第七章-大跨度拱桥

净矢高（f0） 拱顶截面下缘至起拱线连线之间的垂距
计算矢高（f）拱顶截面形心至相邻两拱脚截面形心之 连线的垂距
矢跨比（D 或 D0）又称矢度，计算矢高与计算跨径之
坦拱:D＜1/5
比（D=f/l）或净矢高与净跨径之比
陡拱:D≥1/5
（D0=f0 / l0）
§ 7.1 拱桥的基本组成和受力特点
7.1.1 拱桥的基本组成
3室箱。
1997四川万县长江大桥 L=420m) 劲性骨架钢筋混凝土箱形拱桥
巫山巫峡长江大桥
中承式拱桥
丫髻沙大桥
上海卢浦大桥
2003.6 建成，主桥长750m，为全钢结构，其中主跨直径达 550m，居世界同类桥梁之首，被誉为“世界第一钢拱桥”。
下承式拱桥
武汉江汉三桥 桥长989.75米，主跨302.93米， 为跨径为280米的下承式钢管混 凝土系杆拱桥。
板拱
§ 7.3 拱桥的总体思路与构造
7.3.2 主拱的构造
2）肋拱
肋拱桥是将板拱划分成多条分离的、截面高度较大的拱肋， 肋间用横系梁联结。
这种形式以较小的截面面积获得较大的截面抵抗矩，减轻
了结构自重，多用于大、中跨径的拱桥。
§ 7.3 拱桥的总体思路与构造
7.3.2 主拱的构造
2）肋拱
拱肋截面 （1）矩形：构造简单、施工方便 （2）工字形：
§ 7.3 拱桥的总体思路与构造
7.3.1 拱桥的总体构思 1）上承式拱桥的总体构思
（1）桥长及分孔
按照水文计算、通航要求以及技术经济指标确定，可采用 单跨拱桥或多跨拱桥形式；
为避开深水区或不良地质地段，可采用不等跨布置； 一般采用单跨拱桥来跨越高山峡谷、水流急的河道。
§ 7.3 拱桥的总体思路与构造
➢梁和拱共同受力，拱的推力完全由墩台承担。 ➢梁分担一部分荷载，拱脚推力小于简单体系拱桥。
§ 7.2 拱桥的结构体系
7.2.2 组合体系拱桥——拱肋与纵梁连接方式
中承式梁拱组合体系
中边跨纵梁在拱 肋连接处断开； 边跨梁与拱肋固 结，中跨梁与拱肋 连接处断开； 拱梁完全刚性连 接，共同承担荷载。
§ 7.2 拱桥的结构体系
➢ 当主拱圈宽度较大（如大于跨度的1/20），则可不验算拱 的横向稳定性；
➢ 随拱桥所用材料性能的改善和施工技术的提高，拱桥跨径 不断增大，主拱的长细比越来越大，施工和成桥运营状态 稳定问题非常突出。
§ 7.4 拱桥的计算
纵向稳定
对于长细比不大，且 f/l 在0.3 以下的拱，其纵向稳定性验算一般 可以表达为强度校核的形式:
拱轴线的选择与确定
拱
桥 的 计
成桥状态的内力分析和强度、 刚度、稳定验算
算
施工阶段的内力分析和验算
恒载内力 活载内力
温度、收缩徐变 拱脚变位 内力调整 拱上建筑的计算
§ 7.4 拱桥的计算
拱轴线的选择与确定
拱轴线的形状直接影响主截面的内力分布与大小，选择 拱轴线的原则，是要尽可能降低荷载产生的弯矩。
浙江省嵊州大桥 主桥采用下承式钢管混泥土单杆拱桥。
两跨，跨径长136米。
§ 7.1 拱桥的基本组成和受力特点
7.1.2 拱桥的受力特点
支座处存在水 平推力 拱内 产生轴向压力 弯矩减少 偏心受压应力 较均匀。 300~800m范 围内，可以与斜 拉桥竞争。
§ 7.2 拱桥的结构体系
7.2.1 简单体系拱桥
箱形截面抗扭刚度很大，整体性和稳定性都较好，但施工 制作较复杂。适用于大跨径拱桥。
§ 7.3 拱桥的总体思路与构造
7.3.2 主拱的构造
3）箱形拱
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
多条工字形肋
单箱多室截面
多条U形肋
多条闭合箱肋
§ 7.4 拱桥的计算
拱桥计算的主要内容
（3）刚性系杆刚性拱 拱肋和系杆均承担一定的弯矩，体系整体刚度大。 拱肋高度（1/50~1/80）L。
§ 7.3 拱桥的总体思路与构造
7.3.2 主拱的构造
1）板拱
主拱圈截面采用矩形实体截面的拱桥称板拱桥。 在中、小跨径的圬工拱桥中采用。 在较薄的拱板上增设纵向肋以提高拱圈抗弯刚度，即构成
板肋拱。
§ 7.1 拱桥的基本组成和受力特点
7.1.1 拱桥的基本组成
根据行车道的位置，拱桥可以分成：上承式、下承式和 中承式三种类型。
拱桥的基本图示
上承式拱桥
上承式拱桥
1989四 川涪陵乌江大桥 （L=200m）
桥高84m，矢跨比1/4，主拱圈采用3室 箱。 涪陵乌江大桥采用转体法施工，先 在两岸上、下游组成3m宽的边箱，待转 体合拢后吊装中箱顶、底板，最后组成
ad——外几，何需参视数截设面计值配，筋当情无况可，靠另数行据选时择，截可面采用进几行何验参算数。标准值ak
§ 7.4 拱桥的计算
稳定验算
拱的稳定性验算分为纵向(面内)和横向(面外)两方面。
➢ 大、中跨径拱桥是否验算纵、横向稳定与施工过程有关： 有支架施工，其稳定与落架时间有关，拱上建筑砌筑完后 落架，可不验算纵向稳定;
合，可ຫໍສະໝຸດ Baidu用高次抛物线。 悬链线：最常采用的拱轴线。
§ 7.3 拱桥的总体思路与构造
7.3.1 拱桥的总体构思 1）上承式拱桥的总体构思
（5）矢跨比
矢跨比：拱肋的矢高与跨径的比值。矢跨比减小，拱桥水 平推力增加，反之推力减小。
矢跨比影响拱桥整体刚度。矢跨比在1/4~1/6之间时，拱 桥刚度较大。
2）中、下承式拱桥的总体构思
2）中、下承式拱桥的总体构思
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。 拱肋：主要受力构件，可采用钢筋混凝土、钢管混凝土或 钢箱结构，常用矢跨比为1/7~1/4。 横向联系：设置在两片拱肋之间，增加横向稳定性。包括 一字型横撑、对角横撑、K形横撑等。 悬挂结构：包括吊杆和桥面系等。刚性吊杆：混凝土材料； 柔性吊杆：平行钢丝或钢绞线。吊杆间距一般4~8m。
最理想的拱轴线是与拱上各种荷载作用下的压力线相吻 合，使拱圈截面只受压力，而无弯矩及剪力的作用，截面 应力均匀，能充分利用圬工材料的抗压性能
实际上由于活载、主拱圈弹性压缩以及温度、收缩等因 素的作用，得不到理想的拱轴线。一般以恒载压力线作为 设计拱轴线。
圆弧线、抛物线和悬链线
§ 7.4 拱桥的计算
拱脚在中墩处固结，拱、梁通过立柱和拱顶实体段连接 共同承受荷载。应用交广泛。 在恒载作用下，通过张拉系杆来平衡主拱的水平力； 成桥后，由于拱脚固结，水平位移被约束，在活载及其他荷 载作用下，拱脚产生水平推力，形成部分有推力拱桥体系。
§ 7.2 拱桥的结构体系
7.2.2 组合体系拱桥
有推力组合体系拱桥
拱
桥
的
主
要
组
l0 - 净跨径 l -计算跨径
成
f0 - 净矢高
部
分 f -计算矢高
f/l - 矢跨比
§ 7.1 拱桥的基本组成和受力特点
7.1.1 拱桥的基本组成
拱桥的主要技术名词
净跨径（l0） 每孔拱跨两个起拱线之间的平距
计算跨径（l）相邻两拱脚截面形心之间的平距 （即拱轴线两端点之间的平距）
建桥材料 圬工拱桥，钢筋混凝土拱桥，钢拱桥
结构体系分
简单体系拱桥：三铰拱，两铰拱，无铰拱 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 板拱桥，肋拱桥，双曲拱桥，箱形拱桥 分 类 拱轴线型式 圆弧拱桥，抛物线拱桥，悬链线桥
桥面位置 上承式拱桥，中承式拱桥，下承式拱桥 拱上建筑形式 实腹式拱桥，空腹式拱桥
7.3.1 拱桥的总体构思 3）梁拱组合体系拱桥的总体构思
（2）刚性系杆柔性拱
拱肋的刚度相对于系杆的刚度较小，刚性系杆承受拉力和 弯矩，按弯拉构件考虑。 跨径：100m；矢跨比：1/5~1/7；拱肋高度（1/120~1/100）L。
§ 7.3 拱桥的总体思路与构造
7.3.1 拱桥的总体构思 3）梁拱组合体系拱桥的总体构思
折减系数0.7，拱脚应乘以0.9，中间各个截面的正弯矩折减系
➢ 算一SR拱般dd——顶无——、铰作构拱拱用件跨桥效承3，应载l/的能拱8数、组力脚，合设拱和可设计跨拱用计值l顶/直值4是和线主拱插要脚人控四法制个确截截定面面。；；大对跨于度中拱、桥小应跨验径 拱γ桥0—，—拱结跨构l的/4重截要面性可系不数验，算按；下列特要大求跨取径值拱桥，除以上四个截面
§ 7.3 拱桥的总体思路与构造
7.3.1 拱桥的总体构思 1）上承式拱桥的总体构思
（3）跨径布置
三跨拱桥，理想的边中跨比值应使中墩在恒载作用下的水 平推力平衡。则边中跨比为：
§ 7.3 拱桥的总体思路与构造
7.3.1 拱桥的总体构思 1）上承式拱桥的总体构思
（4）拱轴线的选择
圆弧线：线形简单，施工方便。主要用于20m以下的拱桥。 抛物线：可采用二次抛物线；为使拱轴线与恒载压力线吻
简单体系拱桥构造简单、受力明确，全部荷载由拱肋承受。 按照拱圈的静力体系分为： 三铰拱：静定，无附加应力，铰构造复杂，少用。 无铰拱：三次超静定，刚度大，构造简单，附加应力大，混
凝土拱多采用无铰拱。 两铰拱：介于二者之间，钢拱采用较多。
§ 7.2 拱桥的结构体系
7.2.2 组合体系拱桥
无推力组合体系拱桥
强度验算
利用内力包络图进行主拱强度验算，拱脚、拱顶、拱跨3l/8、 l/4是主要控制截面，根据结构设计原理和桥规进行验算。
拱圈强度验算:
《公路圬工桥涵设计规范》（JTG D61-2005）
➢
➢
无计铰算拱由和车0S双道d (铰i荷m1拱载G的i引SG计i起K 算的可Q拱1S不的Q1考K正虑弯拱c矩jn上2时 建Q，j S筑Q拱jk 与)顶主，Rd拱(拱R圈mk跨,的1d/联)4合应作乘用以。
荷载一部分由纵梁承担，一部 分通过吊杆传递给主拱肋承担。 ➢柔性系杆刚性拱（系杆拱） ➢刚性系杆柔性拱（蓝格尔拱） ➢刚性系杆刚性拱（洛泽拱） ➢用斜吊杆时称为尼尔森拱
§ 7.2 拱桥的结构体系
7.2.2 组合体系拱桥
多跨无推力组合体系拱桥
§ 7.2 拱桥的结构体系
7.2.2 组合体系拱桥
部分有推力组合体系拱桥
0 Nd 0.9( fcd A fsd As)
§ 7.4 拱桥的计算
横向稳定
拱的横向稳定性验算，目前尚无成熟的计算办法，工程 上常用与纵向稳定相似的公式来验算拱的横向稳定性：
Nj
NL
m
NL——拱横向失稳时的平均临界轴力； Nj——按承载能力极限状态组合计算的平均轴力； γm——横向稳定安全系数，一般取值为4~5。
7.2.2 组合体系拱桥——拱肋与纵梁连接方式
下承式梁拱组合体系
拱梁固结； 拱梁铰接； 梁以体外索的形 式锚固在拱的两端， 桥面系通过横梁与 吊杆连接，将桥面 荷载传递给拱肋。
§ 7.3 拱桥的总体思路与构造
7.3.1 拱桥的总体构思
1）上承式拱桥的总体构思
有推力拱桥； 拱圈是主要受力构件； 桥面系不参与拱圈的整体受力，而作为局部受力构件设计。
适用：大、中跨径 （3）箱型：
适用：跨径大，桥面宽 （4）管形：
适用：钢管混凝土拱桥
钢管混凝土拱桥简介
横撑
钢管混凝土拱肋
立柱（或吊杆）
下部构造 行车道系
§ 7.3 拱桥的总体思路与构造
7.3.2 主拱的构造
3）箱形拱
箱形拱桥主拱圈截面挖空，以较少的材料可获得较大的截 面抵抗矩，减轻自重，节省材料。
§ 7.3 拱桥的总体思路与构造
7.3.1 拱桥的总体构思 3）梁拱组合体系拱桥的总体构思
（1）柔性系杆刚性拱
系杆的刚度相对于拱肋的刚度较小，系杆只承受拉力，拱 肋按偏心受压构件考虑。 跨径：20~90m；矢跨比：1/5~1/4；拱肋高度（1/50~1/30）L。
§ 7.3 拱桥的总体思路与构造
大跨度桥梁设计
第7章 大跨度拱桥
本章的主要内容
7.1 拱桥的基本组成和受力特点 7.2 拱桥的结构体系 7.3 拱桥的总体构思与构造 7.4 拱桥的计算 7.5 拱桥的施工 7.6 工程实例
§ 7.1 拱桥的基本组成和受力特点
7.1.1 拱桥的基本组成
上部结构： （1）主拱圈：主要承重构件 （2）拱上建筑：桥面系和传力构件或填充物 下部结构：桥墩、桥台、基础
7.3.1 拱桥的总体构思 1）上承式拱桥的总体构思
（2）桥梁设计高程
桥面高程：由总体路线设计确定。 拱顶高程：桥面高程-拱顶处的建筑高度。 起拱线高程：为减轻墩底偏心弯矩，宜采用较低的起拱
线高程。 ✓ 有铰拱桥：起拱线一般高于设计洪水位0.25m；严寒地区
桥梁，起拱线不应低于流冰水位0.25m； ✓ 无铰拱桥：防止漂浮物撞击，拱圈不宜淹没太多； ✓ 美观角度，拱座一般露出地面一定高度。 基础底面高程：根据冲刷深度、地基承载力等计算确定。