第十一章 拱桥简介

根据拱肋和行车道梁的连结方式的不同，一般可分为 有推力和无推力两种类型。 无推力的拱式组合体系桥（系杆拱桥）的特点：
① ②


外部静定结构 兼有拱桥的较大跨越能力和梁桥对地基的适应能 力强两大特点。
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拱式组合体系桥的基本形式： • 简支梁拱组合体系桥
只用于下承式，均为无推力的组合体系桥。拱肋一般为 钢管混凝土和钢筋混凝土，桥面常设风撑；
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系杆拱：系杆和吊杆均为柔 性杆件，只承受轴向力，基 本不承受弯矩。
蓝格尔拱：拱肋刚度远小于系杆 （1/80），刚性系杆不仅承受拱 的推力，还要承受弯矩，成为拉 弯结合的梁式构件。 洛泽拱：拱肋与系杆都有一定的 抗弯刚度，荷载引起的内力在拱 肋和系杆之间按刚度分配。 尼尔森拱：这种体系与桁架相似， 与竖吊杆相比，内力分配更均匀， 整体刚度更大。
或者使桥面纵坡增大。
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第二节 拱桥的组成及主要类型
一、拱的主要组成
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拱桥的上部结构：
• 主要由主拱圈和拱上建筑组成。 • 主拱圈是主要承重结构。 • 桥面系和传力构件或用来传力的填充物称为拱 上建筑。
拱桥的下部结构： 由桥墩、桥台及基础组成。
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二、基本组成和构造
• 拱式组合体系桥一般由拱肋、系杆、吊杆（或）立柱、 行车道梁（板）及桥面系组成。
系杆
系杆的设臵在系杆拱设计中是个关键问题，一方面要 考虑系杆与拱肋的连接，保证系杆与拱肋的共同受力， 另一方面又要考虑与行车道之间的相互作用，避免桥 面行车道因阻碍系杆的受拉而遭到破坏。
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• 箱形拱桥：外形与板拱相似，截面挖空，截面 抵抗矩较相同材料用量的板拱大很多；节省材 料，减轻自重；闭口箱形截面，截面抗扭刚度 大，横向整体性和结构稳定性均较双曲拱好， 特别适合无支架施工。但箱形截面施工制作复 杂，适合大跨径拱桥。
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•
钢管混凝土拱桥：用于受压为主的结构。借 助内填混凝土增强钢管壁的稳定性，利用钢 管对核心混凝土的套箍作用，使核心混凝土 处于三向受压状态，从而使其具有更高的抗 压强度和抗变形能力。 优点：（1）总体性能方面； （2）施工方面。 缺点：容易产生脱空现象； 钢管先受力，应力偏高， 混凝土不能发挥作用。
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（3）采用独立的钢筋混凝土系杆，每个系杆由两部分组 成，安放在吊杆两旁，自由搁臵在横梁上，一般尽量 把系杆做的矮宽以增加柔性，常用于柔性系杆刚性拱 中。
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（4）采用预应力钢筋混凝土系杆
• 系杆截面形式与拱肋截面形式一致。
• 由于预加力克服了混凝土承受的的拉力，避免了混凝 土的裂缝，维修费用较低。
转体施工法。 一、就地浇注法 拱桥主拱圈混凝土的基本施工工艺流程(立模、 扎筋、浇注混凝土、养护及拆模等）直接在桥孔 位臵来完成。
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1.有支架施工法
先在主拱设计位臵建造支撑主拱的满布式脚
手架，或用型钢、组合杆件拼成拱架，在其上 就地灌注或砌筑主拱。 这种方法的拱架施工费用高，安装和拆除 拱架费工费料，施工工序多，工期长，在有水
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主讲人：杨果岳
第九章 拱桥简介
• 第一节 概述 • 第二节 拱桥的组成及主要类型
• 第三节 拱桥设计简介
• 第四节 拱式组合体系桥的设计与构造
• 第五节 拱桥施工简介
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第一节 概述
• 拱桥的主要特点：
与梁桥区别：外形不同，受力特点不同

拱桥的受力特点：
竖向荷载下，两端产生水平推力，减小了拱圈的截 面弯矩，截面应力分布较为均匀。
• 按照桥面的位臵可分为：上承式拱桥、中承式拱桥、 下承式拱桥
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• 按照结构受力图式可分为：简单体系拱桥、组合体系 拱桥和拱片桥。 • 按有无水平推力分：有水平推力和无水平推力拱桥。 • 按拱圈截面形式分：板拱桥、板肋拱桥、肋拱桥、双 曲拱桥、箱形拱桥、钢管混凝土拱桥、劲性骨架混凝 土拱桥
板肋拱
• 混凝土肋拱桥：肋拱桥是在板拱桥的基础上形 成的，将板拱划分成两条或多条分离的、高度 较大的拱肋，肋与肋之间用横系梁连接。 特点：节省材料，减轻自重，多用于大、中跨 径的拱桥。
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• 双曲拱桥：主拱圈的纵向和横向均呈曲线形。 特点：抵抗矩较相同材料的板拱大，节省材料； 施工可采用预制拼装；但施工工序多，组合截 面整体性差和易开裂，一般适用于中、小跨径 拱桥。
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②
双铰拱
• 属一次超静定结构， 介于三铰拱和无铰拱 之间。 • 取消了拱顶铰； • 相较三铰拱刚度大； • 相较无铰拱，结构体 系变形引起的内力变 化较小。
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③
无铰拱
• 三次超静定结构 • 结构整体刚度大； • 拱内弯矩分布较两铰 拱均匀； • 施工方便； • 受结构体系变形影响 大； • 对地基要求高。
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上承式
下承式
中承式
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1.按结构受力图示分类
（1）简单体系拱桥 均为有推力拱桥；可做成上承 式、中承式和下承式 按主拱的静力体系分为三种 ① 三铰拱（很少采用） 属外部静定结构。 优点：无需考虑体系变形对内力的 影响；对地基要求不高。 缺点：构造复杂；结构刚度小；对 行车不利。
拱片立面挖空成桁架。
可由两片以上 拱片组成，用横 向连结系将其连 成整体。

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2.按主拱圈截面形式分类
• 拱桥的主拱圈沿拱轴线可以做成等截面或变截 面形式。
等截面
变截面
• 等截面构造简单，施工方便，使用普遍。
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• 主拱圈使用的建筑材料主要有：圬工、钢筋混 凝土、钢材、钢-混凝土组合结构等。 • 圬工——小跨 钢拱——大跨 • 钢筋混凝土是最具有竞争性的桥型之一。
• 钢-混凝土组合结构主要有钢管混凝土拱桥和 劲性骨架混凝土拱桥。
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• 板拱桥：采用矩形实体截面的拱桥。特点是： 构造简单、施工方便，但截面抗弯矩不大，适 用于地基条件较好的中、小跨径圬工桥。 • 板肋拱：在较薄的拱板上增加几条纵向肋，以 提高拱圈的抗弯刚度。
板拱
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矢跨比 • 主拱圈的矢跨比是拱桥设计的主要参数。不但影响主 拱圈内力，还影响拱桥的构造形式和施工方法的选择， 应从上下部结构受力、通航、泄洪等综合因素考虑确 定。
（1）拱桥的水平推力与垂直反力的比值，随矢跨比的减 小而增大。
拱的推力大，在拱圈产生的轴向力也大，对拱圈 自身的受力状况有利，对墩台基础不利。
适应力强（简支梁桥）。 • 拱的推力由系杆承受。

系杆——将两拱脚相互联系在一起的水平构 件。
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• 根据拱肋和系杆相对刚度的大小及吊杆的布臵可
分为：
系杆拱——竖直吊杆的柔性系杆刚性拱； 蓝格尔拱——竖直吊杆的刚性系杆柔性拱； 洛泽拱——竖直吊杆的刚性系杆刚性拱。

当用斜吊杆代替竖直吊杆时，称为尼尔森拱。

主要承重构件为拱肋、加劲纵梁。
根据拱肋和系杆相对刚度的大小，可分为：柔性系杆刚 性拱、刚性系杆柔性拱和刚性系杆刚性拱。

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• 连续梁拱组合体系桥 特点：刚度大，跨越能力大，造型美观
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• 单悬臂组合式桥梁 只适用于上承式，采用转体施工特方便。
此类桥是将实腹梁挖空，用立柱代替梁腹板，原腹 板剪力主要由拱肋竖向力及加劲梁剪力平衡。
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目的：减小不平衡推力
方法：
（1）采用不同的矢跨比：大跨径用陡拱，小跨 径用坦拱； (2)采用不同的拱脚高程 （3）调整拱上建筑的恒载质量 （4）采用不同类型的拱跨结构
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3.拱轴线的选择和拱上建筑的布臵 理想的拱轴线：与拱上各种荷载的压力线相吻合。 以结构自重压力线作为设计拱轴线。 拱轴线选择的要求 拱桥常用的拱轴线形： （1）圆弧线 均匀径向荷载分布 （2）悬链线 拱顶到拱脚均匀增加的荷载 （3）抛物线 竖向匀布荷载
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• 拱上建筑的形式及布臵，对于合理选择拱轴线 形具有密切关系。 小跨径：实腹式圆弧拱或实腹式悬链线拱； 大、中跨径：空腹式悬链线拱； 轻型、全透空的大跨径：抛物线拱。
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第四节 拱式组合体系桥的设计与构造 一、概述

梁和拱两种基本结构的组合，充分发挥梁受弯，拱受 压的结构特性及其组合作用。

拱桥的主要优点： 跨越能力较大；能充分就地取材；耐久性好，维修、 养护费用少；外形美观；构造简单。
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• 拱桥的主要缺点： （1）自重较大，对地基要求较高； （2）连续多孔拱桥，需设臵复杂的措施防止一孔破坏而 影响全桥的安全；
（3）上承式拱桥因建筑高度较高，使两岸接线长度增长
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吊杆
• 吊杆设计时将其按轴向受力构件考虑，所以顺 桥向尺寸设计的较小，使之具有柔性而不承受 弯矩，只承受拉力；横桥向尺寸设计较大，以 增强拱肋的稳定。
• 现代吊杆的发展趋势是采用高强钢丝束或粗钢 筋。
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第五节 拱桥施工简介• 拱桥施Biblioteka 方法主要有：就地浇筑法、预制安装法
（1）确定桥梁长度及分孔 （2）确定桥梁的设计高程和矢夸比
桥面高程、拱底底面高程、起拱线高程和基础底面 高程
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• • • •
桥面高程一般由两岸线路的纵断面控制； 拱顶底面高程由桥面高程减去拱顶处的建筑高度； 起拱线高程由矢跨比的要求确定； 基础底面高程应根据冲刷深度、地基承载力等因素确 定。
流、需通航之处还不能使用。现在用的越来越
少。
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（1）在行车道中设臵横向裂缝，使行车道不参与系杆的
受力，行车道简支在横梁上。
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（2）系杆采用型钢或扁钢制作，与行车道完全不接触， 行车道内设臵横向断缝。
缺点：外露系杆易腐蚀，在温度变化时，外露金属系 杆和钢筋混凝土拱肋的温度有差别，由此产生附加应 力。
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（2）组合体系拱桥
一般由拱肋、系杆、吊杆（或立柱）、行车道 梁（板）及桥面系组成。 梁和拱组合，共同承担桥面荷载和水平推力， 发挥梁受弯，拱受压的结构特性，节省材料。 • 分为有推力和无推力。

吊杆
拱肋
系杆
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① 无推力的组合体系拱桥
• 两大特点：较大跨越能力（拱桥）；对地基
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• 劲性骨架混凝土拱桥：采用钢管作劲性骨架 的混凝土拱。又称为内填外包型钢管混凝土 拱。主要用于大跨度拱桥中，解决了大跨度 拱桥施工中的“自架设问题”。
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第三节 拱桥设计简介
1 拱桥的总体布臵

拟定结构体系及结构形式；拟定桥梁的长度、跨径、 孔数、拱的主要几何尺寸、桥梁的高度、墩台及其基 础形式和埋深、桥上及桥头引道的纵坡等。
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②
有推力的组合体系拱桥
• 此种组合体系拱没有系杆，由单独的梁和拱共 同受力，拱的推力仍由墩台承受。 • 有刚性梁柔性拱（倒蓝格尔拱）、刚性梁刚性 拱（倒洛泽拱）。
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③拱片桥

上边缘与桥面平行，下边缘是拱形的有推力结构，称为拱片。
行车道系与拱肋刚性连成一整体，共同受载。
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拱桥的几个主要技术名称
• • • • •
净跨径 计算跨径 净矢高 计算矢高 矢跨比、陡拱、坦拱
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二、拱桥的主要类型
• 按主拱圈所使用的材料：圬工拱桥、钢筋混凝土拱桥、 钢拱桥、钢筋-混凝土组合拱桥
• 按照拱上建筑的形式可分为：实腹式拱桥、空腹式拱 桥 • 按照主拱圈线形可分为：圆弧线拱桥、抛物线拱桥、 悬链线拱桥
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（2）矢跨比越小（拱越坦），附加应力越大。 拱圈受力后因弹性压缩，或因温度变化、混凝 土收缩，或因墩台位移的原因，都会在无铰拱的 拱圈内产生附加的内力。
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2.不等跨连续拱桥的处理方法 不等跨拱桥，由于相邻孔的恒载推力不相等， 使桥墩和基础增加了恒载的不平衡推力。