桥梁工程拱桥设计详解

第三章拱桥的设计第三章拱桥的设计

拱桥的设计基本原则：适用、经济、安全和美观。第一节拱桥的总体布置拱桥的总体布置包括：桥位选择、确定桥梁的长度、跨径、孔数、桥面标高、主拱圈的矢跨比等。本节主要阐明拱桥设计中如何确定设计标高和矢跨比等问题。第一节拱桥的总体布置一、确定桥梁的设计标高和矢跨比（一）拱桥的标高主要有四个：桥面标高、拱顶底面标高、起拱线标高、基础底面标高。

E:\photos\桥梁工程插图\135.jpg1、拱桥桥面标高一方面由两岸线路的纵断面设计来控制，另一方面还要保证桥下净空能满足宣泄洪水和通航的要求。第一节拱桥的总体布置2、拱顶底面标高由桥面标高减去拱顶填料厚度，就得到拱顶上缘的标高，然后根据跨径大小、荷载等级、主拱圈材料规格等条件估算拱圈的厚度，由此推算出拱顶底面标高。

3、起拱线标高为尽量减小桥墩台基础底面的弯矩、节省墩台的圬工数量，一般宜选择低拱脚的设计方案。但拱脚位置要满足通航净空、排洪、流冰等条件的限制，并符合《桥规》的有关规定。

E:\photos\桥梁工程插图\136.jpg第一节拱桥的总体布置（二）

拱桥主拱圈矢跨比是设计拱桥的主要参数之一。它的大小不仅影响拱圈内力的大小，而且也影响到拱桥的构造型式和施工方法的选择。

矢跨比

矢跨比减小，拱的推力增大，推力大对拱圈自身的受力是有利的，但对墩台不利。同时，当拱圈受力后因其弹性压缩，或温度变化、混凝土收缩，或因墩台位移等原因，都会在无铰拱内产生附加内力，矢跨比愈小，附加内力愈大。矢跨比过大，则拱脚区过陡，施工不便。第一节拱桥的总体布置常用的矢跨比如下：砖、石、混凝土板拱桥及双曲拱桥，矢跨比一般为1/4~1/6，不宜超过1/8；箱形拱桥的矢跨比一般为1/6~1/8，圬工拱桥的矢跨比一般不宜小于1/10；钢筋混凝土桁架拱、刚架拱桥的矢跨比一般为1/6~1/10，或者更小一些，但也不宜小于1/12。国外曾将称为“大胆度”，并用它作为比较和评价拱桥的规模、设计和施工的复杂与难易程度的指标。第一节拱桥的总体布置二、不等跨连续拱桥的处理方法E:\photos\桥梁工程插图\137.jpg

多孔连续拱桥最好选用等跨分孔方案。但是在受地形、地址、通航等条件的限制，或引桥很长，考虑与桥面纵坡协调一致时，或在桥梁的美观有特殊要求时，可以考虑采用不等跨的分孔。不等跨拱桥，由于相邻孔的恒载推力不相等，使桥墩和基础增加了恒载的不平等推力。在采用柔性墩的多孔连续拱桥中，还需考虑由此造成的连拱作用，使计算和构造复杂，为减小这个不平衡推力，改善桥墩、基础的受力情况，节省材料和造价，可采用以下措施：第一节拱桥的总体布置1、采用不同的矢跨比大跨径采用较大的矢跨比，小跨径采用较小的矢跨比。2、采用不同的拱脚标高E:\photos\桥梁工程插图\138.jpg

大跨径的拱脚标高低，减小拱脚水平力对基底的力臂，这样可以使恒载水平力对基底的弯矩得到平衡。3、调整拱上建筑的恒载重量如果拱脚必须在相同或相近标高上时，也可用调整拱上建筑的重量来减小相邻孔间的不平衡推力。4、采用不同类型的拱跨结构小跨采用板拱结构，大跨采用分离式拱肋结构，必要时加大大跨经拱肋的矢高，做成中承式肋拱桥梁。第二节拱轴系数的选择和拱上建筑的布置一、拱轴系数的确定拱轴线的形状不仅直接影响着拱圈的内力分布及截面应力的大小，而且它与结构的耐久性、经济性和施工安全性等都有密切的关系。选择拱轴线的原则，就是尽可能降低由于荷载产生的弯矩数值。最理想的拱轴线是与拱上各种荷载作用下的压力线相吻合。

E:\photos\桥梁工程插图\ql194.jpg第二节拱轴系数的选择和拱上建筑的布置

一般来说，拱轴线的选择应满足以下四方面的要求：

1、尽量减小拱圈截面的弯矩；最大限度减小截面拉应力；

2、对于无支架施工的拱桥，应满足各施工阶段的要求，并尽可能少用或不用临时性施工措施；

3、计算方法简便；

4、线型美观，便于施工。第二节拱轴系数的选择和拱上建筑的布置二、我国拱桥常用的拱轴线型

1、圆弧线圆弧线拱，线型最简单，施工最方便。但是在一般情况下，圆弧形拱轴线与恒载压力线偏离较大，使拱圈各截面受力不够均匀。因此圆弧线常用于15~20m以下的小跨径拱桥。对于大跨径的预制装配式钢筋混凝土拱桥，有时简化施工，也有采用圆弧线拱轴线的。第二节拱轴系数的选择和拱上建筑的布置2、悬链线实腹式拱桥的恒载压力线是一条悬链线。当不计拱圈在恒载弹性压缩产生的影响时，拱圈截面将只承受中心压力而无弯矩。对于空腹式拱桥，由于拱上建筑的形式发生变化，其相应的恒载压力线不再是悬链线，而是在腹孔墩处有转折的多段曲线。如仍采用相应的悬链线作拱轴线，恒载压力线与拱轴线将有偏离。但是，理论证明，这种偏离对拱圈的控制截面的内力是有利的。并且,已有现成完备的计算图表可供使用，所以，悬链线是目前我国大、中跨径拱桥采用最普遍的拱轴线型。第二士节袜拱汁轴系浙数的刷选择近和拱怪上建喉筑的蜻布置3、抛丛物线由结访构力痰学可将知，刘在竖却向均祸布荷塞载作慨用下纷，拱窃的合傍理拱蜓轴线正是二除次抛撞物线烘。所霜以，国对于挂恒载坊强度虎比较越接近隙均布校荷载缎的拱栏桥，眨例如矢跨替比比灿较小碧的空腐腹式规钢筋解混凝势土拱催桥，往僻往可疗以采揪用二瓦次抛飞物线州作为挥拱轴渣线。近年吼来广晴泛采湖用的钢筋毕混凝溜土桁即架拱累和刚照架拱订等轻秧型拱夸上结畏构的唤拱桥，由秩于恒君载分钢布均雕匀，漏因此漫用二窃次抛刑物线鲜作为脆这类韵轻型男拱桥眨的拱卡轴线糊也是段适宜线的。第二因节锻拱纠轴系考数的沃选择撞和拱岸上建沙筑的庆布置在某红些大波跨径弄拱桥秘中，恨有时仁采用给高次薯抛物美线作桃为拱口轴线欲。但侦计算坊工作蹄量大红，不抖宜为它设计直人员系掌握燃，故羊目前威仍很略少采录用。总之舞，拱症上建套筑的促型式惠及其逐布置蹲，对东于合缺理选奴择拱片轴线非型是尿有密射切联说系的挽。在免一般准情况睛下：小跨剖径拱夜桥可娱采用迅实腹贫式圆且弧拱刷或实援腹式我悬链猫线拱蜓；大、涂中跨唤径拱尺桥可叹采用陪空腹彩式悬让链线睁拱；轻型蹲拱桥弄或矢成跨比胆较小羽的大蹈跨径床钢筋嘉混凝进土拱吸桥可屯以采懒用抛敬物线别。拱桥细部构造第三防节眼主拱播的构绣造与狐尺寸抚拟定（一齿）普标通型坐上承中式拱逐桥根据小主拱鼻圈截该面形剂式可体分为演：板皇拱，共肋拱疼，双巩曲拱织，箱戚形拱谈等。1、板瓜拱板拱姓是指证主拱壶（圈钳）采屈用整业体实脸心矩规形截购面的末拱。蔽按照形主拱回所采叉用的槐材料位，可奏分为括石板恶拱、模混凝访土板弱拱和陡钢筋眼混凝岗土板粉拱等应。这旧部分狮主要鞭介绍鼻钢筋容混凝羞土板译拱板拱姿的宽炸度拱圈眉的厚精度对钢筋混凝土拱拱顶厚度拱脚厚度其中拱圈策截面榨的变东化规坡律截面急变化逮规律等截面（常用）

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