橋梁工程第四章拱橋

1、1. 概述2. 拱橋構造3. 拱橋設計4. 拱橋施工5. 拱橋計算第三章 拱橋第一節(jié) 概述 拱橋的基本特點及優(yōu)缺點 拱橋的組成和分類拱橋的主要組成拱橋的分類 拱橋的發(fā)展史 拱橋實例介紹 拱橋的主要承重結構是拱圈(肋)，在橋面豎向移動荷載作用下橋墩或橋臺不僅產(chǎn)生豎向反力而且產(chǎn)生水平推力。拱橋的基本特點 跨越能力大；能充分做到就地取材；耐久性好，養(yǎng)護、維修費用?。煌庑蚊烙^；構造較簡單，有利于廣泛采用。(1)自重較大，有推力，增加了下部結構的工程量，對地基要求高；(2)施工方法相對復雜，費用高，施工時間長(3)由于水平推力較大，在連續(xù)多孔的大、中橋中，為防止一孔破壞而影響全橋的安全，需要采取較復雜的

2、措施，或設置單向推力墩，增加了造價；(4)上承式拱橋的建筑高度較高。主要優(yōu)點：主要缺點：拱橋的優(yōu)缺點拱橋的主要組成1-主拱圈拱橋也是由上部結構（橋跨結構）和下部結構兩大部分組成。2-拱頂3-拱腳4-拱軸線5-拱腹6-拱背7-起拱線8-橋臺9-基礎10-護坡11-拱上建筑 按材料：拱橋的分類圬工拱橋、鋼筋混凝土拱橋、鋼拱橋 按拱上建筑的形式：實腹式、空腹式 按橋面位置：上承式、中承式、下承式 按拱軸線：圓弧拱橋、拋物線拱橋、懸鏈線拱橋 按有無水平推力：有推力拱橋、無推力拱橋 按主拱的截面形式：板拱、肋拱、雙曲拱、箱型拱 按結構體系：簡單體系拱、組合體系拱 橋面系結構不與主拱一起受力，主拱以裸拱的

3、形式作為主要承重結構。三鉸拱簡單體系拱兩鉸拱無鉸拱外部靜定結構。優(yōu)點：由于溫度變化、混凝土的收縮、基礎的不均勻沉降等原因引起的變形不會在拱內產(chǎn)生附加內力，計算時無需考慮體系的彈性變形。缺點：鉸的構造復雜、維護費工；拱的撓度曲線不勻順，在鉸處有明顯轉折，會引起活載的附加沖動，對行車不利；另外其剛度也小，降低了抗震能力。適用：小跨徑公路橋。 三鉸拱外部一次超靜定結構。特點：結構整體剛度比三鉸拱大。基礎的豎直不均勻沉降或墩臺轉動，對它的內力沒有影響，混凝土收縮、徐變和溫度變化所產(chǎn)生的附加力也比無鉸拱小。 適用：基礎可能發(fā)生位移之處或平坦的拱橋中。 兩鉸拱外部三次超靜定結構。優(yōu)點：構造簡單，剛度大而活

4、載內力較小，維修費用省，必要時還可將拱腳浸沒在水中以獲得較大的矢跨比。缺點：由于混凝土收縮、徐變、溫度變化和基礎不均勻沉降所產(chǎn)生的附加變形，特別當矢跨比較小時，將發(fā)生不可忽視的附加內力。適用：氣溫變化劇烈和地質不良地方不宜采用。 無鉸拱無推力的組合體系拱拱的推力由系桿承受，墩臺不受水平推力。有推力的組合體系拱 此種組合體系拱沒有系桿，有單獨的梁和拱共同受力，拱的水平推力由墩臺承受。組合體系拱柔性系桿剛性拱系桿拱無推力的拱梁組合橋剛性系桿柔性拱朗格爾拱剛性系桿剛性拱洛澤拱用斜吊桿來代替豎直吊桿時稱為尼爾森拱。 系桿的剛度遠小于拱肋的剛度，可以假定忽略系桿承受的彎矩。此時認為彎矩均由拱肋承受，系桿

5、只受拉。柔性系桿剛性拱：假設系桿和吊桿均為柔性桿件，只受軸力而無壓力和彎矩；拱肋視作普通拱橋的拱肋，為偏心受壓構件。適用跨度20-30m；矢跨比一般為1/4-1/5。拱肋高度：公路橋一般為跨徑的1/301/50； 鐵路橋一般為跨徑的1/251/40。隨著跨徑和荷載的增大，拱肋截面尺寸增大較快，系桿和拱肋的聯(lián)接部位更加復雜，故在大跨、重載條件下較少采用。拱肋的剛度遠小于系桿的剛度，可以假定忽略拱肋承受的彎矩，此時系桿受拉、彎，拱肋只受軸向力，故稱柔性拱。剛性系桿柔性拱：奧地利Langer首創(chuàng)，故稱朗格爾梁。該體系相當于把桁架弦桿與梁組合起來，以梁為受力主體，而曲線桁架對梁加勁，形成具有剛性梁的曲

6、線桁架，特點：適用跨度可達100m；矢跨比一般為1/5 1/7。拱肋高度常取跨徑的1/1001/120；剛性系桿高度在公路橋中一般取跨徑的1/251/35； 鐵路橋一般為跨徑的1/221/30。內力分配均勻，剛性系桿與吊桿、橫撐可以組成剛度較大的框架；在適用跨度內，拱肋不會發(fā)生內S狀變形，拱的穩(wěn)定性有充分保證。拱肋和系桿都有一定的抗彎剛度，二者共同承受縱向力和彎矩，介于柔性系桿剛性拱和剛性系桿柔性拱之間。剛性系桿剛性拱：德國H.Rose首創(chuàng)，故稱洛澤梁(拱)。該體系的特點是剛度較大，適合于設計荷載較大的橋梁。拱肋和系桿受力較均勻，拱軸線常用二次拋物線。拱肋高度常取跨徑的1/501/80；拱肋寬

7、一般為拱肋高的0.81.2 倍。剛性梁柔性拱（倒朗格爾拱）剛性梁剛性拱（倒洛澤拱）有推力的拱梁組合橋按材料石拱、木拱鑄鐵拱鋼筋混凝土拱拱橋的發(fā)展情況鋼拱鋼管拱 石梁橋 在石墩上放置一塊石板就成了一座石梁橋，石是人類最早使用的天然的建筑材料，現(xiàn)存最多的古代橋梁就是石橋。秦漢時期的石梁石柱橋已經(jīng)很難看到，保存到現(xiàn)在最早是唐代，多為明清時代的石梁石柱橋。泉州洛陽橋 石梁橋如何增加跨度？石板的跨度一般只有十多米，將石板逐級伸出可以增大跨度，在建筑上成為“疊澀”，受力上為懸臂。多邊形石梁，這是梁拱之間的一種結構形式。 浙江平湖的興隆橋，在重疊四層疊澀出檐后，最上一層才是橫向的支點石梁，跨度7.0m。這些

8、石梁橋最后都向石拱橋方向發(fā)展。 石拱橋為增大跨度，拱橋逐步發(fā)展起來。歐洲的石拱藝術盛行于羅馬時代，這一時期多采用圓形拱，跨度較小，橋墩厚重約為拱寬的1/3，所以每個拱可以獨立。羅馬時代遺留下來的一些引水的建筑水道橋。這些石拱不用灰漿砌筑，但是水槽中用灰漿防水。 加爾德橋中間層橋墩的盲目削弱，說明當時的技術是屬于實踐經(jīng)驗性的。加爾德橋的造型是有意識的，沒有什么雕塑裝飾，不填塞石孔，不鑿去突出的石塊，得到了意想不到的美。全橋體量空間組合很有規(guī)律，比例尺度和諧，黃色石灰?guī)r在翠綠色自然景色的襯托下構成極美的景觀。造橋者阿葛立巴。 為了引猶來山的泉水給尼姆城居民，公元前63-13年間，跨越加東河之上建造

9、了多層石拱橋，即法國的加爾德水道橋。橋分三層，現(xiàn)殘存最高層為水道，下有75個小拱支承；中間層共11個石拱，最下一層共6孔，最大跨24.4m。橋墩及分水尖的基礎直接建在石灰?guī)r上。橋用黃色石灰石，用木模架承托，不用灰漿，砌筑而成。13世紀時，將最下層橋面的下游一部分改為人行道，把中層拱橋柱下游側鑿成大凹口，幾乎鑿到橋的重心，1448年地震幾乎傾倒，后恢復原來尺寸。 石拱橋早期修建的拱都是半圓形的，沒有推力，如果跨度增大，橋就非常高，上下橋比較困難。逐步發(fā)展到割圓拱，這樣跨度增大，減小高度。從半圓拱到扁拱，由于拱腳的水平推力大了，對基礎的要求就高，所以在技術上是一個進步。趙州橋， 又名安濟橋(宋哲宗

10、賜名，意為“安渡濟民”)，位于河北趙縣洨河上，它是世界上現(xiàn)存最早、保存最好的巨大石拱橋。被譽為“華北四寶之一”。橋長64.40米，跨徑37.02米，券高7.23米，是當今世界上跨徑最大、建造最早的單孔敞肩型石拱橋。石拱橋的典范趙州橋趙州橋的技術創(chuàng)新：采用圓弧拱形式，改變了我國大石橋多為半圓形拱的傳統(tǒng)，半圓形拱優(yōu)美、完整，但只適用于跨度較小的橋梁，跨度增大則拱頂太高，交通不便，而且施工時腳手架就會很高，增加施工的危險性。圓弧拱形式使石拱高度大大降低，實現(xiàn)了低橋面和大跨度的雙重目的，橋面過渡平穩(wěn)，車輛行人非常方便，而且還具有用料省、施工方便等優(yōu)點。當然圓弧形拱對兩端橋基的推力相應增大，需要對橋基的

11、施工提出更高的要求。采用敞肩。這是李春對拱肩進行的重大改進，把以往橋梁建筑中采用的實肩拱改為敞肩拱，首先可以增加泄洪能力，據(jù)計算四個小拱可增加過水面積16左右；其次敞肩拱比實肩拱可節(jié)省大量土石材料，據(jù)計算四個小拱可以減輕自身重量700噸，從而減少橋身對橋臺和橋基的垂直壓力和水平推力，增加橋梁的穩(wěn)固。第三增加了造型的優(yōu)美，四個小拱均衡對稱，大拱與小拱構成一幅完整的圖畫，顯得更加輕巧秀麗，體現(xiàn)建筑和藝術的完整統(tǒng)一。第四符合結構力學理論，敞肩拱式結構在承載時使橋梁處于有利的狀況，可減少主拱圈的變形，提高了橋梁的承載力和穩(wěn)定性。 單孔。李春在設計大橋的時候，采取了單孔長跨的形式，河心不立橋墩，使石拱跨

12、徑長達37米之多。這是我國橋梁史上的空前創(chuàng)舉。 趙州橋的砌置方法新穎、施工修理方便。李春在石拱砌置方法上，均采用了縱向（順橋方向）砌置方法，就是整個大橋是由28道各自獨立的拱券沿寬度方向并列組合而成，每券各自獨立、單獨操作，每券砌完全合攏后就成一道獨立拼券，砌完一道拱券，移動承擔重量的“鷹架”，再砌另一道相鄰拱。這種砌法既可以節(jié)省制作“鷹架”所用的木材，又利于橋的維修，一道拱券的石塊損壞了，只要嵌入新石，進行局部修整就行了，而不必對整個橋進行調整。 李春，隋代造橋匠師?，F(xiàn)今河北邢臺臨城人士。隋開皇十五年至大業(yè)初（595605）建造趙州橋（安濟橋）。唐中書令張嘉貞著安濟橋銘中記有：“趙州蛟河石橋

13、，隋匠李春之跡也，制造奇特，人不知其所以為。” 趙州橋的敞肩圓弧拱形式是我國勞動人民的一大創(chuàng)造，西方在14世紀才出現(xiàn)敞肩圓弧石拱橋，已經(jīng)比我國晚了600多年。英國著名中國科學技術史專家李約瑟博士在其巨著中國科學技術史中曾經(jīng)列舉了26項從1世紀到18世紀先后由我國傳到歐洲和其他地區(qū)的科學技術成果，其中的第18項就是弧形拱橋。 這座大橋自建成至今已有1300多年，這期間經(jīng)歷了8次以上地震的影響，8次以上戰(zhàn)爭的考驗；承受了無數(shù)次人畜車輛的重壓，飽經(jīng)無數(shù)次風刀霜劍、冰雪雨水的沖蝕，卻雄姿不減當年，仍巍然屹立在河北趙縣洨河上。 1、并列 2、并列卯 3、橫放并列 4、縱聯(lián) 5、分節(jié)并列 6、聯(lián)鎖分節(jié)并列

14、 7、鋃面縱聯(lián) 8、框式縱聯(lián) 9、亂石 10、鋃面亂石中國石拱拱券砌筑方法 鑄鐵橋： cast-iron第一座鐵橋出現(xiàn)在英國，跨過100ft(30.5m)寬的River Severn, Coalbrookdale iron bridge, designed by Thomas Pritchard,有一系列半圓形的cast-iron ribs拱肋并列組成，用400t鑄鐵（19.25MPa）。 鋼筋混凝土可塑性很強，可以做成任意的形狀，還可以做成精巧的裝飾。比石拱橋施工方便，快速，表面平整光滑。初期的鋼筋混凝土拱橋基本沿用石拱橋的樣式，采用小拱疊大拱的形式。1900年，加拿大 獵人街橋 1906年

15、德國的摩塞爾河橋，L46m，采用石拱橋的風格，但是橋面有精美的裝飾，已經(jīng)具有現(xiàn)代橋梁的風格。 瑞士，葛蘭德費棧橋，1925。細七孔橢圓形鋼筋混凝土拱支承著輕巧的雙層梁柱式橋面。拱腳很自然地融合到墩身中去，沒有什么裝飾，但是卻富于旋律。 1924 的瑞士弗立堡采林根橋，滿腹拱橋，穿過墩身尚有下層的人行道拱。與高拱石橋相比，這座鋼筋混凝土橋，有平整光滑的表面，并具有石橋所極費力才能達到的表現(xiàn)力，且有石橋所難以達到的施工速度。所以除了在交通不便的產(chǎn)石山區(qū)，鋼筋混凝土拱橋更富有生命力。 19001950年，法國的亨奈別柯(Francois Hennebique)和他的學生羅伯特.梅拉爾(Robert

16、Maillart) 創(chuàng)造了新的拱橋形式。亨奈別柯 （18421921）脫離了拱橋的特點，采用板、主梁、次梁系統(tǒng)作為整體有機的結合，先用于房屋的樓蓋，再應用于橋梁。 羅伯特.梅拉爾發(fā)明了鉛板作鉸點的三鉸拱，以橋面板、垂直拱肋、和拱底板形成箱形拱，使得橋面與拱本身形成一個有機的整體，同時在拱腳挖去三角形缺口，稱“梅式三鉸拱”。之后他有對結構進行了改良，設計了一系列的橋梁。 瑞士Schwandbach Bridge 1933年建成，這是Maillart的代表作，也是世界著名的橋梁。L=37.4m,B=3.6m f=6m ,拱板厚200mm，橋面板厚160mm，橋位于曲線上，拱為拋物線拱。瑞士薩爾基那

17、山谷橋（Salginatobel Brcke）。羅伯特.梅拉爾特（Robert Maillart）于1930年設計建造，跨越阿爾卑斯山薩爾基那峽谷，是一種很經(jīng)濟的混凝土鐮刀形上承式三鉸拱橋，跨徑90米，已成為世界名橋。法國工程師弗蘭西捏（Eugene Freyssinet 1879-1962）他的最大貢獻是創(chuàng)造了預應力混凝土，一些種類的錨具就是以他的名字命名的。1930年，他建造了埃洛爾恩河上的博浪加斯脫公鐵兩用橋，主跨為三孔180m，橋寬8.6m，矢高27.5m。保持了十年的世界記錄。這是第一座箱形、變截面、拋物線拱肋的橋。該橋采用了很多創(chuàng)新的科學技術，比如：采用高標號水泥，并進行兩年多的收

18、縮徐變研究；采用千斤頂調整拱的內力，消除拱肋由于收縮徐變和自重作用下彈性壓縮的影響。Plougastel bridge 博浪加斯脫橋1922-1930Caracas-La Guaira 跨度200多米的拱橋19521953 澳大利亞悉尼港 Gladesville bridge 1964, span=305m,弗氏為顧問。該橋的特點所有構件均為預制拼裝的 1942年，在西班牙跨越Esla河的Martn Gil Viaduct，為鋼筋混凝土鐵路拱橋，跨度5 x 22.00 m - 209.84 m - 3 x 22.00 m ，矢高64.75m 。當時最大跨度的鐵路拱橋。 第一座鋼拱橋是法國南部的

19、Viaur Viaduct，中跨220m的鐵路拱橋，1895-1902年建成； 1897年，跨度為256m的Clifton bridge at Niagara，隨后是跨度290m的箱形拱肋橋Rainbow bridge,1941年建成。Rainbow bridge,1941 值得紀念的是在非洲的Zambezi River Bridge, near Victoria Falls ,這是第一個采用懸臂拼裝法施工的鋼拱橋?？缍?52m，跨過122m深的峽谷。 最著名為Sydney Harbour bridge,跨度509m，1932年建成。所有的施工形式都集中一起：纜索、懸臂和拱結構。有4條鐵路、1

20、7m寬的公路、兩側懸出2個人行道，高出水面52m；耗費40000t鋼材，部分構件在英國加工，鋼板尺寸和桿件截面都是破記錄的；悉尼鋼桁架組合式拱橋Leagth of arch span 503 meters以下是一組悉尼鋼桁架拱橋當年建橋的歷史資料照片我國公路橋中70%為拱橋。我國多山，石料資源豐富，拱橋取材以石料為主。（1）圬工拱橋（石拱橋以及拱圈不配鋼筋的混凝土拱橋，跨越能力較?。┲鞴叭榈冉孛鎽益溇€。拱矢度為1/5，拱圈厚1.7m，拱上建筑對稱布置5個空腹拱，兩邊設岸孔37m，拱圈厚1.1m。下部結構為重力式石砌墩臺。該橋施工在主孔范圍內設3個臨時墩，上立鋼支架、拱架等，其上砌筑主拱圈。1

21、965廣西南寧都安紅渡橋（L: 100m )世界上跨徑最大的石拱橋。橋寬8m，雙肋石拱橋，腹拱為9孔13m，南岸引橋3孔13m，北岸引橋1孔15m。主拱圈由兩條分離式矩形石肋和8條鋼筋混凝土橫系梁組成。拱軸線為懸鏈線（m=1.543） ，拱矢度1/5，拱肋為等高變寬度。1990湖南鳳凰縣的烏巢河橋 （ L=120m）（2）雙曲拱橋（中國首創(chuàng)的一種拱橋型式）結構纖細輕盈，適宜于軟土地基上建造。1969江蘇無錫衛(wèi)東橋 構思獨特，充分發(fā)揮雙曲拱橋構造特點，組合拼裝成三叉形的雙曲拱橋。1969江蘇無錫民主橋上承式無鉸空腹拱，是當時我國跨徑最大的雙曲拱橋。拱矢度1/10，拱軸線設計為懸鏈線。為提高橫斷面

22、剛度、增強雙曲拱在組合過程中裸肋的穩(wěn)定性，斷面設計成高低拱肋，全橋29道橫隔板組成整體性好的拱肋格排，合攏后上面砌筑雙層拱波。1968河南嵩縣前河橋 （L=150m）（3）肋拱橋 1988廣東廣州流溪橋 （L=90m）鋼筋混凝土箱肋中承式拱，拱矢度1/4.5，全橋采用噴塑裝修工藝，建筑宏偉壯麗，已成為公園的重要景觀。中承裝配式鐵路鋼筋混凝土拱，矢高40m，兩片拱肋中心距7.5m。拱軸線采用二次拋物線，拱肋為箱形截面，吊桿為預應力桿件。施工時先架設鋼拱架，然后在拱架上由下而上分層施工，安裝拱肋底板-腹板-頂板，使先安裝的拱肋底板與鋼拱架共同受力。在拱頂進行應力調整，改善了拱肋的受力狀態(tài)。為保證結

23、構的整體性，拱肋與橋面系相交處的一段拱肋在工地現(xiàn)澆。1966北京永定河七號橋 （L=150m）1983 臺灣臺北關渡橋 （L=165m）中承式5孔連續(xù)系桿拱橋，中間孔跨度為165m，兩側孔跨度為143m及44m，拱圈為拋物線。 1990江蘇丹陽云陽橋（L=70m） 跨越京杭大運河，無粘結預應力系桿拱，3根拱肋，矢度1/5，拱軸系數(shù)m=1.0，單箱高1.5m，行車道剛性縱梁和無粘結預應力柔性系桿分開。預制安裝法施工.1992 廣東開平三埠橋 （L=60m）單拱肋預應力混凝土系桿拱，單拱肋置于車行道中央分隔帶上。 1994臺灣臺北碧潭橋（L=160m） 橋面由預制預應力混凝土單箱組成，并配以Y型懸

24、臂拱圈，形成主跨為160m及2x100m無推力拱橋。引橋跨度分別為85m及57m，全橋以簡潔明快的弧形曲線構成，與遠山近水相協(xié)調。 1990四川宜賓小南門橋 (=240m)主橋系中承式鋼筋混凝土肋拱橋，矢度1/5，是當時國內跨徑最大的鋼筋混凝土拱橋。該橋采用勁性鋼骨架施工法，纜索吊裝。（4）箱拱橋 1979四川省宜賓市金沙江大橋 （L=150m）中國采用纜索吊裝施工、跨徑最大的鋼筋混凝土箱形拱。主拱圈箱高2.0m，箱寬7.60m，矢跨比1/7，全拱圈橫向分5個箱室；縱向分5段預制，纜索吊裝就位后再組合成整體箱。1989四 川涪陵烏江大橋 （L=200m）橋高84m，矢跨比1/4，主拱圈采用3室

25、箱。 涪陵烏江大橋采用轉體法施工，先在兩岸上、下游組成3m寬的邊箱，待轉體合攏后吊裝中箱頂、底板，最后組成3室箱。1997四川萬縣長江大橋 L=420m)勁性骨架鋼筋混凝土箱形拱橋（5）剛架拱橋1989江蘇無錫100米下甸橋 變截面，四分點附近截面高度最大，分別向拱腳、跨中減小。取消斜撐，拱上建筑采用23m預應力混凝土簡支梁以過渡。1993江西德興130米太白橋 采用轉體施工。（6）桁架拱橋1976浙江寧海75米越溪橋 主孔為凈跨75m的預應力混凝土桁架拱，拱矢度1/9；邊孔為凈孔40m的雙曲拱，1971浙江余杭50米里仁橋 鋼筋混凝土斜拉桿式桁架拱橋。拱圈矢跨比為1/8。全橋布置4片拱片，在

26、上弦桿覆蓋微彎板混凝土橋面。預制拱片臥置疊澆，分段用浮吊起吊、翻身和吊裝，在三分點處設臨時支托，澆筑濕接頭混凝土。（7）桁式組合拱橋中國首創(chuàng)的一種橋型，它除保持桁式拱結構用料省、豎向剛度大等特點外，更具有桁梁的特性和可以采用懸臂法施工、施工階段和運營階段的受力趨于一致等優(yōu)點。1990四川自貢160米牛佛沱橋 桁式組合拱為三室箱形截面，桁架片按節(jié)段分件預制，采用人字扒桿懸拼安裝。（8）鋼管混凝土拱橋1990四川旺蒼115米東河橋 下承式鋼管混凝土預應力系桿拱橋，矢度1/6。兩片拱肋間用直徑800mm橫撐連接以保持其穩(wěn)定性。活載作用下拱腳的水平推力由系桿及橋墩共同承擔。鋼管拱肋實際上是一種復合材料

27、，在破壞荷載作用下，鋼管不僅起縱筋的作用，而且對混凝土起螺旋箍筋的作用，以提高構件的承載能力。在施工階段，鋼管起著勁性骨架的作用。 1998浙江義烏80米賓王橋 單肋鋼管混凝土系桿拱橋，中跨矢跨比1/5，矢高15.6m；邊跨矢跨比1/4.5，矢高11.87m 。1932澳大利亞503m悉尼鋼拱橋1977美國518.2m New River橋（9）鋼拱橋第二節(jié) 拱橋構造 上承式拱橋 中、下承式拱橋 鋼管混凝土拱橋 其它類型拱橋上承式拱橋 拱圈(肋)的構造 拱上結構構造 (實腹式、空腹式) 拱橋其它細部構造 上承式空腹拱橋的構造示例 橋面在主拱圈之上的稱上承式拱橋，其上部結構由拱圈(肋)和拱上結構

28、(在橋面系與主拱之間傳遞荷載的構件或填沖物)構成。拱圈(肋)的構造 拱圈截面形式： 板拱、肋拱、箱形拱、鋼管拱、雙曲拱 拱圈橫截面沿跨徑的變化規(guī)律 板拱是指主拱（圈）采用整體實心矩形截面的拱。按照主拱所采用的材料，可分為石板拱、混凝土板拱和鋼筋混凝土板拱等。板拱肋拱：用兩條或多條分離的平行窄拱圈即拱肋作為主拱圈的拱。具有自重輕，恒載內力小，可以充分發(fā)揮鋼筋混凝土等材料的性能，在大中型拱橋中得到廣泛應用。肋拱縱梁縱梁拱肋立柱拱肋立柱橫系梁橋面系縱梁 1994臺灣臺北碧潭橋（L=160m）橋面由預制預應力混凝土單箱組成，并配以Y型懸臂拱圈，形成主跨為160m及2x100m無推力拱橋。引橋跨度分別為

29、85m及57m，全橋以簡潔明快的弧形曲線構成，與遠山近水相協(xié)調。肋拱截面形式：矩形、工字形、管形、箱形 箱形拱的拱圈，可以由一個閉合箱(單室箱)或由幾個閉合箱(多室箱)組成。每個閉合箱又由頂板、底板、肋板(側板)組成。為提高拱箱抗扭能力，加強箱壁的局部穩(wěn)定性，拱箱內每隔一定距離設一道橫隔板。主拱圈由多室箱構成，箱形拱通常采用預制拼裝施工。箱形拱 1979四川省宜賓市金沙江大橋 （L=150m）。中國采用纜索吊裝施工、跨徑最大的鋼筋混凝土箱形拱。主拱圈箱高2.0m，箱寬7.60m，矢跨比1/7，全拱圈橫向分5個箱室；縱向分5段預制，纜索吊裝就位后再組合成整體箱。 1989四川涪陵烏江大橋 （L=

30、200m）。橋高84m，矢跨比1/4，主拱圈采用3室箱。 涪陵烏江大橋采用轉體法施工，先在兩岸上、下游組成3m寬的邊箱，待轉體合攏后吊裝中箱頂、底板，最后組成3室箱。 1997四川萬縣長江大橋 L=420m)。勁性骨架鋼筋混凝土箱形拱橋。套箍指標雙曲拱橋 主拱圈由縱向拱肋、橫向拱波、拱板和橫向聯(lián)系組成，外形上在縱橫兩個方向均成弧形曲線。主要特點是：將主拱圈以“化整為零”的方法按先后順序進行施工，再以“集零為整”的方式組成成承重的整體結構。因主拱圈分期形成，呈現(xiàn)組合結構的受力特征，整體性較弱，在地震荷載作用下容易破壞。 我國的雙曲拱橋：1964年江蘇省無錫縣交通局創(chuàng)建了具有我國橋梁特色的雙曲拱橋

31、。 第一座雙曲拱橋為試驗橋梁，建于1964年，跨度9m 江蘇無錫，新虹橋，單波雙曲拱橋，跨度80m湖南長沙湘江雙曲拱橋。主拱圈橫截面是由一個或數(shù)個小拱組成的。主拱圈在縱向及橫向均呈曲線形。截面變化規(guī)律等截面（常用） 變截面（構造復雜）拱圈截面沿跨徑的變化規(guī)律實腹式拱上結構側墻拱腹填料護拱變形縫防水層泄水管橋面?zhèn)葔κ菄o拱腹填料之擋墻，應按擋土墻驗算其截面強度。其頂部應蓋以帽石，帽石突出側墻表面至少0.1m以形成飛檐，避免雨水沿側墻流下，并增加橋的美觀。拱腹填料可用填充和砌筑兩種方式。在圓弧形拱和多孔實腹拱橋中，為便于敷設防水層，通常在拱腳段設置護拱。為保證拱上結構不因拱圈在溫差變化或偏載作用產(chǎn)

32、生變形而破壞，在拱上結構和墩臺間需設置約20mm的變形縫(伸縮縫)。變形縫可做成一條整齊空縫，在縫中填以瀝青膠砂或者在表面做成一條無砂漿的干砌縫。實腹式拱上建筑構造簡單，施工方便，但填料數(shù)量較多，恒載較重，小跨徑拱橋中多采用實腹式。 大、中跨徑拱橋多采用空腹式?？崭故焦吧辖ㄖ啥嗫赘箍捉Y構（橫墻或剛架）和橋面系組成，以利于減小恒載，并使橋梁顯得輕巧美觀。根據(jù)腹孔橋面系的結構形式，空腹式拱上建筑又分為拱式和梁式兩種。四川萬縣長江大橋 河北趙州安濟橋空腹式拱上結構橫梁和剛架橫墻剛架拱式拱上建筑拱式腹孔簡支腹孔梁式腹孔：簡支腹孔、連續(xù)腹孔、框架腹孔梁式拱上建筑連續(xù)腹孔框架腹孔拱橋細部構造拱橋其它細部

33、構造 伸縮縫與變形縫 拱鉸 排水與防水層伸縮縫與變形縫在荷載作用、材料收縮及溫度變化的影響下，拱圈將下降或上升，拱上結構也將隨之變形。如果拱上結構與橋墩臺聯(lián)成一體，則拱上結構受橋墩、臺的約束不能自由變形，從而在它的頂部產(chǎn)生拉應力而開裂。 為了避免這種不良的影響，應該用斷縫將拱上結構和橋墩(臺)分開，這種斷縫叫伸縮縫(留縫23cm)，在腹拱上方設變形縫(只斷開，沒有縫寬) 。在拱橋的計算中，為了簡化計算工作，一般是將主拱和拱上建筑分開來考慮，即把主拱當作主要承重結構，而將拱上結構當作傳遞荷載的結構。 溫度下降時的變形半跨加載時的變形 在拱橋的計算中，為了簡化計算工作，一般是將主拱和拱上建筑分開來

34、考慮，即把主拱當作主要承重結構，而將拱上結構當作傳遞荷載的結構。 為了避免這種不良的影響，應該用斷縫將拱上結構和橋墩(臺)分開，這種斷縫叫伸縮縫(留縫23cm)，在腹拱上方設變形縫(只斷開，沒有縫寬) 實腹式拱橋伸縮縫的布置 在跨度較小的實腹式拱橋，可僅在兩拱腳的上方設置，并需在橫橋方向貫通全橋及側墻的高度?？崭故焦皹蛏炜s縫及變形縫的布置 跨度較大的空腹式拱橋：一般將緊靠墩(臺)的第一個腹拱圈做成三鉸拱，并在靠墩(臺)的拱鉸上方的側墻上，也相應設置伸縮縫，在其余兩鉸上方的側墻，可設變形縫(只斷開，沒有縫寬)；特大跨徑的拱橋：還需將靠近拱頂?shù)母构叭σ沧龀蓛摄q拱或三鉸拱。拱鉸上方的側墻仍需設置變形

35、縫，以便拱上結構更好適應主拱的變形。若邊孔在與墩(臺)銜接處使用端立柱時，可用細縫與之分開；若邊孔的橋面梁直接支承在墩(臺)上，必須使用構造完善的支座，否則，伸縮縫處的伸縮仍將受阻。采用梁式腹孔時伸縮縫及變形縫的布置 按其作用可分為永久性鉸和臨時性鉸兩類。拱鉸當拱橋主拱圈按兩鉸拱或三鉸拱設計以及空腹式腹拱按構造要求需要采用兩鉸或三鉸拱時，需要設置永久性的拱鉸。 當在施工過程中為消除或減少主拱圈的部分附加內力，以及對主拱圈內力作適當調整時，需設置臨時性的拱鉸。拱鉸型式的選擇，按照鉸所處的位置、作用、受力大小、使用材料等條件綜合考慮，常用的有(1)弧形鉸 (2)鉛墊鉸 (3)平鉸 (4)不完全鉸

36、(5)鋼鉸(鋼量較大，目前已很少應用)。 弧形鉸可以用石料、混凝土和鋼筋混凝土做成。它是由兩個不同半徑的弧形表面塊件合成。一個為凹面(R2)，一個為凸面(R1)。凹凸面半徑之比在1.21.5之間，鉸的寬度等于拱圈(肋)的寬度，長度為拱厚的1.151.20倍?；⌒毋q的作用并不完善，當圓筒形表面互相位移時壓力線的作用點可能偏離較大，此時在靠近鉸的拱段中將產(chǎn)生附加彎矩。且加工困難，所以目前一般只應用在臨時施工當中，比如采用轉體施工時，為使橋體順利轉動，在拱腳需設置球面弧形鉸?；⌒毋q 用厚度1520mm的鉛墊板，外包以鋅、銅（1020mm）薄片做成 。鉛墊鉸是利用鉛的塑性變形，鉛墊板可以容許支承截面自

37、由轉動來實現(xiàn)鉸的功能。同時，為了使壓力正對中心，并且能承受剪力，設置穿過墊板中心而又不防礙鉸轉動的錨桿。 鉛墊鉸 由于弧形鉸的構造復雜，鉸面加工困難且不易保證質量。因此，在跨徑較小的空腹式拱橋的腹拱圈，常采用構造簡單的平鉸。平鉸是平面相接，直接抵承；其接縫間可用低標號的砂漿砌筑，也可用油毛氈墊襯或直接干砌。 平鉸 這種鉸既能使拱圈施工時不斷開，又能在使用時起到拱鉸作用，構造簡單，因此使用較多。因為便于整體安裝，所以對于跨徑不大(如腹拱圈)或輕型的結構物(人行橋)中經(jīng)常被采用。不完全鉸 空腹式拱橋，防水層應沿腹拱上方與主拱圈跨中實腹段的拱背設置，泄水管也宜布置在l4跨徑處。 實腹式拱橋防水層應沿

38、拱背護拱、側墻鋪設。如果是單孔，可不設泄水管，積水沿防水層流至兩個橋臺后面的盲溝，然后沿盲溝排出路堤。如果是多孔拱橋，可在1/4跨徑處設泄水管。 排水與防水層拱肋的截面形式；拱上剛架共幾排？各排剛架在頂部和底部采用了什么支承形式？ 靠近拱腳和靠近拱頂?shù)臉蛎嫦悼v梁分別是什么樣的結構形式？一孔跨度上共設了幾條橫斷縫？分別在什么位置？立柱與拱肋或頂部縱梁間的鉸接和剛接分別是怎樣實現(xiàn)的？上承式空腹拱橋構造示例中、下承式拱橋 橋面位于拱肋下方的拱腳水平面處的拱橋稱下承式拱橋。其橋跨結構由拱肋、吊桿、橫向聯(lián)結系和橋面系四部分組成。適用于：建筑高度受限多孔拱橋的大跨拱肋截面形式：材料： 鋼筋混凝土 鋼管混凝

39、土結構形式： 無鉸拱拱肋矢跨比：1/41/7橫向布置：平行式、提籃式、開敞式、獨肋式 1990四川宜賓小南門橋，跨度240m。主橋系中承式鋼筋混凝土肋拱橋，矢度1/5，是當時國內跨徑最大的鋼筋混凝土拱橋。該橋采用勁性鋼骨架施工法，纜索吊裝。平行式：增強了橫向穩(wěn)定：拱腳肋間距加大，使平均寬跨比加大；拱頂肋間距減小，使橫向聯(lián)系長度縮短而剛度加大。橋面系荷載傳遞給拱肋時不是垂直的，而是帶有傾角，具有水平分力。對于中下承式拱橋，吊桿產(chǎn)生的水平分力約束了拱肋的側傾。提籃式： 著名的費馬恩海峽橋。設計師弗里茨.萊昂哈特，1963年建成。橋長963.4米，主跨248.4米，公路和鐵路位于同一平面。 提籃式造

40、型本身顯示了一種抗風與壓曲的穩(wěn)定形態(tài)，二根拱肋彼此向內靠攏，橫向聯(lián)結十分簡潔，是技術與美觀結合的典范。日本長柄橋 菜園壩長江大橋，公路和軌道交通兩用鋼箱提籃拱特大橋，是連通重慶主城的南北大通道。主橋長約800米、主跨達420米。 菜園壩長江大橋拱肋側傾角對穩(wěn)定性的影響：當側傾角在06度間變化時，失穩(wěn)模態(tài)為面外正對稱失穩(wěn)，側傾角在912度變化時，失穩(wěn)模態(tài)為面外反對稱失穩(wěn)，說明拱肋內傾可以明顯改變拱橋的失穩(wěn)模態(tài)，主拱的總體變形朝著反對稱失穩(wěn)模態(tài)方向發(fā)展。 整體穩(wěn)定性系數(shù)比平行肋拱有較大提高，而且隨著拱肋側傾角的增大而增大。拱肋側傾角在03時，側向穩(wěn)定性系數(shù)增大了15.3%；36時，增大了21%；6

41、9時，增大了20.4%；912時，增大了10.3%?？梢姡敼袄邆葍A角在912變化時，穩(wěn)定性系數(shù)提高明顯降低，所以拱肋的側傾角以10附近為佳。該橋的側傾角選擇10.62是比較適合的。 為了滿足橋面凈空高度的要求，也可不設橫撐而形成所謂“敞口橋” 。但是，為了滿足肋拱的橫向剛度，必須采用剛性吊桿，以使其與橫梁共同形成一個剛性的半框架，給拱肋提供足夠剛勁的側向彈性支承，以承受拱肋上的橫向水平力?；蛘呒哟蠊袄叩臄嗝娉叽?，使其本身具有足夠的橫向剛度和穩(wěn)定。 敞口式： 德國斯凡貝爾威橋，具有寬闊的矩形箱拱截面，無橫向風撐形態(tài)簡潔，橋面空間通暢。 我國位于廣東省惠州市的水門大橋建于1991年，全長315m

42、，其中三跨(40+60+40m)為無風撐的預應力系桿拱。拱、梁為白色，系桿為藍色，醒目、典雅，與背景中的惠州城市風貌相協(xié)調。獨肋式： 日本大阪附近的泉-大津橋(1976年)，跨徑175m，中央采用憑借寬的鋼板吊桿固定在橋面上的單拱，來增大橫向剛度。 1992 廣東開平三埠橋 （L=60m）單拱肋預應力混凝土系桿拱，單拱肋置于車行道中央分隔帶上。 建于1992年的西班牙巴爾蓋特橋，是將單弦拱肋在端部附近分離成為三角形門，造型獨特新穎且非常優(yōu)美輕盈。吊桿受力形式：軸向受拉。間距：一般等間距，410m。構造：剛性吊桿：鋼筋混凝土或預應力混凝土。柔性吊桿：圓鋼或鋼絲束。剛性吊桿主要受拉，上下節(jié)點處局部

43、受彎。柔性吊桿高強鋼絲柔性吊桿冷軋鋼筋柔性吊桿橫向連接系作用：保證拱肋的橫向剛度和穩(wěn)定； 將作用在拱肋上的橫向水平力傳遞到墩臺。形式：橫撐、對角撐、空格式構造：橋門架楣桿橋面系構造：由橋面板和縱橫梁組成。橫梁上鋪縱梁、縱梁上現(xiàn)澆橋面板；縱梁采用T形或TT形截面，上翼緣作為橋面板；不設縱梁，橫梁上直接密鋪預制空心板或實心板。橋面系與拱肋的連接：通過固定橫梁(需設斷縫)。斷縫的處理：雙橫梁和雙吊桿；掛梁。鋼管混凝土拱橋 鋼管混凝土拱橋的組成和結構 鋼管混凝土結構的特點 構件構造 連接構造其它類型拱橋構造組合體系拱橋桁架拱橋剛架拱橋組合體系拱橋系桿的構造系桿的構造在行車道中設置橫向斷縫，使行車道不參

44、與系桿的受力，行車道簡支在橫梁上；系桿采用型鋼或扁鋼制作，與行車道完全不接觸，行車道內設置橫向斷縫； 采用獨立的鋼筋混凝土系桿，自由地擱置在橫梁上，一般盡量把系桿做得矮寬以增加柔性，故常用于柔性系桿剛性拱中；采用預應力鋼筋混凝土系桿，為了方便連接，系桿截面形式與拱肋截面形式一致，行車道可設橫向斷縫，亦可不設，考慮行車條件，不設為宜。這種系桿較為合理，由于預加壓力可克服混凝土承受的拉力，避免了混凝土的裂縫，維修費用比鋼系桿低。 桁架拱橋 桁架拱橋又稱拱形桁架橋，是一種具有水平推力的桁架結構，其下弦桿為拱形，上弦桿一般與橋道結構組合成一整體而共同工作。桁架拱兼?zhèn)淞髓旒芎凸笆浇Y構的有利因素，能充分發(fā)

45、揮材料的受力性能。利用拱上結構與拱圈形成桁架，使之整體受力。因此桁架拱具有結構受力合理，整體性強，節(jié)省材料，自重較輕等特點。 自人類進入鋼鐵時代起，主拱圈采用鑄鐵鍛鐵進而為鋼桁架的桁架拱橋得到迅速發(fā)展。美國貝永橋，1931年，主跨504m悉尼港大橋，1932年，503m 建于1977年美國西弗吉尼亞的新河谷橋（跨徑518.2m），從遠處看橋梁巨大的跨度與纖細的結構形式形成強烈對比，驚心動魄，嘆為觀止。 攀枝花密地大橋，主跨180米，是全國最大跨徑的鋼桁拱橋。欄桿里面的大管子，是輸送尾礦的管道。 鋼筋混凝土桁架拱橋發(fā)展于60年代，其下弦桿為拱形，上弦桿一般與橋面組合為一整體，在跨中部分一般為實腹

46、段，而空腹段利用拱上結構與拱圈形成桁架使之整體受力，這樣不僅結構合理，節(jié)省材料自重較輕，形態(tài)輕盈、空透。 河南省嵩縣大橋，全長494m，是9孔跨徑50m的斜拉式預應力混凝土桁架拱橋，矢跨比1/7。 1995年建成的貴州江界河大橋，主跨達330m是我國最大跨的鋼筋混凝土桁架拱橋。貴州跨清水江的劍河橋 剛架拱橋是在桁架拱、斜腿剛架等基礎上發(fā)展起來的另一種新橋型，屬于有推力的高次超靜定結構，由于構件比桁架橋少，自重輕、剛度大，更經(jīng)濟合理。剛架拱橋江西無錫跨徑為100m的金匱橋 剛架拱橋上部結構由剛架拱片、橫向聯(lián)結系和橋面等部分組成。特點： 在順橋方向，將常規(guī)的主拱圈與拱上建筑部分組成為整體受力的結構

47、，拱上建筑不是單純的傳遞荷載，而是參與承受荷載； 在橫橋向，通過加腋板或微彎板將拱肋與現(xiàn)澆橋面組成整體的受力結構。雖為拱式體系，但恒載推力較常規(guī)拱橋要小。為控制橋梁建筑高度，可將矢跨比選擇得小一些，一般在1/71/10之間取值。 第三節(jié) 拱橋設計 拱橋主要尺寸的擬訂 拱軸線形及其選擇跨度與矢跨比主拱圈(肋)截面尺寸的擬訂拱上結構的主要尺寸計算跨度 l跨度與矢跨比計算矢高 f 矢高與跨度之比稱矢跨比，通常為1/3-1/5。 時，稱為坦拱， 時稱為陡拱。如果線路標高由橋梁決定，則應從減少橋頭引道工程出發(fā)決定拱頂?shù)臉烁?。當線路標高已定時，降低拱腳位置可加大拱的跨度，從而減少橋墩的數(shù)目。相同的跨度和荷

48、載下，矢跨比愈小，拱推力愈大，由于拱軸的彈性壓縮、混凝土收縮和溫度變化影響也愈大，使坦拱在恒載和活載作用下有較大的軸向力，可以適當減小拱圈截面由于活載產(chǎn)生的內力偏心。有航運要求的不等跨拱橋，相鄰孔的恒載推力不相等，減小不平衡推力的措施包括：(1)采用不同的矢跨比 在跨徑一定時，矢跨比與推力大小成反比，因此，在相鄰兩孔中，大跨徑選用矢跨比大的拱，小跨徑選用矢跨比小的拱。(2)調整拱上建筑的恒載重量 大跨徑用輕質的拱上填料或采用空腹式拱上建筑；小跨徑用重質的拱上填料或采用實腹式拱上建筑。(3)采用不同的拱腳標高 推力大的拱腳放在較低位置，推力小的放在較高位置。(4)采用不同類型的拱跨結構 大跨采用

49、中承式肋拱，小跨采用上承式板拱，再加上矢跨比等其他設計參數(shù)的調整，相鄰跨的拱腳水平推力可做較大調整。 拱圈截面變化規(guī)律 主拱圈厚度的確定 主拱圈寬度的確定主拱圈（肋）截面尺寸的擬定 拱橋的主拱圈，有等截面和變截面兩種形式，從受力情況看，做成變截面形式有利。因為拱一般為偏壓構件，截面中最大應力表達式為：式中第一項為軸力N產(chǎn)生的正應力，任何拱橋，軸力總是由拱頂至拱腳逐漸增大的；第二項是彎矩產(chǎn)生的正應力，其變化規(guī)律不僅與拱的體系有關，而且在很大程度上取決于截面慣性矩的變化。 拱圈截面變化規(guī)律鐵路橋 主拱圈厚度和寬度的初擬多以經(jīng)驗確定，不同的材料和截面形式有不同經(jīng)驗公式。 主拱圈厚度的確定鋼筋混凝土拱

50、圈拱頂鋼筋混凝土拱肋 拱腳拱頂拱腳公路橋一般說來，拱的跨度愈大，dd/l 愈趨下限?？鐝皆?20m以下時，一般都采用等高度拱。拱圈寬度與橋面凈空有關。對于鐵路橋，尤其是單線鐵路橋，橋面凈空較小，為保證拱的橫向剛度和穩(wěn)定性，拱圈的寬度B不得小于計算跨度的1/20，且不得小于3m；肋拱兩外肋中心線之間的最小距離，不宜小于計算跨度的1/20；其外緣的距離不宜小于3m。否則應檢算其在拱平面外的穩(wěn)定性。對于公路橋主要取決于橋面寬度大小，對于矢跨比特大的大跨度拱橋，為保證它們有足夠的橫向剛度，可使拱圈或拱肋的中距從跨中向拱腳逐漸加寬成為“大拱腳”。主拱圈寬度的確定橋面系支承在橫向墻或剛架上。拱上結構的主要

51、尺寸空腹式拱上結構之橋面系的主要尺寸可參照梁橋中的規(guī)則擬定。橋面系支承在橫向墻或剛架上。若用板(厚約0.250.3m)跨越它們，橫向墻的間距可做成2.53.0m(公路橋可用到4m)。在大跨度拱橋中，為避免拱上結構節(jié)間太多，橋面系的道碴槽板可支承在縱梁上，此時縱梁高度可取拱上結構節(jié)間長度的1/71/10，橫向墻厚度可取0.250.3m。 為了減少拱的變形對拱上結構的影響，應盡可能使橫向墻或剛架支柱在拱平面內有較大的柔性，其縱向厚度與其高度之比不宜大于1/20，否則上下應設鉸。 理想拱軸線(荷載壓力線)荷載作用下，每一截面上只有軸壓力而無彎矩及剪力，應力最均勻，材料能充分利用。拱軸線形及其選擇理想

52、的拱軸線是不可能得到的。選擇拱軸線形式的原則只能使它盡量接近荷載壓力線。實際中多采用恒載壓力線或恒載加一半活載(全橋均布)的壓力線作為拱軸線合理拱軸線。拱軸線形狀直接影響到主拱截面內力的分布和大小。目前拱橋常用的拱軸線形：圓弧線、拋物線、懸鏈線 圓弧拱軸當f/L較小時，與恒載壓力線出入還不算大；但若接近1/2時，恒載壓力線的兩端將位于拱腳截面中心以上相當遠。為了解決此問題，實踐中常在圓弧拱兩拱腳處設置護拱(又稱幫拱)，以幫助拱圈受力。因此，圓弧型拱軸通常用于20m以下的小跨徑拱橋。 圓弧拱線型簡單，全拱曲率相同，施工方便。圓弧線 在豎直均布荷載作用下的荷載壓力線是二次拋物線。中、小跨度的鋼筋混凝土空腹拱橋當其矢跨比較小和截面變化不大時，可以認為其恒載壓力線為二次拋物線，故中、小跨度鋼筋混凝土空腹式拱橋常以二次拋物線為拱軸線。拋物線實腹式拱橋的恒載集度是由拱頂向拱腳連續(xù)分布，而且逐漸增大的，其恒載壓力線為一條倒懸鏈線，故懸鏈線是實腹拱橋的合理拱軸線?？崭故焦皹虻暮爿d從拱頂?shù)焦澳_不是連續(xù)的，其恒載壓力線也不是一條平滑