桥梁工程第四章拱桥56h

1、土木学院桥梁系 张彦玲拱桥1. 概述2. 拱桥构造3. 拱桥设计4. 拱桥计算5. 拱桥施工第四章 拱桥第一节 概述 拱桥的基本特点及优缺点 拱桥的组成和分类拱桥的主要组成拱桥的分类 拱桥的发展史 拱桥实例介绍 拱桥的主要承重结构是拱圈(肋)，在桥面竖向移动荷载作用下桥墩或桥台不仅产生竖向反力而且产生水平推力。拱桥的基本特点 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。(1)自重较大，有推力，增加了下部结构的工程量，对地基要求高；(2)施工方法相对复杂，费用高，施工时间长(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

2、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。主要优点：主要缺点：拱桥的优缺点拱桥的主要组成1-主拱圈拱桥也是由上部结构（桥跨结构）和下部结构两大部分组成。2-拱顶3-拱脚4-拱轴线5-拱腹6-拱背7-起拱线8-桥台9-基础10-护坡11-拱上建筑 按材料：拱桥的分类 位于浙江绍兴县沈家溇村，单孔马蹄型石拱桥，建于明正德六年(1511)十一月。拱圈为纵联分节并列砌置，每节用五块拱石，桥跨径4米，长8米，宽3米，拱圈弧度为220。龙门石上有莲花浮雕、桥栏板、望柱等，造型别致 。 圬工拱桥钢筋混凝土拱桥钢拱桥 按拱上建筑的形式：实腹式空腹式 按桥面位

3、置：上承式中承式下承式 按拱轴线： 涪陵乌江大桥位于四川省，桥址为V型河谷，水深流急，大桥全长351.83m，桥高84m 。主跨为1跨200m钢筋混凝土箱形拱，拱上建筑为13孔15.8m钢筋混凝土简支板，双柱式柔性排架，桥台基础置于岩石上，主拱圈采用3室箱，全宽9m，由厚20cm的40号钢筋混凝土顶底板及腹板组成。 圆弧拱桥 红星桥位于湖南省酃县至郴县上，公路通过该线接上106国道线。该桥跨越深谷，桥高达65m，主拱跨径108.45m。主拱轴线采用6次抛物线，左右采用8次抛物线的不对称拱线。 抛物线拱桥 洛阳龙门桥在河南省洛阳市南12km处，跨越伊河，处于龙门石窟游览点入口位置上。跨径为60+

4、90+60(m)的石拱桥，桥宽12.6m，拱矢度1/8，主拱圈为等截面悬链线。 悬链线拱桥 按有无水平推力： 成昆线一线天桥石拱桥位于成昆铁路线上，桥位处两岸悬崖峭壁，沟深200余米，宽50余米，拱桥两端紧接隧道。该桥跨径54m，全长63.14m，为中国目前跨径最大的铁路石拱桥。 有推力拱桥 成昆线迎水河桥位于云南省境内，此地形表层为砂粘土夹碎石角砾，下为岩面。桥全长203.4m，主跨为112m栓焊刚性梁柔性拱，拱跨为96m。 无推力拱桥 按主拱的截面形式：板拱截面板拱截面箱型截面 按结构体系：简单体系拱、组合体系拱 桥面系结构不与主拱一起受力，主拱以裸拱的形式作为主要承重结构。三铰拱简单体系

5、拱两铰拱无铰拱外部静定结构。优点：由于温度变化、混凝土的收缩、基础的不均匀沉降等原因引起的变形不会在拱内产生附加内力，计算时无需考虑体系的弹性变形。缺点：铰的构造复杂、维护费工；拱的挠度曲线不匀顺，在铰处有明显转折，会引起活载的附加冲动，对行车不利；另外其刚度也小，降低了抗震能力。适用：小跨径公路桥。 三铰拱瑞士萨尔基那山谷桥（Salginatobel Brcke） 罗伯特.梅拉尔特（Robert Maillart）于1930年设计建造，跨越阿尔卑斯山萨尔基那峡谷，是一种很经济的混凝土镰刀形上承式三铰拱桥，跨径90米，已成为世界名桥。 “在桥上漫步是一种真正的精神上的享受。你和高山、白云、蓝天

6、那么靠近，它构成了阿尔卑斯山的一幅美妙的风景画。”“该桥的所有部分都恰到好处，无可挑剔。”“这是真正的艺术和桥梁结合的精品。”外部一次超静定结构。特点：结构整体刚度比三铰拱大。基础的竖直不均匀沉降或墩台转动，对它的内力没有影响，混凝土收缩、徐变和温度变化所产生的附加力也比无铰拱小。 适用：基础可能发生位移之处或平坦的拱桥中。 两铰拱 法国跨越洛特河的克拉雷克桥，是一座三跨双铰拱桥，其月牙形的坦拱形态优美、轻盈、空透。外部三次超静定结构。优点：构造简单，刚度大而活载内力较小，维修费用省，必要时还可将拱脚浸没在水中以获得较大的矢跨比。缺点：由于混凝土收缩、徐变、温度变化和基础不均匀沉降所产生的附加

7、变形，特别当矢跨比较小时，将发生不可忽视的附加内力。适用：气温变化剧烈和地质不良地方不宜采用。 无铰拱无推力的组合体系拱拱的推力由系杆承受，墩台不受水平推力。有推力的组合体系拱 此种组合体系拱没有系杆，有单独的梁和拱共同受力，拱的水平推力由墩台承受。组合体系拱柔性系杆刚性拱系杆拱无推力的拱梁组合桥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。 系杆的刚度远小于拱肋的刚度，可以假定忽略系杆承受的弯矩。此时认为弯矩均由拱肋承受，系杆只受拉。柔性系杆刚性拱：假设系杆和吊杆均为柔性杆件，只受轴力而无压力和弯矩；拱肋视作普通拱桥的拱肋，为偏心受压构件。适用跨度20-30

8、m；矢跨比一般为1/4-1/5。拱肋高度：公路桥一般为跨径的1/301/50； 铁路桥一般为跨径的1/251/40。随着跨径和荷载的增大，拱肋截面尺寸增大较快，系杆和拱肋的联接部位更加复杂，故在大跨、重载条件下较少采用。拱肋的刚度远小于系杆的刚度，可以假定忽略拱肋承受的弯矩，此时系杆受拉、弯，拱肋只受轴向力，故称柔性拱。刚性系杆柔性拱：奥地利Langer首创，故称朗格尔梁。该体系相当于把桁架弦杆与梁组合起来，以梁为受力主体，而曲线桁架对梁加劲，形成具有刚性梁的曲线桁架，特点：适用跨度可达100m；矢跨比一般为1/5 1/7。拱肋高度常取跨径的1/1001/120；刚性系杆高度在公路桥中一般取跨

9、径的1/251/35； 铁路桥一般为跨径的1/221/30。内力分配均匀，刚性系杆与吊杆、横撑可以组成刚度较大的框架；在适用跨度内，拱肋不会发生内S状变形，拱的稳定性有充分保证。拱肋和系杆都有一定的抗弯刚度，二者共同承受纵向力和弯矩，介于柔性系杆刚性拱和刚性系杆柔性拱之间。刚性系杆刚性拱：德国H.Rose首创，故称洛泽梁(拱)。该体系的特点是刚度较大，适合于设计荷载较大的桥梁。拱肋和系杆受力较均匀，拱轴线常用二次抛物线。拱肋高度常取跨径的1/501/80；拱肋宽一般为拱肋高的0.81.2 倍。刚性梁柔性拱（倒朗格尔拱）刚性梁刚性拱（倒洛泽拱）有推力的拱梁组合桥按材料石拱、木拱铸铁拱钢筋混凝土拱

10、拱桥的发展情况钢拱钢管拱 石梁桥 在石墩上放置一块石板就成了一座石梁桥，石是人类最早使用的天然的建筑材料，现存最多的古代桥梁就是石桥。秦汉时期的石梁石柱桥已经很难看到，保存到现在最早是唐代，多为明清时代的石梁石柱桥。泉州洛阳桥 石梁桥如何增加跨度？石板的跨度一般只有十多米，将石板逐级伸出可以增大跨度，在建筑上成为“叠涩”，受力上为悬臂。多边形石梁，这是梁拱之间的一种结构形式。 浙江平湖的兴隆桥，在重叠四层叠涩出檐后，最上一层才是横向的支点石梁，跨度7.0m。这些石梁桥最后都向石拱桥方向发展。 石拱桥为增大跨度，拱桥逐步发展起来。欧洲的石拱艺术盛行于罗马时代，这一时期多采用圆形拱，跨度较小，桥墩

11、厚重约为拱宽的1/3，所以每个拱可以独立。罗马时代遗留下来的一些引水的建筑水道桥。这些石拱不用灰浆砌筑，但是水槽中用灰浆防水。 加尔德桥中间层桥墩的盲目削弱，说明当时的技术是属于实践经验性的。加尔德桥的造型是有意识的，没有什么雕塑装饰，不填塞石孔，不凿去突出的石块，得到了意想不到的美。全桥体量空间组合很有规律，比例尺度和谐，黄色石灰岩在翠绿色自然景色的衬托下构成极美的景观。造桥者阿葛立巴。 为了引犹来山的泉水给尼姆城居民，公元前63-13年间，跨越加东河之上建造了多层石拱桥，即法国的加尔德水道桥。桥分三层，现残存最高层为水道，下有75个小拱支承；中间层共11个石拱，最下一层共6孔，最大跨24.

12、4m。桥墩及分水尖的基础直接建在石灰岩上。桥用黄色石灰石，用木模架承托，不用灰浆，砌筑而成。13世纪时，将最下层桥面的下游一部分改为人行道，把中层拱桥柱下游侧凿成大凹口，几乎凿到桥的重心，1448年地震几乎倾倒，后恢复原来尺寸。 石拱桥早期修建的拱都是半圆形的，没有推力，如果跨度增大，桥就非常高，上下桥比较困难。逐步发展到割圆拱，这样跨度增大，减小高度。从半圆拱到扁拱，由于拱脚的水平推力大了，对基础的要求就高，所以在技术上是一个进步。赵州桥， 又名安济桥(宋哲宗赐名，意为“安渡济民”)，位于河北赵县洨河上，它是世界上现存最早、保存最好的巨大石拱桥。被誉为“华北四宝之一”。桥长64.40米，跨径

13、37.02米，券高7.23米，是当今世界上跨径最大、建造最早的单孔敞肩型石拱桥。石拱桥的典范赵州桥赵州桥的技术创新：采用圆弧拱形式，改变了我国大石桥多为半圆形拱的传统，使石拱高度大大降低，实现了低桥面和大跨度的双重目的，但对两端桥基的推力相应增大。采用敞肩。增加泄洪能力，四个小拱可增加过水面积16左右；减轻自身重量700吨，从而减少桥身对桥台和桥基的垂直压力和水平推力；造型优美；符合结构力学理论，敞肩拱式结构可减少主拱圈的变形，提高桥梁的承载力和稳定性。 单孔。李春在设计大桥的时候，采取了单孔长跨的形式，河心不立桥墩，使石拱跨径长达37米之多。这是我国桥梁史上的空前创举。 赵州桥的砌置方法新颖

14、、施工修理方便。采用纵向（顺桥方向）砌置方法，就是整个大桥是由28道各自独立的拱券沿宽度方向并列组合而成，每券各自独立、单独操作，每券砌完全合拢后就成一道独立拼券，砌完一道拱券，移动承担重量的“鹰架”，再砌另一道相邻拱。这种砌法既可以节省制作“鹰架”所用的木材，又利于桥的维修，一道拱券的石块损坏了，只要嵌入新石，进行局部修整就行了，而不必对整个桥进行调整。 李春，隋代造桥匠师。现今河北邢台临城人士。隋开皇十五年至大业初（595605）建造赵州桥（安济桥）。唐中书令张嘉贞著安济桥铭中记有：“赵州蛟河石桥，隋匠李春之迹也，制造奇特，人不知其所以为。” 赵州桥的敞肩圆弧拱形式是我国劳动人民的一大创造

15、，西方在14世纪才出现敞肩圆弧石拱桥，已经比我国晚了600多年。英国著名中国科学技术史专家李约瑟博士在其巨著中国科学技术史中曾经列举了26项从1世纪到18世纪先后由我国传到欧洲和其他地区的科学技术成果，其中的第18项就是弧形拱桥。 这座大桥自建成至今已有1300多年，这期间经历了8次以上地震的影响，8次以上战争的考验；承受了无数次人畜车辆的重压，饱经无数次风刀霜剑、冰雪雨水的冲蚀，却雄姿不减当年，仍巍然屹立在河北赵县洨河上。 1、并列 2、并列卯 3、横放并列 4、纵联 5、分节并列 6、联锁分节并列 7、锒面纵联 8、框式纵联 9、乱石 10、锒面乱石中国石拱拱券砌筑方法 铸铁桥： cast

16、-iron第一座铁桥1779年出现在英国，跨过100ft(30.5m)宽的River Severn, Coalbrookdale iron bridge, designed by Thomas Pritchard,有一系列半圆形的cast-iron ribs拱肋并列组成，用400t铸铁（19.25MPa）。 钢筋混凝土可塑性很强，可以做成任意的形状，还可以做成精巧的装饰。比石拱桥施工方便，快速，表面平整光滑。初期的钢筋混凝土拱桥基本沿用石拱桥的样式，采用小拱叠大拱的形式。1900年，加拿大 猎人街桥 1906年德国的摩塞尔河桥，L46m，采用石拱桥的风格，但是桥面有精美的装饰，已经具有现代桥梁

17、的风格。 瑞士，葛兰德费栈桥，1925。细七孔椭圆形钢筋混凝土拱支承着轻巧的双层梁柱式桥面。拱脚很自然地融合到墩身中去，没有什么装饰，但是却富于旋律。 1924 的瑞士弗立堡采林根桥，满腹拱桥，穿过墩身尚有下层的人行道拱。与高拱石桥相比，这座钢筋混凝土桥，有平整光滑的表面，并具有石桥所极费力才能达到的表现力，且有石桥所难以达到的施工速度。所以除了在交通不便的产石山区，钢筋混凝土拱桥更富有生命力。 19001950年，法国的亨奈别柯(Francois Hennebique)和他的学生罗伯特.梅拉尔(Robert Maillart) 创造了新的拱桥形式。亨奈别柯 （18421921）脱离了拱桥的特

18、点，采用板、主梁、次梁系统作为整体有机的结合，先用于房屋的楼盖，再应用于桥梁。 罗伯特.梅拉尔发明了铅板作铰点的三铰拱，以桥面板、垂直拱肋、和拱底板形成箱形拱，使得桥面与拱本身形成一个有机的整体，同时在拱脚挖去三角形缺口，称“梅式三铰拱”。之后他有对结构进行了改良，设计了一系列的桥梁。瑞士萨尔基那山谷桥（Salginatobel Brcke）。罗伯特.梅拉尔特（Robert Maillart）于1930年设计建造，跨越阿尔卑斯山萨尔基那峡谷，是一种很经济的混凝土镰刀形上承式三铰拱桥，跨径90米，已成为世界名桥。 瑞士Schwandbach Bridge 1933年建成，这是Maillart的代

19、表作，也是世界著名的桥梁。L=37.4m,B=3.6m f=6m ,拱板厚200mm，桥面板厚160mm，桥位于曲线上，拱为抛物线拱。法国工程师弗兰西捏（Eugene Freyssinet 1879-1962）他的最大贡献是创造了预应力混凝土，一些种类的锚具就是以他的名字命名的。1930年，他建造了埃洛尔恩河上的博浪加斯脱公铁两用桥，主跨为三孔180m，桥宽8.6m，矢高27.5m。保持了十年的世界记录。这是第一座箱形、变截面、抛物线拱肋的桥。该桥采用了很多创新的科学技术，比如：采用高标号水泥，并进行两年多的收缩徐变研究；采用千斤顶调整拱的内力，消除拱肋由于收缩徐变和自重作用下弹性压缩的影响。

20、Plougastel bridge 博浪加斯脱桥1922-1930Caracas-La Guaira 跨度200多米的拱桥19521953 澳大利亚悉尼港 Gladesville bridge 1964, span=305m,弗氏为顾问。该桥的特点所有构件均为预制拼装的 1942年，在西班牙跨越Esla河的Martn Gil Viaduct，为钢筋混凝土铁路拱桥，跨度5 x 22.00 m - 209.84 m - 3 x 22.00 m ，矢高64.75m 。当时最大跨度的铁路拱桥。 第一座钢拱桥是法国南部的Viaur Viaduct，中跨220m的铁路拱桥，1895-1902年建成； 18

21、97年，跨度为256m的Clifton bridge at Niagara，随后是跨度290m的箱形拱肋桥Rainbow bridge,1941年建成。Rainbow bridge,1941 值得纪念的是在非洲的Zambezi River Bridge, near Victoria Falls ,这是第一个采用悬臂拼装法施工的钢拱桥。跨度152m，跨过122m深的峡谷。 最著名为Sydney Harbour bridge,跨度509m，1932年建成。所有的施工形式都集中一起：缆索、悬臂和拱结构。有4条铁路、17m宽的公路、两侧悬出2个人行道，高出水面52m；耗费40000t钢材，部分构件在英

22、国加工，钢板尺寸和杆件截面都是破记录的；悉尼钢桁架组合式拱桥Leagth of arch span 503 meters以下是一组悉尼钢桁架拱桥当年建桥的历史资料照片我国公路桥中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）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

23、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）结构纤细轻盈，适宜于软土地基上建造。1969江苏无锡卫东桥 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

24、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 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。中承装配式铁路钢筋混凝土拱，矢高40m，两片拱肋中心距7.5m。拱轴线采用二次抛物线，拱肋为箱形截面，吊杆为预应力杆件。施工时先架设钢拱架，然后在拱架上由下而上分层施工，安装拱肋底板-腹板-顶板，使先安装的拱肋底板与钢拱架共同受力。在拱顶进行应力调整，改善了拱肋的受力状态。为保证结构的整体性，拱肋与桥面系相交处的一段拱肋在工地现浇。1966北京永定河七号桥 （L=

25、150m）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

26、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，先在两岸上、下游组成3m宽的边箱，待转体合拢后吊装

27、中箱顶、底板，最后组成3室箱。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

28、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、施工阶段和运营阶段的受力趋于一致等优点。1990四川自贡160米牛佛沱桥 桁式组合拱为三室箱形截面，桁架片按节段分件预制，采用人字扒杆悬拼安装。（8）钢管混凝土拱桥1990四川旺苍115米东河桥 下承式钢管混凝土预应力系杆拱桥，矢度1/6。两片拱肋间用直径800mm横撑连接以保持其稳定性。活载作用下拱脚的水平推力由系杆及桥墩共同承担。钢管拱肋实际上是一种复合材料，在破坏荷载作用下，钢管不仅起纵筋的作用，而且对混凝土起螺旋箍筋的作用，以提高构件的

29、承载能力。在施工阶段，钢管起着劲性骨架的作用。 1998浙江义乌80米宾王桥 单肋钢管混凝土系杆拱桥，中跨矢跨比1/5，矢高15.6m；边跨矢跨比1/4.5，矢高11.87m 。1932澳大利亚503m悉尼钢拱桥1977美国518.2m New River桥（9）钢拱桥第二节 拱桥构造 上承式拱桥 中、下承式拱桥 钢管混凝土拱桥 其它类型拱桥上承式拱桥 拱圈(肋)的构造 拱上结构构造 (实腹式、空腹式) 拱桥其它细部构造 上承式空腹拱桥的构造示例 桥面在主拱圈之上的称上承式拱桥，其上部结构由拱圈(肋)和拱上结构(在桥面系与主拱之间传递荷载的构件或填冲物)构成。拱圈(肋)的构造 拱圈截面形式：

30、板拱、肋拱、箱形拱、钢管拱、双曲拱 拱圈横截面沿跨径的变化规律 板拱是指主拱（圈）采用整体实心矩形截面的拱。按照主拱所采用的材料，可分为石板拱、混凝土板拱和钢筋混凝土板拱等。板拱肋拱：用两条或多条分离的平行窄拱圈即拱肋作为主拱圈的拱。具有自重轻，恒载内力小，可以充分发挥钢筋混凝土等材料的性能，在大中型拱桥中得到广泛应用。肋拱纵梁纵梁拱肋立柱拱肋立柱横系梁桥面系巫奉高速大宁河特大桥 肋拱截面形式：矩形、工字形、管形、箱形 箱形拱的拱圈，可以由一个闭合箱(单室箱)或由几个闭合箱(多室箱)组成。每个闭合箱又由顶板、底板、肋板(侧板)组成。为提高拱箱抗扭能力，加强箱壁的局部稳定性，拱箱内每隔一定距离设

31、一道横隔板。主拱圈由多室箱构成，箱形拱通常采用预制拼装施工。箱形拱 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，先在两岸上、下游组成3m宽的边箱，待转体合拢后吊装中箱顶、底板，最后组成3室箱。 1997广州丫髻沙大桥，中承式钢管砼系杆拱，L=360m。套箍指标双曲拱桥 主拱圈由纵向拱肋、横向拱波、拱板和横

32、向联系组成，外形上在纵横两个方向均成弧形曲线。主要特点是：将主拱圈以“化整为零”的方法按先后顺序进行施工，再以“集零为整”的方式组成成承重的整体结构。因主拱圈分期形成，呈现组合结构的受力特征，整体性较弱，在地震荷载作用下容易破坏。 我国的双曲拱桥：1964年江苏省无锡县交通局创建了具有我国桥梁特色的双曲拱桥。 第一座双曲拱桥为试验桥梁，建于1964年，跨度9m 江苏无锡，新虹桥，单波双曲拱桥，跨度80m湖南长沙湘江双曲拱桥。主拱圈横截面是由一个或数个小拱组成的。主拱圈在纵向及横向均呈曲线形。截面变化规律等截面（常用） 变截面（构造复杂）拱圈截面沿跨径的变化规律实腹式拱上结构侧墙拱腹填料护拱变形

33、缝防水层泄水管桥面 空腹式拱上建筑由多孔腹孔结构（横墙或刚架）和桥面系组成，分为拱式和梁式两种。四川万县长江大桥 空腹式拱上结构博浪加斯脱桥横墙刚架拱式拱上建筑拱式腹孔简支腹孔梁式腹孔：简支腹孔、连续腹孔、框架腹孔梁式拱上建筑连续腹孔框架腹孔拱桥细部构造拱桥其它细部构造 伸缩缝与变形缝 拱铰 排水与防水层温度下降时的变形半跨加载时的变形伸缩缝与变形缝 为了避免这种不良的影响，应该用断缝将拱上结构和桥墩(台)分开，这种断缝叫伸缩缝(留缝23cm)，在腹拱上方设变形缝(只断开，没有缝宽) 实腹式拱桥伸缩缝的布置 在跨度较小的实腹式拱桥，可仅在两拱脚的上方设置，并需在横桥方向贯通全桥及侧墙的高度。空

34、腹式拱式腹孔伸缩缝及变形缝的布置 跨度较大的空腹式拱桥：一般将紧靠墩(台)的第一个腹拱圈做成三铰拱。采用梁式腹孔时伸缩缝及变形缝的布置 若边孔的桥面梁直接支承在墩(台)上，必须使用构造完善的支座，否则，伸缩缝处的伸缩仍将受阻。拱铰按其作用可分为永久性铰和临时性铰两类。拱铰型式常用的有：弧形铰 铅垫铰 平铰 不完全铰 钢铰(钢量较大，目前已很少应用)。 弧形铰可以用石料、混凝土和钢筋混凝土做成。宽度等于拱圈(肋)的宽度，长度为拱厚的1.151.20倍。弧形铰的作用并不完善，且加工困难，所以目前一般只应用在临时施工当中。弧形铰 用厚度1520mm的铅垫板，外包以锌、铜（1020mm）薄片做成 。为

35、了使压力正对中心，并且能承受剪力，设置穿过垫板中心而又不防碍铰转动的锚杆。 铅垫铰 平铰是平面相接，直接抵承；其接缝间可用低标号的砂浆砌筑，也可用油毛毡垫衬或直接干砌，用于跨径较小的空腹式拱桥的腹拱圈。 平铰 这种铰既能使拱圈施工时不断开，又能在使用时起到拱铰作用，构造简单，因此使用较多。常用于跨径不大(如腹拱圈)或轻型的结构物(人行桥)中。不完全铰排水与防水层实腹拱空腹拱拱肋的截面形式。拱上刚架共几排？各排刚架在顶部和底部采用了什么支承形式？ 靠近拱脚和靠近拱顶的桥面系纵梁分别是什么样的结构形式？一孔跨度上共设了几条横断缝？分别在什么位置？立柱与拱肋或顶部纵梁间的铰接和刚接分别是怎样实现的？

36、上承式空腹拱桥构造示例中、下承式拱桥 桥面位于拱肋下方的拱脚水平面处的拱桥称下承式拱桥。其桥跨结构由拱肋、吊杆、横向联结系和桥面系四部分组成。适用于：建筑高度受限多孔拱桥的大跨拱肋材料： 钢筋混凝土 钢管混凝土 钢桁架截面形式：结构形式： 无铰拱、系杆拱拱肋矢跨比：1/41/7横向布置：平行式、提篮式、敞口式、独肋式 1990四川宜宾小南门桥，跨度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。平行式： 拱的第一类失稳是指由于拱的平衡状态出现了分支，使原来的平衡形式成为不稳定形式，开始出现新的平衡形式。 拱的第一类稳定

37、有两种形式：一种是对于比较柔细的拱，拱轴线在其竖向平面内偏离初始纯压的或主要受压的对称变形状态，向反对称的平面挠曲状态变化，这时拱不但承受压力还承受一定的弯矩，这就是拱的平面内屈曲； 另一种是在侧倾刚度或扭转刚度较弱的情况下，是拱轴线侧倾出竖平面，转向空间弯扭的变形状态，这就是拱的侧倾。拱的第一类稳定：增强了横向稳定：拱脚肋间距加大，使平均宽跨比加大；拱顶肋间距减小，使横向联系长度缩短而刚度加大。桥面系荷载传递给拱肋时不是垂直的，而是带有倾角，具有水平分力。对于中下承式拱桥，吊杆产生的水平分力约束了拱肋的侧倾。提篮式： 著名的费马恩海峡桥。设计师弗里茨.莱昂哈特，1963年建成。桥长963.4

38、米，主跨248.4米，公路和铁路位于同一平面。 提篮式造型本身显示了一种抗风与压曲的稳定形态，二根拱肋彼此向内靠拢，横向联结十分简洁，是技术与美观结合的典范。日本长柄桥 菜园坝长江大桥，公路和轨道交通两用钢箱提篮拱特大桥，是连通重庆主城的南北大通道。主桥长约800米、主跨达420米。 菜园坝长江大桥拱肋侧倾角对稳定性的影响：当侧倾角在06度间变化时，失稳模态为面外正对称失稳，侧倾角在912度变化时，失稳模态为面外反对称失稳，说明拱肋内倾可以明显改变拱桥的失稳模态，主拱的总体变形朝着反对称失稳模态方向发展。 整体稳定性系数比平行肋拱有较大提高，而且随着拱肋侧倾角的增大而增大。拱肋侧倾角在03时，

39、侧向稳定性系数增大了15.3%；36时，增大了21%；69时，增大了20.4%；912时，增大了10.3%。可见，当拱肋侧倾角在912变化时，稳定性系数提高明显降低，所以拱肋的侧倾角以10附近为佳。该桥的侧倾角选择10.62是比较适合的。 为了满足桥面净空高度的要求，也可不设横撑而形成所谓“敞口桥” 。但必须采用刚性吊杆或加大拱肋的断面尺寸，以具有足够的横向刚度和稳定。 敞口式： 德国斯凡贝尔威桥，具有宽阔的矩形箱拱截面，无横向风撑形态简洁，桥面空间通畅。 我国位于广东省惠州市的水门大桥建于1991年，全长315m，其中三跨(40+60+40m)为无风撑的预应力系杆拱。拱、梁为白色，系杆为蓝色

40、，醒目、典雅，与背景中的惠州城市风貌相协调。独肋式： 日本大阪附近的泉-大津桥(1976年)，跨径175m，中央采用凭借宽的钢板吊杆固定在桥面上的单拱，来增大横向刚度。 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。 建于1992年的西班牙巴尔盖特桥，是将单弦拱肋在端部附近分离成为三角形门，造型独特新颖且非常优美轻盈。吊杆受力形式：轴向受拉。间距：一般等间距，410m。构造：刚性吊杆：钢筋混凝土或预应力混凝土。柔性吊杆：圆钢或钢丝束。刚性吊杆主要受拉，上下节点处局部受弯。柔性吊杆高强钢丝柔性吊杆冷轧钢筋柔性吊杆横向连接系作用：保证拱肋的横向刚度

41、和稳定； 将作用在拱肋上的横向水平力传递到墩台。形式：横撑、对角撑、空格式构造：桥门架楣杆桥面系构造：由桥面板和纵横梁组成。横梁上铺纵梁、纵梁上现浇桥面板；纵梁采用T形或TT形截面，上翼缘作为桥面板；不设纵梁，横梁上直接密铺预制空心板或实心板。桥面系与拱肋的连接：通过固定横梁(需设断缝)。断缝的处理：双横梁和双吊杆；挂梁。钢管混凝土拱桥 钢管混凝土拱桥的组成和结构 钢管混凝土结构的特点 构件构造 连接构造其它类型拱桥构造组合体系拱桥桁架拱桥刚架拱桥组合体系拱桥系杆的构造系杆的构造在行车道中设置横向断缝，使行车道不参与系杆的受力，行车道简支在横梁上；系杆自由地搁置在横梁上，一般尽量把系杆做得矮宽

42、以增加柔性，常用于柔性系杆刚性拱中； 采用预应力钢筋混凝土系杆，为了方便连接，系杆截面形式与拱肋截面形式一致，行车道可设横向断缝，亦可不设，考虑行车条件，不设为宜。系杆采用型钢或扁钢制作，与行车道完全不接触，行车道内设置横向断缝； 桁架拱桥 自人类进入钢铁时代起，主拱圈采用铸铁锻铁进而为钢桁架的桁架拱桥得到迅速发展。美国贝永桥，1931年，主跨504m悉尼港大桥，1932年，503m 建于1977年美国西弗吉尼亚的新河谷桥（跨径518.2m），从远处看桥梁巨大的跨度与纤细的结构形式形成强烈对比，惊心动魄，叹为观止。 攀枝花密地大桥，主跨180米，是全国最大跨径的钢桁拱桥。栏杆里面的大管子，是输

43、送尾矿的管道。 重庆朝天门大桥，长1741米，主桥为190米+552米+190米，三跨连续中承式钢桁系杆拱桥。双层公轨两用桥，全桥永久用钢4.6万吨，辅助用钢近4万吨。 钢筋混凝土桁架拱桥发展于60年代，其下弦杆为拱形，上弦杆一般与桥面组合为一整体，在跨中部分一般为实腹段，而空腹段利用拱上结构与拱圈形成桁架使之整体受力，这样不仅结构合理，节省材料自重较轻，形态轻盈、空透。 河南省嵩县大桥，全长494m，是9孔跨径50m的斜拉式预应力混凝土桁架拱桥，矢跨比1/7。 1995年建成的贵州江界河大桥，主跨达330m，是贵州省首创，我国最大跨的预应力混凝土桁架拱桥，居世界混凝土桁式桥梁之首。悬臂拼装，

44、空心节点。下弦高跨比1/122.2，世界第一；下弦宽跨比1/28.5，世界第四；大胆度(l2/f)为1980，世界第三。大胆度为评价拱桥的规模、设计和施工的复杂与难易程度的指标。桁架拱桥的拱上结构与拱肋融为一体共同受力，整体性好 桁架部分各杆件主要承受轴向力，具有普通桁架的受力特点 实腹段具有拱的受力特点: 水平推力减小了跨中弯矩，使跨中实腹段在恒载作用下，主要承受轴向压力; 在活载作用下，跨中实腹段将承受弯矩，成为偏心受压构件 桁架拱桥综合了桁架和拱的有利因素，以承受轴向力为主，可采用圬工材料修建并能充分发挥圬工材料的特性同时拱上结构与拱肋已形成桁架，能充分发挥全截面材料的作用，与相同跨径梁

45、桥相比，节省钢材较多，圬工用量与梁桥接近，但比同等跨径拱桥要少 另外，由于桁架拱外部通常采用两铰结构，因而地基位移 温度变化等产生的附加内力较小桁架拱桥受力合理，自重轻 用料少，适合软土地基上采用。桁架拱各节点均为刚性连接， 由于节点的次应力容易导致杆件两端开裂， 影口向桁架拱的耐久性; 桁架拱是推力结构， 支点反力大， 对地基有一定的要求; 桁架拱一般采用预制安装， 预制和安装中对施工工艺要求较高等 因此， 桁架拱桥的应用范围以20 50 m 的中等跨径为宜 但是， 如果对桁架拱施加预应力， 可克服受拉杆件开裂的问题， 并可使跨径增大。贵州跨清水江的剑河桥，1985年建成，跨径150m，首次

46、采用了预制构件组合的悬臂拼装工艺。2008年拆除。 刚架拱桥是在桁架拱、斜腿刚架等基础上发展起来的另一种新桥型，属于有推力的高次超静定结构，由于构件比桁架桥少，自重轻、刚度大，更经济合理。刚架拱桥江西无锡跨径为100m的金匮桥 刚架拱桥上部结构由刚架拱片、横向联结系和桥面等部分组成。特点： 在顺桥方向，将常规的主拱圈与拱上建筑部分组成为整体受力的结构，拱上建筑不是单纯的传递荷载，而是参与承受荷载； 在横桥向，通过加腋板或微弯板将拱肋与现浇桥面组成整体的受力结构。虽为拱式体系，但恒载推力较常规拱桥要小。为控制桥梁建筑高度，可将矢跨比选择得小一些，一般在1/71/10之间取值。 第三节 拱桥设计

47、拱桥主要尺寸的拟订 拱轴线形及其选择跨度与矢跨比主拱圈(肋)截面尺寸的拟订拱上结构的主要尺寸计算跨度 l跨度与矢跨比计算矢高 f 矢高与跨度之比称矢跨比，通常为1/3-1/5。 时，称为坦拱， 时称为陡拱。等跨拱桥美国斯可茨要隘桥 西班牙连拱桥 广东江南大桥 陕西延安的延河桥有航运要求的不等跨拱桥：(1) 采用不同的矢跨比恒载对墩台所产生的推力： 大跨采用大的矢跨比，小跨采用较小矢跨比。怎样减小不平衡推力？(2) 调整拱上建筑的恒载重量 大跨径用轻质的拱上填料或采用空腹式拱上建筑；小跨径用重质的拱上填料或采用实腹式拱上建筑。(3) 采用不同的拱脚标高 推力大的拱脚放在较低位置，推力小的放在较高

48、位置。(4) 采用不同类型的拱跨结构 大跨采用中承式肋拱，小跨采用上承式板拱，再加上矢跨比等其他设计参数的调整，相邻跨的拱脚水平推力可做较大调整。 拱圈截面变化规律 主拱圈厚度的确定 主拱圈宽度的确定主拱圈（肋）截面尺寸的拟定 拱桥的主拱圈，有等截面和变截面两种形式，从受力情况看，做成变截面形式有利。因为拱一般为偏压构件，截面中最大应力表达式为：式中第一项为轴力N产生的正应力，任何拱桥，轴力总是由拱顶至拱脚逐渐增大的；第二项是弯矩产生的正应力，其变化规律不仅与拱的体系有关，而且在很大程度上取决于截面惯性矩的变化。 拱圈截面变化规律铁路桥 主拱圈厚度和宽度的初拟多以经验确定，不同的材料和截面形式

49、有不同经验公式。 主拱圈厚度的确定钢筋混凝土拱圈拱顶钢筋混凝土拱肋 拱脚拱顶拱脚公路桥一般说来，拱的跨度愈大，dd/l 愈趋下限。跨径在120m以下时，一般都采用等高度拱。拱圈宽度与桥面净空有关。对于铁路桥，尤其是单线铁路桥，桥面净空较小，为保证拱的横向刚度和稳定性，拱圈的宽度B不得小于计算跨度的1/20，且不得小于3m；肋拱两外肋中心线之间的最小距离，不宜小于计算跨度的1/20；其外缘的距离不宜小于3m。否则应检算其在拱平面外的稳定性。对于公路桥主要取决于桥面宽度大小，对于矢跨比特大的大跨度拱桥，为保证它们有足够的横向刚度，可使拱圈或拱肋的中距从跨中向拱脚逐渐加宽成为“大拱脚”。主拱圈宽度的

50、确定桥面系支承在横向墙或刚架上。拱上结构的主要尺寸空腹式拱上结构之桥面系的主要尺寸可参照梁桥中的规则拟定。桥面系支承在横向墙或刚架上。若用板(厚约0.250.3m)跨越它们，横向墙的间距可做成2.53.0m(公路桥可用到4m)。在大跨度拱桥中，为避免拱上结构节间太多，桥面系的道碴槽板可支承在纵梁上，此时纵梁高度可取拱上结构节间长度的1/71/10，横向墙厚度可取0.250.3m。 为了减少拱的变形对拱上结构的影响，应尽可能使横向墙或刚架支柱在拱平面内有较大的柔性，其纵向厚度与其高度之比不宜大于1/20，否则上下应设铰。 理想拱轴线(荷载压力线)荷载作用下，每一截面上只有轴压力而无弯矩及剪力，应

51、力最均匀，材料能充分利用。拱轴线形及其选择理想的拱轴线是不可能得到的。选择拱轴线形式的原则只能使它尽量接近荷载压力线。实际中多采用恒载压力线或恒载加一半活载(全桥均布)的压力线作为拱轴线合理拱轴线。拱轴线形状直接影响到主拱截面内力的分布和大小。目前拱桥常用的拱轴线形：圆弧线、抛物线、悬链线 两拱脚处设置护拱(又称帮拱) 。圆弧型拱轴通常用于20m以下的小跨径拱桥。 圆弧拱线型简单，全拱曲率相同，施工方便。圆弧线 在竖直均布荷载作用下的荷载压力线是二次抛物线。中、小跨度的钢筋混凝土空腹拱桥当其矢跨比较小和截面变化不大时，可以认为其恒载压力线为二次抛物线，故中、小跨度钢筋混凝土空腹式拱桥常以二次抛

52、物线为拱轴线。抛物线实腹式拱桥恒载压力线为一条倒悬链线。空腹式拱桥以悬链线作为合理拱轴线，由于偏离弯矩恰好与控制截面弯矩符号相反，因此恒载压力线的偏离对控制截面的内力是有利的。目前悬链线是大、中跨径拱桥最普遍采用的拱轴线型。悬链线第五节 拱桥施工 有支架施工 无支架施工有支架施工 拱架的形式：满布式拱架、墩架式拱架、钢拱架 拱架的制作、安装与卸落 拱架的计算 拱圈及拱上结构的施工 有支架施工主要用于石拱桥和现浇混凝土拱桥以及预制块砌筑的混凝土拱桥。优点是比较简单，但占用大量器材。 由拱架（拱架上部，即拱盔）、支架（拱架下部，包括基础）和卸落设备组成。按材料分有：木拱架、钢管拱架和“土牛拱胎”等

53、型式。 满布式拱架钢拱架 九龙湖大桥为五连拱等截面实腹式钢筋混凝土拱桥，拱脚净跨径33米，桥梁全长199米。采用土牛拱胎，并对土牛拱胎填筑的分层厚度、压实度、表面硬化、卸落（挖除）和对土牛拱胎的预压以及沉降观测等编制了专项施工方案。 李村北干渠渡槽采用梁拱组合体系结构，拱肋采用“土牛”法施工，首先对拱肋部位进行土方回填压实，并通过预压试验直至达到设计标准，然后根据预拱度在拱肋底部浇15厘米厚混凝土垫层，并抹5厘米砂浆找平层，用磨光机按要求打磨光滑，作为拱肋混凝土底座模板。 上部与满布式拱架相同，其下部是用少数框架式支架加斜撑来代替众多数目的立柱，既能减少支架材料，又能在桥下留出适当的空间，方便

54、交通。墩架可用制式器材做成。 墩架式拱架制式器材： 军用梁：六四式、八七式、贝雷梁 军用墩：六五式、八三式 万能杆件 钢管支架：门式支架、碗口式支架和扣件式支架等 国务院军工产品定型委员会于1964年6月29日批准设计定型。采用16Mn钢，适用于中等跨度的铁路应急抢修军用梁。六四式铁路军用梁 1987年通过鉴定。采用15MnVN钢，构件及螺栓数量减少。八七型铁路应急抢修钢梁 贝雷架由一定单元的钢架组成，可以拼接组装成很多构件、设备。贝雷架长宽尺寸一般为3m1.5m。贝雷梁 贝雷梁是用贝雷架组装成的桁梁，贝雷架之间多以发窗为连接构件，用螺栓固定。六五式军用墩八三式军用墩万能杆件拼装成的龙门架 碗

55、口式钢管支架 三洞水桥晓溪桥金良河桥常备式钢拱架：工字梁拱式拱架和桁架式拱架。可用于建造跨度40m以下的石拱桥。 钢拱架工字梁拱式拱架桁架式拱架 常备拼装桁架式拱架，由多榀拱形桁架构成，一般采用三铰拱，由标准节、拱顶节、拱脚节和联结杆等，以钢销或螺栓联结而成，可用变换联结杆长度的方法，调整拱架的曲度和跨度。拱架的制作、安装与卸落满布式拱架在桥孔逐杆安装，拱式拱架可采用悬臂拼装、旋转法安装和缆索吊装。落架次序： 落架设备：木楔、砂筒、千斤顶落架高度：h=拱的自重挠度+拱架弹性变形+工作空间(30-50mm)落架次序：缓慢、均匀、平顺地降落。从拱顶开始，逐渐向拱 脚对称卸落；或从两边1/4处逐次对称地向拱脚和拱 顶均匀卸落。简单木楔a：小于10m复式木楔：较大跨径的满布式和拱式拱架简单木楔b：30m跨径无支架施工 缆索吊装施工(菜园坝大桥、复兴大桥) 悬臂施工 转体施工(沪杭转体) 劲性骨架施工(小榄水道特大桥) 缆索吊装施工 悬臂施工玛格丽特河拱桥，斯洛文尼亚贵州木蓬特大桥，165m转体施工重庆珍珠大桥竖向转体西班牙Alcontar桥节段拼装竖向转体竖向提升转体不对称水平转体：贵州花江大桥，跨度140m，每岸转体重量约为3800吨，贞丰岸的转体将按顺时针方向转172度，关岭岸的转体将按逆时针方向转102度后才能合龙成拱。历时6小时。不对称转