混凝土拱桥

9.1.3 拱桥的总体布置
总体布置的主要内容：拟采用的结构体系及结构型式；桥 梁的长度、跨径、孔数、桥面标高；拱的主要几何尺寸，如矢 跨比、桥梁高度、宽度、外形、墩台及其基础型式和埋置深 度、桥上及桥头引道的纵坡等。
1. 确定拱桥的主要设计标高
※ 1、拱桥的标高主要有四个： 桥面标高、拱顶底面标高、起拱线标高和基础底面标高
2. 按照主拱的截面型式分类
1）沿拱轴线：（1）等截面 （2）变截面
等截面
等宽变高度截面
等高变宽度截面
2）横截面： （1）板拱桥： 适用：地基好，中小桥 （2）板肋拱桥：拱圈由板和肋组成 （3）肋拱桥：拱圈由板和肋组成 适用：多用于大、中跨桥 （4）双曲拱桥： 适用：多用于中、小跨桥 （5）箱形拱桥： 适用：用于大跨桥 （6）钢管混凝土拱桥
4）钢筋混凝土板拱的构造
根据桥宽需要可做成单条整体拱圈或多条平行板(肋) 拱圈(拱圈之间可不设横向联系）
配筋：主筋沿拱圈纵向拱形布置,最小配筋率为0.2%～ 0.4%，且上下缘对称通长布置，以适应沿拱圈各截面弯 矩的变化。分布钢筋位于主筋内侧,箍筋沿半径方向布 置，靠拱背处间距不大于15cm。
5）板肋拱
（3）矢跨比取值范围 上承式砖、石、混凝土拱桥和双曲拱桥：1/8 ~ 1/4，≥1/8 箱形： 1/8 ~ 1/6，≥1/10 圬工拱桥：≥1/10 钢筋混凝土刚架、桁架拱： 1/10 ~ 1/6，且≥1/12 《桥规》规定：钢筋混凝土拱桥的矢跨比，宜采用 1/5～l/8。 有研究表明，在其他条件相同的前提下，拱桥稳定系 数最高的矢跨比为1/3。
1）箱形截面的组成方式 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
2）拱圈截面尺寸拟定 高度h：取决于拱跨及混凝土强度（目前常用 C30~C40），初拟可取h≈(1/55~1/75}l，或由经验公式得
l0 +∆ h= 100
宽度：可采用窄拱圈形式，取桥宽的0.6~1.0倍，悬 挑可达4.0m，为保横向稳定，一般≥跨径的1/20
2. 拱上建筑的构造—据构造方式不同，分为实腹
式和空腹式 （1）实腹式拱上建筑 1、组成：侧墙、拱腹填料、护拱、变形缝、防水层、泄 水管及桥面等 2、特点：构造简单，施工方便，恒载重 3、适用：小跨径拱桥
半立面图
镶面石料或粗料石
半纵断面图
拱上侧墙防水层铺至此处为止 填料为砂砾时铺 40cm厚砾石 路面 填料
侧墙
半横断面
半侧立面
侧墙：用贫混凝土浇筑时，可不设侧墙而用 砂浆饰面或设镶面 3、护拱：
（2）空腹式拱上建筑 组成：除与实腹式相同者外，还有腹孔和腹孔墩 腹孔型式：拱式腹孔和梁式腹孔
腹孔墩
腹孔
腹孔 腹孔墩
1）拱式拱上建筑
① 特点：构造简单，外形美观，重量较大，多用于圬工 拱桥 ② 布置：一般对称布置在靠近拱脚侧的一定区段内 （1/3~1/4跨径范围），一般3~6跨，也有采用全空腹型式 ③ 跨径：根据主拱的受力条件确定，中小跨径 2.5~5.5m，大跨径（1/8~1/15）l
石砌板肋拱： 截面下缘全宽是板，其施工与石板拱一样，在较 薄的板上另外砌筑石肋。 钢筋混凝土板肋拱： 将实体板拱截面受拉区混凝土挖去一部分。跨中，肋 布置在下面，拱脚区段，肋布置在上面较为合理。实 际简化，沿整个拱跨将肋布置在主拱圈截面的上面或 下面。
（2）肋拱——肋拱桥的主要承重结构
纵梁 拱肋
立柱
3）拱肋截面
矩形：构造简单、施工方便 肋高h≈（1/40~1/60）l ； 肋宽 ≈（0.5~2.0）h 适用：小跨径 工字形：肋高h≈（1/25~1/35）l ； 肋宽 ≈（0.4~0.5）h 腹板厚≈ 30~50cm 适用：大、中跨径 箱型： 肋高：h≈（1/40~1/55）l 适用：跨径大，桥面宽 管形：肋高：h≈（1/45~1/65）l 适用：钢管混凝土拱桥
变形缝 变形缝 伸缩缝 变形缝
伸缩缝
桥台
（2）梁式腹孔 ① 特点：减轻拱上重量，降低拱轴系数，改善拱圈在施 工过程中的受力状况，获得更好的经济效果。 ② 跨径及布置：要求同拱式~~ ，一般采用全空腹式拱上 建筑
③ 腹孔结构形式（或桥道梁的形式）
④
腹拱圈： 石砌、混凝土预制或现浇的板拱 常用圆弧拱 矢跨比常用1/2~1/5 厚度：跨径小于4m时，石板拱为30cm，混凝土
板拱为15cm。跨径大于4m时，依据板拱方法确定。 在拱上建筑需要设置伸缩缝或变形缝的地方应设 铰(三铰或两铰)，其余为无铰拱。
⑤
腹孔与墩台的连接： a、将腹拱的拱脚直接支承在墩（台）上； b、跨越墩顶，使两侧腹拱圈相连
（3）不等跨连续拱桥的处理方法
1）连续拱桥不等跨分孔时，为什么要做特殊处理？ 2）不等跨连续拱桥可采用哪些处理方法？ （1）采用不同的矢跨比 （2）采用不同的拱脚标高 （3）调整拱上建筑的恒载重量（4）采用不同类型的拱 跨结构
9.3.1 拱轴线的选择和拱上建筑的布置
1、选择拱轴线的原则？ 2、什么是理想的拱轴线？为什么不可能获得？ 3、公路上，一般以什么作为设计拱轴线？为什么？ 4、设计拱轴线应满足哪几方面的要求？ 1）尽量减小拱圈截面的弯矩，使主拱圈在考虑各种因 素影响下各主要截面的应力相差不大、且最大限度减小 截面的拉应力，最好不出现拉应力； 2）满足各施工阶段的要求； 3）外形美观、施工简便
②主拱厚度及变化规律 可采用等厚度或变厚度，其值主要根据桥梁跨径、矢 高、建筑材料、荷载大小等因素通过试算确定。 尺寸初拟： 钢筋混凝土板拱： hd：一般采用跨径的1/65~1/75，跨径大时取小 值。若为变厚度拱，其拱脚厚度hj可按hj=hd/cosφj估 算，对中小跨径无铰拱，hj可取为(1.2～1.5)hd。 中、小跨径石板拱： 经验公式
根据主拱(圈)截面型式不同主要分为板拱、肋拱、箱形 拱、双曲拱等
（1）板拱
拱轴型式：圆弧拱、等截面或变截面悬链线拱等。无铰 拱、双铰拱和三铰拱。按主拱材料不同分为石板拱、混凝 土板拱和钢筋混凝土板拱等。
板拱
1）板拱主拱截面宽度、厚度及变化规律
① 主拱截面宽度 实腹式板拱桥及拱式腹拱的空腹式板拱桥：拱圈宽度决定 于桥面宽度。 注意： 板拱拱圈宽度一 般不宜小于计算 跨径的1/20，以 保证横向稳定 性，否则，应验 算拱圈横向稳定 性。
三铰拱（静定结构） 两铰拱（一次超静定结构） 无铰拱（三次超静定结构） 单铰拱桥
2）组合体系拱桥：梁和拱组合起来，共同承受桥面荷
载和水平推力 （1）无推力组合拱桥（静定结构）
柔性系杆刚性拱（系杆拱）
朗格尔拱
洛泽拱
尼尔森系杆拱
尼尔森朗格尔拱
尼尔森洛泽拱
（2）有推力组合拱桥
倒朗格尔拱
倒洛泽拱
（3）拱片拱——属有推力拱 仅用于上承式拱桥
横系梁
1）材料： 混凝土、钢筋混凝土或钢管混凝土 ，也可选用石材 2）拱肋数目和间距 主要根据跨径、宽度、肋型、材料性能、荷载等 级、施工条件、拱上结构与经济性等综合选定。 为保横向稳定，两外侧拱肋外缘间距≥l/20 一般在吊装能力满足要求的情况下，宜采用少肋型式。 通常，桥宽在20m以内时可采用双肋式，当桥宽在20m 以上时，可采用三肋(多肋)拱或分离的双肋拱。
1、拱肋： （1）作用：主拱圈的重要组成部分，施工中作为砌筑 拱波和浇筑拱板的支架 （2）要求：强度、刚度、稳定性 （3）截面形式： 要求所选截面有利于增强主拱圈 的整体性，制作简单，施工安全。
（4）一般为钢筋混凝土构件，支架现浇或分段预制安装 分段接头位置
3、拱波 （1）作用：主拱圈的组成部分，拱板混凝土浇筑时的 模板 （2）一般用混凝土预制成圆弧形（不低于C20）， 多肋多波：矢跨比：1/3~1/5；净跨：1.3~2.0m 厚：6~8cm 单波：矢跨比：1/3~1/6 净跨：3~5m 宽：0.3~0.5m
说明：起拱线标高，一般选用低拱脚的设计方案
f 2. 确定拱桥的矢跨比（ l ）
（1）影响主拱圈内力、构造形式、施工方法及美观
（2）分析： 矢跨比小：拱的恒载水平推力Hg 与垂直反力Vg 之比值 增大, 拱的推力增加，主拱圈内产生的轴向力增大， 对主拱圈受力有利，对墩台基础不利。附加内力较 大，对主拱圈不利。连拱作用显著，对主拱圈也不 利。无铰拱附加内力大。在多孔情况下，连拱作用显 著，对主拱圈也不利 。 过大：施工困难
9.1.2 拱桥的分类
按主拱圈所使用的的建筑材料 分： 按拱上建筑的型式分： 按主拱圈(或拱轴线)线形： 按桥面位置： 按有无水平推力： 按结构受力图式： 按主拱圈截面形式：
1. 按照结构体系分类
按主拱圈与行车系之间相互作用的性质和影响程度，分三种 类型：简单体系拱桥、组合体系拱桥
1）简单体系拱桥：不考虑行车系结构参与主拱一起受力
第九章 混凝土拱桥
拱桥构造
拱桥的计算
§9.1 概 述
9.1.1拱桥的基本特点及组成
1、拱桥的基本组成
1）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 2）下部结构：桥墩、桥台、基础
拱背 拱轴线 拱顶 拱脚
拱腹 起拱线
2、拱桥的基本特点
1）受力特点： 支座处存在水平推力 偏心受压 优点： 缺点： 应力较均匀 2）拱桥的优缺点： 拱内产生轴向压力 弯矩减少
（3）抛物线——竖向均布荷载的压力线 二次抛物线 适用：钢筋混凝土桁架拱和刚架拱等轻型拱桥，矢跨比 较小的空腹式钢筋混凝土拱桥 高次抛物线 适用：大跨径拱桥
§9.2 拱桥的构造
9.2.1 上承式拱桥构造
上承式拱桥由主拱(圈)、拱上传载构件或填充物、桥面 系组成，主拱(圈)是主要承重结构。
1.主拱构造
2）石板拱的构造
按料石规格，分为料石板拱、块石板拱、片石板拱 及乱石板拱等。 材料要求 拱石编号
1 1
第二段 第三段
第一段
a)
43
45 5 31 2 4 312
R1
41 42
R2 R 3
31 3 20 2 3 1 19 2 3 1 18 1 17 16 2 3 1 15 11 2 3 1 13 3 b) 2 1
3、横系梁的设置 位置：三铰拱、双铰拱设铰处，拱上建筑的 立柱下方。 尺寸：高度取0.8~1.0倍拱肋高， 宽度取0.6~0.8倍拱肋高
（3）双曲拱
主拱圈的组成： 拱肋、拱波、拱板、横向联系
拱板 拱波 拱肋 横向联系
1、主拱圈截面形式 据桥梁跨度、宽度、设计荷载大小、材料类型和施 工工艺等情况可采用： （1） 多肋多波形式：多用 （2）单波的形式：用于小跨径
半横断面
半侧立面
排水管 防水层
浆砌片石
12号水泥砂浆 砌细料石 镶面石料或粗料石
盲沟 粘土夯实最少25cm 浆砌片石、块石或粗料石
侧墙
C20混凝土或 C20片石混凝土基座
3、拱腹填料的做法： （1）填充式： 拱腹填料：砾石、碎石、粗砂或卵类粘土，亦可用轻质材料 侧墙：设于两侧，围护填料，按挡土墙设计，采用浆砌块、 片石，也可采用钢筋混凝土护壁式侧墙。 （2）砌筑式 拱腹填料：干砌圬工或浇筑贫混凝土
4、拱板 （1）作用：“集零为整”，加强拱圈整体性 （2）现浇混凝土（不低于C20）
平板形
折线形 波形
5、横向联系构件 （1）作用：使拱肋变形在横桥向均匀，避免拱波顶 纵裂，保证横向稳定 （2）形式：横系梁和横隔板 （3）布置：拱顶、腹孔墩下、接头处，间距 3~5m。
（4）箱形梁
箱形拱包括箱形板拱和箱形肋拱 箱形截面拱的主要特点：
5、几种常用的拱轴线形：
（1）圆弧线——均布径向荷载的压力线 特点：线形简单，施工方便；但与恒载压力线偏离较 大，各截面受力不均 适用：常用于15～20m以下的小跨径拱桥或较大跨径的 钢筋混凝土拱桥
（2）悬链线——恒载集度自拱顶向拱脚均匀增加时 的压力线 特点： 用于实腹式拱桥，不计弹性压缩，与恒载压力线重 合； 用于空腹式拱桥，与恒载压力线有偏离，但有 利。 适用：大、中跨径普遍采用
21
22
23
24 25
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
26
47 46 48 9 10 9 10 1112 9 10
44
45
o1 o2
c)
o3
a）圆弧拱；b）变截面悬链线拱；c）等截面悬链线拱
施工要求：错缝、砌缝宽度、设五角石
3）混凝土板拱的构造
可以采用整体现浇，也可以预制砌筑 ① 简单预制砌块板拱。 ②分肋合龙，横向填镶砌筑板拱。 ③卡砌(空心)板拱。