拱桥(1)

桥梁结构分析－拱桥
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粗料石砌筑拱时，拱石需要随拱轴线和截面形 式不同而分别进行编号，以便于拱石的加工。
等截面圆弧线拱圈，截面相等，单心圆弧线， 拱石规格较少，编号较简单
变截面拱圈，由于截面发生变化，使拱石类型 较多，编号较复杂，给施工带来很大的麻烦
石板拱的主拱圈以等截面为主
桥梁结构分析－拱桥
之间的水平距离。 净跨径：每孔拱两个拱脚截面最低点
之间的水平距离。 净矢高：拱顶截面下缘至相邻两拱脚
截面形心线的距离。
桥梁结构分析－拱桥
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计算矢高：拱顶截面形心至相邻两拱脚 截面形心线的垂直距离。
矢跨比：矢高与跨径之比，设计时一般
取称净净矢矢跨高比f0与）净跨径l0之比为矢跨比（或
坦拱：f0/L0（矢跨比）< 1/5 陡拱：f0/L0（矢跨比）≥1/5
桥梁结构分析－拱桥
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拱的计算跨径与计算矢高
l l0 d sin j

f

f0

d 2
(1

cos

j
)

桥梁结构分析－拱桥
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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）
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
桥梁结构分析－拱桥
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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
桥梁结构分析－拱桥
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。
桥梁结构分析－拱桥
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2、木拱桥
中国的木拱桥起始自宋。
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。
桥梁结构分析－拱桥
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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
桥梁结构分析－拱桥
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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
拱背
分离的拱肋间须设置横系梁。 肋拱适合大中跨径拱桥。
桥梁结构分析－拱桥
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肋拱桥桥型图
桥梁结构分析－拱桥
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肋拱桥的拱肋截面形式
桥梁结构分析－拱桥
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二、箱拱的主拱圈
箱拱或箱形拱的主拱圈全宽采用一个箱（通 常为单箱多室），主拱圈为整体薄壁箱形结 构。
适用于大跨径，挖空率可达50～70%。自重轻。 抗弯抗扭刚度大，横向整体性好，稳定性好。 吊装要求高，一般在跨径50m以上。
（c）无铰拱
桥梁结构分析－拱桥
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三铰拱： 静定，无附加应力，铰构造复杂， 桥面在铰处需设置伸缩缝，桥面纵坡在伸缩缝 处折角，不利行车与养护。
两铰拱： 介于二者之间
无铰拱： 三次超静定，刚度大，构造简单 ， 附加应力大。广泛用于石拱桥和钢筋混凝土拱 桥之中，尤其是基础较好、跨径较大时 。
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虹桥
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
桥梁结构分析－拱桥
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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
实腹式拱桥横截面图
空腹式拱桥构造图
二、主拱圈
料石拱(粗料石) ：石料标号不得小于300号、 对于大中桥砂浆指标不小于75号，对于小桥砂 浆不小于50号。
块石拱：加工要求较高，采用较少。 片石拱：节省劳力，可降低工程造价，因此较
多采用。 石拱圈形式：等截面圆弧拱，等截面或变截面
悬链线拱
空腹式拱上建筑除具有实腹式拱上建筑相同的 构造外，还具有腹孔和腹孔墩。
桥梁结构分析－拱桥
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桥－拱桥
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腹拱墩构造形式
桥梁结构分析－拱桥
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3.2 钢筋混凝土肋拱与箱拱桥
一、肋拱的主拱肋
由两条或多条分离的平行拱肋，以及在拱肋上 设置的立柱和横梁支承的行车道部分组成 。

YA

P(l a) l

Y
o A

YB

P
a l
YBo

X
A

XB

YA

l 2

P(l 2
f

a)

M
o l
2
f

桥梁结构分析－拱桥
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令 H X A X B，则内力为：
Mx Nx

M
o x

H

Qo sinx
y
H

cosx

Qx
Qo cosx
H sinx

桥梁结构分析－拱桥
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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。
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。
桥梁结构分析－拱桥
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§2 拱桥的分类
中国石拱因南北河道性质及陆上运输工具不同， 构造不同：
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。河网密布，
软土地基，石拱桥亦尽量减轻重量因建造为薄 墩薄拱。
桥梁结构分析－拱桥
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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。
砌缝用砂浆或小石子混凝土灌满。
桥梁结构分析－拱桥
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三、拱上建筑
实腹式拱上建筑：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
跨径较小的石板拱，常采用实腹式拱上建筑。 构造简单、施工方便，填料的数量较多、恒载
较重。
桥梁结构分析－拱桥
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空腹式拱上建筑：
大、中跨桥的拱桥，特别是当矢高较大时,实 腹式拱上建筑的填料用最多、重量大，因而以 采用空腹式拱上建筑为宜。
桥梁结构分析－拱桥
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拱高：H=L/100+（0.6～0.7）米，
箱宽：1.3m～1.6m
壁厚：0.08～0.10m
底厚：0.1～0.14m
横隔板间距<5m，厚0.06～0.08m
（顶板边为0.06－0.08m）
安装：开口箱+ 现浇 ——重量轻
闭口箱——抗扭刚度大
桥梁结构分析－拱桥
五角石不得带有锐角，以免施工时易破坏和被 压碎。
为了简化施工，也常采用现浇混凝土拱座及腹 孔墩底梁来代替制作复杂的五角石。
桥梁结构分析－拱桥
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拱石砌缝及五角石及混凝土拱座、底梁
用块石或片石砌筑拱圈时，应选择较大 的平整面与拱轴线相垂直，并使石块的 大头向上，小头向下。
石块间的砌缝必须相互交错，较大的缝 隙应用小石块嵌紧。
侧柱演变为三、五、七等折边拱，演变 为圆拱。
桥梁结构分析－拱桥
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1、石拱桥
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，净跨径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。
桥梁结构分析－拱桥
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安济桥（赵州桥）
桥梁结构分析－拱桥
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下承式拱桥构造：
下承式拱桥的桥跨结构由拱肋、悬吊结 构和横向联结系三部分组成。
车辆在两片（三片）拱肋之间行驶，需 要用吊杆将桥面系悬挂在拱肋下。桥面 系和这些传力构件称为悬吊结构。
桥梁结构分析－拱桥
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中承式拱桥构造
行车平面位于肋拱矢高的中间部位，桥 面系一部分用吊杆悬挂在拱肋下，一部 分用立柱支撑在拱肋上。
为了保证肋拱桥的横向整体稳定性，两肋外缘 距 离 不 小 于 L/20 ， 肋 宽 ／ 横 系 梁 间 距 不 小 于 1/20（规范要求）。
桥梁结构分析－拱桥
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中 小 跨 径 ： 矩 形 ｛ 高 = （ 1/40 ～ 1/60 ） L ， 宽=0.5～2.0高}
大 跨 径 ： 工 字 形 { 高 = （ 1/25 ～ 1/35 ） L ， 宽 =0.4～0.5高，腹板厚0.3～0.5米}比矩形的高
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箱形拱闭合箱的构造
桥梁结构分析－拱桥
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箱拱预制施工构造示意图
三、钢筋混凝土肋拱、箱拱的拱上建筑
梁（板）拱上建筑
腹孔墩构造型式
桥梁结构分析－拱桥
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四、桥例
铁路丰沙线永定河七号桥总体布置（中承式 ）
重庆万县长江大桥总体布置图
桥梁结构分析－拱桥
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车行道 主拱
吊杆 车行道
主拱 车行道
立柱
主拱
吊杆 立柱
上 承 桥台(墩)
、 下 承 及 桥台(墩) 中 承 式 拱 桥台(墩) 桥
上承式拱桥构造：
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。
计算矢高 净矢高
起拱面
拱石
拱圈厚度 拱脚
拱座(五角石) 拱腹
净矢径 计算跨径
拱桥的结构组成
桥跨结构（上部结构） 主拱圈 拱上结构 下部结构 桥墩 桥台 基础
桥梁结构分析－拱桥
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拱桥结构术语
拱轴线：主拱圈截面的形心线 跨径：各孔净跨径的总和 计算跨径：每孔拱两个拱脚截面形心
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2.3.3 刚架系杆拱
系杆拱中拱肋与桥墩固结，不设支座 采用预应力钢绞线作为拉杆来平衡拱的
推力，拉杆独立于桥面系之外，不参与 桥面系受力，而桥面系为局部受力构件。 这种结构由于拱和墩联接处为刚结点， 属刚架结构，又带有系杆，故称之为刚 架系杆拱。
桥梁结构分析－拱桥
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刚架系杆拱示意图
桥梁结构分析－拱桥
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2.3.2 拱梁组合桥 （1）无推力的拱梁组合桥 柔性系杆刚性拱—系杆拱 刚性系杆柔性拱—朗格尔拱 刚性系杆刚性拱—洛泽拱 用斜吊杆来代替竖直吊杆时 称为尼尔森拱。
（2）有推力的组合体系拱桥 刚性梁柔性拱（倒朗格尔拱） 刚性梁刚性拱（倒洛泽拱）
桥梁结构分析－拱桥
桥梁结构分析－拱桥
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拱圈横截面内，拱石的竖向砌缝应当错开，其 错开宽度至少0.10m，在纵向或横向剪力作用 下，可避免剪力单纯由砌缝内的砂浆承担，增 大砌体的抗剪强度和整体性。
砌缝的缝宽不应大于0.02m。
桥梁结构分析－拱桥
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拱圈与墩台、空腹式拱上建筑的腹孔墩与拱圈 相连接处，应采用特制的五角石，以改善连接 处的受力状况。
桥梁结构分析－拱桥
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三种类型拱桥的适用范围：
下承式或中承式拱桥一般是在桥梁建 筑高度受到限制时考虑，其拱圈只能使 用肋拱形式。
中、下承式主要用于地势平坦、桥面 标高受限制或基础较差的拱桥之中。
桥梁结构分析－拱桥
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2.3 按照结构体系分类
2.3.1 简单体系的拱桥 拱圈的静力图式
（a）三铰拱
（b）双铰拱
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等截面圆弧拱的拱石编号
桥梁结构分析－拱桥
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变截面拱圈的拱石编号
桥梁结构分析－拱桥
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石拱圈构造上的要求：
受压面的砌缝应是辐射方向，即与拱轴线相垂 直。一般可做成通缝，不必错缝。
拱圈厚度不大时，可采用单层拱石砌筑，拱厚 较大时可采用多层拱石砌筑。
要求垂直于受压面的顺桥向砌缝错开，其错缝 间距不小于0.10m。
单跨下承式
多跨下承式
带悬臂中承式
桥梁结构分析－拱桥
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2.4 按照主拱的截面形式分类
§3 常见拱桥的构造特点
3.1 石板拱 一、总体布置 石拱桥的主拱圈以石料建造。 跨径小于20m，拱上建筑常做成实腹式。 跨径大于20m，拱上建筑一般为空腹式。
桥梁结构分析－拱桥
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实腹式拱桥构造图
实腹式拱桥侧面图
桥梁结构分析－拱桥
桥梁结构分析－拱桥
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§1 概述 §2 拱桥的分类 §3 常见拱桥的构造特点 §4 单跨悬链线无铰拱的设计
桥梁结构分析－拱桥
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§1 概述
1.1 拱桥的起源 1.2 拱桥的基本特点 1.3 拱桥的组成
桥梁结构分析－拱桥
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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