混凝土拱桥概述发展结构体系

第三篇混凝土拱桥本篇教学目的：1、掌握常用的圬工及钢筋混凝土拱式桥的结构体系、构造原理、计算理论和主要施工方法；2、了解现代大跨度混凝土拱桥的构造、计算和施工特点。修建公路以人为本第一章概述

第一节拱桥的发展与现状1、拱桥的特点

2、拱桥的发展历史概述

3、增大拱桥跨度的途径及现状4、理论跨度

5、施工技术

6、拱桥缺点

7、桥梁的耐久性问题

1、拱的受力特点

拱桥

拱桥在竖向荷载作用下,支承处不仅产生竖向反力,在拱脚处还有水平推力，与梁桥比拱内弯矩分布大为改变(减小很多)，使整个拱主要承受压力。2、拱桥的发展历史概述

（1）国外罗马时代修建跨径小于25米的圆弧拱桥；（2）我国东汉时期始建拱桥，世界最著名的公元605年李春修建的赵洲桥，技术比国外早1200多年。（3）1950年修建的延河大桥是堆泥模砌筑的石拱桥；60年代发明双曲拱桥；（4）80年代以来，修建了许多世界上独一无二的桥梁，我国建桥技术是很先进的。

（1）石拱桥：增加拱圈厚度和提高石料标号等；120米和146米是最大跨度。（2）混凝土拱桥：加筋、减小自重应力和改进材料。目前300米以上砼拱桥全世界5座，我国3座；200米以上全世界34座，我国6座。（3）钢管砼拱桥：最近10余年我国共建成钢管砼拱桥100余座，200米以上跨径的19座（包括在建），见表；建造钢管砼劲性骨架拱桥11座。（4）钢拱桥：卢浦大桥550米跨度，多项技术首创。3、增大拱桥跨度的途径及现状

4、理论跨度

根据现在建桥材料及技术测算:(1)砼拱桥极限跨度在500米左右，经济跨度100－300米(2)钢拱桥在1200米左右；经济跨度100－500米(3)混凝土斜拉桥700米，经济跨度200－500米(4)钢斜拉桥1300米，经济跨度200－600米(5)结合梁斜拉桥1000米，经济跨度200－600米5、施工技术

（1）拱架法（2）移动托架悬浇法（3）预制节段吊装悬拼法（4）转体施工法（5）劲性骨架法（6）大跨拱桥施工的缆索吊装悬拼法。（1）转体施工法（2）拱架法（3）大跨拱桥施工的缆索吊装悬拼法。

（4）劲性骨架法（5）预制节段吊装悬拼法

6、拱桥主要缺点：

（1）有推力的结构，自重较大，水平推力大，增加了下部结构的工程量，对地基要求高；（2）圬工拱桥一般都采用有支架施工，施工较复杂，工期长，费用高；（3）由于水平推力较大，在连续多孔拱桥中，为防止一孔破坏而影响其它孔的安全，需要采取较复杂的措施，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。

拱桥的缺点正在逐步得到改善和克服： 1）从结构体系、构造形式上采取措施；2）用轻质材料减轻自重；3）设法提高地基的承载能力；4）提高预制构件所占的比重,大块件制造与运输方法。

7、桥梁的耐久性问题

（1）结构原始缺陷（2）材料老化与腐蚀（3）应力疲劳损伤（4）超载损伤（5）环境变化的影响最近调查表明，我国很多桥梁寿命较短，如彩虹桥，宜宾小南门桥，桁式组合拱桥，横铺桥面板的桥等危桥正在大量出现。

提高混凝土结构耐久性的措施1加大钢筋的混凝土保护层厚度2加强构造钢筋1)提高水平防收缩钢筋配筋率2)提高箍筋间距限制3)加强桥面铺装及防水设计第二节拱桥的结构体系及总体布置

第二三节三拱桥三的结三构体三系及三总体三布置一、三拱桥三的基三本组三成二、三拱桥三的主三要类三型三、三拱桥三的总三体布三置四、三拱桥三实例三介绍一、三拱桥三的基三本组三成上承式拱桥的基本组成1-主拱圈2-拱顶3-拱脚4-拱轴线5-拱腹6-拱背7-起拱线11-拱上建筑L0-净跨径L-计算跨径f0-净矢高f-计算矢高f/L-矢跨比拱桥细部构造二、三拱桥三的主三要类三型拱桥建桥材料圬工拱桥，钢筋混凝土拱桥，钢拱桥拱轴线型式圆弧线拱桥，抛物线拱桥，悬链线拱桥桥面位置上承式拱桥，中承式拱桥，下承式拱桥力学体系简单体系拱桥：三铰拱，两铰拱，无铰拱组合体系拱桥：无推力拱桥，有推力拱桥主拱圈截面形式拱上建筑形式实腹式拱桥，空腹式拱桥板拱桥，肋拱桥，双曲拱桥，箱形拱桥1、按力三学体三系分三类（1）简三单体三系拱三桥：主要三承重三结构三是裸三拱，三桥面三系结三构不三参与三主拱三受力三。三铰三拱：静定三结构在地三基差三的地三区可三采用但构三造复三杂，三施工三困难整体三刚度三小两铰三拱：一次三超静三定结三构无铰三拱：三次三超静三定结三构拱的三内力三分布三较均三匀用材三较三三铰拱三省构造三简单三，施三工方三便，三整体三刚度三大，三使用三广泛但超三静定三次数三高，三会产三生附三加内三力，三一般三希望三修建三在地三基良三好处三。跨径三增大三，附三加力三影响三变小钢筋三混凝三土无三铰拱三是大三跨径三桥梁三的主三要型三式之三一多箱三浇注三成板三拱与三桥台三形成三无铰三拱（2）三组合三体系三拱桥三：主要三承重三结构三是主三拱，三与行三车系三结构三按不三同方三式参三与受三力。无推三力拱三（系三杆拱三）三：拱的三推力三由系杆承受三，墩三台不三承受三水平三推力三。无推三力拱三主要三有：柔性三系杆三刚性三拱、三刚性三系杆三柔性三拱、三刚性三系杆三刚性三拱。有推三力拱三：桁架三拱桥(3）三拱片三桥：行车三道系三与拱三肋刚三性连三接在三一起三，共三同承三受荷三载。仅能三用于三上承三式桥三梁。拱片三桥可三做成三三铰三、两三铰、三无铰三拱桥三，其推三力由三墩台三承受三。2、按主三拱的截面三型式分类（1）板三拱桥三：主三拱的三横截三面是三整块三的实三体矩三形截三面，三称为三板拱三桥。（2）肋三拱桥三：横三向由三几条三肋组三成的三拱桥三，称三为肋三拱桥三。（3）双三曲拱三桥：三主拱三圈的三横截三面是三由几三个横三向小三拱组三成，三使主三拱圈三在纵三向及三横向三均呈三曲线三形，三称为三双曲三拱桥三。（4）箱三形拱三桥：三将实三体的三板拱三截面三挖空三成空三心箱三形截三面，三称为三箱形三拱或三空心三板拱三。（1）板三拱桥主拱三横截三面是三整块三的实三体矩三形截三面，多三用于三石拱三桥。三也可三以用三圬工三、钢三筋混三凝土三、钢三材建三造。板拱三的宽三度一三般采三用桥三面宽三度。人行三道宽三度布三置在三钢筋三混凝三土悬三臂上三有两三种做三法：1）设三置单三独的三人行三道悬臂三构件；2）采三用横三贯全三桥的三钢筋三混凝三土横挑三梁，在三挑梁三上再三安设三钢筋三混凝三土人三行道三板。窄拱三圈：拱三圈的三宽度三小于三桥面三宽度三的拱三圈。当拱三圈中三恒载三应力三在总三应力三中所三占比三例很三大时三，采三用窄三拱圈三对上三部结三构和三下部三结构三都比三较经三济，三因此三在大三跨度三拱桥三中常三采用三窄拱三圈的三型式三。为确三保拱三圈的三横向三稳定三性，三拱圈三宽度三一般三不宜三小于三跨径三的1/三20，否三则应三验算三拱圈三的横三向稳三定性三。（2）肋三拱桥肋拱三桥：肋拱三桥由三两条三或两三条以三上分三离式三拱肋三组成三承重三结构三的拱三桥，三拱肋三之间三靠横三向联三系梁三连接三成整三体而三共同三受力三。这三种桥三横截三面面三积较三小，三节省三材料,自重三轻,跨越三能力三大，三多用三于较三大跨三径的三拱桥三。可三以用三圬工三、钢三筋混三凝土三、钢三材建三造。拱肋三截面三：小跨三径采三用矩三形；三较大三跨径三采用三工字三型；三跨径三大、三桥面三宽时三，可三采用三箱形三。（3）双三曲拱三桥：主拱三圈横三截面三由一三个或三数个三小拱三组成三，三其三主拱三圈在三纵向三和横三向均三呈曲线三形。通三常有三拱肋三、拱三波、三拱板三和横三向联三系等三几部三分。双曲三拱桥三施工三工序三多，三组合三截面三的整三体性三差，三易开三裂，三因此三，只三宜在中小三跨径桥梁三中采三用。（4）箱三形拱三桥：箱形三拱桥三拱圈三横截三面由三几个三箱室三组成三。截三面挖三空率三大，三可达三全截三面的50三%-三70三%，较三实体三板拱三桥可三减少三圬工三用料三与自三重，适用三于大三跨度三拱桥。截三面抗三扭刚三度大三，横三向整三体性三和稳三定性三好，三特别三适用三于无三支架三施工三。三、三拱桥三的总三体布三置总体三布置三需要三考虑三的主三要问三题：总体三布置三所需三设计三资料确定三结构三体系三及结三构形三式确定三桥梁三长度三和孔三数确定三设计三标高三、矢三跨比三、拱三圈宽三度与三高度确定三墩台三尺寸三、基三础形三式与三埋置三深度河床三断面三线两岸三道路三标高桥址三地质三资料通航三要求水文三资料桥面三宽度三及荷三载等三级（1）总三体布三置所三需设三计资三料（2）确三定结三构体三系及三结构三形式按照三拱桥三的分三类结三合桥三位处三的地三形、三地质三情况三，1、选择三拱桥三的结构三体系：简单三体系三拱桥：三三铰拱三，两三铰拱三，无三铰拱三；组合三体系三拱桥：无三推力三拱桥三，有三推力三拱桥三。2、选三择拱三桥的结构三形式：确三定实三腹式三拱桥三或空三腹式三拱桥三进行三设计三；主三拱圈截面设计三：板三拱桥三，肋三拱桥三，双三曲拱三桥，三箱形三拱桥三；拱轴三线型选择三：圆三弧线三拱桥三，抛三物线三拱桥三，悬三链线三拱桥三；桥三面位三置设三计：三上承三式拱三桥，三中承三式拱三桥，三下承三式拱三桥。（3）确三定桥三梁长三度和三孔数1、通三过前三面的三方案三设计三和水三力计三算，三结合三技术三经济三比较三，可三以确三定两三岸桥三台台三口之三间的三总长三度，三在平三、纵三、横三三个三方向三综合三考虑三桥梁三与路三堤的三衔接三，可三以确三定桥三台的三位置三和长三度，三从而三确定桥梁三全长。2、桥三梁全三长一三经确三定，三必然三面临单孔或多孔的方三案设三计问三题。如果三桥位三处的三地形三、地三质情三况允三许，三施工三技术三支持三，通三过技三术经三济比三较，三最好三选择大跨三径或特大三跨径单孔三跨越三。如果三采用多孔拱桥三的设三计方三案，三如何三进行三分孔三？1）跨三越通三航河三流在确三定孔数与跨径时三，一三般分三为通航三孔和非通三航孔两部三分。三分孔三时，三除应三保证三净跨三径满三足设三计洪三水通三过的三需要三外，三还应三确定三一孔三或两三孔作三为通三航孔三。通三航孔三跨径三和通三航标三高的三大小三应满三足航三道等三级规三定的三要求三，并三与航三道部三门协三商。三通航三孔的三位置三多半三布置三在常水三位时三河床三最深三处或航行三最方三便的地三方。2）为三避开三深水三区或三不良三的地三质地三段可将三跨径三加大三；在三水下三基础三结构三复杂三、施三工困三难的三地方三，为三减少三基础三工程三，也三可考三虑采三用较三大跨三径。3）对三跨越三高山三峡谷三、水三流湍三急的三河道三或宽三阔的三水库建造三多孔三小跨三不如三建造三大跨三径经三济合三理，三在条三件允三许的情三况下三，通三过技三术经三济比三较，三可采三用单孔三大跨三径拱桥三。4）分三孔时三还应三考虑施工的方三便和三可能通常三，全三桥宜三采用三等跨三或分三组等三跨的三分孔三方案三，并三尽量采三用标三准跨三径。三，以三便施三工和三修复三，又三能改三善下三部结三构的受三力和三节约三投资三。5）分三孔时三必须三注意三整座桥梁三的美三观。（4）确三定拱三桥的三主要三设计三标高拱桥三的控三制设三计标三高主三要有三四个三：桥面三标高三、拱三顶底三面标三高、三起拱三线标三高、三基础三底面三标高桥面三标高—由通三航、三泄洪三、桥三下通三行要三求等三综合三确定拱顶三底面三标高＝桥三面标三高－三拱顶三填料三厚度三－拱三圈厚三度起拱三线标三高—尽量三减小三基底三弯矩三，节三省墩三台圬三工体三积。基础三底面三标高—根据三冲刷三深度三、地三基承三载力三等因三素综合确三定。1、拱三桥的三桥面三标高代表三建桥三的高三度，三特别三在平三原区三，在三相同三纵坡三情况三下，桥越三高，两三端的三引桥三或匝三道工三程数三量显三著增三加；桥矮，不三但有三遭遇三洪水三冲毁三的危三险，三而且三会影三响桥三下正三常通三航。三故桥三面标三高必三须综三合考三虑有三关因三素正三确合三理决三定。1）山三区河三流上三的拱三桥桥面三最小三高度三一般三由两三岸路线三的纵三断面三设计控制三。2）跨三越平三原区三河流三的拱三桥桥面三最小三高度三一般三由桥下三净空控制三。3）对三于有三淤积三的河三床桥下三净空应适三当加高三。4）对三于通三航河三流通航三孔除三应满三足以三上要三求外三，还三应满三足不三同航三道等三级所三规定三的桥下三净空三界限的要三求。2拱顶三底面三标高桥面三标高三减去三拱顶三处的建筑三高度，就三得到三拱顶三底面三标高三。3起拱三线标三高为减三小墩三台基三础底三面弯三矩，三节省三墩台三的圬三工数三量，三一般三宜选三择低拱三脚的设三计方三案。1）对三于有铰三拱拱脚三需高三出设三计洪三水位三以上0.三25米.2)对于有铰或无铰三拱拱脚三均应三高出三最高三流冰三面0.三25米。另外,有时三为了三美观三的要三求，三应避三免就三地起三拱，三而应三使墩三台露三出地三面一三定的三高度三。4基础三底面三标高主要三根据冲刷三深度、地基三承载三力等因三素确三定。（5）矢三跨比当拱三顶、三拱脚三标高三确定三后，三根据三跨径三就可三以确三定拱三桥的矢跨三比。矢跨三比是三拱桥三的一三个特征三数据，它三不但三影响三主拱三圈的三内力三，还三影响三拱桥三施工三方法三的选三择，三同时三，对三拱桥三的外三形能三否与三周围三景物三相协三调，三也有三很大三关系三。矢跨三比的三作用三：1、f/三L是拱三桥的三一个三重要三参数三，其三值与三拱圈三内力三有密切关三系，三拱的三恒载三水平三推力三与垂三直反三力的三比值三，随三矢跨比的三减小三而增三大；2、f/三L大，则三拱圈三较陡三，拱三桥水平三推力三减小，对基础有利三；3、f/三L小，拱三圈较三坦，三拱桥水平三推力三增大，拱三圈内力增三大，三对基础不利三；水三平推三力增三大，三相应三的在三主拱三圈内产三生的轴向三力也大,对主拱三圈本身三的受三力是三有利三的，三对墩台三基础不利三。4、f/三L小，则三弹性三压缩三、混三凝土三收缩三和温三度等三附加三内力三均较三大，三对主拱三圈不利三。5、f/三L小，能三增加桥下三净空，降三低桥面三纵坡，对三拱圈三的砌三筑和三混凝三土的三浇筑三比较三方便三。在设三计时三应按三根据三桥位三处的三地形三、地三质、三桥梁三美观三和受三力等三因素三，综三合比三较选三定矢三跨比三。f/三L取值三范围三：1/三4－1/三8，最三小不三小于1/三12三,箱型三拱的三矢跨三比一三般为1/三6~三1/三10。一三般将三矢跨三比大三于或三等于1/三5的拱三称为陡拱，矢三跨比三小于1/三5的称三为坦拱。（6）如三何处三理拱三桥不三等跨三分孔三的问三题三多孔三拱桥三最好三选用等跨三分孔的方三案。三在三受地三形、三地质三、通三航等三条件三的限三制，三或引三桥很三长，三考虑三与桥三面纵三坡协三调一三致时三，可三以考三虑不三等跨三分孔三办法三处理三。三不等三跨拱三桥，三由三于相三邻孔三的恒载三推力不相三等，三使桥墩三和基三础增加三了恒三载的三不平三衡推三力。三为了三减小三不平三衡推三力，三改善三桥墩三基础受力三状况，可三采用三的措三施有三：1、采用三不同三的矢三跨比：利三用在三跨径三一定三时矢三跨比三与推三力大三小成反比的关三系。三大跨三用大三的矢三跨比三（陡三），三小跨三用小三的矢三跨比三（坦三），三使拱三圈恒三载作三用下三的不三平衡三推力三尽量平衡；2、采用三不同三的拱三脚标三高：由三于采三用了三不同三的矢三跨比三，致三使相三邻两三孔的三拱脚三标高三不在三同一三水平三线上三。小三跨拱三脚较三高，三大跨三起拱三线降三低，三减小三了拱三脚水三平推三力对三基底三的力三臂，三这样三可使三大跨三与小三跨的恒载三水平三推力对基底所产三生的弯矩尽量三平衡三；3、调整三拱上三建筑三的重三量：小三跨用三较重三的填三料或三实腹三式拱三上建三筑，三大跨三采用三较轻三的填三料或三采用三空腹三式拱三上建三筑；4、采用三不同三的类三型的三拱跨三结构：大三跨采三用空三腹式三或肋三拱或三中承三式拱三桥，三小跨三采用三实腹三式或三上承三式结三构，三减轻三大跨三径拱三的恒三载重三量以三减轻三恒载三水平三推力三。有三时为三了进三一步三减轻三大跨三径拱三的恒三载水三平推三力，三可加三大大三跨径三拱肋三的矢三高，三而做三成中三承式三肋拱三桥。5、设置三单向三推力三墩（7）确三定拱三桥基三础形三式、三尺寸三及埋三置深三度基础三形式：重三力式三扩大三基础三和桩三基础三。桥三台必三须考三虑恒载三水平三推力三的平三衡（三抗滑三体）三，桥三墩考虑承三受活三载推三力。基础三尺寸：必三须保三证桥三梁全三部恒三载和三活载三十分三安全三地传递三到地三基。基础三埋置三深度：根三据基三底所三有的三荷载三引起三的应三力和三地基承三载力三大小三确定三。四、三拱桥三实例三介绍1）圬工三拱桥1（石三拱桥三以及三拱圈三不配三钢筋三的混三凝土三拱桥三，跨三越能三力较三小）三我国三公路三桥中70三%为拱三桥。三我国三多山三，石三料资三源丰三富，三拱桥三取材三以石三料为三主。

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），拱圈矢跨比1/5，拱肋为等高变宽度设计。19三90湖南三凤凰三县的三乌巢三河桥三（L=三12三0m）圬工三拱桥2圬工三拱桥3

主拱圈为等截面悬链线。拱圈矢跨比为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)2）双三曲拱三桥1（中三国首三创的三一种三拱桥三型式三）结构纤细轻盈，适宜于软土地基上建造。1969江苏无锡卫东桥双曲三拱桥2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江苏无锡民主桥双曲三拱桥33）肋三拱桥1

1990四川宜宾小南门桥(=240m)主桥系中承式钢筋混凝土肋拱桥，拱圈矢跨比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。肋拱三桥21988广东广州流溪桥（L=90m）钢筋混凝土箱肋中承式拱，拱圈矢跨比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。肋拱三桥31983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。肋拱三桥4

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，拱圈矢跨比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。肋拱三桥5肋拱三桥61992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。肋拱三桥7

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。肋拱三桥8箱拱三桥11997四川万县长江大桥L=420m)劲性骨架钢筋混凝土箱形拱桥5）刚三架拱三桥11989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。刚架三拱桥219三93江西三德兴13三0米太三白桥采用三转体三施工三。6）桁三架拱三桥119三7