第三章拱桥上部结构拱桥受力特点组成与分类各类常见拱桥构造特点
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§3.1 概述
3.1.1 拱桥的起源
3.1.2 拱桥的基本特点 3.1.3 拱桥的组成
第三章 拱桥上部结构-1
1
3.1.1 拱桥的起源
世界上对拱结构的起源众说不一
自然界溶洞天然拱 崩落的堆石拱 砌墙开洞，逐渐由“假拱”演变而成 中国：墓葬结构及仅存实物，拱由梁与 侧柱演变为三、五、七等折边拱，演变 为圆拱。
虹桥
3.1.2 拱桥的基本特点
拱桥与梁桥的区别：外形不同、受力性 能有差别。
圬工拱桥的优点 跨越能力大 能就地取材
第三章 拱桥上部结构-1
10
能耐久，养护、维修费用少
外型美观
构造较简单
圬工拱桥的缺点
自重大，水平推力大，对地基要求高
有支架施工时，施工耗时
第三章 拱桥上部结构-1 11
计算跨径： computed span 计算矢高：calculate rise of arch 矢跨比：矢高与跨径之比，设计时一般取净矢 高 f0 与净跨径 l0 之比为矢跨比（或称净矢跨比） 坦拱：f0/L0（矢跨比）<1/5 陡拱：f0/L0 （矢跨比）≥1/5
第三章 拱桥上部结构-1
中国的木拱桥肇始自宋。
宋代张．择端的《清明上河图》，在画面高峰 处有北来都城汴京（现河南开封）跨汴水的一 座木拱桥，名为虹桥。 为了漕运，水中无桥墩，桥采用了 “贯木’架 桥，即大木穿插叠架为木拱。 虹桥桥跨约18．5m，拱矢约4．2m，桥面总宽 9 ． 6m 。桥毁于金元之际，几百年来一直认为 是绝唱。 8 第三章 拱桥上部结构-1
三铰拱在竖直荷载作用下的水平反力引 起拱内力中出现了轴力，同时降低了弯 矩与剪力。
第三章 拱桥上部结构-1
21
§3.2
拱桥的分类
3.2.1 按主拱圈的建筑材料分类
圬工拱桥
钢筋混凝土拱桥
钢拱桥
钢管混凝土拱桥
第三章 拱桥上部结构-1
22
3.2.2 按行车道位置分类
上承式 车道（桥面系）在拱肋之上的称为上承 式 上承式主要用于峡谷和桥面标高较高的 桥梁 传统的石拱桥因主拱圈为板式结构，只 能采用上承式
安济桥（赵州桥）
中国石拱因南北河道性质及陆上运输工
具不同，构wk.baidu.com不同。
北方大多为平桥（或平坡桥），实腹厚
墩厚拱。
南方水网地区则为驼峰式薄墩薄拱。
第三章 拱桥上部结构-1
5
南方江浙一带水网地区，以舟行为主。
潮汐河流，软土地基，即使石拱桥亦尽
量减轻重量建造为薄墩薄拱。
桥孔自单孔多到85孔（江苏吴江垂虹桥，
P(l a ) o YA YA l a o YB P YB l o l l M l YA P ( a) 2 2 2 XA XB f f
第三章 拱桥上部结构-1 19
令 H X A X B ，则内力为：
第三章 拱桥上部结构-1 14
拱轴线：arch axis 起拱线：arch springing impost 跨径：桥梁上部结构的重要技术指标 标准跨径：一般指净跨径 净跨径：clear span 矢高：重要的技术指标之一 净矢高：clear rise of arch
第三章 拱桥上部结构-1 15
第三章 拱桥上部结构-1 23
车行道
立柱 桥台(墩)
主拱
主拱 吊杆 桥台(墩)
车行道 主拱 吊杆 立柱
车行道
桥台(墩)
上 承 、 下 承 及 中 承 式 拱 桥
上承式拱桥构造较为简单
上部结构由主拱圈、拱上建筑组成
拱上建筑：实腹式或空腹式
实腹拱桥：构造简单、自重大，适用于 中、小跨度； 空腹拱桥：结构合理、自重较小、利于 泄洪，是大、中跨拱桥常用的形式
第三章 拱桥上部结构-1 2
跨度由小变大，由二三米而到达净跨 37.02m，并保持了千余年的世界记录。 中国现存最早，并保存良好的是隋代赵 州安济桥（赵州桥）。桥为敞肩圆弧石 拱，拱圈并列28道，净跨37.02m，矢高 7.23m，上狭下宽总宽9m。主拱圈等厚 1.03m，主拱圈上有护拱石。
第三章 拱桥上部结构-1 3
o N x Q sin x H cos x o Qx Q cos x H sin x Mx M H y
o x
第三章 拱桥上部结构-1
20
三铰拱的竖向反力与简支梁相同，但在 竖直荷载作用下，三铰拱会产生水平反 力，而简支梁中没有水平反力的存在。
拱背
起拱面
拱圈 厚度
拱石
拱座(五角石) 拱腹
拱脚 净矢径 计算跨径
拱桥（Arch Bridge） 的组成
桥跨结构（上部结构） superstructure 主拱圈 main arch 拱上结构 spandral structure 下部结构 substructure 墩 pier 台 abutment 基础 foundation
连拱拱桥设置构造复杂的单向推力墩， 增加了造价 上承式拱桥对标高要求高，城市少用 拱桥发展 石拱桥 钢拱桥 钢筋混凝土拱桥 钢管混凝土拱桥
第三章 拱桥上部结构-1 12
3.1.3 拱桥的组成
石拱桥的主要组成与名称
行车道（桥面） 拱上建筑 拱轴线 拱顶
主拱圈
计算矢高 净矢高
第三章 拱桥上部结构-1 25
下承式
下承式拱桥的桥跨结构由拱肋、悬吊结
16
拱的计算跨径与计算矢高
l l0 d sin j d f f 0 (1 cos j ) 2
第三章 拱桥上部结构-1
17
三 铰 拱 内 力 计 算 简 图
三铰拱与等跨简支梁内力比较
三铰拱的反力（内力和反力上标加o的为 简支梁，不加o的为三铰拱）
已塌，尚存残孔8孔）。
第三章 拱桥上部结构-1
6
薄拱的拱厚最小者仅及拱跨的 1／66.7， 而一般拱厚则为 1 ／ 20 左右。现存枫桥 （清代建）也是薄拱。
薄墩之薄，相邻两拱圈拱石相接，特别 是三孔连拱薄墩桥，中孔大、边孔小， 两岸以踏步上桥。桥成驼峰形，造型美 观。
第三章 拱桥上部结构-1 7
3.1.1 拱桥的起源
3.1.2 拱桥的基本特点 3.1.3 拱桥的组成
第三章 拱桥上部结构-1
1
3.1.1 拱桥的起源
世界上对拱结构的起源众说不一
自然界溶洞天然拱 崩落的堆石拱 砌墙开洞，逐渐由“假拱”演变而成 中国：墓葬结构及仅存实物，拱由梁与 侧柱演变为三、五、七等折边拱，演变 为圆拱。
虹桥
3.1.2 拱桥的基本特点
拱桥与梁桥的区别：外形不同、受力性 能有差别。
圬工拱桥的优点 跨越能力大 能就地取材
第三章 拱桥上部结构-1
10
能耐久，养护、维修费用少
外型美观
构造较简单
圬工拱桥的缺点
自重大，水平推力大，对地基要求高
有支架施工时，施工耗时
第三章 拱桥上部结构-1 11
计算跨径： computed span 计算矢高：calculate rise of arch 矢跨比：矢高与跨径之比，设计时一般取净矢 高 f0 与净跨径 l0 之比为矢跨比（或称净矢跨比） 坦拱：f0/L0（矢跨比）<1/5 陡拱：f0/L0 （矢跨比）≥1/5
第三章 拱桥上部结构-1
中国的木拱桥肇始自宋。
宋代张．择端的《清明上河图》，在画面高峰 处有北来都城汴京（现河南开封）跨汴水的一 座木拱桥，名为虹桥。 为了漕运，水中无桥墩，桥采用了 “贯木’架 桥，即大木穿插叠架为木拱。 虹桥桥跨约18．5m，拱矢约4．2m，桥面总宽 9 ． 6m 。桥毁于金元之际，几百年来一直认为 是绝唱。 8 第三章 拱桥上部结构-1
三铰拱在竖直荷载作用下的水平反力引 起拱内力中出现了轴力，同时降低了弯 矩与剪力。
第三章 拱桥上部结构-1
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§3.2
拱桥的分类
3.2.1 按主拱圈的建筑材料分类
圬工拱桥
钢筋混凝土拱桥
钢拱桥
钢管混凝土拱桥
第三章 拱桥上部结构-1
22
3.2.2 按行车道位置分类
上承式 车道（桥面系）在拱肋之上的称为上承 式 上承式主要用于峡谷和桥面标高较高的 桥梁 传统的石拱桥因主拱圈为板式结构，只 能采用上承式
安济桥（赵州桥）
中国石拱因南北河道性质及陆上运输工
具不同，构wk.baidu.com不同。
北方大多为平桥（或平坡桥），实腹厚
墩厚拱。
南方水网地区则为驼峰式薄墩薄拱。
第三章 拱桥上部结构-1
5
南方江浙一带水网地区，以舟行为主。
潮汐河流，软土地基，即使石拱桥亦尽
量减轻重量建造为薄墩薄拱。
桥孔自单孔多到85孔（江苏吴江垂虹桥，
P(l a ) o YA YA l a o YB P YB l o l l M l YA P ( a) 2 2 2 XA XB f f
第三章 拱桥上部结构-1 19
令 H X A X B ，则内力为：
第三章 拱桥上部结构-1 14
拱轴线：arch axis 起拱线：arch springing impost 跨径：桥梁上部结构的重要技术指标 标准跨径：一般指净跨径 净跨径：clear span 矢高：重要的技术指标之一 净矢高：clear rise of arch
第三章 拱桥上部结构-1 15
第三章 拱桥上部结构-1 23
车行道
立柱 桥台(墩)
主拱
主拱 吊杆 桥台(墩)
车行道 主拱 吊杆 立柱
车行道
桥台(墩)
上 承 、 下 承 及 中 承 式 拱 桥
上承式拱桥构造较为简单
上部结构由主拱圈、拱上建筑组成
拱上建筑：实腹式或空腹式
实腹拱桥：构造简单、自重大，适用于 中、小跨度； 空腹拱桥：结构合理、自重较小、利于 泄洪，是大、中跨拱桥常用的形式
第三章 拱桥上部结构-1 2
跨度由小变大，由二三米而到达净跨 37.02m，并保持了千余年的世界记录。 中国现存最早，并保存良好的是隋代赵 州安济桥（赵州桥）。桥为敞肩圆弧石 拱，拱圈并列28道，净跨37.02m，矢高 7.23m，上狭下宽总宽9m。主拱圈等厚 1.03m，主拱圈上有护拱石。
第三章 拱桥上部结构-1 3
o N x Q sin x H cos x o Qx Q cos x H sin x Mx M H y
o x
第三章 拱桥上部结构-1
20
三铰拱的竖向反力与简支梁相同，但在 竖直荷载作用下，三铰拱会产生水平反 力，而简支梁中没有水平反力的存在。
拱背
起拱面
拱圈 厚度
拱石
拱座(五角石) 拱腹
拱脚 净矢径 计算跨径
拱桥（Arch Bridge） 的组成
桥跨结构（上部结构） superstructure 主拱圈 main arch 拱上结构 spandral structure 下部结构 substructure 墩 pier 台 abutment 基础 foundation
连拱拱桥设置构造复杂的单向推力墩， 增加了造价 上承式拱桥对标高要求高，城市少用 拱桥发展 石拱桥 钢拱桥 钢筋混凝土拱桥 钢管混凝土拱桥
第三章 拱桥上部结构-1 12
3.1.3 拱桥的组成
石拱桥的主要组成与名称
行车道（桥面） 拱上建筑 拱轴线 拱顶
主拱圈
计算矢高 净矢高
第三章 拱桥上部结构-1 25
下承式
下承式拱桥的桥跨结构由拱肋、悬吊结
16
拱的计算跨径与计算矢高
l l0 d sin j d f f 0 (1 cos j ) 2
第三章 拱桥上部结构-1
17
三 铰 拱 内 力 计 算 简 图
三铰拱与等跨简支梁内力比较
三铰拱的反力（内力和反力上标加o的为 简支梁，不加o的为三铰拱）
已塌，尚存残孔8孔）。
第三章 拱桥上部结构-1
6
薄拱的拱厚最小者仅及拱跨的 1／66.7， 而一般拱厚则为 1 ／ 20 左右。现存枫桥 （清代建）也是薄拱。
薄墩之薄，相邻两拱圈拱石相接，特别 是三孔连拱薄墩桥，中孔大、边孔小， 两岸以踏步上桥。桥成驼峰形，造型美 观。
第三章 拱桥上部结构-1 7