第一、二章 拱桥的概述和构造.ppt

1、第三篇 圬工和混凝土拱桥,第一章 概述,第一节 拱桥的基本特点及其适用范围 1、拱桥的发展,古代拱桥：拱轴曲线造型的千变万化，其中最具有代表意义的是建于公元 595-605年的赵州桥（如图1所示，跨径L=37m）,图1 赵州桥,当代拱桥：结构型式与施工方法的丰富多彩，如97年 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，L360m）， 1932建成的澳大利亚悉尼钢拱桥（图4，L 503m ）及正在建设的鲁浦大桥（L=550m）。,图2 1997建成的四川万县长江大桥 （L=420m),图3 360m 广州丫髻沙特大桥,2、拱桥的受力特点,图 4 1932澳大利亚

2、503m悉尼钢拱桥,承重结构：主拱,拱桥的基本图示,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,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）施工方面的缺点多； 3）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； 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：200600m范围内，拱桥仍然

3、是悬索桥和斜拉桥的竞争对手。,第二节 拱桥的组成及主要类型,一、拱桥的基本组成,第二节 拱桥的组成及主要类型,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,二、拱桥的主要类型及其特点,1、简单体系拱桥和组合体系拱桥,拱桥按受力图式的分类,简单体系拱桥：行车系结构不参与主拱的受力，主拱以裸拱为主要承重结构。,三铰拱：静定结构，在地基差的地区可采用。但构造复杂，施工困难，整体刚度小，主拱圈一般不采用。,无铰拱：三次超静定结构。拱的内力分布较均匀，材料用量较三铰拱省；构造简单，施工方便，整体刚度大，实

4、际中使用广泛。但超静定次数高，会产生附加内力，一般希望修建在地基良好处。跨径增大，附加力影响变小，故钢筋混凝土无铰拱仍是大跨径桥梁的主要型式之一。,两铰拱：一次超静定结构，介于三铰拱和无铰拱之间。,（一）按照结构体系分类,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。常用的有以下几种形式：,无推力拱（使用较广泛）：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。,3、拱片桥,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

5、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。,（二）按照主拱的截面型式分类,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。,叶爱君,4、箱形拱桥： 箱形拱桥拱圈横截

6、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,第二章 拱桥的构造,总体布置,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1/41/8 箱型拱桥矢跨比1/61/10,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,拱桥的总体布置,第二章 拱桥的构造第一节 主拱圈的构造,一、板拱 拱桥中的石砌拱桥，主拱圈通常都是做成实体的矩形截面，所

7、以又称为石板拱，按照砌筑拱圈的石料规格，又可分为料石拱、块石拱和片石拱。 根据设计要求，石拱圈可以采用等截面圆弧拱、等截面或变截面悬链线拱。,第二章 拱桥的构造,在砌筑料石拱圈时，根据受力的需要，构造上应满足以下几点要求：E:photos桥梁工程插图ql 114.jpg E:photos桥梁工程插图ql 115.jpg （1）拱石受压面的砌缝应是辐射方向，即与拱轴线相垂直。此缝一般可做成通缝，不必错缝。 （2）当拱圈厚度不大时，可采用单层拱石砌筑，否则采用多层拱石砌筑，要求垂直受压面的顺桥向砌缝错开，错缝间距不少于10cm。E:photos桥梁工程插图ql 116.jpg （3）在拱圈的横截面

8、内，拱石的竖向砌缝应当错开，其错开宽度至少10cm。 （4）砌缝的宽度不应大于2cm。 （5）拱圈与墩台、空腹式拱上建筑与拱圈连接处，应采用特制的五角石，以改善连接处的受力状况。 E:photos桥梁工程插图ql 117.jpg,第二章 拱桥的构造,二、肋拱 肋拱是由两条或多条分离的平行拱肋，以及在拱肋上设置的立柱和横梁支承的行车道部分组成。E:photos桥梁工程插图123.jpg 拱肋是肋拱桥的主要承重结构，通常是由混凝土或钢筋混凝土做成。拱肋的数目和间距以及拱肋的截面形式等，均应根据使用要求（跨径、桥宽等）、所有材料和经济性等条件综合比较选定。 拱肋常用的截面形式有：E:photos桥梁

9、工程插图ql 172.jpg,第二章 拱桥的构造,在分离的拱肋间，需要设置横系梁，以增强肋拱桥的横向整体稳定性。 钢筋混凝土肋拱桥与板拱桥相比，优点在于： 能较多节省混凝土用量，减轻拱体重量 减少桥墩、桥台的工程量 同时恒载对拱肋内力的影响减小，活载影响增大，可以充分发挥钢筋的抗拉性能。,第二章 拱桥的构造,三、双曲拱桥 E:photos桥梁工程插图130.jpg E:photos桥梁工程插图ql 119.jpg E:photos桥梁工程插图ql 120.jpg 双曲拱桥主拱圈通常是由拱肋、拱波、拱板和横向联系等几部分组成。 双曲拱桥的主要特点： 将主拱圈以“化整为零”方法按先后顺序进行施工，

10、再以“集零为整”的组合式整体结构承重。 双曲拱桥主拱圈的主要型式：E:photos桥梁工程插图ql 121.jpg,第二章 拱桥的构造,拱肋的施工：通常可以利用支架现浇或采用预制安装的方法施工。 预制的拱肋如果长度太大，常常分成几段。分段接头位置通常设置在拱肋自重作用下弯矩最小的地方。如图：E:photos桥梁工程插图ql 122.jpg 随着吊装能力的增大，施工技术的不断提高，当跨径在30m以内，可整根预制吊装；3080m,可分为三段预制安装；80m以上可考虑分为57段。,第二章 拱桥的构造,预制拱肋的接头，应做到构造简单、结合牢固、操作方便。常用的几种接头型式： E:photos桥梁工程插

11、图ql 173.jpg E:photos桥梁工程插图ql 174.jpg E:photos桥梁工程插图ql 175.jpg E:photos桥梁工程插图ql 176.jpg E:photos桥梁工程插图ql 127.jpg 拱波一般都用混凝土预制，常做成员弧形。拱波的作用不仅是参与主拱圈共同承受荷载的组成部分，而且在浇筑拱板时起到模板的作用。 拱板在拱圈截面中占有最大比重。现浇混凝土拱板将拱肋和拱波连成整体，使拱圈能“集零为整”，因此拱板在加强拱圈整体性方面起着重要作用。,第二章 拱桥的构造,横向联系常用的型式是横系梁和横隔板，通常布置在拱顶、腹孔墩下面、分段吊装的拱肋接头处等。 横向联系在拱

12、顶部分作用明显，因此可适当加密，对于跨径较小的宽桥，拱顶部分的横向联系更应该加强。,第二章 拱桥的构造第一节 主拱圈的构造,四、箱形拱 大跨径拱桥的主拱圈，可以采用箱形截面。箱形截面有以下特点： 截面挖空率大，大量减少体积，减轻重量 抗扭刚度大，横向稳定性好、整体性强 能够适应正负弯矩变化的要求，充分利用材料 吊装时构件的刚度大、稳定性好，方便施工,第二节 拱上建筑的构造,按照拱上建筑采用的不同构造方式，可将拱桥分为实腹式拱桥和空腹式拱桥两种。一般情况下，小跨径拱桥采用实腹式；大、中跨径拱桥采用空腹式，以减小恒载，并使桥梁显得轻巧美观。 实腹式拱桥的构造：E:photos桥梁工程插图ql 12

13、9.jpg E:photos桥梁工程插图ql 130.jpg 空腹式拱桥的构造：E:photos桥梁工程插图ql 131.jpg,第二节 拱上建筑的构造,一、实腹式拱上建筑 实腹式拱上建筑由侧墙、拱腹填料、护拱以及变形缝、防水层、泄水管和桥面部分组成。 二、空腹式拱上建筑 空腹式拱上建筑除具有实腹式拱上建筑相同的构造外，还具有腹孔和腹孔墩。,第二节 拱上建筑的构造,（一）腹孔 腹孔的型式和跨径的选择，在因地制宜、就地取材的原则下，应考虑既能尽量减轻拱上建筑的重量，又不至因荷载过分集中于腹孔墩处，给主拱圈受力造成不利影响。 拱形腹孔 腹孔 梁或板式腹孔,第二节 拱上建筑的构造,桥墩（台）腹孔的布

14、置方式： E:photos桥梁工程插图128.jpg E:photos桥梁工程插图127.jpg E:photos桥梁工程插图126.jpg 梁（板）式及全空腹式拱上建筑布置方式： E:photos桥梁工程插图125.jpg E:photos桥梁工程插图125.jpg （二）腹孔墩 E:photos桥梁工程插图129.jpg,横墙式,立柱式,腹孔墩,第二节 拱上建筑的构造,对于拱上结构与主拱联结成整体的钢筋混凝土空腹式拱桥，在活载或温度变化等因素作用下将引起拱上结构变形，在腹孔墩中产生附加弯矩，而导致节点附近产生裂缝。为了使拱上结构不参与主拱受力，使实际结构与按裸拱的计算图式吻合，可将腹孔墩的

15、上、下端设铰，从而改善拱上建筑腹孔墩的受力情况。 E:photos桥梁工程插图ql 139.jpg E:photos桥梁工程插图ql 179.jpg E:photos桥梁工程插图ql 180.jpg,第三节 拱桥的其它细部构造,一、拱上建筑、桥面和人行道 E:photos桥梁工程插图130.jpg 拱上建筑中的填料，一方面能起扩大车辆荷载分布面积的作用，同时还能减小车辆的冲击作用。 在大跨径钢筋混凝土拱桥或地基条件很差的情况下，为了进一步减轻拱上建筑重量，可以减薄填料厚度，甚至可以不用填料，直接在拱顶上修建混凝土路面。这时应注意采取措施保证主拱圈的横向整体性能，计算时还应计入汽车荷载的冲击力。

16、,第三节 拱桥的其它细部构造,二、伸缩缝和变形缝 拱上建筑和主拱圈，在构造和受力上都有密切联系。由于拱上建筑和主拱圈的共同作用，一方面拱上建筑能提高主拱圈的承载能力，但另一方面，它对主拱圈的变形起约束作用，在主拱圈和拱上建筑均产生附加内力，而使构造和计算复杂。 为改善这种情况，需在构造上采取必要措施，设置伸缩缝和变形缝。 E:photos桥梁工程插图ql 142.jpg E:photos桥梁工程插图ql 182.jpg E:photos桥梁工程插图125.jpg E:photos桥梁工程插图125.jpg,第三节 拱桥的其它细部构造,三、排水及防水层 要求排除桥面的水和渗入到拱腹内的水。 桥面

17、的排水设施：纵坡和横披，泄水管 E:photos桥梁工程插图ql 144.jpg E:photos桥梁工程插图ql 145.jpg 透过桥面铺装渗入到拱腹内的水，应由防水层汇集于预埋在拱腹内的泄水管排出。 防水层和泄水管的布置： E:photos桥梁工程插图ql 146.jpg E:photos桥梁工程插图ql 147.jpg 伸缩缝上防水层的构造：E:photos桥梁工程插图ql 148.jpg,第三节 拱桥的其它细部构造,四、拱桥中铰的设置 通常拱桥中有三种情况需要设置铰。 1、主拱圈按两铰拱或三铰拱设计时； 2、空腹式拱上建筑，其腹拱圈按构造要求需要采用两铰拱或三铰拱，或高度较小的腹孔墩

18、上、下端与顶梁、底梁连接处需设铰时； 3、施工过程中，为消除或减小主拱圈底部分附加内力，以及对主拱圈内力作适当调整时，往往在拱脚或拱顶设临时铰。,第三节 拱桥的其它细部构造,前两种永久性铰必须满足设计计算要求，并能保证长期的正常使用，所以要求较高，构造复杂，造价高。临时铰在施工结束时或基础变形趋于稳定时即将封固，所以构造简单。 目前常见的铰形式有：,弧形铰,平铰,假铰,（三）拱铰,当拱桥主拱圈按两铰拱或三铰拱设计，需设置永久性拱铰。当在施工过程中为消除或减小主拱圈的部分附加内力时需设置临时的拱铰。拱铰的类型主要有：弧形铰、铅垫铰、平铰、不完全铰及钢铰等：,弧形铰,铅垫铰,平铰,不完全铰及钢铰,

19、第三节 拱桥的其它细部构造,用石料、混凝土、钢筋混凝土等材料均可做成弧形铰。 E:photos桥梁工程插图ql 149.jpg E:photos桥梁工程插图ql 150.jpg E:photos桥梁工程插图ql 151.jpg 对于空腹式拱上建筑的腹拱圈，由于跨径小，可以采用构造简单的平铰；采用钢筋混凝土预制吊装的腹拱圈，为了便于整体安装，还可以不完全铰（或称假铰）。E:photos桥梁工程插图ql 152.jpg 在钢筋混凝土空腹式拱桥腹孔墩上、下端设置的铰（柱铰），现在一般常用构造简单的不完全铰。E:photos桥梁工程插图ql 183.jpg,第四节 其它类型拱桥的构造,近年来，为了进一

20、步减轻拱桥自重，增强桥梁结构整体性，充分发挥装配式结构工业化程度高、施工进度快等优点，扩大拱桥的使用范围，在修建双曲拱桥的基础上，创造了桁架拱、刚架拱、二铰平板拱等多种型式桥梁。,第四节 其它类型拱桥的构造,一、桁架拱桥 （一）特点 桁架拱桥又称拱形桁架，是一种具有水平推力的桁架结构，具有桁架和拱式结构的特点。 （二）主要构造 桁架拱桥的上部结构一般由桁架拱片、横向联结系和桥面三部分组成。E:photos桥梁工程插图ql 184.jpg 桁架片由上弦杆、腹杆、下弦杆和拱顶实腹段组成。 腹杆包括斜杆和竖杆。根据腹杆的不同布置情况可分为：竖杆式、三角形、斜压杆和斜拉杆等四种型式。E:photos桥

21、梁工程插图ql 185.jpg,第四节 其它类型拱桥的构造,桁架拱桥拱片杆件的节点构造： E:photos桥梁工程插图ql 186.jpg 横系联系的构造：E:photos桥梁工程插图ql.jpg 桁架拱与墩台的联接型式： E:photos桥梁工程插图ql 187.jpg E:photos桥梁工程插图ql 188.jpg,第四节 其它类型拱桥的构造,二、刚架拱 E:photos桥梁工程插图ql 189.jpg 刚架拱桥是在桁架拱和斜腿刚架等基础上发展起来的一种新桥型，属于有推力的高次超静定结构。 刚架拱桥的上部结构一般由刚架拱片、横向联结系和桥面三部分组成。 E:photos桥梁工程插图ql

22、190.jpg E:photos桥梁工程插图ql 191.jpg,（二）整体型上承式拱,1、桁架拱桥,桁架拱桥,整体型上承式拱,普通桁拱桥 桁式组合拱,刚架拱桥,普通桁架拱,普通桁架拱：普通桁架拱桥由桁架片、横向联结系和桥面联组成（如左图）。,主要尺寸,a、桁架拱片的节间间距一般小于跨度的1/81/12； b、桁架拱片实腹段长度一般为跨度的0.30.5倍； c、下弦杆常采用等截面（一般为矩形），高为跨度的1/801/100) d、上弦杆截面形式与桥面构造有关； e、腹杆一般采用矩形截面，高度为下弦杆高度的1/1.51/2；,节点构 造要点,a、各杆件应在节点交于一点，以免产生附加弯矩； b、相

23、邻杆件外缘交角应以园弧或直角过度；,c、节点配筋要求,桁架片的连接 a、桁架纵向之间及墩台之间的连接,b、桁架拱横联接,桥面板构造,桁式组合拱,2、刚架拱桥,上部结构由刚架拱片、横向联结系和桥面系组成。主要承重结构刚架拱片一般由跨中实腹段的主梁、空腹段的次梁、主拱腿（斜撑）、次拱腿构成。,（三）拱铰,当拱桥主拱圈按两铰拱或三铰拱设计，需设置永久性拱铰。当在施工过程中为消除或减小主拱圈的部分附加内力时需设置临时的拱铰。拱铰的类型主要有：弧形铰、铅垫铰、平铰、不完全铰及钢铰等：,弧形铰,铅垫铰,平铰,不完全铰及钢铰,二、拱上建筑的构造,温度变化及混凝土收缩徐变等引起的变形，而主拱圈变形又使拱上建筑

24、产生附加力。 拱上建筑类型分实腹式拱桥，空腹式拱桥两大类,对于普通型上承式拱桥，其主要承重结构主拱圈是曲线，车辆无法通过，需要在桥面系与主拱之间设置传递荷载的构件或填冲物，这些传递荷载的构件或填冲物称为拱上建筑。,拱上建筑是拱桥的一部分，依其结构形式的不同而参与主拱共同受力的程度也不同；同时，拱上建筑在一定程度上能约束主拱圈由,（一）、实腹式拱桥,实腹式拱上建筑构造简单，施工方便，但填料数量较多，恒载较重，小跨径拱桥中多采用空腹式。,大、中跨径拱桥多采用空腹式。空腹式拱上建筑由多孔腹孔结构和桥面系主成：以利于减小恒载，并使桥梁显得轻巧美观。根据腹孔的结构形式，空腹式拱上建筑又分为拱式和梁式两种

25、。,（二）、空腹式拱桥,1、拱式拱上建筑,2、梁式拱上建筑,简支腹孔,连续腹孔,框架腹孔,（三）、拱上立柱与主拱圈、盖梁的连接,（四）、伸缩缝与变形缝,拱桥细部构造,第二节 上承式拱桥的施工,上承式拱桥的施工,有支架施工：适用于中小跨度拱桥;,缆索吊装施工：适用范围广，吊装质量目前可以达 到75t;,劲性骨架施工：适用于特大跨度拱桥施工，用钢量 大,转体施工：我国拱桥常采用的方法,悬臂施工,悬臂浇筑 悬臂拼装,同济大学桥梁系,桥梁与道路结构,拱式桥,简单体系拱上承式钢筋混凝土箱形拱桥 巫山龙门桥 桥 址 四川巫山 其它要点:建桥时间 1987 , 跨 径 122 1 巫山龙门桥是中国第一座采用

26、无平衡重转体法施工的拱桥； 2 主桥为1孔122m钢筋混凝土箱形拱； 3 右岸半跨是全宽一次预制，左岸半跨分成单箱分别在上、下游预制，不对称转体到对称转体再合拢；,四、拱桥实例介绍,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。,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）,2）双曲拱桥（中国首创的一种拱桥型式）,3）肋拱桥,1988广东广州流溪桥 （L=90m） 钢筋混凝土箱肋中承式拱，拱矢度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。,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165

27、m，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,1979四川省宜宾市金沙江大桥 （L=150m） 中国采用缆索吊装施工、跨径最大的钢筋混凝土箱形拱。主拱圈箱高2.0m，箱宽7.60m，矢跨比1/7，全拱圈横向分5个箱室；纵向分5段预制，缆索吊装就位后再组合成整体箱。,1989四 川涪陵乌江大桥 （L=200m） 桥高84m，矢跨比1/4，主拱圈采用3室箱。 涪陵乌江大桥采用转体法施工，先