混凝土拱桥

唐著名诗篇《枫桥夜泊》：「月落乌啼霜满天，江枫渔火对愁眠。姑苏城外寒 山寺，夜半钟声到客船。」说的正是苏州市枫桥镇古运河上的枫桥。在唐开元 年间，进士张继曾到此地游览。随着这首唐诗的传播，枫桥也因此名闻天下。
颐和园玉带桥玉带桥位于北京颐和园 昆明湖长堤上，建于清乾隆年间(公元 1736-1795年)。该桥单孔净跨11.38米， 矢高约7.5米，全部用玉石琢成。
• 构造较简单。
缺点: •自重大，水平推力大
下部工程量大
地基要求高
•施工难（长、高），费用高；
• 工期长（机械化程度低）； • 多跨连续拱需处理不平衡推力；
• 上承式拱桥的建筑高度大。
思考 1
• 拱桥地基的水平推力可以减小或消除吗?若能,你 能提出哪些办法?
1. 概述
?
概述
1.1 拱桥的基本组成及主要特点 1.2 拱桥的分类
✓缺点：有铰
• 构造复杂 、施工困难 • 维护费用高 • 整体刚度小 、行车不利
少用
✓使用： 空腹式拱桥的拱上建筑中的边腹拱、施工拱架 常用三铰拱
三铰拱
➢ 两铰拱
✓优点：
•与无铰拱比附加内力小 •与三铰拱比整体刚度大
✓使用： 地基不好，坦拱（推力大）
两铰拱
➢ 无铰拱 •无铰
✓优点：
• 构造简单，施工方便 • 维护费用低 • 整体刚度大
北京天安门外金水桥
五座姊妹桥分别与天安门城 楼下的五个门洞相通。始建于明 永乐年间，重建于清康熙二十九 年,中间一座桥面宽大，栏板上 刻有盘龙，这是皇帝进出皇宫的 通道，称为御路桥。两侧两座略 小，栏板上刻着荷花，是王公大 臣进出皇宫的通道，称作王公桥。 优美的外金水桥和天安门城楼、 华表 、石狮一起，构成了国家 的标志。
1.3 拱桥的总体布置
1.2 拱桥的分类
按材料分
圬工拱桥 钢筋混凝土拱桥 钢拱桥 钢管混凝土拱桥
➢ 内填混凝土(混凝土三向受压)
劲性骨架混凝土拱桥
按拱上结构分 实腹式拱桥 空腹式拱桥
• 圆弧线拱桥 按拱轴线型分 • 抛物线拱桥
• 悬链线拱桥
• 有推力拱桥 按支承反力分 • 无推力拱桥
H1 h1 H2 h2
缺点：欠美观，构造复杂
H2
h2
H1
h1
不等跨拱桥：1965广西南宁都安红渡桥（L: 100m )
✓调整拱上建筑的重力 大跨：空腹或轻质填料 小跨：实腹或重质填料
✓采用不同类型的拱跨结构 小跨：板拱 大跨：肋拱（轻）、中承式（f大，陡拱）
✓采用不对称桥墩
目的：抗倾覆能力强
预制块
分肋合龙，横向填镶砌筑板拱 在拱宽范围内设若干条倒T形截面的中肋和两条L形边肋； 无支架吊装基肋合龙成拱； 肋间用T形截面砌块填镶组拼成板拱。 适于：中、小跨。
卡砌(空心)板拱
窄拱架上拼砌基箱(肋)；
两侧对称卡砌边箱(肋)直至成拱。
优点：省拱架用料。
◆ 钢筋混凝土板拱的构造 截面：整体式和分离式
• 桥梁标高、矢跨比、几何尺寸等 主要设计标高： 桥面、拱顶底面、起拱线、基底。
桥面标高
拱顶底面标高 起拱线标高
基础底面标高
• 桥下净空要求（通航、洪水） ➢ 桥面标高：
• 线路纵断面要求（i、引道长等） ➢基底标高：与地基有关（冲刷深度、承载力）
桥面标高
基础底面标高
➢拱顶底面标高：拱顶底面标高=桥面标高-拱顶处的建筑高度
九江长江大桥（180m+216m+180m）（1993年建成）
公铁两用桥特大钢桥，钢桁梁与钢桁拱组合体系桥。
广州丫髻沙大桥（跨径组成：76+360+76m）
2000年6月建成 。当时共创下4项全国乃至世界第一：大桥跨度第一，主跨达到 360米，为当时世界钢管混凝土拱桥中主跨度最长的；大桥平转转体每侧重量达 13680吨，不仅居国内第一，也是世界同类型中第一座万吨转体桥梁；竖转加平 转相结合的施工方法世界领先；大桥极限承载力和抗风力国内领先。
பைடு நூலகம்
503 澳大利亚 1932
6 重庆巫山长江大桥 460
中国
2004
7
广州新光大桥
428
中国
2006
8 万县长江公路大桥 420
中国
1997
9 重庆菜园坝长江大桥 420
中国
在建
10
KRK大桥
390 克罗地亚 1979
赵州桥（建于公元605年，净跨37.02m，宽9m ）
苏州枫桥:长39.6米，高7米，宽4.2米，跨径10米
≥计算水位（设计洪水位+壅水、浪高等） +1m（漂流物通过）
桥面标高
拱顶底面标高 设计洪水位
➢起拱线标高：•尽量降低拱脚（减少H对A产生的M）
•
hb
h洪 h冰
0.25m（有铰） 0.25m （有、无铰）
•淹没深
h洪
hb
2 3
f0
（无铰）
拱顶底面标高
起拱线标高
设计洪水位
H A
确定拱桥的矢跨比f/L ：
钢筋混凝土 挑梁
板拱用于空腹式拱桥时 可通过盖梁将人行道或部分车道悬挑出拱圈宽度外 ； 可减小拱圈宽度和墩台尺寸 。
尽量采用窄拱圈 对于板拱，拱圈减小对恒载应力影响很小，活载应力略有增加 。 综合考虑造价，采用窄拱圈较为经济 。
✓主拱厚度及变化规律：
拱圈厚
x
hd
与跨度、体系、荷载有关。 钢筋混凝土板：
hj
φj
L
x L
2
2
拱顶
hd
1 60
~
1 L 70
（一般）
拱脚
hd
hj
c
os
j
（中小跨无铰拱）
1.2 ~ 1.5hd
✓主拱厚度及变化规律：
x
hd
φj
拱圈横截面沿跨径变化规律 hj
x L
L
2
Id 1 (1 n) I cos
（里特公式）
2 其它拱可用二次
n Id
I j cos j
或三次多项式
?
概述
1.1 拱桥的基本组成及主要特点 1.2 拱桥的分类
1.3 拱桥的总体布置
1.1 拱桥的基本组成及主要特点
拱桥与梁桥的区别 外形不同 受力不同
➢ 梁——在竖向荷载作用下，只有竖向反力； ➢ 拱——竖向荷载作用下，有水平反（推）力，
以受压为主。
拱桥的基本组成
主拱圈(主拱 )——主要承重结构
✓主拱截面宽度： 一般主拱宽>L/20，否则要验算横向稳定性 实腹式板拱和拱式腹孔的空腹式板拱
不设人行道时，可将防撞栏悬出5~10cm； 设人行道时，将人行道栏悬出15~25cm；
多跨或大跨径实腹式板拱桥
可将单独设置的钢筋混凝土构件组成的人行道部分悬出； 可将设置在横贯全桥的钢筋混凝土挑梁上的人行道全部悬出。
G
A
思考 2
• 你能列出处理不等跨拱桥不平衡推力的方 法?
• 列举你所知道的钢管混凝土拱桥。
拱桥构造
2 拱桥构造
2.1 上承式拱桥构造 2.2 中、下承式拱桥构造简介
2.1 上承式拱桥构造
2.1.1主拱构造
板拱：截面宽度、厚度、构造、板肋拱 肋拱 箱拱
2.1.2 拱铰： 弧形铰、铅垫铰、平铰、不完全铰、钢铰
构造
2.1.3拱上建筑 构造
实腹式拱上建筑 空腹式拱上建筑 ：拱式、梁式拱上建筑 简支腹孔 连续腹孔
框架腹孔
2.1.4拱顶填料、桥面铺装
2.1.5伸缩缝、变形缝 2.1.6.排水与防水： 由纵、横坡、泄水管、防水层实现
2.1.1主拱构造
按主拱(圈)截面分类：板拱、肋拱、箱形拱、双曲拱等。
➢板拱
✓线型： 圆 、悬链线拱 、抛物线等。 ✓截面高：等高、不等高。 ✓主拱材料： 石、混凝土、钢筋混凝土。
悉尼港大桥（主跨503m）
1977美国518.2m New River Gorge桥（耐候钢）
重庆市地标——朝天门长江大桥（主跨552m ）
上海卢浦大桥（主跨550m ）
广州解放大桥
吉林长春伊通河大桥
江西赣州章江大桥
湖南益阳康富桥
广东潮州韩江大桥
景观桥梁（巴塞罗那Roda桥）
1. 概述
课程内容安排
1.概述 2.拱桥构造 3.拱桥的计算
共14学 时！
拱桥跨径排行榜
序号
桥名
主跨(米) 所在国家 建成年限
1 重庆朝天门长江大桥 552
中国
2009
2
上海卢浦大桥
550
中国
2003
3 New River Gorge 桥 518
美国
1977
4
Bayonne桥
504
美国
1931
5
悉尼港桥
杭州西湖断桥始建于唐朝，是1941年改建
1990湖南凤凰县的鸟巢河桥 （ L=120m）
石拱桥。桥宽8m，双肋石拱桥，腹拱为9孔13m，南岸引桥3孔13m，北岸引桥1孔 15m。主拱圈由两条分离式矩形石肋和8条钢筋混凝土横系梁组成。拱轴线为悬 链线（m=1.543） ，拱矢度1/5，拱肋为等高变宽度。
颐和园十七孔桥清乾隆时（1736一 1795）建。桥由17个孔券组成，长 150米，飞跨于东堤和南湖岛，状 若长虹卧波。
水乡周庄古桥纵横，姿态 各异。全镇有元、明、清 时期修建的石桥 14 座。
双桥位于周庄镇东北，建于
明万历年间，一为石梁桥， 一为石拱桥；桥面一横一竖， 桥洞一方一圆；两桥联袂， 有如一把古钥匙，故有「钥 匙桥」之称，它是周庄的象 征。
按桥面位置分
a上)上承承式式 b)下下承承式式 c)中中承承式式
?
按结构体系分
• 简单体系拱桥 • 组合体系拱桥
➢ 三铰拱 ➢ 两铰拱 ➢ 无铰拱
a)三铰拱 a)三铰拱
a)三铰拱
b)两铰拱 b)两铰拱
b)两铰拱
c)无铰拱 c)无铰拱
c)无铰拱
➢ 三铰拱
✓优点： 静定结构，无附加内力（温度、支座沉陷等）
（厚度变化系数，越小厚度变化越大）
n=0.5~0.8
等宽变厚（√）
等厚变宽。少 用，中承式或 大跨窄桥用。
镰刀形 。M较 均匀，少用。
注意：变截面复杂、施工不便时尽量用等截面。
✓混凝土板拱的构造：
施工方法 •整体现浇 —— 少用（收缩应力大、工期长） •预制砌筑—— 常用（下述几种方法）
简单预制砌块板拱
1997四川万县长江大桥 L=420m 劲性骨架钢筋混凝土箱形拱桥
广州新光大桥（跨径组成：主跨177+428+177m）
在新光大桥的施工过程中，大段整体提升法、大江大河内的深水围堰、钢-混凝 土组合桩、高性能混凝土等新工艺、新技术正在施工中得到运用。其中运用的 深水围堰为目前国内大江大河最大的深水围堰；运用的大段整体提升法为国内 首创，最大提升段达3000余吨，提升高度80余米，开国内桥梁建设应用此类工 艺施工先河。
上部结构 组成
拱上建筑
桥面系——提供平顺桥道
填充物、传力构件——传力
下部结构: 桥墩、桥台、基础
腹孔
拱轴线
拱上建筑
立柱
拱脚
主拱圈 起拱线标高
拱腹 拱背
腹孔
拱轴线
拱顶
拱脚
主拱圈
立柱
拱腹 拱背
计 算 矢 高
计算跨径L0
拱桥的特点
优点: • 跨越能力较大 ； • 耐久性好，养护、维修费用少； • 外型美观；
判断拱桥 类型？
1#
2#
3#
4#
5#
6#
7#
8#
钢管混凝土拱桥
• 核心混凝土处于三向受压状态 ，强度大； • 主拱圈截面及其宽度相对较小； ✓优点： • 钢管为外模板，刚度大、承载能力大、重量轻、易于吊
装或转体，不需拆模；
• 内填混凝土增强钢管壁的稳定性；
出现管内混凝土脱空现象 （阳光、混凝土收缩） ✓缺点：
1
12
（圬工拱桥） （钢筋混凝土拱桥）
不等跨拱桥不平衡推力：
➢产生不等跨原因：地形、地质、通航等（最好等跨） ➢不平衡推力后果：下部结构受力不利
不等跨拱桥不平衡推力：
➢采取措施：
大跨矢跨比大（陡）不平衡推力小
✓ 采用不同矢跨比
小跨矢跨比小（坦）不平衡推力大
✓ 采用不同的拱脚标高
如图： H1>H2
➢f/L小（坦）：
•水平推力大（地基要求高）；
•轴压力大； •附加力大（无铰、二铰拱时）；
➢f/L大（陡）： ➢影响美观
•水平推力小；
•桥下净空大； •桥面纵坡大； •拱脚区段过陡（施工困难）。
➢影响施工方法选择
确定拱桥的矢跨比f/L ：
➢ 矢跨比的取值
1 4
~
1 8
f
L
1 8 1
~
1
5 8
使用广泛
•内力分布均匀，省材
✓缺点： 有附加内力，地基要求高
➢ 单铰拱
✓使用： 很少用，通常用于跨中弯矩较大情况
按照主拱的截面型式分类
板拱桥：简单用于中小跨桥,构造简单,抗弯刚度小,需采用支架施工 肋拱桥：自重小,跨径较大,施工较板拱复杂 双曲拱桥：外观美、施工工序多、整体性差、易开裂 箱形拱桥：用料省、抗扭和整体性好、适于无支架施工、需较大能 PPPPPPPP力吊装设备、大跨主拱 钢管混凝土拱桥： 劲性骨架混凝土拱桥 ：
钢管应力过高、混凝土材料不能充分发挥作用
✓使用：肋拱、大跨。
劲性骨架混凝土拱桥 施工方便；
✓优点： 承载潜力大、跨越能力强；
先合拢
含钢量大、受徐变影响较小。
✓使用：大跨。
后立模
1. 概述
?
概述
1.1 拱桥的基本组成及主要特点 1.2 拱桥的分类
1.3 拱桥的总体布置
1.3 拱桥的总体布置
重要性：影响全局性(造价、维护、使用、管理等） 内容： • 拟定结构体系、桥长、跨径、孔数；