拱桥的设计与构造总结

桥梁工程

（道路专业）第十九讲第四篇第二章拱桥的设计与构造一、简单体系拱桥的构造二、组合体系拱桥的构造三、拱桥的设计方法一、简单体系拱桥的构造（一）板拱主拱圈采用矩形板状截面的拱称为板拱。※拱圈宽度和桥宽大体相当，截面高度由受力计算确定，通常要比其宽度小很多，中、小跨径板拱通常为实心截面。※根据拱轴线形，板拱可以是等截面圆弧拱，等截面或变截面悬链线拱以及其他拱轴形式。※按照静力图式可分为无铰拱、两铰拱、三铰拱。※按照主拱所用的建筑材料划分，板拱又可分为石板拱、混凝土板拱和钢筋砼板拱等。板拱主要用于中、小跨径拱桥

1.石板拱※砌筑石板拱主拱圈的石料主要有料石、块石、片石和砖石等。

※石料强度等级不得低于MU50

※等截面圆弧拱的拱石规格少，编号比较简单；变截面拱圈的拱石类型较多，编号较复杂，施工不便。有的石拱桥也采用等截面或变截面的悬链线作为拱轴线，此时拱石的编号更为复杂，因此，目前大多采用等截面石拱桥。

（a）等截面单层（b）等截面多层拱石砌筑拱石砌筑变截面拱圈的拱石编号在砌筑料石拱圈时，根据受力的需要，构造上应满足以下几点要求：（1）拱石受压面的砌缝应是辐射方向，即与拱轴线相垂直。这种辐向砌缝一般可做成通缝，不必错缝。

（2）当拱圈厚度不大时，可采用单层拱石砌筑，当拱厚较大时可采用多层拱石砌筑，对此要求垂直于受压面的顺桥向砌缝错开，其错缝间距≥10cm。（3）在拱圈的横截面内，拱石的竖向砌缝应当错开，其错开宽度≥10cm，见下图中的Ⅰ-Ⅰ截面及Ⅱ-Ⅱ截面。这样，在纵向或横向剪力作用下，可以避免剪力单纯由砌缝内的砂浆承担，从而可以增大砌体的抗剪强度和整体性。（4）砌缝的缝宽不应大于2cm。——因为砂浆强度较低（5）拱圈与墩台、空腹式拱上建筑的腹孔墩与拱圈相连接处，应采用特制的五角石，以改善连接处的受力状况。五角石不得带有锐角，以免施工时易破坏和被压碎。为了简化施工，也常采用现浇混凝土拱座及腹孔墩底梁来代替制作复杂的五角石。

2.混凝土板拱(1)素混凝土板拱主要用于缺乏合格天然石料的地区，可以采用整体现浇，也可以预制砌筑。

(2)钢筋混凝土板拱钢筋混凝土板拱根据桥宽需要可做成单条整体拱圈或多条平行板(肋)拱圈(拱圈之间可不设横向联系)，拱圈纵向配置拱形的受力钢筋(主筋)，最小配筋率为0.5％，且上、下缘对称通长布置，以适应沿拱圈各截面弯矩的变化。

（二）箱形拱主拱圈截面由单室箱或多室箱构成的拱称为箱形拱，又由于箱形拱主拱截面外观如同板拱，所以也称箱板拱。1、箱形拱的主要特点(1)截面挖空率大。挖空率可达全截面的50％～70％，与板拱相比，可大量节省圬工体积减轻重量。(2)箱形截面的中性轴大致居中，对抵抗正、负弯矩具有几乎相等的能力，能较好地适应各截面正、负弯矩变化的情况。(3)由于是闭合空心截面，抗弯、抗扭刚度大，拱圈的整体性好，应力分布比较均匀。(4)单根箱肋的刚度较大，稳定性较好，能单片成拱，便于无支架吊装。(5)预制拱箱的宽度较大，施工操作安全，易保证施工质量。(6)制作要求较高，起吊设备较多，主要用于大跨径拱桥。

2.主拱三圈箱三形截三面的三组成三方式(1三)由多三条U形肋组成三的多三室箱三形截三面。三目前三已较三少采三用。(2三)多条I形肋组成三的多三室箱三形截三面。三一般三较少三采用三。(3三)由多三条闭合三箱肋组成三的多三室箱三形截三面。(4三)单箱三多室截面三。这三种截三面形三式主三要用三于(特)大跨三径混三凝土三拱桥三中。矩形I形三箱形(L三≤4三0m三)三(4三0m＜L≤三90三m)三(L＞10三0m三)（三三）肋三拱拱圈三由两条三或多三条分三离的三拱肋组成三的拱三桥叫肋拱三桥。其每三条拱三肋相三对来三说窄三而高三，抗三弯惯三矩大三。上承三式肋三拱桥三包括三横隔三梁、三立柱三和有三横梁三支撑三的行三车道三部分三；下三承式三肋拱三桥则三将吊三杆锚三固在三肋拱三背上三。肋拱三质量三轻，三恒载三内力三减小三，相三应活三载内三力的三比重三增大三，可三充分三发挥三钢筋三等材三料的三性能三，具三有较三好的三经济三性，三现已三在大、三中型三拱桥三中广泛三使用三，并三逐渐三取代三板拱三。拱肋三材料：砼三、钢三筋砼三、钢三管砼三、劲三型骨三架砼拱肋三的肋三数：桥宽≤20三m时，三可采三用双肋三式，桥宽＞20三m时，三可采三用分三离的三双幅三双肋三拱拱肋三的间三距：上、三下游三拱肋三最外三缘的三间距三一般不宜三小于三跨径三的l／20，以三保证三拱肋三的横三向整三体稳三定性三。拱肋三的截三面形三式：矩形三、I形、三箱形三、管三形和三劲性三骨架三砼箱三形矩形三截面：一三般仅三用于中、小跨三径的肋三拱箱形三截面：用三于跨径三大、桥面三宽时（四三）双三曲拱双曲三拱桥三主拱三圈通三常由拱肋、拱波、拱板和横向三联系等几三部分三组成三。由三于拱三圈在三纵、三横向三均呈三曲线三形而三得名三。1、双三曲拱三主拱三圈的三截面三形式2、拱三肋截三面形三式：矩形三、倒T形、L形、I形、三槽形三、开三口箱三等（五三）拱三上建三筑的三构造桥面三系与三传力三构件三或填三充物三统称三为拱上三建筑。按照三拱上三建筑三采用三的不同三构造三方式，可三将拱三桥分三为实腹三式和空腹三式两种三。一般三情况三下，小跨三径拱桥三多采三用实腹三式，大、三中跨三径拱桥三多采三用空腹三式，以三利于三减小三恒载三，并三使桥三梁显三得轻三巧美三观。1、实三腹式三拱上三建筑三构造实腹三式拱三上建三筑由侧墙、拱肩三填料、护拱以及变形三缝、防水三层、泄水三管和桥面等部三分组三成。拱肩三填料三的做三法，三可分三为填充和砌筑两种三方式三。在多三孔拱三桥中三，为三了便三于敷三设防三水层三和排三除积三水，三又设三置了护拱。护拱三：实三腹实三圆弧三拱中三，拱三脚附三近往三往会三产生三较大三的弯三矩，三为了三加强三拱脚三段而三用混三凝土三或块三石、三片石三砌筑三的拱脚三扩大三部分称作三护拱三。2、空三腹式三拱上三建筑三构造空腹三式拱三上建三筑除三具有三实腹三式拱三上建三筑相三同的三构造三外，三还具三有腹拱和腹孔三墩。（1）桥三面系三和立三柱空腹三式拱三上结三构由桥面三系与横墙三或立三柱构成三。（2）腹三孔根据三腹孔三结构三的不三同可三分为拱式三腹孔和梁式三腹孔。拱式三腹孔：拱三上建三筑构三造简三单，三外形三美观三，但三质量三较大三，一般三用于三圬工三拱桥。梁式三腹孔：拱三上建三筑可三使桥三梁造三型轻三巧美三观，三减轻三拱上三重力三和地三基承三压力三，因三此大跨三径拱三桥一般三都采三用梁三式腹三孔拱三上建三筑。三梁式三腹孔三的桥三道体三系可三以做三成简支、连续和框架三式等多三种形三式。（3）腹三孔墩腹孔三墩由底梁、墩身和墩帽组成三，墩三身又三可分三为横墙三式和立柱三式两种三。横墙三式：腹孔三墩墩三身，三一般三采用三圬工三材料三砌筑三或现三浇砼三做成三实体三墙，三施工三简便三。为三了便三于维三修、三减轻三重量三，可三在横三向挖三一个三或几三个孔三（又三称过人三洞）。三多用三于砖、石拱桥三中。立柱三式：腹孔三墩是三由立三柱和三盖梁三组成三的钢筋三砼排三架结三构。为三了使三立柱三传递三给主三拱圈三的压三力不三至于三过分三集中三，通三常在三立柱三下面三设置底梁。立三柱一三般由2根或三多根三钢筋三混凝三土立三柱组三成，三立柱三较高三时应三在各三立柱三间设三置横三系梁三，以三确保三立柱三的稳三定。三在河三流有三漂流三物或三流冰三时，三如果三拱圈三会被三部分三淹没三，就三不宜三采用三立柱三式腹三孔墩三。（六三）其三他细三部构三造1、拱三桥中三铰的三设置拱铰三按其三作用三，可三分为永久三性铰和临时三性铰两种三。拱铰三按其三所处三的位三置、三作用三、受三力大三小、三使用三材料三等条三件综三合考三虑，三常有弧形三铰、铅垫三铰、平铰、不三完全三铰（假铰）、钢铰。（1）永三久性三铰主三要用三在：①主拱三圈按三有铰三拱（三三铰三拱或三两铰三拱体三系）三设计三时；——弧形三铰②空腹三式拱三上建三筑中三腹拱三圈按三构造三要求三需要三采用三的两三铰拱三或三三铰拱三时；——平铰三或不三完全三铰（三假铰三）③空腹三式拱三上建三筑中三高度三较小三的腹三孔墩三上、三下端三与顶三梁、三底梁三连接三处。——不完三全铰三（假三铰）（2）临三时性三铰①施工三中在三拱顶三或拱三脚设三置的三临时三铰。——铅垫三铰或三钢铰②为消三除或三减少三主拱三的部三分附三加内三力，三以及三对主三拱内三力做三适当三调整三时在三拱脚三或拱三顶设三的铰三。临三时性三铰在三施工三结束三后要三将其三封固三。2、拱三顶填三料、三桥面三铺装三及人三行道3、排三水及三防水三层4、伸三缩缝三与变三形缝在温三度变三化影三响下三，主三拱将三下降三或上三升，三拱上三结构三也将三随着三下降三或上三升。三拱上三结构三自身三也要三伸缩三。如三果将三墩台三与拱三上结三构之三间不三设断三缝，三拱上三结构三将受三到墩三台的三约束三不能三自由三变形三，导三致拱三上结三构开三裂。三为避三免这三种不三良的三影响三，应三该把三墩台三和拱三上结三构用一条三横向三的贯三通缝完全三隔离三开来三，断缝三有宽三度时三叫伸缩三缝（一三般为2～3c三m），无宽三度或三宽度三较小（＜1c三m）的叫变形三缝。二、三组合三体系三拱桥三的构三造(一)整体三式拱三桥的三特点三（P3三36）1、构三造特三点①主拱三与拱三上结三构为三一整三体结三构；②为上三承式三钢筋三混凝三土组三合式三拱桥三；③跨中三部分三为实三腹段三，实三腹段三两侧三为空三腹段三；④拱上三结构三各杆三件交三点采三用刚三性固三结设三计。2、受三力特三点①实腹三段:“永久三作用三”作三用下三主要三承受轴向三压力；“永三久作三用+可变三作用三”作三用下三为偏心三受压。②空腹三段：三主拱三与拱三上建三筑共三同受三力。③为有三推力三结构3、结三构特三点①结构三轻巧三、受三力合三理、三整体三性强三、节三省材三料等三；②交接三点易三开裂三，维三修养三护困三难，三影响三结构三的整三体刚三度和三耐久三性；③适用三于软三土地三基，三一般三应用三于中三等跨三径桥三梁。（二三）桁三架拱三桥（P3三37～P3三41）1、组三成桁架三拱桥三又称拱形三桁架三桥。其三上部三结构三由桁架三拱片、横向三联结三系和桥面三板三部三分组三成。三桁架三拱片三是主三要的三承重三结构三，是三由上三下弦三杆、三腹杆三以及三跨中三由上三下弦三杆靠三近而三形成三的实三腹段三所组三成的三桁架三拱片三。桁架三拱的拱上三结构三与拱三肋融三为一三体共三同受三力，各节三点均三为刚三性连三接，整三体性三好。三适合三软土三地基三上采三用。三桁架三拱桥三的应三用范三围以20～50三m的中三等跨三径为三宜。2、分三类根据三构造三不同三，桁三架拱三可以三分为三斜(腹)杆式三、竖(腹)杆式三、桁三肋式三和组三合式三四种三。(1三)斜(腹)杆式三角三形腹三杆斜压三杆三斜三拉杆节点三：桁架三拱与三墩台三的连三接：(2三)竖(腹)杆式适用三于荷载三小、跨径三较小的桥三梁。(3三)桁肋三式这种三形式三实质三上为三普通三型上三承式三拱，三仅是三将主三拱圈三改为三桁架三结构三。桁三肋高三度小三，吊三装方三便，适宜三于无三支架三施工。(4三)桁式三组合三拱桁式三组合三拱与三普通三桁架三拱的三主要三区别三在于三上弦三杆断三点位三置不三同。三优化三断点三位置三，一三般在(0三.5～0.三6)处。三桁式三组合三拱常三用于10三0m以上三跨径的特三大型三预应三力混三凝土三拱桥三。目前三已建三成的三贵州三江界三河大三桥，三跨径三达33三0m，居三世界三首位三。见P4三27页详三述。（三三）刚三架拱三桥（P3三42）刚架三拱桥三是在三桁架三拱桥三、斜三腿刚三架桥三等基三础上三发展三起来三的另三一种三新桥三型，三属于三有推三力的三高次三超静三定结三构。三被广三泛用三于跨三径25～70