拱桥

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 13


拱桥的组成
行车道（桥面） 拱上建筑 拱轴线 拱顶
石拱桥的主要组成与名称
主拱圈
计算矢高 净矢高
拱背
起拱面
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。
桥梁结构分析－拱桥 4
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。
拱圈 厚度
拱石
拱座(五角石) 拱腹
拱脚 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 15
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 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。
（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 。

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。


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。 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。
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桥梁结构分析－拱桥
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。

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。


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。
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 37
实腹式拱桥构造图
实腹式拱桥侧面图
实腹式拱桥横截面图
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
桥梁结构分析－拱桥 20

令 H X A X B ，则内力为：
o N x Q sin x H cos x o Qx Q cos x H sin x Mx M H y
o x
桥梁结构分析－拱桥 21

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 16



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
桥梁结构分析－拱桥
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拱的计算跨径与计算矢高
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 47
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。 砌缝用砂浆或小石子混凝土灌满。
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 8

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 9
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
桥梁结构分析－拱桥 12




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
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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 59

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 分离的拱肋间须设置横系梁。



桥梁结构分析－拱桥
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§2
拱桥的分类
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
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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
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桥梁结构分析－拱桥 24
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：
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。

桥梁结构分析－拱桥
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桥墩（台）上腹拱的布置方式
桥梁结构分析－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 。 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）。
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 34

刚架系杆拱示意图

桥梁结构分析－拱桥
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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。
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 ）
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
l l0 d sin j d f f 0 (1 cos j ) 2
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）
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
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
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