第二章拱桥的构造与设计

节点构 c、节点配筋要求
造要点
b、桁架拱横联接
桥面板构造
桁架片的连接
a、桁架纵向之间及墩台之间的 连接
2)刚架拱桥
上部结构由刚架拱片、横向联结系和桥面系组成。主要承重结构 刚架拱片一般由跨中实腹段的主梁、空腹段的次梁、主拱腿（斜 撑）、次拱腿构成。
二、拱上建筑的构造
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充物称为拱上建筑。
（二）抛物线拱
在竖向均布荷载作用下，拱的合理拱轴线是二次抛物线。对于 恒载集度比较接近均布的拱桥（如矢跨比较小的空腹式钢筋混 凝土拱桥，或钢筋混凝土桁架拱和刚架拱等轻型拱桥），往往 可以采用抛物线拱。其拱轴线方程为：
• 2.伸缩缝与变形缝 • 3.排水与防水层 • 4.拱桥中铰的设置
拱上立柱与主拱圈、盖梁 的连接
伸缩缝与变形缝
拱铰 1.按两铰拱或三铰拱设计的主拱圈
2.按构造要求需要采用两铰拱或三铰拱的腹拱圈
3.需设置铰的矮小腹孔墩,即将铰设在其与顶梁和底梁的 连接处
4.在施工过程中为消除或减小主拱圈的部分附加内力时需 设置临时的拱铰。
为保证安全，应进行压溃及局 部应力检算
拱桥细部构造
拱箱横隔板
作用：提高抗扭能力，保证箱壁的局 部稳定性 箱肋段端部、吊点、拱上 设置位置：空墩处
厚度：6cm~其8c余m 部为每隔3m~5m设一 道
4)双曲拱桥
双曲拱桥的构 造特点是施工 中将拱桥化整 为零，预制、 组合拼装与现 浇混凝土相结 合。主要构件 有拱肋、拱波、 横梁或拉条以 及拱上建筑的 各种部件。
2.钢筋混凝土板拱:构造简单,外表整齐,轻巧美观
•拱圈的厚度 对钢筋混凝土拱
•拱圈截面的变化规律 截面变化规律
拱顶厚度 hd (1/ 60 ~ 1/ 70)L 拱脚厚度 hj hd / cos j
其中 j 2tg1(2 f / L)
等截面（常用） 变截面（构造复杂）
拱截面正应力
N My
(2)分孔:结合结构体系和施工条件,选择单孔或多孔;多孔分
孔
时,考虑通航要求,经济分孔,地形地质条件等因
素.
(3)确定设计高程
桥面高程:纵断面设计控制,考虑排洪、航道等级等因素
拱顶底面高程:桥面高程-拱顶建筑高度
起拱线高程:由失跨比要求确定
基础底面高程:根据冲刷深度、地基承载力等因素确定
(4)矢跨比的确定 主拱矢跨比(f/l)是拱桥设计的主要参数之一。恒载的水平推 力与垂直反力之比(H/V) ，随着主拱矢跨比的减小而增大。 主拱矢跨比越小，产生的推力越大，在主拱内产生的轴向压力 也越大，对主拱的受力状况有利；因温度变化、材料收缩、墩 台位移等原因在主拱内产生的附加内力会增大，对主拱不利； 对于多孔拱桥，连拱作用会更显著，对主拱也不利。 主拱矢跨比过大时，拱脚区段过陡，给主拱的砌筑或浇筑带来 困难。当上承式拱桥的桥面标高和跨径确定后，主拱矢跨比将 影响桥下净空和拱脚标高。 主拱矢跨比必须根据地形、地质、水文、路线标高和桥梁结构 型式等各方面因素综合考虑决定。
小跨径等截面石板拱的拱圈厚度可按下式子估算:
h k 3 l0
h 拱圈厚度
l0 净跨径
系数，一般为4.5 ~ 6.0，随矢跨比的减小而增大
k 荷载系数，一般取1.2 (2)混凝土板拱 1.素混凝土板拱: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。整体现浇混凝土拱圈．拱内收缩 应力大．受力不利，同时，供架、模板木树用量大．下期长， 质量不易控制，故较少采用。预制砌筑就是将混凝土板拱划 分成若干块件，然后预制混凝土块件，最后将块件砌筑成拱。 预制砌块在砌筑前应有足够的养护期，以消除或减少混凝土 收缩的影响：
（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、拱式拱上建筑
2、梁式拱上建筑 •简支腹孔
•连续腹孔 •框架腹孔
三 其他细部构造
• 1.拱上填料、桥面及 人行道
分组成。 拱背填料一般用来支承桥面，有传递荷载和吸收冲击力 的作用，一般有填充式和砌筑式两种。 侧墙承受填料和车辆荷载所产生的侧向压力，一般用浆 砌块石或片石，为了美观可用料石镶面。实腹式拱桥一 般都用片、块石浆砌护拱，以加强拱脚段的主拱，同时 为了便于敷设防水层和排除渗入拱腔的积水，护拱一般 做成斜坡式。
拱铰的类型主要有：弧形铰、铅垫铰、平铰、不完全铰及 钢铰等：
•铅垫铰 •平铰
•不完全铰及钢铰
四 拱桥的设计
1.拱桥的总体布置:拟订结构体系及结构形式;拟订桥梁的长 度、跨径、孔数、拱的主要几何尺寸、桥梁的高度、墩台及 基础形式和埋置深度、桥上及桥头引道的纵坡等.
(1)确定桥梁长度:泄洪需要 与路堤连接需要
能，在 大中型拱桥中得到广泛应用
肋拱截面形式
矩形，肋高h＝(1/40~1/60)L，宽b=(0.5~2.0)h
工字形截面肋高h＝(1/25~1/35)L，宽b=(0.4~0.5)h
管形肋拱 箱形肋拱（后面介绍）
箱形肋拱拱肋尺寸根据受力需要确定，初拟时一般肋高取为跨 径的1／50—1/70，肋宽取为肋高的1.0—2.0倍；箱形肋之间 的横系梁除具有增强肋拱横向整体稳定性外，还可起到横向分 布荷载的作用，要求具有足够的强度和刚度，并与拱肋固结, 横系梁常用钢筋混凝土材料，
根据拱圈的受力特点(主要承压,其次是弯矩)和需要, 拱圈砌筑需满足下列构造要求.
1.错缝
横向砌缝必须错开且不小于10CM,竖向错缝以及各层 的横向砌缝必须错开且不小于10CM.
2.限制砌缝宽度
料石拱不大于2CM,块石拱不大于3CM,片石拱不大于4C M,采用小石子混凝土砌筑时,块石砌缝不大于5CM.
第二章 上承式拱桥
第一节 上承式拱桥的构造与设计
上承式拱桥
普通型上承式拱桥:主拱、拱上传力构件、桥面系
整体型上承式拱桥:主拱片和桥面系
一、主拱的构造与尺寸拟定
（一）普通型上承式拱桥
根据主拱圈截面形式可分为：板拱、板肋拱、肋拱、双曲 拱、箱形拱等。
1、板拱
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。
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。 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
实腹式拱上建筑由拱腔填料、侧墙、护拱和桥面系等部
2.不等跨连续拱桥的处理方法:为了便于施工和平衡 桥墩上所承受的推力，多孔拱桥最好选用等跨分孔 方案。但当受地形、地质、通航等条件的限制,或引 桥很长,考虑桥面纵坡协调一致时,或对桥梁的美观 有特殊要求时,可采用不等跨分孔
不等跨拱桥,相临孔恒载推力不等,使桥墩和基础增 加了恒载的不平衡推力.在采用柔性墩的多孔连续拱 桥中,需考虑由此引起的连拱作用,使计算和构造复 杂.为减小不平衡推力,改善桥墩、基础的受力状况, 节省材料和造价,可采用如下措施:
AI
其中 N自拱顶向拱脚逐渐增大，但M变化复杂与结构体系和截 面惯性矩I有关，下图为结构体系和截面惯性矩对弯矩的影响。
无铰拱通常可用惯性矩从拱顶向拱脚逐渐增大的变化（见下 图），计算公式可采用Ritter公式：
I
1
(1
Id
n)
cos
上式中：I为任意截面的惯性矩；
Id为拱顶截面的惯性矩；
为任意截面的拱轴线倾角；
求得：
n拱厚变化系数，可用拱脚处的边界条件=1
n Id
I j cos j
Ij和j分别为拱脚截面的惯性矩和倾角
• 钢筋混凝土板拱的构造
配筋
纵向受力钢筋：最小配筋率0.2%~0.4% 箍筋，应将上下缘主筋连系起来 分布钢筋：应设在主筋内侧
2、板肋拱 肋拱：拱圈截面由板和肋组成的拱桥。
2)、肋拱
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
（一）圆弧线
线形最简单，施工最方便。但圆弧拱轴线一般与恒载压 力线偏离较大，使拱圈各截面受力不够均匀。常用于15 ~20m以下的小跨径拱桥。圆弧线的拱轴方程为：
桥梁与道路结构
x 2 y12 2R y1 0
x R sin y1 R(1 c os )
R 1 ( 1 f / l) 2 4 f /l
2.整体型上承式拱桥
包括桁架拱桥和刚架拱桥 进一步减轻了结构自重,增强了桥梁结构的整体性,充分发挥 装配式桥梁工业化程度高,施工进度快等优点,扩大了拱桥的 使用范围. 1)桁架拱桥 又称拱形桁架桥,是一种有水平推力的桁架结构,桁架拱片、 横向联结系和桥面组成.桁架拱片由上、下弦杆、腹杆、和 实腹段组成
(3)结构构造
(1)桁架拱片 a、桁架拱片的节间间距一般小于跨度的1/8~1/12；
主要尺寸
b、桁架拱片实腹段长度一般为跨度的0.3~0.5倍；
c、下弦杆常采用等截面（一般为矩形），高为跨 度的1/80~1/100)
d、上弦杆截面形式与桥面构造有关；
e、腹杆一般采用矩形截面，高度为下弦杆高度的1
a、各杆件应在节点交于一点，以免产生附加 弯矩； b、相邻杆件外缘交角应以园弧或曲线过度；
(1)结构形式:斜(腹)杆式、竖(腹)杆式、桁肋式、组段弯矩减小,偏心受压, 具有拱的受力特点.同时它相当于把普通型上承式拱的传载 构件与拱肋连成整体,拱与拱上结构共同受力,各杆件主要 承受轴力,所以又具有桁架的受力特点.多采用两铰结构,附 加内力小,适用于软弱地基.