱、肋拱、双曲拱、箱形 拱、桁架拱。拱桥为桥梁基本体系之一，一直是大跨径桥梁的主要形式。拱桥建 筑历史悠久,20世纪得到迅速发展,50年代以前达到全盛时期。古今中外名桥（如 赵州桥、卢沟桥、悉尼港桥、克尔克桥等）遍布各地，在桥梁建筑中占有重要地位， 适用于大、中、小跨径的

16、公路桥和铁路桥,更因其造型优美，常用于城市及风景区 的桥梁建筑。四、拱桥的发展趋势拱桥虽然存在这样或者那样的问题，但是总的趋势是向前的，它在我国桥梁 结构体系中占据着重要的地位，存在的缺点也会在以后的理论研究和实践经过中 进一步地得到解决。我过目前的拱桥向着新材料、新技术、新结构的方向发展， 我国显现的这批新材料、新技术、新结构的桥梁，又以钢管混凝土拱桥和劲性骨 架混凝土拱桥作为代表，它把我国拱桥的跨径推向了世界的颠峰，在拱桥中采用 了钢管和劲性骨架，同时解决了拱桥高强度材料的应用和施工两大难题。因此在 短短的十多年内，我国建成这两类桥梁一共有100余座。拱桥的跨径增大以后， 关键是施工技术必

17、须得跟上，对于大跨径桥梁，采用的施工方法直接和经济效益 挂钩。要接军施工的问题，一是要提高材料的强度，二是要把主拱圈变为自架体 系，而上述的两种施工方法解决了这两个问题。因此它们成了大跨径桥梁的发展 趋向。有关专家指出，这两种桥梁形式，有可能使拱桥的最大跨径达到或者超过 斜拉桥！石拱桥是我国传统的桥梁三大基本型式之一，赵州桥就是世界上存在时间最 近的拱桥。拱桥这个最早发源于中国的桥梁形式正在中国欣欣向荣，遍地开花。 拱桥是我国最常用的一种桥梁型式，其式样之多，数量之大，为各种桥型之冠， 特别是公路桥梁，据不完全统计，我国的公路桥中7%为拱桥。由于我国是一个多 山的国家，石料资源丰富，因此拱桥以石料为主。随着一些高科技，新技术的 运用，拱桥这种古老的桥梁形式会重新散发光彩。因此，拱桥的发展前景是十分广阔的，只要我们不断地进行理论研