第三章 拱桥

拱肋的截面形式
4、箱形拱
主拱圈（肋）截面由一个闭合箱（单室箱）或 几个闭合箱（多室箱）构成的拱称为箱形拱。每一 个闭合箱又由箱壁（侧板）、顶板（盖板）、底板 及横隔板组成（图4-16）
(1) 箱形板拱
箱肋是组成预制拼装施工的箱形板拱桥的基本 构件，在拱圈宽度确定后，横划分成几个箱肋，主 要取决于吊装设备的能力。在预制箱肋段的端部、 吊装扣点及拱上腹孔墩（或立柱）处必须设臵箱肋 内横隔板。箱肋分段预制，吊装成拱时，段与段之 间一般采用角钢顶接接头，接头处的箱壁、顶底板 需局部加厚。焊接后，再用混凝土封填。
a 简支腹孔（纵铺桥道板梁）
b 连续腹孔（横铺桥道板梁）
c 连续框架腹孔
(2) 腹孔墩
腹孔墩由底梁、墩身和墩帽组成。腹孔墩可分 为横墙（立墙）式和排架（立柱）式两种
(a)Байду номын сангаас
横墙式腹孔墩
(b)
排架式腹孔墩
对于拱上结构与主拱结构与主拱联接城整体的 钢筋混凝土空腹式拱桥，为了使拱上结构不参与主 拱受力，可以将腹孔墩的上下端设铰，使它成为仅 受轴向压力的受力构件，以改善腹孔墩的受力情况。 为了简化构造和方便施工，一般高立柱可采用固结 形式，而只将靠近拱顶处的1～2根高度较小的矮立 柱上下端设铰。
（4）箱形拱桥：
箱形拱桥拱圈横截面由几个箱室组成。截面挖 空率大，可达全截面的50%-70%，较实体板拱桥可 减少圬工用料与自重，适用于大跨度拱桥。截面抗 扭刚度大，横向整体性和稳定性好，特别适用于无 支架施工。
箱形拱闭合箱的构造
第二节 拱桥构造
一、上承式拱桥的构造概述 二、中下承式拱桥的构造 三、其他类型拱桥的构造
（三） 拱桥的其他细部构造
1、拱顶填料与桥面铺装 2、收缩缝与变形缝 3、排水与防水层 4、拱铰的设臵
1、 拱顶填料与桥面铺装
拱上填料作用： a、扩大车辆荷载作用的面积 b、减小车辆荷载对拱圈的冲击。 拱桥桥面铺装应根据桥梁所 在的公路等级、使用要求、交通 量大小以及桥型等条件综合考虑 确定。为便于排水，桥面铺装应 设臵1.5%～2.0%横坡。
拱上建筑是拱桥的组成部分，选择拱上建筑的 构造形式时，不仅要考虑桥型美观，更要考虑与主 拱圈受力和变形的适应性。根据构造方式的不同， 拱上建筑的形式一般分为实腹式和空腹式两种。
1、实腹式拱上建筑
实腹式拱上建筑的组成包括：拱腹填料、侧墙、 护拱、变形缝、防水层、泄水管及桥面系等
2、空腹式拱上建筑
大﹑中跨径的拱桥，特别是当矢高较大时，由于 实腹式拱上建筑的填料用量多、重量大，应以采用空 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。
图4-12
图4-12 拱圈与墩台及腹孔墩联结
(2) 混凝土板拱的构造
主要用于缺乏合格天然石料的地区，可以采用 整体现浇，也可以预制砌筑。
整体现浇特点： 主拱内不仅收缩应力大，对受力不利，而且拱架和 模板材料用量多，费工，工期长，质量不易控制。 预制砌筑特点：
砌筑前应有足够的养护期，以消除或减少混凝土收 缩的影响
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
古代北方石拱桥图示
古代南方石拱桥图示
•
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2003年的卢浦大桥（L=550m）。
（3）拱片桥
2）按照主拱的截面型式分类 （1）板拱桥： 主拱圈采用矩形实体截面。 构造简单、施工方便，使用 广泛。自重较大，不经济， 通常在地基较好的中小跨径 圬工拱桥中采用。 （2）肋拱桥： 肋拱桥由两条或两条以上分离 式拱肋组成承重结构的拱桥， 拱肋之间靠横向联系梁连接成 整体而共同受力。这种桥横截 面面积较小，节省材料，自重 轻，跨越能力大，多用于较大 跨径的拱桥。可以用圬工、钢 筋混凝土、钢材建造。
(2) 箱形肋拱
箱形肋拱桥可由双肋或多肋组成，肋间需设横 系梁形成整体。拱肋有单箱肋、双箱肋或多箱肋等 型式。它具有箱形板拱的所有优点，而且比箱形板 拱更节省混凝土，这不仅减轻了自重，也相应减少 了墩台圬工工程量，降低了全桥造价。
（二） 拱上建筑的构造
拱上建筑构造定义： 主拱圈以上的桥面系和传力构件或填充物。
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。
2、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
简单体系拱桥：三铰拱，两铰拱，无铰拱
结构体系分
组合体系拱桥：无推力拱桥，有推力拱桥
拱 桥
主拱圈截面形式形式
板拱桥，肋拱桥，双曲拱桥，箱形拱桥
拱轴线型式
圆弧拱桥，抛物线拱桥，悬链线桥 上承式拱桥，中承式拱桥，下承式拱桥 实腹式拱桥，空腹式拱桥
二、
1-主拱 2-拱顶 3-拱脚
拱桥的组成及主要类型
1、拱桥的基本组成
L0 - 净跨径
L -计算跨 径
f0 - 净矢高 f -计算矢高 f/L - 矢跨比
4-拱轴线
5-拱腹 6-拱背 7-起拱线 8-桥台 9-基础 11-拱上 建筑
• 根据行车道的位臵，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：
拱桥按受力图式的分类
两铰拱：一次超静定结构，介于三铰拱和无铰拱之间。
（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。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。
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，拱的水平推力任由墩台承受。
桥面位置
拱上建筑形式
1）按照结构体系分类 （1）简单体系拱桥和组合体系拱桥 简单体系拱桥：行车系结构不参与 主拱的受力，主拱以裸拱为主要承 重结构。
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 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。
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； 2）施工方面的缺点多； 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，或设臵单向推力墩，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。
腹孔
腹孔的型式和跨径的选择，在因地制宜、就地 取材的原则下，应考虑既能尽量减轻拱上建筑的重 量，又不至因荷载过分集中于腹孔墩处，给主拱圈 受力造成不利影响。 拱形腹孔 腹孔 梁或板式腹孔
① 拱式拱上建筑
腹孔与墩台的连接有两种做法：一种是直接支 承在墩台上；一种是跨过墩顶，使桥墩两侧的腹孔 相连
图2 1997建成的四川万县长江 大桥 （L=420m)
图3 360m 广州丫髻沙特大桥
2、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
图 4 1932澳大利亚503m悉尼钢拱桥
拱桥的基本图示
3、主要优缺点： 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。
(1) 弧形铰
（2）铅垫铰
（3） 平铰 （4）不完全铰
（5） 钢铰
二、中下承式拱桥的构造
中、下承式拱桥的桥跨结构一般由拱肋、横向联系和 悬挂结构三部分组成。
(一) 拱肋
材料： 预应力混凝土、钢管混凝土或钢材。
位臵： 平行，提篮拱
拱肋类型：钢筋混凝土拱肋、钢管混凝土拱肋
1、钢筋混凝土拱肋
钢筋混凝土拱肋的截面形状根据跨径大小、荷 载等级和结构的总体尺寸，可以采用矩形、工字形 和箱形。矩形截面的拱肋施工简单，一般用于中、 小跨径拱桥，拱肋高度通常为跨径的1/40～1/70， 肋宽一般为肋高的0.5～1.0倍。工字形和箱形截面 常用于大 跨径的拱 肋 ， 拱肋 截面高可 先取跨径的 1/50左右，然后根据试算调整。
第三章 拱桥
第一节 第二节 第三节 概述 拱桥的构造 拱桥的设计
第一节 概述
一、基本特点及适用范围
1、拱桥的发展
国 外：
石拱，木拱 十八世纪 铸铁拱 十九世纪 钢拱 钢筋混凝土拱
拱桥
1964年 70年代
双曲拱
80年代
桁架拱
国内： 石拱，木拱
80年代中 刚架拱 桁式组合拱
钢筋混 凝土拱
钢管拱 新型组合体系拱
腹拱圈在拱上建筑需要设臵伸缩缝或变形缝的 地方应设铰(三铰或两铰)，其余为无铰拱。
② 梁式拱上建筑
采用梁式腹孔拱上建筑，可使桥梁造型轻巧美 观，减轻拱上重力和地基承压力，以便获得更好的 经济效果。大跨径混凝土拱桥一般都采用梁式腹孔 拱上建筑。梁式腹孔结构有简支、连续或框架式多 种。不同的腹孔结构型式使拱上建筑参与主拱联合 作用的程度不相同。
拱肋为肋拱桥的主要承重结构，通常采用混凝 土、钢筋混凝土、劲性骨架混凝土、钢材或钢管混 凝土等材料建造，在盛产石料地区，也可选用石材 来修建。拱肋数目和间距以及截面形式主要根据桥 梁跨径、宽度、肋型、材料性能、荷载等级、施工 方法、拱上结构与经济性能等综合考虑来决定。为 保证各拱肋的横向稳定性和整体性，需在肋间设臵 足够数量和刚度的横系梁，且两外侧拱肋外缘间距 一般不宜小于跨径的1／20。一般在吊装能力满足要 求的情况下，桥宽在20m以内时，宜采用双肋式形式。
3、排水与防水层
4、拱铰的设臵
设铰的四种情况： ①按两铰拱或三铰拱设计的主拱圈； ②按构造要求需要采用两铰拱或三铰拱的腹拱圈； ③需设臵铰的矮小腹孔墩，即将铰设臵在墩上端与 顶梁和下端与底梁的连接处； ④在施工过程中，为消除或减小主拱圈的部分附加 内力，以及对主拱圈内力作适当调整，需要在拱 脚处设臵临时铰。
混凝土板拱按照砌块形状和砌筑工艺分为以下几种： ① 简单预制砌块板拱 ② 分肋合龙，横向填镶砌筑板 ③ 卡砌（空心）板拱
(3)钢筋混凝土板拱的构造
2、板肋拱（矮肋拱）
3、肋拱
肋拱是在板拱的基础上，将板拱划分成两条或 多条分离的、高度较大的拱肋，再由横系梁、立柱 和由横梁支承的行车道部分组成。
在砌筑料石拱圈时，根据受力的需要，构造上应满足以 下几点要求： （1）拱石受压面的砌缝应是辐射方向，即与拱轴线相垂直。 此缝一般可做成通缝，不必错缝。 （2）当拱圈厚度不大时，可采用单层拱石砌筑，否则采用 多层拱石砌筑，要求垂直受压面的顺桥向砌缝错开，错缝间 距不少于10cm。 （3）在拱圈的横截面内，拱石的竖向砌缝应当错开，其错 开宽度至少10cm。 图4-11 （4）砌缝的宽度不应大于2cm。 （5）拱圈与墩台、空腹式拱上建筑与拱圈连接处，应采用 特制的五角石，以改善连接处的受力状况。
2、伸缩缝与变形缝
对小跨径实腹拱，伸缩缝 设在两拱脚的上方，并在横桥向 贯通（包括侧墙、行车道、人行 道、栏杆等） 对拱式空腹拱桥，通常将紧 靠墩(台)的第一个腹拱做成三铰 拱，并在紧靠墩(台)的拱铰上方 设臵伸缩缝，且应贯通全桥宽， 而其余两拱铰上方设臵变形缝。
另外，对特大跨径拱桥，还应将靠拱顶的腹拱 做成两铰或三铰拱，并在拱铰上方也设臵变形缝，， 以使拱上建筑更好地适应主拱的变形。对梁式腹孔， 通常是在桥台和墩顶立柱处设臵标准伸缩缝(板式或 毛勒伸缩缝)，而在其余立柱处采用桥面连续。
一、上承式拱桥的构造
行车道位于整个桥跨结构上面的拱桥称为上 承式拱桥。它可分为两类：普通型和整体型。 普通型上承式拱桥是由主拱（圈）﹑拱上建 筑和桥面系组成，主拱（圈）是主要的承重结构。
整体型上承式拱桥（又称为拱片拱桥）是由 主拱片和桥面系组成，主拱片是主要的承重结构。
（一）主拱（圈）的构造
1、板拱 (1) 石板拱的构造
（3）双曲拱桥： 主拱圈横截面由一个 或数个小拱组成 ， 其主 拱圈在纵向和横向均呈 曲线形。通常有拱肋、 拱波、拱板和横向联系 等几部分。 公路双曲拱桥采用最多的 是多肋波的截面形式；对于 跨径和荷载较小的单车道桥 可采用单波的形式。 双曲拱桥施工工序多， 组合截面的整体性差，易 开裂，因此，只宜在中小 跨径桥梁中采用。