拱橋的構(gòu)造與設(shè)計(jì)課件

1、第10章拱橋的構(gòu)造與設(shè)計(jì)拱橋受力特點(diǎn)拱橋拱腳處有水平推力，與梁橋比使拱內(nèi)彎矩分布大為改變(減小)。 拱橋是一種既古老又年輕的橋梁形式。古代拱橋：拱軸曲線造型的千變?nèi)f化 (趙州橋，L=37m)。當(dāng)代拱橋：結(jié)構(gòu)型式與施工方法的豐富多彩 (重慶萬縣長江大橋，L=420m；盧浦大橋，L=550m；朝天門長江大橋，552m）。200-600m范圍內(nèi)，拱橋仍然是懸索橋和斜拉橋強(qiáng)有力的競爭對(duì)手。拱橋的基本圖示10.1 拱橋的組成與分類10.1.1 拱橋的受力特點(diǎn) 拱橋在豎向荷載作用下，兩端支承處除有豎向反力外，還會(huì)產(chǎn)生水平推力，正是這個(gè)水平推力，大大減小了跨內(nèi)彎矩。 水平推力的影響，使拱圈截面的彎矩比同等跨

2、徑簡支梁的彎矩小，主拱圈以受壓為主，從而使圬工材料的性能得以充分發(fā)揮 。10.1.2拱橋的基本特點(diǎn)承重結(jié)構(gòu)：主拱受力特點(diǎn)：支承處不僅產(chǎn)生豎向反力，還產(chǎn)生水平推力，從而使拱主要受壓為主，截面彎矩減小。建筑材料：圬工，鋼筋混凝土，鋼主要優(yōu)點(diǎn)：跨越能力大；能充分做到就地取材；耐久性好，養(yǎng)護(hù)、維修費(fèi)用小；外形美觀；構(gòu)造較簡單，特別是圬工拱橋，技術(shù)容易被掌握，有利于廣泛采用。主要缺點(diǎn)：是有推力的結(jié)構(gòu)，而且自重較大，因而水平推力也較大，增加了下部結(jié)構(gòu)的工程量，對(duì)地基要求也高；圬工拱橋一般都采用有支架施工，施工較復(fù)雜，工期長，費(fèi)用高；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，

3、需要采取較復(fù)雜的措施，或設(shè)置單向推力墩，增加了造價(jià)；上承式拱橋的建筑高度較高。在我國公路橋梁建設(shè)中，拱橋、特別是圬工拱橋仍得到了廣泛的應(yīng)用：在條件允許的情況下，修建拱橋往往是經(jīng)濟(jì)合理的。拱橋的缺點(diǎn)正在逐步得到改善和克服 從結(jié)構(gòu)體系、構(gòu)造形式上采取措施；用輕質(zhì)材料減輕自重；設(shè)法提高地基的承載能力；提高預(yù)制構(gòu)件所占的比重。10.1.3拱橋的組成組成：上部結(jié)構(gòu)（主拱圈、拱上建筑）下部結(jié)構(gòu)（橋墩、橋臺(tái)、基礎(chǔ)）10.1.4 拱橋的主要分類橋拱建橋材料圬工拱橋，鋼筋混凝土拱橋，鋼拱橋拱軸線型式圓弧拱橋，拋物線拱橋，懸鏈線橋橋面位置上承式拱橋，中承式拱橋，下承式拱橋受力圖式簡單體系拱橋：三鉸拱，兩鉸拱，無鉸

4、拱組合體系拱橋：無推力拱橋，有推力拱橋主拱圈截面形式拱上建筑形式實(shí)腹式拱橋，空腹式拱橋板拱橋，肋拱橋，雙曲拱橋，箱形拱橋10.2 拱橋的結(jié)構(gòu)體系與總體布置10.2.1拱橋的結(jié)構(gòu)體系 拱式橋梁結(jié)構(gòu)體系按照主拱圈與行車系結(jié)構(gòu)之間相互作用的性質(zhì)和影響程度，可分為簡單體系拱橋和組合體系拱橋兩大類。（1）簡單體系拱橋 主拱圈是主要承重結(jié)構(gòu)，拱上建筑不參與主拱圈受力。三鉸拱：外部靜定結(jié)構(gòu),適于地基較差的地區(qū),由于拱鉸的存在,減小了整體剛度,鉸的構(gòu)造復(fù)雜,較多用在拱上建筑的腹拱圈中。兩鉸拱：外部一次超靜定結(jié)構(gòu)，取消跨中鉸，增大了整體剛度，附加內(nèi)力較小。無鉸拱：三次超靜定結(jié)構(gòu)，彎矩分布較均勻，用材較省，整體剛

5、度大，但附加內(nèi)力較大，適于地基較好的地區(qū)。a)三鉸拱；b)兩鉸拱；c)無鉸拱 （2）組合體系拱橋 拱上建筑要參與主拱圈受力無推力拱（系桿拱）拱橋的推力由系桿承受。根據(jù)系桿和拱圈的相對(duì)剛度可分為：剛性系桿柔性拱柔性系桿剛性拱剛性系桿剛性拱有推力拱沒有系桿，由單獨(dú)的梁和拱共同受力，拱的推力由墩臺(tái)承受。無推力的組合體系拱a)系桿拱；b)藍(lán)格爾拱；c)洛澤拱；d)尼爾森系桿拱；e)尼爾森藍(lán)格爾拱；f)尼爾森洛澤拱有推力的組合體系拱a)倒藍(lán)格爾拱；b)倒洛澤拱拱片拱橋行車道系與主拱圈剛性連接在一起，共同受力。鉸拱兩鉸拱三鉸拱拱鉸10.2.2 拱橋的總體布置確定結(jié)構(gòu)體系及結(jié)構(gòu)形式橋梁長度、跨徑、孔數(shù)矢跨比

6、、拱圈跨度與高度墩臺(tái)尺寸、基礎(chǔ)形式與埋置深度橋上及橋頭引道縱坡（1）確定拱橋的設(shè)計(jì)標(biāo)高和矢跨比設(shè)計(jì)標(biāo)高橋面標(biāo)高由通航行泄洪、橋下通行要求等綜合確定拱頂?shù)酌鏄?biāo)高橋面標(biāo)高拱頂填料厚度拱圈厚度起拱線標(biāo)高盡量減小基底彎矩，節(jié)省墩臺(tái)圬工體積?；A(chǔ)底面標(biāo)高根據(jù)沖刷深度、地基承載力等因素綜合確定。（2）矢跨比確定f/l是拱橋的一個(gè)重要參數(shù)，其值與拱圈內(nèi)力有密切關(guān)系。f/l大，則拱圈較陡，拱橋推力減小，對(duì)基礎(chǔ)有利，對(duì)f/l小，拱圈較坦，拱橋推力增大，拱圈內(nèi)力增大，對(duì)基礎(chǔ)不利，拱圈受力有利。f/l取值范圍：1/41/8，最小不得小于1/12，因?yàn)榇藭r(shí)拱橋已退化成了梁橋。（3）不等跨分孔的處理 拱橋是有恒載推力的

7、，若受到地形、地質(zhì)、通航等條件的影響，無法采用等跨跨越的時(shí)候，就需采用不等跨方案，此時(shí)就需考慮恒載的不平衡推力問題。采用不同的矢跨比 大跨用大的矢跨比，小跨用小的矢跨比，使拱圈恒載推力盡量平衡采用不同的拱腳標(biāo)高 小跨拱腳較高，大跨起拱線降低，使基底彎矩盡量抵消調(diào)整拱上建筑的質(zhì)量 小跨用較重的填料，大跨采用較輕的填料或采用空腹式。采用不同的類型的拱跨結(jié)構(gòu) 大跨采用空腹式或肋拱或中承式拱橋，小跨采用實(shí)腹式或上承式結(jié)構(gòu)。設(shè)置單向推力墩實(shí)際工程中，以上方法并非單獨(dú)使用，經(jīng)常綜合使用10.3 主拱圈的構(gòu)造和截面尺寸擬定按主拱截面形式分類：板拱、肋拱、雙曲拱、箱形拱（1）石板拱構(gòu)造拱石編號(hào)a)圓弧拱；b)

8、變截面懸鏈線拱；c)等截面懸鏈線拱拱石的錯(cuò)縫要求 拱圈與墩臺(tái)及腹孔墩連接 （2）板拱截面寬度與厚度確定拱圈寬度其寬度一般由橋面寬度確定，人行道可放置或懸挑在拱圈上。當(dāng)拱圈寬度小于橋面寬度時(shí)，稱為窄拱圈，橋規(guī)規(guī)定：當(dāng)拱圈寬跨比B/L1/20時(shí)，應(yīng)驗(yàn)算拱圈的橫向穩(wěn)定性。拱圈厚度（P239）等厚小跨徑石拱橋變厚小跨徑石拱橋湖南烏巢河橋10.3.2 肋拱橋?yàn)闇p輕自重，增大拱橋跨越能力，充分利用材料強(qiáng)度，以較小的截面積獲取較大的截面抵抗矩，將板拱劃分成多條拱肋。由于拱肋截面較小，其橫向穩(wěn)定性較小，需在肋間設(shè)置橫系梁，要求橫系梁具有足夠的剛度和強(qiáng)度，并與拱肋牢固連接。肋拱拱肋截面形式鋼管混凝土拱肋形式四川

9、德陽旌湖大橋菜園壩長江大橋朝天門大橋位于長江與嘉陵江交會(huì)處的朝天門前,此橋長1741米，主橋?yàn)?90米+552米+190米，三跨連續(xù)中承式鋼桁系桿拱橋。雙層設(shè)計(jì)，上層雙向6車道，下層雙向輕軌和兩個(gè)預(yù)留車道。大橋2008年年底建成。南寧大橋，主橋長300m肋拱橋豐石路刀鞘溪大橋L0=110m f/L=1/6 m=1.756 鋼筋砼箱肋拱10.3.3 箱形拱橋（1）箱形拱的主要特點(diǎn)截面挖空率大5070%，與板拱相比，可節(jié)省大量圬工體積，減小重量；箱形截面能較好地滿足主拱圈各截面承受正負(fù)彎矩的需要；由于是閉合空心截面，抗彎和抗扭剛度大，拱圈的整體性好，應(yīng)力分布較均勻；單條拱肋剛度較大，穩(wěn)定性較好，能

10、單箱肋成拱，便于無支架吊裝；預(yù)制構(gòu)件的精度要求較高，吊裝設(shè)備較多，適用于大跨徑拱橋的修建。預(yù)制拱箱的寬度較大，施工操作安全，易保證施工質(zhì)量。 箱形截面是大跨徑拱橋一種比較經(jīng)濟(jì)、合理的截面形式。（2）箱型拱截面的組成方式 主拱圈的形成方式：預(yù)制安裝、縱向分段，橫向閉合單箱預(yù)制；預(yù)制成開口箱，現(xiàn)澆頂板；現(xiàn)澆拱圈施工。a、由U形肋組成的多室箱形截面 b、由工字形截面組成的多室箱形截面 c、由閉合箱肋組成的多室箱形截面 d、單箱多室截面 橫隔板的預(yù)制汾水河大橋是懸鏈線無鉸拱橋，主孔凈跨158m，橫截面由5個(gè)箱組成，箱高2.6m，主拱采用纜索吊裝施工，單箱分7段起吊，每段吊重68噸。在前期出現(xiàn)地質(zhì)問題和

11、腹板裂縫事件，停工近一年時(shí)間后，中國第四治金建設(shè)公司（簡稱“四冶”）接手實(shí)施建設(shè)。汾水河大橋在2009年5月通車刀鞘溪大橋預(yù)制拱箱階段（3）箱形拱截面尺寸的擬定 1）拱圈的高度H 拱圈的高度主要取決于拱的跨度，所采用的混凝土強(qiáng)度。根據(jù)我國的實(shí)踐，可以采用以下的經(jīng)驗(yàn)公式來擬定拱圈的高度式中，l0 為拱的凈跨徑，值在0.60.8之間，跨度大或箱室少選用上限。此外，也可以參照已成橋梁擬定。 采用混凝土材料。2）拱圈的寬度 單箱多室箱形拱圈寬度通常采用窄拱圈形式，一般為橋?qū)挼?.61.0倍，橋面懸挑1.02.5m，最大可達(dá)到4.0m。 保證拱圈橫向的剛度和穩(wěn)定：寬跨比應(yīng)1/20，特大跨徑拱橋可適當(dāng)放寬

12、，如：萬縣長江大橋?yàn)?/26.25，南斯拉夫KRK橋?yàn)?/32.9，但必須驗(yàn)算橫向穩(wěn)定性。 3）箱肋的寬度B 箱肋寬度主要取決于纜索吊裝能力和吊裝過程中的穩(wěn)定。箱肋寬度大，相應(yīng)箱肋數(shù)和橫向接縫就少，整體性強(qiáng)，單箱肋安裝時(shí)的橫向穩(wěn)定性容易得到保證，但吊裝質(zhì)量大，因此，設(shè)計(jì)時(shí)必須充分考慮施工設(shè)備和起吊能力。目前國內(nèi)最大吊裝能力已達(dá)75T，箱肋寬度一般為1.21.7m，常用1.41.5m。4）頂?shù)装寮案拱宄叽?由多個(gè)閉口箱組成的箱形拱，其頂?shù)装宄叽缗c跨徑大小和荷載等級(jí)有關(guān)，一般取1522cm，可以是等厚，也可以是不等厚，跨徑大但拱圈窄時(shí)取大值。兩外邊箱外腹板厚一般為1215cm，內(nèi)箱肋腹板厚常取56

13、cm，以盡量減輕起吊質(zhì)量。箱肋間的填縫寬度應(yīng)根據(jù)受力大?。ㄖ饕禽S應(yīng)力）確定，一般取2035cm，但為保證填縫混凝土澆筑質(zhì)量，常取24cm，其中4cm為兩箱肋間的安裝縫。 （4）箱形拱的橫隔板及橫向聯(lián)結(jié) 為提高箱肋在吊運(yùn)及使用階段的抗扭能力，加強(qiáng)箱壁的局部穩(wěn)定，需在拱箱內(nèi)每隔一定間距設(shè)置橫隔板。除在箱肋接頭處外，吊扣點(diǎn)及拱上立柱處必須設(shè)置外，其余部分每2.55m設(shè)置一道，厚度為68cm。 （5）箱肋接頭 受吊裝能力的限制，箱肋需沿縱向劃分成數(shù)段預(yù)制，段與段之間一般采用角鋼頂接接頭，接頭處的箱壁、頂板、底板需局部加厚，預(yù)埋的接頭角鋼焊接在上下緣的主筋上。通過定位角鋼臨時(shí)聯(lián)結(jié)、定位，全拱合龍后，再

14、在接頭角鋼上加蓋鋼板焊接，最后用混凝土封頭。 腳接頭一般在墩臺(tái)的拱座內(nèi)預(yù)留3040cm的凹槽，將箱肋端部的箱壁、頂板、底板加厚2030cm，插入槽內(nèi)，與箱肋上下緣預(yù)埋的鋼板焊接，最后用混凝土不低于拱座混凝土標(biāo)號(hào)的混凝土封填拱腳凹槽。 （6）鋼筋布置 主拱一般按素混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)，但截面必須配置構(gòu)造鋼筋以及構(gòu)件在吊裝過程中的受力鋼筋。對(duì)閉口箱，此部分受力鋼筋對(duì)稱布置在頂?shù)装迳?，?duì)開口箱，則布置在箱壁上緣和底板上，鋼筋數(shù)量主要由箱段在吊運(yùn)和懸掛過程中的受力情況計(jì)算確定。沿箱壁的高度應(yīng)布置分布鋼筋，鋼筋間距不大于25cm。 當(dāng)按素混凝土構(gòu)件計(jì)算難以通過時(shí)，可按鋼筋混凝土構(gòu)件計(jì)算。10.3.4 雙曲拱橋

15、構(gòu)造特點(diǎn)：化整為零，集零為整。使用性能：接縫較多，整體性差，幾乎不再修建。設(shè)計(jì)時(shí)，主拱圈劃分成拱肋、拱波、拱板及橫向聯(lián)系等四種構(gòu)件（化整為零）。施工時(shí)，先把分段預(yù)制的鋼筋混凝土拱肋合龍，與橫向聯(lián)系構(gòu)成拱形框架；在拱肋之間砌筑拱波；再在拱波上現(xiàn)澆混凝土拱板，形成主拱圈（集零為整）。雙曲拱的主拱圈截面可以做成多肋多波或雙肋多波的形式。拱肋斷面有倒T形、L形、工字形、槽形和箱形等。 10.3.5 拱的截面變化規(guī)律等截面變截面高變，寬不變（常用），寬變，高不變Ritter公式n:拱厚變化系數(shù)，值越小，截面變化越大變寬：可有效提高拱圈的橫向穩(wěn)定性，對(duì)大跨徑拱肋或窄拱圈有主要意義，但增大了墩臺(tái)寬度，增加造

16、價(jià)。多用于中承式拱橋。鐮刀形拱：由于減小拱腳截面可有效降低拱腳彎矩，使得彎矩在全跨均勻分布，較經(jīng)濟(jì)合理，但該種形式適用于100m左右，目前少用。Salginatobel橋10.4 拱上建筑與其他細(xì)部構(gòu)造拱上建筑指橋面與主拱之間的構(gòu)件或填充物 拱上建筑實(shí)腹式空腹式拱式拱上建筑梁式拱上建筑實(shí)腹段式全空腹式葵花式實(shí)腹段式全空腹式紅星橋位于湖南省酃（音靈）縣至郴（音?。┛h上，公路通過該線接上106國道線。該橋跨越深谷，橋高達(dá)65m，主拱跨徑108.45m，副拱跨徑分別為24.5m、9m及7m，全長155.8m，橋?qū)?.2m。 該橋設(shè)計(jì)主拱軸線采用6次拋物線與恒載壓力曲線吻合。拱上建筑24.5m的腹拱，

17、采用三鉸雙曲拱，左右采用8次拋物線的不對(duì)稱拱線。大空間的腹拱在建筑上給人以美感，但對(duì)受力卻是不利的。于1967年竣工。湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，湖南省公路局六隊(duì)施工?？ㄊ焦吧辖ㄖ?shí)腹式拱橋(尺寸單位：cm) 空腹式拱橋拱式拱上建筑a)帶實(shí)腹段的空腹拱；b)全空腹拱10.4.1 實(shí)腹式拱上建筑組成：填料、側(cè)墻、護(hù)拱、變形縫、防水層、泄水管及橋面系等組成構(gòu)造：填充式和砌筑式 拱上填料要求：透水性強(qiáng)、壓縮性小、容重輕的材料；側(cè)墻要求：受力按擋土墻計(jì)算和設(shè)計(jì)（側(cè)墻頂面厚5070cm，向下逐漸增厚，側(cè)墻與拱背相交處的厚度可采用該側(cè)墻高度的0.4倍 ），可采用石砌或混凝土澆筑；護(hù)拱作用：加強(qiáng)拱腳段的

18、拱圈，幫助受力，便于設(shè)置防水層及泄水管。位于重慶萬盛區(qū)，圓弧石拱橋，建于1918-1919年，單孔跨徑18.7m，橋長53m。10.4.2 空腹式拱上建筑拱式腹拱腹拱圈腹拱墩橫墻式立柱式梁式腹拱簡支腹孔（縱鋪橋面板），拱與拱上建筑聯(lián)合作用很小。 連續(xù)腹孔（橫鋪橋道板） 框架腹孔（1）拱式拱上建筑1）腹孔拱式拱上建筑構(gòu)造簡單，外形美觀，但質(zhì)量較大，主要用于地質(zhì)條件較好的圬工拱橋和普通鋼筋混凝土箱形板拱橋中。腹孔通常對(duì)稱地布置在主拱圈兩側(cè)結(jié)構(gòu)高度所容許的范圍內(nèi)，一般在每半跨內(nèi)不超過跨徑的1/31/4。腹孔跨數(shù)隨橋跨大小不同而異，以36孔為宜。為進(jìn)一步減輕拱上建筑質(zhì)量，采用全空腹型式，腹孔數(shù)依腹孔跨

19、徑而定，一般以奇數(shù)跨居多。腹孔：跨徑2.55m或(/151/8)；矢跨比： /61/2。2）腹孔墩腹孔墩：底梁、墩身和墩帽組成；墩身：橫墻式或排架式兩種。橫墻式腹孔墩墩身：圬工材料、人洞。多用于圬工拱橋中。腹孔墩的厚度不小于80cm或大于腹拱圈厚度的一倍。底梁、墩帽較墩身寬510cm，底梁高度應(yīng)足夠，配筋需加強(qiáng)。3）腹孔與墩臺(tái)的連接腹孔與墩臺(tái)的連接：一種是直接支承在墩臺(tái)上；另一種是跨過橋墩兩側(cè)，支承在腹孔墩上（不利于拱腳截面抗剪）。腹拱圈在拱上建筑需設(shè)置變形縫或伸縮縫的地方應(yīng)做成三鉸拱或兩鉸拱。（2）梁式拱上建筑1）簡支腹孔簡支腹孔由底梁、立柱、蓋梁和縱向鋪設(shè)的簡支橋道板（梁）等組成，不考慮拱

20、上結(jié)構(gòu)的聯(lián)合作用 。腹孔墩多采用由立柱和蓋梁組成的排架式結(jié)構(gòu)。簡支腹孔多采用全空腹型式，一般以奇數(shù)跨居多。簡支腹孔采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。 2）連續(xù)梁腹孔腹孔墩：底梁、墩身和墩帽組成；墩身：橫墻式或排架式兩種。橫墻式腹孔墩墩身：圬工材料、人洞。多用于圬工拱橋中。腹孔墩的厚度不小于80cm或大于腹拱圈厚度的一倍。底梁、墩帽較墩身寬510cm，底梁高度應(yīng)足夠，配筋需加強(qiáng)。3）剛架腹孔腹孔與墩臺(tái)的連接：一種是直接支承在墩臺(tái)上；另一種是跨過橋墩兩側(cè)，支承在腹孔墩上（不利于拱腳截面抗剪）。腹拱圈在拱上建筑需設(shè)置變形縫或伸縮縫的地方應(yīng)做成三鉸拱或兩鉸拱。湖南烏巢河橋豐都泥巴溪大橋（3）拱上立

21、柱與主拱圈、蓋梁的連接拱上立柱是拱上建筑的重要部分，傳遞橋面恒載和活載；連接必須牢固可靠，鋼筋必須伸入足夠長度；拱上立柱可以預(yù)制安裝，也可現(xiàn)澆形成。10.4.3 其它細(xì)部構(gòu)造 （1）拱頂填料、橋面鋪裝及人行道拱上填料（包括實(shí)腹拱和空腹拱）：作用是擴(kuò)散車輪荷載，減小對(duì)拱圈的沖擊，填料+鋪裝層不宜小于30cm；如果填料+鋪裝層較厚（大于50cm），可不計(jì)沖擊影響；填料要求：容重小，透水性好，壓縮性小。橋面鋪裝：一般采用防水砼、鋼纖維砼、瀝青砼、鋼筋鋼纖維砼等，同時(shí)在橋面形成一定的橫坡（1.53.0 ），以利排水，保護(hù)橋梁。人行道：和梁橋一樣，根據(jù)需要設(shè)置一定寬度的人行道，人行道可以部分懸出橋面或不

22、懸出。擦用預(yù)制裝配施工。（2）伸縮縫與變形縫拱上建筑聯(lián)合作用：在溫度或荷載作用下，主拱與拱上建筑在受力和變形方面相互影響、相互制約的現(xiàn)象。拱式拱上建筑聯(lián)合作用強(qiáng)，梁式拱上建筑聯(lián)合作用弱 ；0l/4區(qū)段，聯(lián)合作用較強(qiáng)，l/4 l/2區(qū)段，聯(lián)合作用較弱；與施工方法有關(guān)（早脫架影響小，晚脫架影響大）。伸縮縫：縫寬23cm，用壓縮性強(qiáng)的材料填塞。 變形縫：可不留縫寬，用油毛氈或低標(biāo)號(hào)砂漿砌筑。 端腹孔設(shè)置三鉸拱，以適應(yīng)拱上建筑的變形。實(shí)腹式拱的伸縮縫 拱式腹孔的伸縮縫與變形縫 （3）防水及排水層防水層的設(shè)置：為了保護(hù)主拱圈受水侵蝕而設(shè)置，全橋范圍不應(yīng)斷開，遇伸縮縫時(shí)適當(dāng)處理；排水系統(tǒng)：有橋面排水和防水

23、層積水排水的情況；泄水管：可采用鑄鐵、砼、塑料及陶瓷等材料制作；長短根據(jù)排水系統(tǒng)需要設(shè)置。滲入水的排除 伸縮縫處的防水層 10.4.4 拱鉸適用情況：主拱圈按有鉸拱設(shè)計(jì)時(shí)，或空腹式腹拱構(gòu)造需設(shè)置永久性的拱鉸為減小或消除施工時(shí)的附加內(nèi)力，以及對(duì)主拱圈內(nèi)力作適當(dāng)調(diào)整時(shí)，需設(shè)置臨時(shí)性拱鉸。類型：弧形鉸 鉛墊鉸 平鉸 不完全鉸 鋼鉸 （1）弧形鉸采用兩個(gè)半徑不同的圓弧面實(shí)現(xiàn)，兩半徑之比在1.21.5之間，鉸寬度等于構(gòu)件寬度。 接觸應(yīng)力較集中，鉸內(nèi)配筋較多，多用于永久性拱鉸。（2）鉛墊鉸 厚度1.5cm2cm，外包鋅銅片1cm2cm厚，寬度1/41/3拱圈截面高度，利用鉛的塑性實(shí)現(xiàn)鉸的功能，為使壓力正對(duì)

24、中心，在鉛墊板中心穿過一根粗鋼筋。利用鉛易于變形的受力特點(diǎn)達(dá)到支承面的自由轉(zhuǎn)動(dòng)的目的，從而實(shí)現(xiàn)鉸的功能?？勺髋R時(shí)鉸用（）平鉸采用油毛氈、砂漿或干砌形成平鉸。兩端面直接抵承，用于小跨徑拱橋、腹拱圈，變形小，構(gòu)造簡單。（4）不完全鉸 拱截面突然減小1/32/5，配置斜鋼筋防開裂來形成鉸，局部承壓及配筋都需要設(shè)計(jì)和計(jì)算。截面突然縮小，應(yīng)力集中嚴(yán)重，容易開裂。（5）鋼鉸 接近理想鉸，常用于鋼拱架、勁性骨架拱的臨時(shí)鉸。10.5 桁架拱橋和剛架拱橋的構(gòu)造 桁架拱橋和剛架拱橋：基于雙曲拱橋發(fā)展而來。屬于上承式拱橋。特點(diǎn)： 自重輕、整體性好、裝配化程度高、施工進(jìn)度快，拱上建筑參與主拱受力，適合于中、小跨徑的拱

25、橋或地質(zhì)條件較差的情況。10.5.1 桁架拱橋分為：普通桁架拱和桁式組合拱（1）普通桁架拱橋組成：桁架拱片、橫向聯(lián)系、橋面 1) 桁架拱橋的特點(diǎn)一般特點(diǎn)：桁架拱片是主要承重結(jié)構(gòu)，由上下弦桿、腹桿和實(shí)腹段組成整體，共同受力，各桿件主要承受軸力；桁架拱片在荷載作用下具有水平推力，跨中實(shí)腹段以受壓為主；桁架拱片外部為兩鉸結(jié)構(gòu)，溫變及變位的結(jié)構(gòu)附加內(nèi)力較小。缺點(diǎn)：桿件纖細(xì)、模板復(fù)雜、澆筑及吊運(yùn)要求高，節(jié)點(diǎn)處常常 有開裂。外部常采用兩鉸結(jié)構(gòu)，附加內(nèi)力較小，適合軟弱地基需要。 2) 主要類型與構(gòu)造特點(diǎn)貴州茅臺(tái)大橋節(jié)點(diǎn)構(gòu)造各桿要相交與節(jié)點(diǎn)上，避免產(chǎn)生附加彎矩；相鄰桿件外緣交角以圓弧或直線過渡，不得出現(xiàn)小于9

26、0度角；腹桿主筋伸過上下玄桿軸線一定深度，拉桿不小于30d帶鉤；設(shè)置節(jié)點(diǎn)塊包絡(luò)鋼筋，節(jié)點(diǎn)塊范圍內(nèi)箍筋加密；預(yù)制裝配時(shí)，現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)塊部分將預(yù)制端面包入一定深度（5厘米）。桁架拱片的橫向聯(lián)系作用：把各個(gè)桁片聯(lián)成整體，使之共同受力;構(gòu)件：橫系梁、橫拉桿、橫隔板、剪刀撐（豎、平向）桁架拱片與墩臺(tái)的連接形式：與橋墩：懸臂式、過梁式、伸入式與橋臺(tái)：過梁式、伸入式3)主要尺寸擬定桁架拱片間距確定影響因素：橋梁的寬度、跨徑、設(shè)計(jì)荷載、經(jīng)濟(jì)性。拱片間距大、拱片數(shù)量少橋面工作量大通?？鐝?050m，間距2m；跨徑加大，間距加大，以減少片數(shù)。矢跨比的選定矢跨比較小時(shí)，立面外形較美觀，腹桿較短，吊重輕，但水平推力大，墩

27、臺(tái)負(fù)擔(dān)也大。矢跨比較大時(shí)，情況則相反。一般其凈矢跨比在1/61/10之間。下弦拱軸線：圓弧線、拋物線、懸鏈線。節(jié)間與實(shí)腹段長度節(jié)間長度：計(jì)算跨徑的1/121/8，斜桿大致平行、與豎桿夾角3050實(shí)腹段長度與計(jì)算跨徑之比：0.30.5。橫向聯(lián)結(jié)系和橋面結(jié)構(gòu)尺寸橫向聯(lián)結(jié)系桿件的截面尺寸：主要由構(gòu)造決定。拉桿和剪刀撐多為矩形截面，其邊長可取為1520cm。橫系梁多采用矩形截面，中部挖空，高度與下弦桿同，寬度與拱片凈距之比1/15，可取1520cm。橫隔板厚度通常取1520cm。橋面結(jié)構(gòu)采用微彎板時(shí)，微彎板的凈矢跨比一般在1/151/10，板的跨中厚度與跨徑之比為1/151/13，其中，橋面填平層在板

28、頂?shù)暮穸瓤膳c預(yù)制微彎板相同或略大，一般為58cm。其他尺寸跨中截面總高：跨中實(shí)腹段和橋面組合的截面高度；初擬時(shí)可取凈跨徑的1/501/40。下弦桿為受壓構(gòu)件，多為矩形或箱形截面，截面高度取跨徑的1/1001/80，截面寬2550cm或截面高度的1/21/1.5。上弦桿截面型式與橋面板構(gòu)造有關(guān)，當(dāng)采用空心板時(shí)，可采用矩形截面；當(dāng)采用微彎板時(shí)，則需采用倒T形(邊肋為L形)；截面寬度同下弦桿，高度取下弦桿高度的0.60.7倍。腹桿(斜桿和豎桿)常采用矩形截面，高度隨桿長度而變，端腹桿的截面尺寸比中間腹桿的稍大；腹桿高度一般為下弦桿截面高度的1/2 1/1.5，寬多與上、下弦桿同寬，也可稍小。（）桁式

29、組合拱橋由于上弦的斷開，使拱頂正彎矩比同跨徑的普通桁架拱減小30%以上，拉力減小2倍以上；同時(shí)，設(shè)置斷縫對(duì)減少由于日照溫差引起的附加內(nèi)力有好處。桁式組合拱橋與普通桁架拱的區(qū)別：與普通桁架拱的主要區(qū)別在于上弦桿的斷點(diǎn)，普通桁架拱沒有斷點(diǎn)，桁式組合拱在 l/4附近設(shè)一道斷縫，使斷點(diǎn)至墩臺(tái)頂部形成一個(gè)與墩臺(tái)固結(jié)的懸臂桁架，跨間兩斷點(diǎn)之間為一普通桁架拱，全橋下弦桿保持連續(xù)。拱頂彎矩比同跨度的桁架拱減少1/3以上，上弦桿斷開，拉力減小很多。相當(dāng)于兩懸臂桁架普通桁架拱，跨越能力較大。斷點(diǎn)位置優(yōu)先確定，一般為(0.50.6)L。常用于100米以上的特大型預(yù)應(yīng)力砼拱橋，1995年建成的 貴州江界河大橋，跨徑達(dá)

30、330米，居世界首位。桁式組合拱橋的上、下弦多通過橫向聯(lián)系各自形成整體箱形截面。桁式組合拱橋?qū)嵗昏焓浇M合拱橋?qū)嵗焓浇M合拱橋施工過程貴州仁懷市鹽津河大橋（主跨174m）1995年建成石門大橋桁式組合拱10.5.2 剛架拱橋 Rigid Frame Arches剛架拱的特點(diǎn)有推力的高次超靜定結(jié)構(gòu)；構(gòu)件少、質(zhì)量輕、整體性好、剛度大；施工簡便、造價(jià)低、造型美觀等優(yōu)點(diǎn)；廣泛用于2570米跨徑的橋梁建造中。剛架拱的組成（剛架拱片、橫向連接系、橋面系） 跨中實(shí)腹段主梁；主拱腿、次拱腿；空腹段次梁；主、次節(jié)點(diǎn)；橫向聯(lián)系，橋面。 剛架拱總體布置形式節(jié)點(diǎn)構(gòu)造：主節(jié)點(diǎn)和次節(jié)點(diǎn)均按固結(jié)設(shè)計(jì)，主拱腿和次拱腿的

31、支座根據(jù)構(gòu)造和計(jì)算圖示采用固結(jié)和鉸接；剛架拱片上下緣線形：上緣線與橋面縱向平行；下緣線可采用拋物線、圓弧線和懸鏈線，使拱內(nèi)彎矩最小為原則；橫向聯(lián)系：使剛架拱片聯(lián)成整體共同受力，保證橫向穩(wěn)定?？刹捎妙A(yù)制裝配的橫系梁或橫隔板，間距視跨徑大小酌情布置。剛架拱橋施工現(xiàn)澆或預(yù)制安裝現(xiàn)澆接頭連接剛架拱片跨中、主次梁端部必須設(shè)置橫向聯(lián)系，根據(jù)情況設(shè)置若干道。橋面板可采用微彎板、現(xiàn)澆砼填平層及預(yù)制空心板。 10.6 中、下承式拱橋的設(shè)計(jì)與構(gòu)造定義： 行車道位于拱肋矢高的中部或下部，橋面系用吊桿懸吊在拱肋下，或一部分用剛架立柱支承在拱肋上。組成： 拱肋、橫向聯(lián)系、懸吊結(jié)構(gòu)（橋面系、吊桿）、立柱。10.6.1 適

32、用場合建筑高度受到限制，采用上承式拱橋有困難；為平衡不等跨分孔帶來的水平推力；在平原地區(qū)，降低橋面標(biāo)高，減少引道工程量；對(duì)地基要求較低，必要時(shí)可采用系桿來減小地基水平推力，如飛燕式拱橋等；結(jié)構(gòu)美觀，適于風(fēng)景區(qū)修建。10.6.2 總體布置組成拱 肋橫向聯(lián)系懸吊結(jié)構(gòu)材料：鋼筋砼、鋼管砼、勁性骨架砼拱圈拱肋放置方式：平行式、內(nèi)傾式（提籃）、外傾式拱軸線：二次拋物線或懸鏈線拱圈截面：從拱頂?shù)焦澳_逐漸增大矢跨比：1/41/7作用：保證拱肋橫向穩(wěn)定形式：K撐、H撐、X撐、桁架撐位置：在行車凈空以上吊桿：剛性吊桿、柔性吊桿行車道系：橫梁+橋面板斷縫：在墩臺(tái)處、主跨中間、剛性橫梁處無橫向風(fēng)撐的中、下承式拱橋保

33、證橫向穩(wěn)定的主要因素：拱腳具有牢靠的剛性固結(jié)。對(duì)于中承式拱橋，要加強(qiáng)在橋面以下至拱腳區(qū)段的拱肋間固結(jié)橫梁的剛度，并設(shè)置K撐或X撐。對(duì)于下承式拱橋，可采用半框架式的結(jié)構(gòu)，即采用剛性吊桿，并與整體式橋面結(jié)構(gòu)或剛度較大的橫梁固結(jié)，給拱肋提供足夠剛勁的側(cè)向彈性支撐，以承受拱肋上的橫向水平力。加大拱肋的寬度，使其本身具有是夠的橫向剛度和穩(wěn)定性。柔性吊桿的“非保向力”作用。南寧三岸大橋橫跨邕江，98年11月建成。長352米，寬32.8米，單孔跨徑270米的鋼管混凝土中承式桁架肋拱 。朝天門大橋位于長江與嘉陵江交會(huì)處的朝天門前, 橋長1741米，主橋?yàn)?90米+552米+190米，三跨連續(xù)中承式鋼桁系桿拱橋

34、。雙層設(shè)計(jì)，上層雙向6車道，下層雙向輕軌和兩個(gè)預(yù)留車道。大橋2008年年底建成。南寧大橋，主橋長300m2008年11月24日上午8時(shí)30分，目前世界首座單孔跨徑最大非對(duì)稱性外傾拱橋南寧大橋主橋鋼箱拱正式合龍，標(biāo)志著該橋鋼箱拱吊裝勝利完成和橋面吊裝全面開始 雙向六車道,單孔跨度300米，工程于2005年2月開工，大橋采用美籍華人林同炎先生的概念設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，線形優(yōu)美，具有強(qiáng)烈的時(shí)代感。蘭新線昌吉河橋位于蘭新鐵路烏魯木齊至國境段的昌吉河上，是中國第一座預(yù)應(yīng)力混凝土鐵路系桿拱橋。于1961年8月竣工。 主跨56m，橋全長155.08m。河床為卵石土壤，計(jì)算局部沖刷深度6m，凍結(jié)深度1.4m。下部

35、結(jié)構(gòu)為混凝土實(shí)體墩臺(tái)，明挖淺置基礎(chǔ)。 拱軸線為折線，各節(jié)點(diǎn)在二次拋物線上。為減少主梁的彎矩，拱肋與主梁在支點(diǎn)處偏心連接，偏心距為25cm，主梁與拱肋的剛度比為108：1，拱矢高11.2m，矢度1/5。全拱分9個(gè)節(jié)間，主梁中距5.7m，凈寬4.9m，橋門架凈高6.9m，該橋?yàn)槠囱b式結(jié)構(gòu)，最大構(gòu)件重218kN，在腳手鋼梁上就地拼裝。廣州丫髻沙大橋：中承式系桿鋼管砼拱橋,跨徑76m+360m+76m 。12根系桿由1860級(jí)15-37鋼絞線外包PE防護(hù)，錨具為OVMXG。T15-37可換式錨具,98年7月動(dòng)工 2000年6月建成 。10.6.3 中、下承式拱橋的構(gòu)造（1）拱肋矩形、工字形、箱型、管形

36、等截面變化形式：等截面、變截面拱肋施工：拱架現(xiàn)澆、預(yù)制拼裝或勁性骨架（2）吊桿剛性吊桿受軸向拉力和上下節(jié)點(diǎn)處的局部彎曲，兩端應(yīng)與拱肋鋼筋牢固搭接柔性吊桿冷拉鋼筋、鋼絲繩或高強(qiáng)鋼絲（鋼絞線），鋼索防銹保護(hù)鋼索防護(hù)：纏包法、套管法和熱擠索套防護(hù)法纏包法：采用耐候性防水涂料、樹脂對(duì)鋼絲進(jìn)行多層涂覆，采用玻璃纖維布或聚脂帶纏包，最外層用玻璃鋼或金屬套管護(hù)罩。特點(diǎn)：層次多，工序多，施工復(fù)雜，防護(hù)效果差，已很少采用。套管法：在鋼索上套上鋼管、鋁管、不銹鋼管或塑料套管，在套管內(nèi)壓注水泥漿或黃油等其他防銹材料。宜賓小南門大橋的吊桿為鋼絞線套以無縫鋼管，兩端灌注硫磺砂漿、中間灌注水泥砂漿加以保護(hù)PE熱擠索套防護(hù)

37、法：將PE材料熱擠在鋼束表面制成成品索，該方法具有簡單、可靠和經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，應(yīng)用廣泛。 索 體HDPE(高密度)外護(hù)套可注油脂增強(qiáng)聚脂帶HDPE護(hù)套高強(qiáng)鋼絲已鐓好頭的鋼絲（3）系桿系桿構(gòu)造上常見的處理方法有：在行車道中設(shè)置橫向斷縫，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。注意外露系桿防銹，以及系桿和鋼筋混凝土拱肋的溫差影響。柔性系桿剛性拱中，采用獨(dú)立的鋼筋混凝土系桿，把系桿做得矮寬以增加柔性。采用預(yù)應(yīng)力混凝土系桿，預(yù)壓混凝土可避免受力裂縫，維修費(fèi)用低。系桿截面形式與拱肋截面形式一致，行車道可設(shè)橫向縫，若考慮行車條件，不設(shè)為宜。（4）橫梁：肋間橫梁傳遞豎向和水平荷載，承擔(dān)拱

38、肋傳來的彎矩、扭矩和剪力等，須與拱肋剛性聯(lián)結(jié)，以抵抗各種外力。吊桿橫梁承受橋面板自重及橋面荷載，其跨度取決于橋面寬度，可用鋼筋混凝土或預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件。（5）行車道板行車道板可采用簡支鋼筋混凝土T形、形梁、實(shí)心板或空心板（跨徑一般410m ）?？v梁多采用鋼筋混凝土T形、形梁。（5）拱上立柱（剛架）與拱肋剛結(jié)或鉸結(jié) 宜賓小南門大橋 該橋位于四川省宜賓市小南門跨越金沙江，主橋系中承式鋼筋混凝土肋拱橋、凈跨240米，凈矢高48米、矢跨比1/5，于1990年建成。2001年11月該橋橋面跨塌，現(xiàn)已全面修復(fù)。宜賓小南門大橋 該橋未坍塌的橋面部分為北岸40#橫梁至南岸56#橫梁之間的結(jié)構(gòu)物，在北岸64#至

39、72#橫梁之間有一輛重約28噸的載貨汽車，且64#橫梁上游明顯下沉，相鄰車道板有斜向裂紋，形成拱肋承載南、北岸極不對(duì)稱，拱肋對(duì)稱點(diǎn)高程南高北低，吊桿受力不明確 橋面系主要由二次張拉的橫梁及預(yù)應(yīng)力橋面板構(gòu)成，整個(gè)橋面板先簡支后連續(xù)形成整體。2001年11月兩端吊桿斷裂，部分橋面坍塌。此次搶修工作主要包括未坍塌部分橋面系的搶險(xiǎn)加固，行車道板系的拆換，吊桿的拆換，裂縫修補(bǔ)，橋面系恢復(fù)等。原吊桿為鋼絞線套以無縫鋼管，兩端灌注硫磺砂漿、中間灌注水泥砂漿加以保護(hù) 10.6.4 拱式組合體系橋的設(shè)計(jì)與構(gòu)造(1)概述 拱式組合體系橋是將梁和拱兩種基本結(jié)構(gòu)的組合，充分發(fā)揮梁受彎、拱受壓的結(jié)構(gòu)特性。可劃分為有推力

40、的和無推力兩種類型。1)簡支梁拱組合式橋梁2)連續(xù)梁拱組合式橋梁3)剛架系桿拱橋 屬于下承式拱橋。拱肋與橋墩固結(jié)成為剛架結(jié)構(gòu) ，不設(shè)支座；系桿采用柔性拉桿，獨(dú)立于橋面系之外，不參與橋面系的受力；橋面系為局部受力構(gòu)件。(2)拱式組合體系橋的基本組成和構(gòu)造拱式組合體系由拱肋、系桿、吊桿(或立柱)、行車道梁(板)及橋面系等組成。柔性系桿剛性拱，拱肋的構(gòu)造和截面參考普通的下承式肋拱橋，矢跨比1/51/4。肋高1/501/30跨徑，肋寬0.40.5肋高，采用矩形、箱形截面。剛性系桿柔性拱，梁為受力主體，拱軸線常采用二次拋物線；拱肋采用寬矮實(shí)心矩形截面，矢跨比1/71/5，肋高1/1601/140，肋寬1

41、.52.5肋高；剛性系桿高度1/351/25跨徑，可做成變截面；若采用剛性吊桿與橫向剛度較大的拱肋時(shí)，可設(shè)計(jì)成敞口橋。剛性系桿剛性拱，拱軸線常采用二次拋物線。拱肋和系桿多設(shè)計(jì)成相同的截面形式，中小跨徑拱橋多采用工字形截面，較大跨徑常采用箱形截面。通常，肋高1/801/50跨徑，肋寬0.81.2肋高。10.7 鋼拱橋 鋼拱外形雄偉壯觀、跨越能力大、承載能力高。已建成的鋼拱橋，最大跨度已達(dá)552m。10.7.1 鋼拱橋的主要結(jié)構(gòu)形式 鋼拱橋既有組合體系拱橋，也有簡單體系拱橋。在組合體系拱橋中，有系桿拱、洛澤拱、藍(lán)格爾拱和其他組合體系拱橋等幾種。 系桿拱的推力由體系內(nèi)部消化，適合于大跨剛拱橋；剛拱剛

42、梁的洛澤拱適合于重載鐵路橋；剛梁柔拱的藍(lán)格爾拱適合于公鐵兩用的雙橋面布置。10.7.2 主拱構(gòu)造 鋼拱可設(shè)計(jì)成桁架拱、箱拱、板拱。國外多建造桁架拱橋，國內(nèi)建造了十多座鋼箱拱橋，板拱很少采用。桁架拱橋是特大跨徑剛拱橋的重要形式。桁架拱橋的主拱沿跨度方向：等高度、變高度。大跨度鋼桁架拱橋總體設(shè)計(jì)參數(shù)有：拱肋桁架的布置形式；拱軸線；矢跨比；拱頂和拱腳高度的選擇；邊界條件；桿件截面形式；桿件截面面積。 桁式拱肋按主桁框架分類可分為柏式(Pratt)桁架、華倫(Warren)桁架、K式桁架、再分式桁架等多種形式。 力學(xué)性能，K式桁架最好； 經(jīng)濟(jì)性，W式桁架用鋼量最少； 構(gòu)造施工及美學(xué)，P式桁架具有優(yōu)勢(shì)。

43、鋼桁架拱橋的主拱沿跨度方向：等高度、變高度。大跨度鋼桁架拱橋總體設(shè)計(jì)參數(shù)有：拱肋桁架的布置形式；拱軸線；矢跨比：多為1/61/4拱頂(1/451/30L) 和拱腳(1/101/6L) 高度的選擇；邊界條件；桿件截面形式：H形、箱形、圓管截面 桿件截面面積。 桁式拱肋按主桁框架分類可分為柏式(Pratt)桁架、華倫(Warren)桁架、K式桁架、再分式桁架等多種形式。 力學(xué)性能，K式桁架最好； 經(jīng)濟(jì)性，W式桁架用鋼量最少； 構(gòu)造施工及美學(xué)，P式桁架具有優(yōu)勢(shì)。10.8 鋼管混凝土拱橋鋼管混凝土（CFST-concrete-filled steel tubular）： 在圓形薄壁鋼管內(nèi)填充混凝土而形成的一種復(fù)合材料，內(nèi)填混凝土可增強(qiáng)薄壁鋼管的穩(wěn)定性，鋼管的套箍作用使核心混凝土處于三向受壓狀態(tài)，從而比單純鋼管或混凝土具有更高的抗壓強(qiáng)度和抗變形的能力。鋼管混凝土的優(yōu)點(diǎn):跨越能力大，在200400m范圍內(nèi)基本不存在強(qiáng)度和剛度問題；跨徑適應(yīng)能力強(qiáng)，滿足通航和跨越深水基礎(chǔ)要求，適應(yīng)各種地形情況；施工簡便，安全可靠，鋼管作為泵送混凝土的模板和支架，節(jié)省模板和時(shí)間，適應(yīng)混凝土泵送工藝；鋼管是拱橋配筋的一部