中承式及下承式拱桥

中承式及下承式拱桥作者:一诺

文档编码:48jSJjsz-ChinaP7koTJdK-Chinav2edVvDD-China概念与分类010203中承式拱桥的主拱圈位于桥面中部，通过立柱或横撑与桥面连接，形成上下对称的空间结构体系。其显著特征是桥面横向支撑于拱肋两侧，使荷载能均匀传递至拱脚，增强了整体稳定性。这种设计适用于跨径较大和地形复杂的桥梁工程，既能保证行车视线通透，又可通过调整立柱间距优化受力性能。该类型拱桥的结构由主拱圈和系杆和横向联结系共同构成，其中系杆通常设置在桥面下方以平衡拱脚水平推力。中承式布局使桥梁具有良好的抗扭刚度，尤其适合软土地基环境。其施工多采用分段吊装或就地浇筑法，通过预应力技术增强结构整体性，同时兼顾美观需求，常呈现流线型的拱肋造型。与下承式拱桥相比，中承式拱桥将桥面嵌入主拱圈内部，形成'桥在拱中'的空间形态。这种设计使桥梁横向抗侧力能力更强，在强风或地震作用下表现更稳定。典型应用包括跨越峡谷或通航河道时，既能满足大跨度需求，又可通过调节立柱高度适应不同水位变化，是现代大跨径拱桥的主流形式之一。中承式拱桥的定义及结构特征下承式拱桥的定义及结构特征下承式拱桥是指主拱圈位于桥面下方的桥梁结构形式，其主要特征是桥面通过立柱或吊杆直接支撑在主拱上部。这种设计使拱轴线低于桥面标高，形成向下的承重体系，具有良好的抗压性能和空间通透性，常用于跨越山谷和河流等场景，可减少对下方交通的遮挡，同时便于维护检修。该类桥梁的核心结构由主拱肋和系杆和桥面板及支座构成。主拱作为主要承重构件承受压力，通过合理布置立柱将荷载传递至基础；横向联系构件确保整体稳定性。下承式设计使拱的推力直接作用于墩台底部，简化了传力路径，尤其在大跨度场景中可通过预应力技术优化受力，提升结构经济性。相较于上承式拱桥，下承式拱桥因桥面位于主拱上方而具有更开阔的视野和更小的建筑高度，适合城市景观或自然环境中应用。其施工通常采用分段浇筑和支架现浇等工艺，便于控制结构精度。典型实例如重庆千厮门大桥，通过下承式系杆拱设计，在保证通行能力的同时实现了与周边环境的和谐统一。两种拱桥的主要区别对比中承式拱桥在跨中位置设置横向连接的桁架或横梁，将两侧主拱圈刚性连接，形成稳定的三角形受力体系；下承式拱桥则通过吊杆直接将桥面悬挂在主拱下方，无中间横向支撑结构。这种差异导致中承式桥面通常位于拱肋内部或上方，而下承式桥面完全置于拱脚与拱顶连线以下，空间布局更紧凑。中承式拱桥通过跨中支承将部分荷载传递至两侧拱圈，使主拱内力分布较均匀，对地基承载力要求相对较低；下承式拱桥则依靠悬吊结构将荷载集中传递到拱脚，导致拱顶受压和拱脚受拉的应力状态更显著。前者适合软土地基或复杂地形，后者因跨度大常用于开阔水域，但需更高强度的地基处理。中承式拱桥施工时需先架设跨中桁架作为临时支撑，分阶段拼装拱肋，工序较复杂；下承式拱桥多采用缆索吊装或支架现浇法，主拱与桥面同步施工。前者因结构刚度大，常用于城市立交和跨越峡谷等对稳定性要求高的场景；后者凭借简洁造型和经济性，在跨江大桥和平原地区应用广泛，但需注意风振效应的控制。中承式拱桥常用于城市河流或湖泊上方的交通连接，其流线型拱肋与对称结构能形成视觉焦点，增强城市景观。例如跨越较宽水域时，可利用单孔大跨度减少中间支点，避免影响通航或生态连续性。此类桥梁多采用轻型材料与装饰照明设计，在满足通行需求的同时成为地标性建筑。下承式拱桥因桥面位于拱肋下方，结构自重较轻且施工时对地基要求相对灵活，适合在地质条件复杂和跨度较大的山区峡谷中应用。其拱脚可依据山体坡度调整落点，减少开挖量与环境破坏。例如连接两座高山的公路桥梁，通过优化矢跨比提升抗震性能，同时利用自然地形分散荷载压力。在铁路干线需跨越深谷或海湾时，中承式拱桥凭借刚度高和整体性好的特点成为优选方案。其横向稳定性强，可承受列车高速运行的动态荷载，并通过箱型拱肋设计增强抗扭能力。例如某跨海铁路大桥采用双线中承式结构，在米以上跨度下仍保持行车平顺性，兼顾了运营安全与建设经济性。典型应用场景概述结构组成与受力特点主拱肋是中承式拱桥的核心受力构件，通常采用钢或混凝土材料制成空间曲线结构。其截面形状直接影响抗弯与抗扭性能，通过承受竖向荷载产生的轴向压力，并将力传递至桥墩基础。主拱肋的矢跨比和拱脚约束形式决定桥梁整体稳定性，需精确计算内力分布以确保结构安全。横撑系统包括横向联结系与斜撑，在中承式拱桥中起到平衡拱肋侧向力和增强空间刚度的关键作用。通常在拱顶和拱脚及/跨处设置多道横撑，通过钢管或型钢构件形成稳定框架。其布置间距和强度需根据风荷载和温度应力进行优化设计，防止拱肋发生平面外变形或扭转失稳。吊杆与桥面系连接体系是中承式拱桥传递荷载的核心纽带，采用高强钢绞线或平行钢丝束通过锚具将桥面重量垂直传递至主拱肋。吊杆需具备优异的抗疲劳性能，并设置防护套管抵御腐蚀；桥面梁格系统则通过横梁和纵梁形成网格结构分散压力，其与吊杆节点处的构造细节直接影响整体受力效率和耐久性。中承式拱桥的核心构件主拱圈是下承式拱桥的核心受力构件，通常采用混凝土或钢材建造，呈曲线形跨越两岸。其截面形式多为板拱和肋拱或箱形结构，通过拱轴线合理设计分散荷载压力。主拱圈底部直接支撑桥面系，需具备优异的抗压性能和整体稳定性，施工时需严格控制浇筑工艺与预应力张拉参数以确保长期承载能力。吊杆系统是连接主拱圈与桥面的关键传力部件，由高强度钢绞线或平行钢丝束构成。吊杆呈辐射状布置于拱肋下方，通过锚具将桥面荷载传递至主拱。现代设计中常采用外套PE护套的拉索防腐蚀，并设置阻尼器减少振动影响。定期维护需监测索力变化和锚固区锈蚀情况，确保结构安全冗余度。桥面系包括行车道板和横梁及横向联系构件，通常采用预制空心板或现浇连续slab结构。桥面通过吊杆悬挂于主拱下方，需设置伸缩缝适应温度变形。铺装层选用抗磨耗材料，并配置排水系统引导雨水排出。人行道与防撞护栏作为附属设施，既满足使用需求又增强整体结构的横向稳定性，施工时需精确控制标高与线形平顺度。下承式拱桥的关键部件010203中承式拱桥的竖向荷载传递路径中，车辆荷载首先通过桥面系传递至横向联结系，再由联结系将力分散到两侧拱肋。拱肋承受压力后将力沿曲线路径传至拱脚，同时横向支撑系统协同作用，有效平衡拱顶水平推力，最终通过支座将集中力传递至基础结构，形成闭合的力学体系。下承式拱桥的竖向荷载传递路径以系杆为主要受力构件。当荷载作用于桥面时，首先由吊杆或立柱传至系杆，系杆承受拉力并横向分布荷载，同时拱肋受压将力传导至拱脚支座。此时系杆与拱肋形成共轭作用，通过系杆的弹性变形吸收部分压力，最终水平推力与竖向反力共同由基础承担，实现荷载的有效分解。两种结构在传递路径上的差异体现于核心受力构件：中承式依赖横向支撑系统协调拱肋与系杆的协同工作，其荷载路径呈多向分散特征；下承式则以系杆为核心拉压体系，通过吊杆直接连接桥面与系杆，形成'拱压-索拉'的对抗平衡。实际设计时需结合地形条件选择路径优化方案，中承式适合跨越障碍物密集区域，而下承式在大跨度场景中能更高效地控制变形。两种结构的竖向荷载传递路径分析

水平推力与抗弯能力差异对比中承式拱桥因桥面位于拱肋中部，其水平推力主要通过支座传递至墩台，拱肋需承受较大的轴向压力和弯矩；而下承式拱桥桥面置于拱脚下方，荷载分布更集中于拱脚区域，水平推力相对分散，但拱肋在跨中易产生更大弯矩。两者差异源于结构几何布置对内力传递路径的影响，导致抗弯能力需针对性设计。下承式拱桥因桥面贴近基础，水平推力通过墩台直接抵消，整体刚度较高且抗弯需求较低；中承式则因桥面处于拱跨中部，荷载引发的轴向压力与弯矩叠加效应显著，需增强拱肋截面或设置拉杆以平衡内力。实际应用中，下承式更适用于地基条件良好场景，而中承式通过优化结构可适应复杂地形。水平推力方面，下承式因桥面低垂度大，拱脚反力集中导致水平分力更大；中承式因桥面居中，荷载分布较均匀，水平推力相对分散。抗弯能力上，中承式跨中截面需承受双向弯矩，设计时需加大截面高度或采用变厚度结构；下承式则通过降低桥面高度减少跨中弯矩，但拱脚区域仍需加强以抵抗集中荷载与水平推力的联合作用。设计原理与技术要点中承式拱桥静力平衡计算需结合空间分析法与平面杆系模型，通过建立三维坐标系分解荷载方向。首先将恒载和活载按横向分布规律分配至各主拱肋，再利用结构力学中的弯矩平衡方程求解支座反力及内力。重点考虑拱脚推力对桥墩的水平压力，并通过铰接节点约束条件确保整体稳定性。几何非线性分析是静力计算的关键环节，需引入初始位移法或增量迭代法处理大变形问题。主拱圈在自重作用下产生弹性压缩，导致轴向压力与弯矩耦合作用，需通过修正的虚功方程同步求解几何形状和内力分布。同时考虑吊杆索力对拱上建筑的约束效应，建立包含空间协同工作的整体平衡方程组进行数值迭代计算。静力计算需建立以主拱圈为核心的静定分析模型，采用虚功原理或有限元法进行荷载效应分析。活载按公路-I级标准横向布置时，需结合杠杆原理确定最不利位置，同时考虑温度变化和混凝土收缩徐变等次生因素对内力的影响。通过平衡方程联立求解拱顶与支座的约束反力，并验证结构是否满足强度和刚度要求。中承式拱桥的静力平衡计算方法下承式拱桥的空间稳定性需通过合理设置横向联系构件实现，包括横撑和桁架腹杆及桥面系刚度强化等措施。应确保拱肋间有效传递水平力，在风荷载或地震作用下避免局部失稳，并通过有限元模型分析整体结构的变形协调性，支座设计需限制异常位移以维持体系几何不变性。空间稳定性设计需综合考虑施工阶段与运营期的力学行为差异。临时支架拆除时应分阶段加载模拟计算，确保自锚系统受力均衡；对于宽跨比较大的桥梁，需增设空间斜撑或设置抗风缆增强侧向刚度。同时要验算温度梯度和混凝土收缩徐变引起的次内力，并通过预应力配置抵消不利变形趋势。空间稳定性分析应采用三维壳体单元建立精细化模型，重点考察拱脚约束条件与桥面连续性的匹配关系。当跨度超过米时，需引入非线性几何效应评估，确保横向联系构件在大位移状态下仍能有效协同工作。设计中还需设置监测点实时跟踪关键部位应力变化，并制定施工期的临时加固预案以应对突发荷载冲击。下承式拱桥的空间稳定性设计要求中承式拱桥因跨径较大，需选用高强度钢材以抵抗弯矩和轴向力，如Q级钢可提升整体刚度并减少变形风险；下承式拱桥桥面位于拱肋下方，钢材需兼顾抗拉与抗压性能，采用耐候钢可降低维护成本。两种结构均需考虑温度应力对焊接接头的影响，合理选材能优化抗震性和疲劳寿命。中承式拱桥常在拱脚区域使用高强混凝土，以增强局部抗压能力并控制截面尺寸；下承式因桥面贴近基础，可采用轻骨料混凝土减轻自重，但需加强防水层防止渗水侵蚀。材料差异直接影响结构自重分布：中承式侧重拱肋强度，下承式更关注整体稳定性，需通过配筋率和养护工艺匹配受力需求。碳纤维增强聚合物可用于中承式拱桥的裂缝修补或索铰节点加固，提升抗弯性能；下承式则可通过FRP材料替代部分传统材料，降低维护成本并改善耐腐蚀性。但需注意：复合材料与钢材连接处易产生应力集中问题，需通过过渡段设计优化传力路径，两种结构均应结合环境条件综合评估材料性价比。材料选择对两种结构的影响抗风设计策略：中承式拱桥因结构高度较大，易受风致涡振影响，设计时需通过流线型拱肋断面或设置调谐质量阻尼器抑制振动；下承式拱桥因桥面贴近地面，风压分布较均匀但局部气漩风险高，常采用翼缘开孔或加设导流板改善绕流。两者均需结合风洞试验确定颤振临界风速，但中承式侧重整体气动稳定性，下承式更关注节点区域的抗风吸性能。抗震设计差异：中承式拱桥因桥面位于拱肋中部，其竖向刚度较高，在地震作用下更易通过整体结构变形耗能；而下承式拱桥桥面贴近基础，水平刚度分布均匀，抗震时需加强支座与拱脚节点的抗剪性能。两者设计差异源于中承式依赖柔性拱适应位移，下承式则依靠刚性体系分散地震力，需分别通过有限元分析优化关键部位配筋和阻尼器布置。动力响应控制：抗震设计中，中承式拱桥通过增大矢跨比提升竖向承载冗余度，而下承式则利用刚性系杆形成空间协同体系分散地震力；抗风设计时两者差异显著：中承式需在拱顶增设横向稳定索抑制风致侧摆，下承式因结构低矮更注重桥面铺装与护栏的气动优化。设计参数如阻尼比和振型参与系数需根据桥梁高度和跨度分别取值，确保满足抗震规范的同时避免共振风险。抗震与抗风性能的设计差异施工技术与工艺对比悬臂施工法是中承式拱桥常用的建造工艺，通过从两岸桥墩向跨中对称延伸预制节段或现浇混凝土，逐步形成整体结构。关键技术包括分段设计与平衡控制和临时支架体系稳定性分析及线形监测技术。需精准计算各阶段应力分布，采用挂篮或托架系统实现悬臂推进，并在合龙段设置可调节装置以消除温度和施工误差影响，确保成桥后几何线形与力学性能符合设计要求。施工过程中需重点解决大跨度悬臂状态下的结构稳定性问题。通过BIM技术模拟不同阶段的受力状态，优化预应力筋布置方案，采用智能传感器实时监测索力和位移和应变数据。施工顺序严格遵循对称原则，每节段浇筑后及时张拉临时锚固体系，防止局部失稳。合龙前需进行温度场分析，在环境温度适宜时段实施锁定，同步解除扣塔反力系统，确保结构线形平顺过渡。材料与工艺创新是提升施工质量的关键技术支撑。采用高强混凝土和耐腐蚀预应力钢材，配合真空辅助压浆工艺保证锚固区密实度。在节段连接处设置齿板或剪切键增强抗剪性能，应用自动化模板系统实现复杂曲面精准成型。同时建立基于物联网的监控平台，整合施工进度和环境参数与结构响应数据，通过AI算法动态调整施工参数，有效控制合龙误差在毫米级范围内，保障拱桥长期服役安全。中承式拱桥的悬臂施工法及关键技术支架现浇施工法：下承式拱桥采用满堂支架或贝雷架体系作为模板支撑系统，需先进行地基处理并预压消除沉降风险。混凝土分段对称浇筑时严格控制标高与平整度，支架卸载前需确保结构强度达标。该方法适用于通航要求低的河谷，施工成本较低但工期较长，需重点监测支架变形及混凝土养护质量。转体施工法：通过在两岸预制拱肋并临时固定，利用球铰装置实现水平旋转就位。施工时先浇筑拱脚段形成稳定结构，再安装转动系统进行平衡配重调试。转体过程中采用千斤顶分级牵引，实时监测应力与转角数据，最终精调轴线偏差至mm内。此方法可减少高空作业风险，在复杂地形或繁忙航道中优势显著。组合施工技术：针对大跨度下承式拱桥常结合支架与转体工艺，如先用支架浇筑部分拱肋再实施转体合龙。需精确计算分段重量差和转动扭矩，设置临时连接器保证结构整体性。该方法兼顾了现浇的连续性和转体的灵活性，施工前需通过BIM模拟验证各阶段受力状态，确保关键节点如铰轴和牵引系统可靠运行。下承式拱桥的支架现浇或转体施工方法吊杆安装与张拉控制要点吊杆安装需严格遵循设计顺序，采用高精度测力系统实时监测索力。安装前应核对吊杆长度误差≤mm，确保锚具与拱肋和梁体的垂直度偏差＜°。张拉时分级加载至设计值的%后持荷校验，避免因初始应力不均导致结构变形异常。吊杆安装需严格遵循设计顺序，采用高精度测力系统实时监测索力。安装前应核对吊杆长度误差≤mm，确保锚具与拱肋和梁体的垂直度偏差＜°。张拉时分级加载至设计值的%后持荷校验，避免因初始应力不均导致结构变形异常。吊杆安装需严格遵循设计顺序，采用高精度测力系统实时监测索力。安装前应核对吊杆长度误差≤mm，确保锚具与拱肋和梁体的垂直度偏差＜°。张拉时分级加载至设计值的%后持荷校验，避免因初始应力不均导致结构变形异常。支座位移约束性能与安装精度直接关联：下承式拱桥的板式橡胶支座若安装偏斜或转角受限，将削弱结构抗震能力。当温度变化或活载作用时，可能产生异常剪切变形，导致支座脱空或纵向滑移。需通过压力试验机检测支座竖向承载力，并使用百分表测量安装后的初始压缩量以确保力学性能达标。支座安装精度直接影响下承式拱桥结构受力分布：若支座位置偏差超过规范允许范围，将导致局部应力集中，引发主拱圈与墩台连接处开裂。纵向偏移可能使铰接节点无法自由转动，长期荷载下易造成结构失稳，需通过三维激光扫描实时监测安装偏差并及时调整。支座高程误差对拱桥线形控制至关重要：下承式拱桥施工中若支座垫石标高存在系统性偏差，会导致成拱后实际轴线偏离设计线形，影响结构内力重分布。尤其在无支架施工法中，单个支座误差可能引发整体拱肋下沉不均匀，需采用精密水准仪逐点校核，并结合BIM模型进行误差模拟分析。支座安装精度对下承式拱桥的影响工程应用实例分析该桥为中承式钢箱桁架拱桥，主跨米，采用无支架缆索吊装工艺建造。其拱肋与桥面通过竖向支撑直接连接，形成稳定的三角结构体系，有效分散荷载并提升抗震性能。作为重庆地标性桥梁之一，它解决了复杂地形下的交通衔接问题，同时融入城市景观设计，展现了现代拱桥在功能与美学上的平衡。虽以斜拉桥闻名，但其北锚碇上方增设的中承式钢桁架拱桥常被忽视。该拱桥长米，与主桥协同工作分担荷载，采用鱼腹式截面优化材料分布，并通过铰接节点适应温度变化引起的结构位移。这一设计巧妙结合了传统拱桥与现代桥梁技术，在有限空间内实现了功能扩展，为复合型桥梁系统提供了经典案例参考。这座下承式钢筋混凝土拱桥跨越密西西比河，主跨米，以独特的双肋拱结构著称。其拱脚采用铰接设计，适应河流地质沉降需求，同时通过预应力技术增强抗弯能力。作为连接路易斯安那州重要通道，该桥在世纪中期的建造中创新应用了分阶段浇筑工艺，成为早期大跨度下承式拱桥的技术典范。国内外典型中承式拱桥案例解析悉尼港大桥是全球著名的下承式钢桁架拱桥，主跨米，年通车后成为连接市区与北岸的交通动脉。其桥面位于拱脚之间，形成开阔净空以适应船舶通行需求。独特的'鱼腹形'拱肋设计既减轻自重又增强抗压能力，至今仍是悉尼地标性建筑，展现了下承式拱桥在功能与美学上的完美结合。作为重庆市核心交通枢纽，该桥为下承式钢管混凝土拱桥，主跨米，年建成。其空间桁架结构通过精准计算优化材料分布，显著降低自重并提升抗震性能。桥面位于拱肋下方的设计有效节省了建设成本，同时兼顾城市景观需求，成为山城立体交通网络中的重要节点。这座下承式钢管混凝土拱桥是贵广高铁的关键工程之一，主跨米，于年通车。其拱肋采用变高度设计，适应复杂地形与地质条件，确保高速列车平稳通行。桥面嵌入拱腹的结构形式减少