第三篇 拱 桥13-17章

15.3整体上承式拱桥的构造 15.3.1桁架拱桥
15.3.1.1桁架拱的组成与结构型式 由钢筋混凝土或预应力混凝土桁架拱片、横向联系和桥面 系组成。
竖杆式
桁肋式 斜杆式桁架拱桥
15.3.1.2桁架拱的构造 （1）桁架拱片 （2）横向联系 （3）桥面系 （4）节点构造
（5）桁架拱片与墩（台）的连接
拱圈与墩台以及拱圈与空腹式拱上建筑的腹孔墩连接 处，应采用特制的五角石
3）混凝土板拱的构造
4）钢筋混凝土板拱的构造
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）
15.1.1.2肋拱
纵梁 拱肋
立柱
横系梁
1）材料： 混凝土、钢筋混凝土或钢管混凝土 ，也可选用石材 2）拱肋数目和间距 主要根据跨径、宽度、肋型、材料性能、荷载等 级、施工条件、拱上结构与经济性等综合选定。
宽度：可采用窄拱圈形式，取桥宽的0.6~1.0倍，悬 挑可达4.0m，为保横向稳定，一般≥跨径的1/20。 细部尺寸：顶、底板及腹板厚度
15.1.2拱上建筑的构造 15.1.2.1实腹式拱上建筑
由拱腹填料、侧墙、护拱、变形缝、防水层、泄水管以及桥 面系等组成
拱腹填料的做法：
（1）填充式： 拱腹填料：砾石、碎石、粗砂或卵类粘土，亦可用轻 质材料 侧墙：设于两侧，围护填料，按挡土墙设计，采用浆 砌块、片石，也可采用钢筋混凝土护壁式侧墙。 （2）砌筑式 拱腹填料：干砌圬工或浇筑贫混凝土 侧墙：用贫混凝土浇筑时，可不设侧墙而用砂浆饰面 或设镶面
d y1 l1 g d = 2 dξ Hg
l12 g d ( m − 1) 令： k 2 = Hg f
得拱轴方程为：
2
2
⎡ y1 ⎤ ⎢1 + (m − 1) f ⎥ （5） ⎣ ⎦
f (ch ξk − 1) y1 = m −1
−1
(6)
（1）当ξ=1，y1= f，代入（6），得chk = m，从而
k = ch m = ln m + m − 1
2
(
)
(7 )
（2）拱轴线形特征可用1/4点纵坐标的大小表示：
f ⎛ k ⎞ y1 = ⎜ ch − 1⎟ m − 1⎝ 2 ⎠ 4
k chk + 1 m +1 ch = = 2 2 2
1）上部结构：主拱圈、拱上建筑 2）下部结构
13.1.2 拱桥的分类
按主拱圈所使用的的建筑材料分： 按拱上建筑的型式分： 按主拱圈(或拱轴线)线形： 按桥面位置： 按有无水平推力： 按结构受力图式： 按主拱圈截面形式：
13.2.2.1按照结构体系分类 （1）简单体系拱桥：不考虑行车系结构参与主拱一起受
14.4.1采用不同的矢跨比 14.4.2采用不同的拱脚标高 14.4.3调整拱上建筑的恒载重量 14.4.4采用不同类型的拱跨结构
第15章 拱桥的构造
15.1普通上承式拱桥的构造 15.1.1主拱圈（肋）的构造
根据主拱(圈)截面型式不同主要分为板拱、肋拱、箱形 拱、双曲拱等
15.1.1.1板拱
根据拱轴线型，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它拱轴型式的拱。按照静力图式， 除多数采用无铰拱外，也可做成双铰拱、三铰拱等。按 照主拱所用的建筑材料，又可分为石板拱、混凝土板拱、 钢筋混凝土板拱等。
15.2.1拱肋
1）材料：钢筋混凝土、钢管混凝土、劲性骨架混凝 土或钢材。 2）拱肋空间布置：
横撑
横撑
ຫໍສະໝຸດ Baidu
K撑
K撑
3）拱轴线形：一般采用二次抛物线或悬链线 4）截面变化：等截面或变截面
15.2.2横向联系
为了确保拱肋的横向稳定，一般应在两片分离的拱肋之 间设置横向联系。
15.2.3悬挂结构
（1）吊杆 分为刚性吊杆和柔性吊杆，间距一般为4m～10m，通 常等间距布置。 （2）横梁 中承式拱桥的桥面横梁可分为固定横梁、普通横梁及 刚架横梁三类。 （3）纵梁 纵梁多采用T形或∏形小梁，形成简支梁结构或连续梁 结构， （4）行车道系 行车道系由纵、横梁和桥面板组成。
14.2拱轴线型的选择 14.2.1选择拱轴线的原则和依据
1、选择拱轴线的原则？ 2、什么是理想的拱轴线？为什么不可能获得？ 3、公路上，一般以什么作为设计拱轴线？为什么？ 4、设计拱轴线应满足哪几方面的要求？
14.2.2几种常用的拱轴线形
（1）圆弧线 特点：线形简单，施工方便；但与恒载压力线偏离较 大，各截面受力不均 适用：常用于15～20m以下的小跨径拱桥或较大跨径的 钢筋混凝土拱桥
沿拱轴线：（1）等截面 （2）变截面
目前在无铰拱桥设计中，对于跨径小于50m的石板拱桥，跨径小 于100m的双曲拱、箱形拱或钢筋混凝土肋拱桥，均可采用等截 面型式。只有在更大跨径或很陡的圬工拱桥中，为了节省圬 工，减轻拱圈自重，可考虑采用拱圈截面由拱顶向拱脚增大的 变截面型式。
14.4不等跨连续拱桥的处理
15.1.1.3双曲拱
主拱圈的组成： 拱肋、拱波、拱板、横向联系
主拱圈截面形式： 据桥梁跨度、宽度、设计荷载大小、 材料类型和施工工艺等情况可采用多肋多波形式或单波 的形式。
1、拱肋：主拱圈的重要组成部分，施工中作为砌筑 拱波和浇筑拱板的支架 2、拱波:一般采用混凝土预制成圆弧形，主拱圈的组 成部分，拱板混凝土浇筑时的模板 3、拱板：采用就地浇筑混凝土施工，起到加强拱圈 整体性，使之“集零为整”的作用。 4、横向联系构件：使拱肋变形在横桥向均匀，避免 拱波顶纵裂，保证横向稳定
第3篇 拱 桥
13. 概述 14. 拱桥的总体规划与布置 15. 拱桥的构造 16. 拱桥的计算 17. 拱桥施工技术
13. 概 述
13.1拱桥的基本特点
1）受力特点： 支座处存在水平推力 偏心受压 应力较均匀 2）拱桥的优缺点： 拱内产生轴向压力 弯矩减少
13.2拱桥的组成和分类 13.2.1拱桥的主要组成
力 三铰拱 两铰拱 无铰拱 单铰拱桥
（2）组合体系拱桥：梁和拱组合起来，共同承受桥面
荷载和水平推力 1）无推力组合拱桥（静定结构）
2）有推力组合拱桥
（3）拱片拱
仅用于上承式拱桥
13.2.2.2按照拱圈截面形式分类
（1）板拱桥
（2）肋拱桥
（3）双曲拱桥
（4）箱形拱桥
第14章 拱桥的总体规划与布置
第16章 拱桥的计算
16.1悬链线拱轴方程及其几何性质 16.1.1拱轴方程的建立
采用恒载压力线（不计弹性压缩）作为拱轴线 M d = 0 Qd = 0 H g 对任意截面取矩： y1 =
Mx Hg
(1)
d 2 y1 1 d 2M x gx 对两边取两次导数： = ⋅ = 2 2 dx H g dx Hg
15.3.2刚架拱桥
属于有推力的高次超静定结构，广泛用于25~70m跨径的 桥梁建造中。 刚架拱桥的上部由刚架拱片、横向联系和桥面系等部分 组成。
刚架拱桥总体布置
思考题
1. 按照静力图式拱桥分为哪几种类型？ 2. 主拱圈的截面形式有哪几种？ 3. 在拱桥设计中，控制标高主要有哪四个？如何确定？ 4. 上承式拱桥的拱上建筑主要有哪几种构造方式？ 5. 拱桥中设置铰的情况有哪些？常用铰的形式有哪些？ 6. 石拱桥拱圈与墩、台以及腹孔墩相连接处为什么要设 置五角石？ 7. 实腹式拱上建筑的拱背填料做法有哪两种方式？ 8. 上承式拱桥一般在哪些部位设置伸缩缝或变形缝？两 者有何异同？
14.1拱桥的设计标高和矢跨比 14.1.1设计标高的确定
拱桥的标高主要有四个：桥面标高、拱顶底面标高、 起拱线标高和基础底面标高
14.1.2确定拱桥的矢跨比
影响主拱圈内力、构造形式、施工方法及美观
上承式的砖、石、混凝土拱桥和双曲拱桥，矢跨比一般为 l/4～1/8，不宜小于1/8。箱形圬工板拱和钢筋混凝土拱桥的 矢跨比，宜采用1/5～l/8。钢筋混凝土桁架拱、刚架拱桥的 矢跨比一般为1/6~1/10，或者更小一些，但不宜小于1/12。
（3）常用的铰的型式： 1）弧形铰 由两个不同半径的弧形表面块件合成，一个为凹面，另 一个为凸面，两半径之比在1.2~1.5之间，铰的宽度等于 构件宽度，沿拱轴线的长度取为拱厚的1.15~1.20倍
（2）铅垫铰 适用：中小跨径的板拱或肋拱，临时铰
（3）平铰 适用：空腹式拱上建筑的腹拱圈
（4）不完全铰 适用：小跨径或轻型的拱圈（主要是腹拱圈）、（立）柱铰
任一x截面上的恒载集度为：
g x = g d + γy1
g j = g d + γf
gj m= ===> g j = mg d gd
代入（2）
(2)
}
mg d − g d ==> γ = f
(3)
⎡ mg d − g d y1 ⎤ g x = gd + y1 = g d ⎢1 + (m − 1) ⎥ （4） f f ⎦ ⎣
15.1.3.3拱铰 拱桥中需要设置铰的情况有四种： （1）按两铰拱或三铰拱设计的主拱圈； （2）空腹式拱上建筑中，按构造要求需要采用两铰拱 或三铰拱的腹拱圈； （3）高度较小的腹孔墩上、下端与顶梁、底梁连接处 需设置铰的； （4）在施工过程中，为消除或减小拱圈部分附加内 力，以及对拱圈内力做适当调整时，需在拱顶或拱脚设 置临时铰
15.1.2.2空腹式拱上建筑
组成：除与实腹式相同者外，还有腹孔和腹孔墩 腹孔型式：拱式腹孔和梁式腹孔
腹孔墩
腹孔
腹孔 腹孔墩
（1）拱式拱上建筑 特点：构造简单，外形美观，重量较大，多用于圬工拱桥
腹拱圈一般采用石砌、混凝土预制或现浇的圆弧形板拱， 矢跨比常用1/2~1/5。
腹孔与墩台的连接： a、将腹拱的拱脚直接支承在墩（台）上； b、跨越墩顶，使两侧腹拱圈相连
15.1.3.2伸缩缝与变形缝 使实际的受力情况符合计算图式，避免拱上建筑不规则 开裂
伸缩缝和变形缝的区别
伸缩缝：宽度2cm～3cm，缝内填入用锯末沥青按1： 1的质量比制成预制板，也可用沥青砂等其他材料填 缝； 变形缝：不留缝宽，可干砌、用油毛毡隔开或用低标 号砂浆砌筑。
伸缩缝和变形缝的设置 通常在相对变形（位移或转角）较大的位置设置伸 缩缝，在相对变形较小处设置变形缝。
15.1.1.4箱形梁
箱形拱包括箱形板拱和箱形肋拱
（1）箱形拱截面组成方式 可为单室箱或多室箱，每一闭合箱又由箱壁、顶板、底 板及横隔板组成
（2）箱形拱截面尺寸拟定 高度h：取决于拱跨及混凝土强度（目前常用 C30~C40），初拟可取h≈（1/55~1/75）l，或由经验公 式得
l0 +∆ h= 100
（1）拱圈截面尺寸拟定 ①主拱圈宽度的确定 实腹式板拱桥及拱式腹拱的空腹式板拱桥：拱圈宽度决定 于桥面宽度。
②主拱圈厚度的拟定 板拱桥的拱圈厚度可以是等厚度的，也可以是变厚 度的。拱圈厚度应根据跨径大小、荷载等级、主拱 圈材料规格等条件决定。
（2）石板拱的拱圈构造 材料要求 拱石编号
施工要求：错缝、砌缝宽度、设五角石
（5）钢铰 适用：有铰钢拱桥，多数用于临时铰
15.1.3.4 防排水设施 桥梁设置纵坡和桥面设置横坡外，沿桥面两侧缘石边缘 设置泄水管，渗入到拱腹内的雨水，应由防水层汇集于 预埋在拱腹内的泄水管排出。
15.2中、下承式钢筋混凝土拱桥构造简介
中、下承式拱桥的桥跨结构一般由拱肋、横向联系和悬 挂结构（包括吊杆和桥面系等）三部分组成。
（2）悬链线 特点： 用于实腹式拱桥，不计弹性压缩，与恒载压力线重 合； 用于空腹式拱桥，与恒载压力线有偏离，但有利。 适用：大、中跨径普遍采用
（3）抛物线 二次抛物线 适用：钢筋混凝土桁架拱和刚架拱等轻型拱桥，矢跨比 较小的空腹式钢筋混凝土拱桥 高次抛物线 适用：大跨径拱桥
14.3拱圈截面的变化规律
腹孔墩由底梁、墩身（或立柱）和墩帽（或盖梁）组成。
（2）梁式腹孔 特点：减轻拱上重量，降低拱轴系数，改善拱圈在施工 过程中的受力状况，获得更好的经济效果。
腹孔结构形式
简支
连续
连续刚架
《桥规》明确指出：为适应拱圈变形，空腹式拱上建筑的 板或梁宜采用简支结构。
15.1.3其他细部构造
15.1.3.1拱上填料和桥面铺装 无论是实腹拱，还是拱式空腹拱，在进行桥面铺装之 前，都需要在拱顶截面上缘以上作适当的拱腹填充处 理，以使拱圈与桥头或相邻两拱圈之间与拱顶截面上缘 齐平。另外，拱顶还需设置一层填料（拱顶填料）。然 后，再做铺设桥面铺装。 （1）填料的作用 扩大车辆荷载作用面积；减小车辆荷载冲击作用 （2）厚度：不宜小于0.3m，大于0.5m时不计冲击