拱式桥桥构造与设计
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桥第梁8与页/道共3路8页结构
2、组合体系拱桥 组合体系拱桥：在拱式桥跨中，行车系与拱组合，共同受力。
同样，组合拱可以做成上承式、中承式和下承式。常用的有以下 几种形式： 无推力拱（使用较广泛）：拱的推力由系杆承受，墩台不受水平推力
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有推力拱：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
•主要缺点： 1）是有推力的结构，而且自重较大，因而水平推力也较大， 增加了下部结构的工程量，对地基 要求也高； 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。 •拱桥的缺点正在逐步得到改善和克服：200~600m 范围内，拱桥仍然是悬索桥和斜拉桥的竞争对手
桥第梁4与页/道共3路8页结构
7.1.3、拱桥的组成 根据Байду номын сангаас车道的位置，拱桥可以分成：上承式、下承
式和中承式三种类型如下图所示：
拱桥的基本图示
一般上承式拱桥，桥跨结构是由主拱圈、拱上建筑 等组成。
第5页/共38页
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
承式，下承式，均为有推力拱。 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。 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 拱桥按受力图式的分类 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。 两铰拱：一次超静定结构，介于三铰拱和无铰拱之间。
第20页/共38页
第21页/共38页
7.3.3、箱形拱
箱形板拱：主拱圈由多室箱构成的拱，箱形拱通常采用预制拼装
施工。
主要特点 截面组成方式
截面挖空率大 中性轴居中 抗弯和抗扭刚度大，整体性好
为任意截面的拱轴线倾角；
n拱厚变化系数，可用拱脚处的边界条件=1求得：
第17页/共38页
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
第18页/共38页
2、板肋拱
肋拱：拱圈截面由板和肋组成的拱桥。
第19页/共38页
7.3.2、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）
拱式桥
上承式拱桥的基本组成
桥第梁6与页/道共3路8页结构
L0 - 净跨径 L -计算跨径 f0 - 净矢高 f -计算矢高 f/L - 矢跨比
拱式桥
7.1.4、拱桥的主要类型及其特点
建桥材料
圬工拱桥，钢筋混凝土拱桥，钢拱桥
结构体系分
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
拱
主拱圈截面形式形式 板拱桥，肋拱桥，双曲拱桥，箱形拱桥
桥
拱轴线型式
圆弧拱桥，抛物线拱桥，悬链线桥
桥面位置
上承式拱桥，中承式拱桥，下承式拱桥
拱上建筑形式
实腹式拱桥，空腹式拱桥
桥第梁7与页/道共3路8页结构
拱式桥
7.2 拱桥的结构体系与总体布置
7.2.1、拱式桥梁的结构体系 简单体系拱桥：可以做成上承式，中
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。
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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；
第13页/共38页
第14页/共38页
•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）
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拱截面正应力 N My
第11页/共38页
第12页/共38页
7.3 主拱圈的构造与尺寸拟定
根据主拱圈截面形式可分为：板拱，肋拱，双曲拱，箱形拱等。
7.3.1、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。 这部分主要介绍钢筋混凝 土板拱
•板拱的宽度
图2 1997建成的四川万县长江大桥
（L=420m)
。
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图3 360m 广州丫髻沙特大桥
图 4 1932澳大利亚503m悉尼钢拱桥
7.1.1 拱桥的受力特点
•承重结构：主拱
•支承处不仅产生竖 向反力，还产生水 平推力，从而使拱 主要受压
拱桥的基本图示
第3页/共38页
拱式桥
7.1.2、拱桥的基本特点： •主要优点 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。
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年的赵州桥（如图1所示，跨径L=37m）
图1 赵州桥
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当代拱桥：结构型式与施工方法的丰富多彩如，97年 建成的重 庆万县长江大桥（图2所示，L=420m）， 广州丫髻 沙特大桥（图3，L＝360m）， 1932建成的澳大利亚 悉尼钢拱桥（图4，L＝ 503m ）及正在建设的鲁浦大 桥（L=550m）。
推力任由墩台承受。
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7.2.2、总体布置
总
确定桥梁长度及分孔
桥面标高，拱顶底面标高，起拱 线标高，基础底面标高
体
布
确定桥梁的设计标高和矢跨比 混凝土拱桥矢跨比1/4～1/8
置
箱型拱桥矢跨比1/6～1/10
正确处理不等分孔问题
采用不同的矢跨比 采用不同的拱脚标高 调整拱上建筑的重力 采用不同的拱跨结构
2、组合体系拱桥 组合体系拱桥：在拱式桥跨中，行车系与拱组合，共同受力。
同样，组合拱可以做成上承式、中承式和下承式。常用的有以下 几种形式： 无推力拱（使用较广泛）：拱的推力由系杆承受，墩台不受水平推力
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有推力拱：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
•主要缺点： 1）是有推力的结构，而且自重较大，因而水平推力也较大， 增加了下部结构的工程量，对地基 要求也高； 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。 •拱桥的缺点正在逐步得到改善和克服：200~600m 范围内，拱桥仍然是悬索桥和斜拉桥的竞争对手
桥第梁4与页/道共3路8页结构
7.1.3、拱桥的组成 根据Байду номын сангаас车道的位置，拱桥可以分成：上承式、下承
式和中承式三种类型如下图所示：
拱桥的基本图示
一般上承式拱桥，桥跨结构是由主拱圈、拱上建筑 等组成。
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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
承式，下承式，均为有推力拱。 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。 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 拱桥按受力图式的分类 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。 两铰拱：一次超静定结构，介于三铰拱和无铰拱之间。
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7.3.3、箱形拱
箱形板拱：主拱圈由多室箱构成的拱，箱形拱通常采用预制拼装
施工。
主要特点 截面组成方式
截面挖空率大 中性轴居中 抗弯和抗扭刚度大，整体性好
为任意截面的拱轴线倾角；
n拱厚变化系数，可用拱脚处的边界条件=1求得：
第17页/共38页
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
第18页/共38页
2、板肋拱
肋拱：拱圈截面由板和肋组成的拱桥。
第19页/共38页
7.3.2、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）
拱式桥
上承式拱桥的基本组成
桥第梁6与页/道共3路8页结构
L0 - 净跨径 L -计算跨径 f0 - 净矢高 f -计算矢高 f/L - 矢跨比
拱式桥
7.1.4、拱桥的主要类型及其特点
建桥材料
圬工拱桥，钢筋混凝土拱桥，钢拱桥
结构体系分
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
拱
主拱圈截面形式形式 板拱桥，肋拱桥，双曲拱桥，箱形拱桥
桥
拱轴线型式
圆弧拱桥，抛物线拱桥，悬链线桥
桥面位置
上承式拱桥，中承式拱桥，下承式拱桥
拱上建筑形式
实腹式拱桥，空腹式拱桥
桥第梁7与页/道共3路8页结构
拱式桥
7.2 拱桥的结构体系与总体布置
7.2.1、拱式桥梁的结构体系 简单体系拱桥：可以做成上承式，中
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。
第16页/共38页
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；
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•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）
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拱截面正应力 N My
第11页/共38页
第12页/共38页
7.3 主拱圈的构造与尺寸拟定
根据主拱圈截面形式可分为：板拱，肋拱，双曲拱，箱形拱等。
7.3.1、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。 这部分主要介绍钢筋混凝 土板拱
•板拱的宽度
图2 1997建成的四川万县长江大桥
（L=420m)
。
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图3 360m 广州丫髻沙特大桥
图 4 1932澳大利亚503m悉尼钢拱桥
7.1.1 拱桥的受力特点
•承重结构：主拱
•支承处不仅产生竖 向反力，还产生水 平推力，从而使拱 主要受压
拱桥的基本图示
第3页/共38页
拱式桥
7.1.2、拱桥的基本特点： •主要优点 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。
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年的赵州桥（如图1所示，跨径L=37m）
图1 赵州桥
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当代拱桥：结构型式与施工方法的丰富多彩如，97年 建成的重 庆万县长江大桥（图2所示，L=420m）， 广州丫髻 沙特大桥（图3，L＝360m）， 1932建成的澳大利亚 悉尼钢拱桥（图4，L＝ 503m ）及正在建设的鲁浦大 桥（L=550m）。
推力任由墩台承受。
第10页/共38页
7.2.2、总体布置
总
确定桥梁长度及分孔
桥面标高，拱顶底面标高，起拱 线标高，基础底面标高
体
布
确定桥梁的设计标高和矢跨比 混凝土拱桥矢跨比1/4～1/8
置
箱型拱桥矢跨比1/6～1/10
正确处理不等分孔问题
采用不同的矢跨比 采用不同的拱脚标高 调整拱上建筑的重力 采用不同的拱跨结构