拱桥简介-第一章-拱桥的现状与发展-桥梁工程

第一章拱桥的现状与发展第一节拱桥的现状与发展拱桥的起源世界上对拱结构的起源众说不一自然界溶洞天然拱崩落的堆石拱砌墙开洞，逐渐由“假拱”演变而成中国：墓葬结构及仅存实物，拱由梁与侧柱演变为三、五、七等折边拱，演变为圆拱。天然石拱桥跨度由小变大，由二三米而到达净跨37.02m，并保持了千余年的世界记录。中国现存最早，并保存良好的是隋代赵州安济桥（赵州桥）。桥为敞肩圆弧石拱，拱圈并列28道，净跨37.02m，矢高7.23m，上狭下宽总宽9m。主拱圈等厚1.03m，主拱圈上有护拱石。安济桥（赵州桥）中国的木拱桥肇始自宋。宋代张．择端的《清明上河图》，在画面高峰处有北来都城汴京（现河南开封）跨汴水的一座木拱桥，名为虹桥。为了漕运，水中无桥墩，桥采用了“贯木’架桥，即大木穿插叠架为木拱。虹桥桥跨约18．5m，拱矢约4．2m，桥面总宽9．6m。桥毁于金元之际，几百年来一直认为是绝唱。清明上河图中的拱桥虹桥拱桥拱桥的演变历史拱桥国外：石拱，木拱十八世纪铸铁拱十九世纪

钢拱钢筋混凝土拱国内：石拱，木拱双曲拱桁架拱钢筋混凝土拱

刚架拱桁式组合拱

钢管拱新型组合体系拱1964年70年代80年代80年代中当代拱桥结构型式与施工方法的丰富多彩，比较有代表性的是以下几个：建成的重庆万县长江大桥（图2所示，L=420m）；广州丫髻沙特大桥（图3，L＝360m）；1932建成的澳大利亚悉尼钢拱桥（图4，L＝503m上海卢浦大桥（L=550m）钢箱拱桥。重庆菜园坝大桥（在建）重庆朝天门大桥（在建）材料和施工技术的进步，大大推动了当代拱桥的发展图21997建成的四川万县长江大桥（L=420m)丫髻沙大桥图3360m广州丫髻沙特大桥。澳大利亚悉尼钢拱桥503m图41932澳大利亚503m悉尼钢拱桥卢浦大桥550钢箱拱桥重庆菜园坝大桥钢拱（在建）重庆朝天门大桥钢拱（在建）2.拱桥的受力特点承重结构：主拱支承处不仅产生竖向反力，还产生水平推力，从而使拱主要受压拱桥的基本图示3、主要优缺点

主要优点：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。主要缺点：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）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，或设置单向推力墩，增加了造价；3）上承式拱桥的建筑高度较高。城市桥梁少用。4）有支架施工时，施工耗时

拱桥的缺点正在逐步得到改善和克服：200~600m范围内，拱桥仍然是悬索桥和斜拉桥的竞争对手。理论上混凝土拱桥跨径可以达到500m，钢拱可达1200m。第二节拱桥的结构体系及总体布置一、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。拱桥的基本图示拱桥的基本组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-矢跨比拱桥的基本组成拱的组成—几个概念桥跨结构（上部结构）

superstructure主拱圈mainarch拱上结构spandralstructure下部结构

substructure墩pier台abutment基础foundation

拱的组成—几个概念拱轴线：archaxis起拱线：archspringingimpost跨径：桥梁上部结构的重要技术指标标准跨径：一般指净跨径净跨径：clearspan矢高：重要的技术指标之一净矢高：clearriseofarch拱的组成—几个概念计算跨径：computedspan计算矢高：calculateriseofarch矢跨比：矢高与跨径之比，设计时一般取净矢高f0与净跨径l0之比为矢跨比（或称净矢跨比）坦拱：f0/L0（矢跨比）<1/5陡拱：f0/L0

（矢跨比）≥1/5二、拱桥的主要类型及其特点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拱桥，抛物线拱桥，悬链线桥桥面位置上承式拱桥，中承式拱桥，下承式拱桥结构体系分简单体系拱桥：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（一）按照结构体系分类1.简单体系的拱桥三铰拱、两铰拱、无铰拱均为有推力结构拱圈的静力图式三铰拱：静定，无附加应力，铰构造复杂，桥面在铰处需设置伸缩缝，桥面纵坡在伸缩缝处折角，不利行车与养护。

两铰拱：介于二者之间

无铰拱：三次超静定，刚度大，构造简单，附加应力大。广泛用于石拱桥和钢筋混凝土拱桥之中，尤其是基础较好、跨径较大时。2.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，共同受力。同样，组合拱可以做成上承式、中承式和下承式。常用的有以下几种形式：

无推力拱

有推力拱无推力拱无推力的拱梁组合桥柔性系杆刚性拱—系杆拱刚性系杆柔性拱—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。拱的推力由系杆承受，墩台不受水平推力有推力拱此种组合体系拱没有系杆，有单独的梁和拱共同受力，拱的水平推力任由墩台承受。刚性梁柔性拱（倒朗格尔拱）刚性梁刚性拱（倒洛泽拱）3、拱片桥刚架系杆拱系杆拱中拱肋与桥墩固结，不设支座采用预应力钢绞线作为拉杆来平衡拱的推力，拉杆独立于桥面系之外，不参与桥面系受力，而桥面系为局部受力构件。这种结构由于拱和墩联接处为刚结点，属刚架结构，又带有系杆，故称之为刚架系杆拱（二）按照主拱的截面型式分类1、板拱桥：主拱圈采用矩形实体截面。构造简单、施工方便，使用广泛。自重较大，不经济，通常在地基较好的中小跨径圬工拱桥中采用。2、肋拱桥：肋拱桥由两条或两条以上分离式拱肋组成承重结构的拱桥，拱肋之间靠横向联系梁连接成整体而共同受力.这种桥横截面面积较小，节省材料,自重轻,跨越能力大，多用于较大跨径的拱桥。可以用圬工、钢筋混凝土、钢材建造。3、双曲拱桥：主拱圈横截面由一个或数个小拱组成，其主拱圈在纵向和横向均呈曲线形。通常有拱肋、拱波、拱板和横向联系等几部分。公路双曲拱桥采用最多的是多肋波的截面形式；对于跨径和荷载较小的单车道桥可采用单波的形式。双曲拱桥施工工序多，组合截面的整体性差，易开裂，因此，只宜在中小跨径桥梁中采用。双曲拱4、箱形拱桥：箱形拱桥拱圈横截面由几个箱室组成。截面挖空率大，可达全截面的50%-70%，较实体板拱桥可减少圬工用料与自重，适用于大跨度拱桥。截面抗扭刚度大，横向整体性和稳定性好，特别适用于无支架施工。箱形拱闭合箱的构造（三）按建筑材料分圬工拱桥钢筋混凝土拱桥钢拱桥钢管混凝土拱桥（四）按行车道位置分类

上承式车道（桥面系）在拱肋之上的称为上承式上承式主要用于峡谷和桥面标高较高的桥梁传统的石拱桥因主拱圈为板式结构，只能采用上承式上承、下承及中承式拱桥

上承式拱桥构造较为简单上部结构由主拱圈、拱上建筑组成拱上建筑：实腹式或空腹式实腹拱桥：构造简单、自重大，适用于中、小跨度；空腹拱桥：结构合理、自重较小、利于泄洪，是大、中跨拱桥常用的形式下承式下承式拱桥的桥跨结构由拱肋、悬吊结构和横向联结系三部分组成。车辆在两片（三片）拱肋之间行驶，需要用吊杆将桥面系悬挂在拱肋下。桥面系和这些传力构件称为悬吊结构。中承式：行车平面位于肋拱矢高的中间部位，桥面系一部分用吊杆悬挂在拱肋下，一部分用立柱支撑在拱肋上。下承式或中承式拱桥一般是在桥梁建筑高度受到限制时考虑，其拱圈只能使用肋拱形式。中、下承式主要用于地势平坦、桥面标高受限制或基础较差的拱桥之中。

三、拱桥的总体布置总体工作内容、框架确定桥梁长度及分孔确定桥梁的设计标高和矢跨比正确处理不等分孔问题桥面标高，拱定底面标高，起拱线标高，基础标高混凝土拱桥矢跨比1/4～1/8箱型拱桥矢跨比1/6～1/10采用不同的矢跨比采用不同的拱脚标高调整拱上建筑的重力采用不同的拱跨结构

总体布置拱桥的总体布置拟采用的结构体系及结构形式桥梁的长度、跨径、孔数；拱的主要几何尺寸，如失跨比、宽度、高度、外形等墩台基础形式及埋深桥上、桥头引线的纵坡（一）确定桥梁长度及分孔一般性桥梁设计原则（二）如何处理不等跨分孔的问题在条件允许的情况下，宜进行等跨分孔不等跨分孔带来的问题：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衡推力。改善措施：采用不同的失跨比采用不同的拱脚标高调整拱上建筑的重力采用不同类型的拱跨结构四、拱桥实例介绍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）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。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，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）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，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