第十二 拱桥的构造
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拱上建筑类型分：实腹式拱桥，空腹式拱桥两大类。
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 用实腹式。实腹式拱上建筑由侧墙、拱腹填料、护拱以及变形缝、防水层、泄水管和桥面等 部分组成。（如图 12-11 所示）
图 12-11 实腹式拱桥构造图(单位：cm)
第二节 拱桥的组成和主要类型 一、拱桥的主要组成
拱桥由上部结构和下部结构两大部分组成。上部结构是由拱圈及其上面的拱上建筑所构 成。拱圈是主要承重结构。桥面系包括行车道、人行道及两侧的栏杆或砌筑的矮墙等构造。 下部结构由桥墩、桥台及基础等组成。其主要组成部分见下图 12-1 所示。
二、拱桥的主要类型
1、按拱圈横截面形式分类 （1）、板拱桥
所示。
图 12-2 主拱圈横截面形式 a)板拱；b)肋拱；c) 双曲拱；d) 箱形拱
2、按建筑材料分：圬工拱桥，钢筋混凝土拱桥，钢拱桥 3、按拱上建筑形式分：实腹式拱桥，空腹式拱桥 4、按主拱圈所采用的拱轴线形式分类：圆弧拱桥，抛物线拱桥，悬链线桥
5、按静力体系分类：简单体系拱桥：三铰拱，两铰拱；无铰拱组合体系拱桥：无推力拱 桥，有推力拱桥
双曲拱桥。双曲拱桥截面抵抗矩大，可节省材料，而且具有装配式梁桥的特点，适合于工业
化生产，具有加快施工进度，缩短工期，施工工艺简单等优点，得到广泛推广。如图 12-2 c）
所示。
（4）、箱形拱
箱形拱截面抵抗矩较大，可节省材料，对于大跨径桥则效果更为显著。特别适用于无支
架施工。但箱形截面制作复杂，一般只在跨径在 50m 以上的拱桥采用箱形截面。如图 12-2 d）
（2）、肋板拱
图12-1 上承式拱桥的基本组成
在板拱桥的基础上，将板拱划分成两条（或多条），形成分离的、高度较大的拱肋，肋
与肋间用横系梁想连。减小截面尺寸，减小自重，多用于较大跨径的拱桥。如图 12-2 b）所
示。
（3）、双曲拱桥
主拱圈横截面由一个或数个小拱组成，由于主拱圈在纵向及横向均呈曲线形，故称之为
二、刚架拱
刚架拱是在刚架、斜腿刚架等基础上发展而来的一种新桥型，属于有推力的高次超静定 结构。（见图 12-10）
图 12-10 刚架拱桥的基本图示
1、结构组成 刚架拱片—主要承重结构，由跨中实腹段的主梁、空腹段的次梁、主拱腿、次拱腿构成； 横向联系—可采用预制装配式的横系梁或横隔板形式，其作用使刚架拱片联成整体受
图 12-12 桥墩(台)上腹拱的布置方式
图 12-13 腹孔墩构造形式
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 的由李春设计的赵州桥（跨径 L=37m）。
当代拱桥：其结构型式与施工方法的丰富多彩如 1997 年建成的重庆万县长江大桥 （L=420m）其主拱长度世界排名第一， 广州丫髻沙特大桥（L＝360m）， 1932 建成的澳 大利亚悉尼钢拱桥（L＝ 503m ）及上海庐浦大桥（L=550m）。
力，并保证其横向稳定性。 桥面系—可由预制微弯板、现浇混凝土填平层、桥面铺装等部分组成，也可采用预制空
心板、现浇混凝土层及桥面铺装构成。 2、结构特点及适用性
（1）、构件小，自重小，适用于软土地基； （2）、结构变形小，整体结构刚度大； （3）、施工方便，造价较底；
三、钢管混凝土拱桥
第五节 拱上建筑的构造
图 12-5 肋拱桥桥型图
三、箱型拱（如图 12-6 所示）
图 12-6 箱型拱截面形式
箱型拱特点：适合大跨径拱桥，截面挖空率大，节省材料；形心轴靠中适应主拱正负弯 距变化；主拱整体性好，抗扭刚度大，稳定性好；便于预制施工拼装；
箱形主拱圈的形式：1、采用闭合箱肋组成的多室箱形截面（如图 12-7 所示）；2、采用 工字形肋组成的多室箱形截面 3、采用 U 形肋组成多室箱形截面 4、单室箱形截面
三、拱桥的其它细部构造
1、拱上填料（﹥0.3m)、桥面及人行道 2、伸缩缝与变形缝,保证结构的安全性与耐久性，相对变形较大的位置设伸缩缝、相对 变形较小处设变形缝；使拱上建筑适应主拱圈的变形； 3、铰的设置 （1）、采用形式有：弧形铰、平铰及假铰 （2）、拱桥需设铰的情况：主拱圈按两铰或三铰拱设计；空腹式腹拱圈按构造设铰、腹 孔墩上下端；施工过程中的临时铰； 4、排水及防水层 除桥面排水外，应对渗入到拱腹内的积水排除；防水层的质量影响桥梁的耐久性；
二、肋拱(如图 12-5 所示)
肋拱常用截面形式有：矩形截面、工字型截面及箱型截面。 矩形截面：肋高为跨径的 1/40~1/60，肋宽为肋高的 0.5~2.0 倍； 工字型及箱型：肋高为跨径的 1/25~1/35，肋宽为肋高的 0.4~0.5 倍；腹板、翼板厚度按 构造及抗剪最小尺寸要求 0.25~~0.5m; 肋拱间必须设横梁、横撑以增强肋拱桥的横向整体稳定性。
板拱桥主拱圈采用矩形实体截面，它的构造简单、施工方便，因而使用广泛。但其截面
形式比其他形式截面抵抗矩小，若获得较大截面抵抗矩必须增加截面尺寸，相应增加了材料 用量和结构自重，增加下部负担，通常在地基条件较好的中、小跨径圬工拱桥中采用板拱形 式。如图 12-2 a）所示。
1-主拱圈 2-拱顶 3-拱脚 4-拱轴线 5-拱腹 6-拱背 7-起拱线 11-拱上建筑 L0 - 净跨径 L -计算跨径 f0 - 净矢高 f -计算矢高 f/L - 矢跨比
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，适用无支架吊装、起吊重量小情
况，因此，只宜在中小跨径桥梁中采用。如图 12-8 所示。
图 12-8 双曲拱拱肋截面形式
第四节 其他类型拱桥的构造要点
一、桁架桥
1、上部主要构造：（见图 12-9） 桁架拱片—主要承重结构，由上、下弦杆、腹杆、拱顶实腹段组成； 横向联结系—拉杆、横系梁、横隔板、剪刀撑 桥面系—横向微弯板、纵向微弯板和预应力混凝土空心板
图 12-9 桁架拱桥的主要组成
2、桥型特点 （1）、拱与桁架组合，共同受力，整体性好，发挥全截面材料的作用； （2）、桁架部分的构件主要承受轴力； （3）、拱的水平推力使跨中弯距减少 （4）、节点为刚性连接，易开裂，影响整体刚度及耐久性； （5）整体自重轻，构件可预制，适合软土地基；
3、桁架拱片主要类型：斜腹杆桁架、拱竖腹杆桁架、拱桁架肋桁架拱
图 12-7 箱型拱闭和箱的构造
箱形拱构造尺寸：拱圈高度一般为跨径的 1/50~1/70；可采用经验公式：H=L0/100+∆(m) 其中∆=0.6~0.8；拱圈宽度满足跨度的 1/20；保证横向稳定；
四、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
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。如图 12-3 a）
两铰拱：一次超静定结构，介于三铰拱和无铰拱之间。如图 12-3 b） 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。如图 12-3 c）
二、拱桥的特点
1、拱桥主要优点： （1）跨越能力较大；（2）就地取材，节省大量的钢材和水泥；（3）耐久性好，养护维修
费用少；（4）外形美观；（5）构造简单。 2、拱桥主要缺点：
（1）自重较大，相应的水平推力也较大，增加了下部结构的工程量，对地基要求高； （2）拱桥采用支架施工，支架和其他辅助设备的费用大大增加，从而增加施工难度， 提高桥的造价。施工工序多，建桥周期长。 （3）拱桥水平推力较大，需要设置单向推力墩，增加了造价。 （4）上承式拱桥的建筑高度较高，使两岸接线的工程量增大或增大了桥面纵坡，增加 的造价又对行车不利。 随着钢管混凝土在拱桥上的应用，钢管混凝土拱桥克服了拱桥传统的缺点，当跨径在 200~600m 范围内，拱桥仍然是悬索桥和斜拉桥的有利竞争对手。
图 12-3 拱圈的静力图式 a)三铰拱 b) 两铰拱 c) 无铰拱
6、按桥面位置分：上承式拱桥，中承式拱桥，下承式拱桥。如图 12-4 所示：
图 12-4 拱桥基本图示
第三节 主拱圈的构造 一、板拱
板拱分为：石板拱、混凝土板拱、钢筋混凝土板拱 钢筋混凝土板拱的拱顶厚度采用跨径的 1/60~1/70；拱脚厚度可按下式：dj=dd/cosφj 其中 dd 表示拱顶厚度；cosφj 拱脚处拱轴线的倾角。
第三篇 圬工和钢筋混凝土拱桥
第十二章 拱桥的构造
一、拱桥的发展
第一节 拱桥的发展及受力特点
十八世纪
十九世纪
国外石拱、木拱来自铸铁拱钢筋混凝土拱桥
拱桥
国内
1964 年
70 年代
80 年代
石拱、木拱
双曲拱
桁架拱
1990 年
80 年代中
钢管拱新型组合体系拱
刚架拱桁式组合拱
钢筋混凝土拱桥
拱桥是我国公路上使用广泛且历史悠久的一种桥梁结构型式，它外形宏伟壮观，且经久 耐用。由力学知识知道，拱式结构在竖向荷载作用下，支撑处不仅产生竖向反力，而且还产 生水平推力。这样拱的弯距比相同跨径的梁的弯距小的多，而使整个拱主要承受压力。这样 就可以充分利用抗压性能较好的圬工材料来修建。
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产生附加力。
二、空腹式拱桥
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。 1、腹孔
布置腹孔应结合主拱的类型、构造、施工方法等综合考虑，如图 12-12 所示： （1）、腹孔分拱型腹孔及梁板式腹孔； （2）、腹孔一般等跨对称布置在主拱圈两侧，腹拱跨径选用 2.5~5.5m,矢跨比 1/2~1/6， 不宜大于主拱圈跨径的 1/8~1/15； （3）、采用梁板式腹孔，减轻重量； 2、腹孔墩：如图 12-13 所示 腹孔墩可采用立墙式及立柱式；
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 用实腹式。实腹式拱上建筑由侧墙、拱腹填料、护拱以及变形缝、防水层、泄水管和桥面等 部分组成。（如图 12-11 所示）
图 12-11 实腹式拱桥构造图(单位：cm)
第二节 拱桥的组成和主要类型 一、拱桥的主要组成
拱桥由上部结构和下部结构两大部分组成。上部结构是由拱圈及其上面的拱上建筑所构 成。拱圈是主要承重结构。桥面系包括行车道、人行道及两侧的栏杆或砌筑的矮墙等构造。 下部结构由桥墩、桥台及基础等组成。其主要组成部分见下图 12-1 所示。
二、拱桥的主要类型
1、按拱圈横截面形式分类 （1）、板拱桥
所示。
图 12-2 主拱圈横截面形式 a)板拱；b)肋拱；c) 双曲拱；d) 箱形拱
2、按建筑材料分：圬工拱桥，钢筋混凝土拱桥，钢拱桥 3、按拱上建筑形式分：实腹式拱桥，空腹式拱桥 4、按主拱圈所采用的拱轴线形式分类：圆弧拱桥，抛物线拱桥，悬链线桥
5、按静力体系分类：简单体系拱桥：三铰拱，两铰拱；无铰拱组合体系拱桥：无推力拱 桥，有推力拱桥
双曲拱桥。双曲拱桥截面抵抗矩大，可节省材料，而且具有装配式梁桥的特点，适合于工业
化生产，具有加快施工进度，缩短工期，施工工艺简单等优点，得到广泛推广。如图 12-2 c）
所示。
（4）、箱形拱
箱形拱截面抵抗矩较大，可节省材料，对于大跨径桥则效果更为显著。特别适用于无支
架施工。但箱形截面制作复杂，一般只在跨径在 50m 以上的拱桥采用箱形截面。如图 12-2 d）
（2）、肋板拱
图12-1 上承式拱桥的基本组成
在板拱桥的基础上，将板拱划分成两条（或多条），形成分离的、高度较大的拱肋，肋
与肋间用横系梁想连。减小截面尺寸，减小自重，多用于较大跨径的拱桥。如图 12-2 b）所
示。
（3）、双曲拱桥
主拱圈横截面由一个或数个小拱组成，由于主拱圈在纵向及横向均呈曲线形，故称之为
二、刚架拱
刚架拱是在刚架、斜腿刚架等基础上发展而来的一种新桥型，属于有推力的高次超静定 结构。（见图 12-10）
图 12-10 刚架拱桥的基本图示
1、结构组成 刚架拱片—主要承重结构，由跨中实腹段的主梁、空腹段的次梁、主拱腿、次拱腿构成； 横向联系—可采用预制装配式的横系梁或横隔板形式，其作用使刚架拱片联成整体受
图 12-12 桥墩(台)上腹拱的布置方式
图 12-13 腹孔墩构造形式
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 的由李春设计的赵州桥（跨径 L=37m）。
当代拱桥：其结构型式与施工方法的丰富多彩如 1997 年建成的重庆万县长江大桥 （L=420m）其主拱长度世界排名第一， 广州丫髻沙特大桥（L＝360m）， 1932 建成的澳 大利亚悉尼钢拱桥（L＝ 503m ）及上海庐浦大桥（L=550m）。
力，并保证其横向稳定性。 桥面系—可由预制微弯板、现浇混凝土填平层、桥面铺装等部分组成，也可采用预制空
心板、现浇混凝土层及桥面铺装构成。 2、结构特点及适用性
（1）、构件小，自重小，适用于软土地基； （2）、结构变形小，整体结构刚度大； （3）、施工方便，造价较底；
三、钢管混凝土拱桥
第五节 拱上建筑的构造
图 12-5 肋拱桥桥型图
三、箱型拱（如图 12-6 所示）
图 12-6 箱型拱截面形式
箱型拱特点：适合大跨径拱桥，截面挖空率大，节省材料；形心轴靠中适应主拱正负弯 距变化；主拱整体性好，抗扭刚度大，稳定性好；便于预制施工拼装；
箱形主拱圈的形式：1、采用闭合箱肋组成的多室箱形截面（如图 12-7 所示）；2、采用 工字形肋组成的多室箱形截面 3、采用 U 形肋组成多室箱形截面 4、单室箱形截面
三、拱桥的其它细部构造
1、拱上填料（﹥0.3m)、桥面及人行道 2、伸缩缝与变形缝,保证结构的安全性与耐久性，相对变形较大的位置设伸缩缝、相对 变形较小处设变形缝；使拱上建筑适应主拱圈的变形； 3、铰的设置 （1）、采用形式有：弧形铰、平铰及假铰 （2）、拱桥需设铰的情况：主拱圈按两铰或三铰拱设计；空腹式腹拱圈按构造设铰、腹 孔墩上下端；施工过程中的临时铰； 4、排水及防水层 除桥面排水外，应对渗入到拱腹内的积水排除；防水层的质量影响桥梁的耐久性；
二、肋拱(如图 12-5 所示)
肋拱常用截面形式有：矩形截面、工字型截面及箱型截面。 矩形截面：肋高为跨径的 1/40~1/60，肋宽为肋高的 0.5~2.0 倍； 工字型及箱型：肋高为跨径的 1/25~1/35，肋宽为肋高的 0.4~0.5 倍；腹板、翼板厚度按 构造及抗剪最小尺寸要求 0.25~~0.5m; 肋拱间必须设横梁、横撑以增强肋拱桥的横向整体稳定性。
板拱桥主拱圈采用矩形实体截面，它的构造简单、施工方便，因而使用广泛。但其截面
形式比其他形式截面抵抗矩小，若获得较大截面抵抗矩必须增加截面尺寸，相应增加了材料 用量和结构自重，增加下部负担，通常在地基条件较好的中、小跨径圬工拱桥中采用板拱形 式。如图 12-2 a）所示。
1-主拱圈 2-拱顶 3-拱脚 4-拱轴线 5-拱腹 6-拱背 7-起拱线 11-拱上建筑 L0 - 净跨径 L -计算跨径 f0 - 净矢高 f -计算矢高 f/L - 矢跨比
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，适用无支架吊装、起吊重量小情
况，因此，只宜在中小跨径桥梁中采用。如图 12-8 所示。
图 12-8 双曲拱拱肋截面形式
第四节 其他类型拱桥的构造要点
一、桁架桥
1、上部主要构造：（见图 12-9） 桁架拱片—主要承重结构，由上、下弦杆、腹杆、拱顶实腹段组成； 横向联结系—拉杆、横系梁、横隔板、剪刀撑 桥面系—横向微弯板、纵向微弯板和预应力混凝土空心板
图 12-9 桁架拱桥的主要组成
2、桥型特点 （1）、拱与桁架组合，共同受力，整体性好，发挥全截面材料的作用； （2）、桁架部分的构件主要承受轴力； （3）、拱的水平推力使跨中弯距减少 （4）、节点为刚性连接，易开裂，影响整体刚度及耐久性； （5）整体自重轻，构件可预制，适合软土地基；
3、桁架拱片主要类型：斜腹杆桁架、拱竖腹杆桁架、拱桁架肋桁架拱
图 12-7 箱型拱闭和箱的构造
箱形拱构造尺寸：拱圈高度一般为跨径的 1/50~1/70；可采用经验公式：H=L0/100+∆(m) 其中∆=0.6~0.8；拱圈宽度满足跨度的 1/20；保证横向稳定；
四、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
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。如图 12-3 a）
两铰拱：一次超静定结构，介于三铰拱和无铰拱之间。如图 12-3 b） 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。如图 12-3 c）
二、拱桥的特点
1、拱桥主要优点： （1）跨越能力较大；（2）就地取材，节省大量的钢材和水泥；（3）耐久性好，养护维修
费用少；（4）外形美观；（5）构造简单。 2、拱桥主要缺点：
（1）自重较大，相应的水平推力也较大，增加了下部结构的工程量，对地基要求高； （2）拱桥采用支架施工，支架和其他辅助设备的费用大大增加，从而增加施工难度， 提高桥的造价。施工工序多，建桥周期长。 （3）拱桥水平推力较大，需要设置单向推力墩，增加了造价。 （4）上承式拱桥的建筑高度较高，使两岸接线的工程量增大或增大了桥面纵坡，增加 的造价又对行车不利。 随着钢管混凝土在拱桥上的应用，钢管混凝土拱桥克服了拱桥传统的缺点，当跨径在 200~600m 范围内，拱桥仍然是悬索桥和斜拉桥的有利竞争对手。
图 12-3 拱圈的静力图式 a)三铰拱 b) 两铰拱 c) 无铰拱
6、按桥面位置分：上承式拱桥，中承式拱桥，下承式拱桥。如图 12-4 所示：
图 12-4 拱桥基本图示
第三节 主拱圈的构造 一、板拱
板拱分为：石板拱、混凝土板拱、钢筋混凝土板拱 钢筋混凝土板拱的拱顶厚度采用跨径的 1/60~1/70；拱脚厚度可按下式：dj=dd/cosφj 其中 dd 表示拱顶厚度；cosφj 拱脚处拱轴线的倾角。
第三篇 圬工和钢筋混凝土拱桥
第十二章 拱桥的构造
一、拱桥的发展
第一节 拱桥的发展及受力特点
十八世纪
十九世纪
国外石拱、木拱来自铸铁拱钢筋混凝土拱桥
拱桥
国内
1964 年
70 年代
80 年代
石拱、木拱
双曲拱
桁架拱
1990 年
80 年代中
钢管拱新型组合体系拱
刚架拱桁式组合拱
钢筋混凝土拱桥
拱桥是我国公路上使用广泛且历史悠久的一种桥梁结构型式，它外形宏伟壮观，且经久 耐用。由力学知识知道，拱式结构在竖向荷载作用下，支撑处不仅产生竖向反力，而且还产 生水平推力。这样拱的弯距比相同跨径的梁的弯距小的多，而使整个拱主要承受压力。这样 就可以充分利用抗压性能较好的圬工材料来修建。
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产生附加力。
二、空腹式拱桥
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。 1、腹孔
布置腹孔应结合主拱的类型、构造、施工方法等综合考虑，如图 12-12 所示： （1）、腹孔分拱型腹孔及梁板式腹孔； （2）、腹孔一般等跨对称布置在主拱圈两侧，腹拱跨径选用 2.5~5.5m,矢跨比 1/2~1/6， 不宜大于主拱圈跨径的 1/8~1/15； （3）、采用梁板式腹孔，减轻重量； 2、腹孔墩：如图 12-13 所示 腹孔墩可采用立墙式及立柱式；