1、第七章第七章 拱拱 桥桥7.1 7.1 概述概述7.27.2 拱桥构造拱桥构造7.37.3 拱桥的设计拱桥的设计7.47.4 拱桥的计算拱桥的计算7.5 7.5 其他类型拱桥其他类型拱桥7.17.1 概述概述一、拱桥的特点与适用范围一、拱桥的特点与适用范围二、拱桥的基本组成二、拱桥的基本组成三、拱桥的主要类型三、拱桥的主要类型 拱桥是我国公路上常用的一种桥梁体系。拱拱桥是我国公路上常用的一种桥梁体系。拱桥与梁桥的区别，不仅在于外形的不同，更重要桥与梁桥的区别，不仅在于外形的不同，更重要的是两者受力性能有差别。的是两者受力性能有差别。由力学知识可以知道，梁式结构在竖向荷载由力学知识可以知道，梁式
2、结构在竖向荷载作用下，支承处仅仅产生竖向支承反力，而拱式作用下，支承处仅仅产生竖向支承反力，而拱式结构在竖向荷载作用下，支承处不仅产生竖向反结构在竖向荷载作用下，支承处不仅产生竖向反力，而且还产生水平推力。力，而且还产生水平推力。拱桥的主要优点拱桥的主要优点：跨越能力较大。混凝土拱桥的极限跨度可达跨越能力较大。混凝土拱桥的极限跨度可达500m500m，钢拱桥的极限跨度可达钢拱桥的极限跨度可达1200m1200m。能充分做到就地取材，与钢桥和钢筋混凝土粱式桥能充分做到就地取材，与钢桥和钢筋混凝土粱式桥相比，可以节省大量的钢材和水泥相比，可以节省大量的钢材和水泥经久耐用，养护、维修费用较少；经久耐
3、用，养护、维修费用较少；外形美观，构造较简单。外形美观，构造较简单。一、拱桥的特点与适用范围一、拱桥的特点与适用范围拱桥的缺点：拱桥的缺点：拱脚水平推力较大，增加了下部结构的工程数量，当拱脚水平推力较大，增加了下部结构的工程数量，当采用无铰拱时，对地基条件要求较高；采用无铰拱时，对地基条件要求较高；施工工序较多，工艺较为复杂；在圬工拱桥施工中，施工工序较多，工艺较为复杂；在圬工拱桥施工中，难以实现高度的机械化和工业化方法，需要劳动力多，难以实现高度的机械化和工业化方法，需要劳动力多，施工工期长；施工工期长；多孔连续拱桥，为防止因一孔破坏产生不平衡推力而多孔连续拱桥，为防止因一孔破坏产生不平衡推
4、力而影响全桥的安全，需要采取较复杂的措施，或设置单影响全桥的安全，需要采取较复杂的措施，或设置单向推力墩，增加了造价；向推力墩，增加了造价；在满足桥下净空要求时，上承式拱的曲线底面将增加在满足桥下净空要求时，上承式拱的曲线底面将增加桥面高程，当用于城市及平原区的桥梁时受到的限制。桥面高程，当用于城市及平原区的桥梁时受到的限制。二、拱桥的基本组成二、拱桥的基本组成1.1.基本组成基本组成 拱桥也和其它桥梁一样，也是由桥跨结构（上部结拱桥也和其它桥梁一样，也是由桥跨结构（上部结构）及下部结构两个部分组成。构）及下部结构两个部分组成。按桥面位置分按桥面位置分 根据行车道的位置，拱桥的桥跨结构可以做成
5、上承根据行车道的位置，拱桥的桥跨结构可以做成上承式、下承式和中承式三种类型，图式、下承式和中承式三种类型，图7-17-1表示的是拱桥的表示的是拱桥的各主要组成部分及其名称。各主要组成部分及其名称。o 上承式拱桥上承式拱桥，桥跨结构是由主拱圈（肋、箱）简称主拱，桥跨结构是由主拱圈（肋、箱）简称主拱及拱上建筑（又称拱上结构）所构成。由于主拱圈是曲及拱上建筑（又称拱上结构）所构成。由于主拱圈是曲线形，一般情况下车辆无法直接在弧面上行驶，所以在线形，一般情况下车辆无法直接在弧面上行驶，所以在桥面系与拱圈之间需要有传递压力的构件或填充物，以桥面系与拱圈之间需要有传递压力的构件或填充物，以使车辆能在平顺的
6、桥面上行驶。桥面系和这些传力构件使车辆能在平顺的桥面上行驶。桥面系和这些传力构件或填充物统称为拱上结构或拱上建筑。拱上建筑可做成或填充物统称为拱上结构或拱上建筑。拱上建筑可做成实腹式或空腹式，相应称为实腹拱桥或空腹拱桥。实腹式或空腹式，相应称为实腹拱桥或空腹拱桥。o 中承式拱桥中承式拱桥的拱圈由分离的拱肋所组成，由横梁及支承于的拱圈由分离的拱肋所组成，由横梁及支承于其上的桥面板等所构成的桥面结构位于拱肋立面的中部，其上的桥面板等所构成的桥面结构位于拱肋立面的中部，利用设在横梁处的吊杆将荷载传递到拱肋，桥面结构位于利用设在横梁处的吊杆将荷载传递到拱肋，桥面结构位于拱肋以上的部分则由立柱支撑在拱肋
7、及墩、台上。拱肋以上的部分则由立柱支撑在拱肋及墩、台上。o 下承式拱桥下承式拱桥的拱圈也由分离的拱肋所组成，桥面结构与中的拱圈也由分离的拱肋所组成，桥面结构与中承式拱桥相似，但其位于拱肋立面的底部且均由吊杆悬吊承式拱桥相似，但其位于拱肋立面的底部且均由吊杆悬吊在拱肋上。在拱肋上。按主拱圈所使用的建筑材料来分：按主拱圈所使用的建筑材料来分：按拱上建筑的形式分：按拱上建筑的形式分：按拱轴线的形式分：按拱轴线的形式分：按桥面的位置分：按桥面的位置分：按有无水平推力分：按有无水平推力分：三、拱桥的分类三、拱桥的分类圬工拱桥圬工拱桥钢筋混凝土拱桥钢筋混凝土拱桥钢管混凝土拱桥钢管混凝土拱桥钢拱桥钢拱桥实腹
8、式拱桥实腹式拱桥空腹式拱桥空腹式拱桥圆弧线拱桥、抛物线拱桥、悬链线拱桥圆弧线拱桥、抛物线拱桥、悬链线拱桥上承式拱桥、中承式拱桥、下承式拱桥上承式拱桥、中承式拱桥、下承式拱桥有推力拱桥有推力拱桥无推力拱桥无推力拱桥1.1.按结构体系分类按结构体系分类简单体系拱桥简单体系拱桥组合体系拱桥组合体系拱桥 在简单体系拱桥中，上承式拱桥的拱上结构或中、在简单体系拱桥中，上承式拱桥的拱上结构或中、下承式拱桥的拱下悬吊结构（统称为行车道系结构）下承式拱桥的拱下悬吊结构（统称为行车道系结构）,一般都不考虑它与主拱的联合作用来共同承受桥面荷一般都不考虑它与主拱的联合作用来共同承受桥面荷载，载，主拱将以裸拱的型式作
9、为主要承重结构主拱将以裸拱的型式作为主要承重结构，拱的水，拱的水平推力直接由墩台基础承受。平推力直接由墩台基础承受。1.1.按结构体系分类按结构体系分类简单体系拱简单体系拱三铰拱三铰拱两铰拱两铰拱无铰拱无铰拱 三铰拱三铰拱 静定结构，在地基差的地区可采用。但构造复杂，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。施工困难，整体刚度小，主拱圈一般不采用。无铰拱无铰拱 三次超静定结构。拱的内力分布较均匀，材料用量三次超静定结构。拱的内力分布较均匀，材料用量较省；构造简单，施工方便，整体刚度大，实际中使较省；构造简单，施工方便，整体刚度大，实际中使用广泛。但附加
10、内力大用广泛。但附加内力大,多修建在地基良好处。多修建在地基良好处。两铰拱两铰拱 一次超静定结构。由于取消了拱顶铰，结构整体一次超静定结构。由于取消了拱顶铰，结构整体刚度较相应三铰拱大。附加内力比对无铰拱的影响刚度较相应三铰拱大。附加内力比对无铰拱的影响要小。在地附基条件较差时或坦拱中采用。要小。在地附基条件较差时或坦拱中采用。（1）简单体系拱桥）简单体系拱桥（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。在拱式桥跨中，行车系与拱组合，共同受力。同样，组合拱可以做成上承式、中承式和下承式。同样，组合拱可以做成上承式、中承式和下承式。常用的有以下几种形式：常用的有以下几
11、种形式：无推力拱无推力拱：拱的推力由系杆承受，墩台不受水平推力：拱的推力由系杆承受，墩台不受水平推力有推力拱：有推力拱：此种组合体系拱没有系杆，有单独的梁和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。拱共同受力，拱的水平推力任由墩台承受。组合体系拱桥组合体系拱桥2.2.按主拱的截面形式分类按主拱的截面形式分类板拱桥板拱桥肋拱桥肋拱桥双曲拱桥双曲拱桥箱形拱桥箱形拱桥钢管混凝土拱桥钢管混凝土拱桥三、拱桥的分类三、拱桥的分类板拱桥板拱桥 （图图7-7a7-7a）主拱圈采用矩形实体截面。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，不构造简单、施工方便，
12、使用广泛。自重较大，不经济，经济，通常在地基较好的中小跨径圬工拱桥中采用通常在地基较好的中小跨径圬工拱桥中采用。2.按主拱的截面形式分按主拱的截面形式分返回返回肋拱桥肋拱桥 图图7-7b7-7b 肋拱桥由两条或两条以上分离式拱肋组成承重结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构的拱桥，拱肋之间靠横向联系梁连接成整体而共同受力。受力。这种桥横截面面积较小，节省材料这种桥横截面面积较小，节省材料,自重轻自重轻,跨越跨越能力大，多用于较大跨径的拱桥。可以用圬工、钢筋能力大，多用于较大跨径的拱桥。可以用圬工、钢筋混凝土、钢材建造。混凝土、钢材建造。2.
13、按主拱的截面形式分按主拱的截面形式分双曲拱桥双曲拱桥 图图7-7c7-7c 主拱圈横截面由一个或数个小拱组成，其主拱圈在纵向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。等几部分。施工时，先架设预制的拱肋，形成支架后再在拱肋上安施工时，先架设预制的拱肋，形成支架后再在拱肋上安装横向小拱装横向小拱(称称“拱波拱波”)，并在拱波上浇筑混凝土，并在拱波上浇筑混凝土(称称“拱拱板板”)，最后在拱板上修建拱上建筑，因此可以节省支架、，最后在拱板上修建拱上建筑，因此可以节省支架、模板等材料，施工
14、也较简便，但工序多，截面整体性较差，模板等材料，施工也较简便，但工序多，截面整体性较差，容易产生裂缝，故双曲拱桥目前已很少采用。容易产生裂缝，故双曲拱桥目前已很少采用。2.按主拱的截面形式分按主拱的截面形式分箱形拱桥箱形拱桥 图图7-7d7-7d 箱形拱是将实体的板拱截面挖空成空心箱形截面。箱形拱是将实体的板拱截面挖空成空心箱形截面。较实体板拱桥可减少圬工用料与自重，适用于大跨度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。一般情况下，跨径在用于无支架施工。一般情况下，跨径在50
15、 m50 m以上的拱桥采以上的拱桥采用箱形截面才是合适的。用箱形截面才是合适的。2.按主拱的截面形式分按主拱的截面形式分钢管混凝土拱桥钢管混凝土拱桥 钢管混凝土是在薄壁圆形钢管内填充混凝土而形钢管混凝土是在薄壁圆形钢管内填充混凝土而形成的一种复合材料，它利用钢管对核心混凝土的套箍成的一种复合材料，它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；同时，钢管本身相有更高的抗压强度和抗变形能力；同时，钢管本身相当于混凝土的外模板。当于混凝土的外模板。图图7-7e7-7e，f f2.按主拱的截面形式分
16、按主拱的截面形式分 3.按拱上结构的形式分类按拱上结构的形式分类1 1）实腹式拱桥：）实腹式拱桥：图图7-8 b)7-8 b)拱上建筑做成实体结构的拱桥。拱上建筑做成实体结构的拱桥。通常在拱圈上的两侧设拱上挡土墙（侧墙），中通常在拱圈上的两侧设拱上挡土墙（侧墙），中填土（石），再于其上建造桥面。填土（石），再于其上建造桥面。多用于多用于202030m30m的小跨径拱桥。的小跨径拱桥。2 2）空腹式拱桥：）空腹式拱桥：图图7-8 a)7-8 a)拱上建筑由几个腹孔构成的拱桥。拱上建筑由几个腹孔构成的拱桥。腹孔为桥面以下、主拱拱肩上所设的孔。腹孔为桥面以下、主拱拱肩上所设的孔。空腹式拱桥较实腹式拱
17、桥轻巧，节省材料，外形美观，空腹式拱桥较实腹式拱桥轻巧，节省材料，外形美观，并且有助于泄洪，适用于大跨度桥梁，但施工麻烦。并且有助于泄洪，适用于大跨度桥梁，但施工麻烦。7.2 7.2 拱桥构造拱桥构造一、主拱的构造一、主拱的构造二、拱上建筑的构造二、拱上建筑的构造三、其他细部构造三、其他细部构造1.1.板拱板拱(1)(1)主拱截面宽度主拱截面宽度u对于实腹式板拱桥：对于实腹式板拱桥：拱圈宽度决定于桥面宽度拱圈宽度决定于桥面宽度。u当板拱用于空腹式拱桥时当板拱用于空腹式拱桥时v对拱式腹孔，拱圈宽度拟定与实腹式拱相同；对拱式腹孔，拱圈宽度拟定与实腹式拱相同；v对于梁式腹孔，拱圈宽度通常均小于桥面宽
18、度，而对于梁式腹孔，拱圈宽度通常均小于桥面宽度，而通过拱上立柱盖梁将人行道或部分行车道悬挑出拱通过拱上立柱盖梁将人行道或部分行车道悬挑出拱圈宽度以外。圈宽度以外。一、主拱的构造一、主拱的构造注意：注意：板拱拱圈宽度一般不宜小于计算跨径的板拱拱圈宽度一般不宜小于计算跨径的1/201/20，以保证横，以保证横向稳定性，否则，应验算拱圈横向稳定性。向稳定性，否则，应验算拱圈横向稳定性。1.1.板拱板拱(2)(2)主拱厚度及变化规律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、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。建筑材料、荷载
19、大小等因素通过试算确定。石板拱桥：石板拱桥：钢筋混凝土板拱：钢筋混凝土板拱：拱顶厚度可按跨径的拱顶厚度可按跨径的1/601/601/701/70进行估进行估算，跨径大时取小值；若采用变高度截面，拱脚厚度可按算，跨径大时取小值；若采用变高度截面，拱脚厚度可按 估算估算 3045lmkh jdjhhcos/1.1.板拱板拱 拱圈横截面沿跨径变化的规律应当适应拱内内力的拱圈横截面沿跨径变化的规律应当适应拱内内力的变化，尽量使正应力沿拱轴方向保持均匀，有利于充变化，尽量使正应力沿拱轴方向保持均匀，有利于充分发挥拱的每个截面的材料强度。同时，截面变化形分发挥拱的每个截面的材料强度。同时，截面变化形式还应
20、当能使其构造简单，便于设计与施工。式还应当能使其构造简单，便于设计与施工。1.1.板拱板拱(3)(3)石板拱的构造石板拱的构造 按材料规格：分为料石板拱、块石板拱、片石板拱按材料规格：分为料石板拱、块石板拱、片石板拱及乱石板拱等。及乱石板拱等。拱石编号拱石编号1.1.板拱板拱施工要求施工要求拱石受压面的砌缝应呈辐射方向，即与拱轴线相垂直。拱石受压面的砌缝应呈辐射方向，即与拱轴线相垂直。这种辐向砌缝，一般可做成通缝，不必错缝。这种辐向砌缝，一般可做成通缝，不必错缝。当拱圈厚度不大时，可采用单层拱石砌筑，当拱圈厚度当拱圈厚度不大时，可采用单层拱石砌筑，当拱圈厚度较大时，可采用多层拱石砌筑，但要求垂
21、直于受压面的较大时，可采用多层拱石砌筑，但要求垂直于受压面的顺桥向砌缝错开，其错缝间距不小于顺桥向砌缝错开，其错缝间距不小于10cm10cm在拱圈的横截面内，拱石的竖向砌缝应当错开，错开宽在拱圈的横截面内，拱石的竖向砌缝应当错开，错开宽度不小于度不小于10cm10cm。拱圈与墩台及拱圈与空腹式拱上建筑的腹孔墩相联结处拱圈与墩台及拱圈与空腹式拱上建筑的腹孔墩相联结处，应采用特殊的五角石，应采用特殊的五角石1.1.板拱板拱(4(4）混凝土板拱的构造）混凝土板拱的构造p素混凝土板拱：可以采用整体现浇，也可预制砌筑素混凝土板拱：可以采用整体现浇，也可预制砌筑p钢筋混凝土板拱钢筋混凝土板拱 1.1.板拱
22、板拱(4(4）混凝土板拱的构造）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），且（肋）拱圈（拱圈之间可不设横向联系），且具有构具有构造简单、外表整齐、减小拱圈厚度、轻巧美观等造简单、外表整齐、减小拱圈厚度、轻巧美观等特点。钢筋混凝土板拱可以做成全宽整体式板拱，特点。钢筋混凝土板拱可以做成全宽整体式板拱，也可以沿横向做成多条分离式平行板拱，后者可也可以沿横向做成多条分离式平行板拱，后者可重复利用一套较窄的拱架和模板进行施工，同时重复利用一套较窄的拱架和模板进行施工，同时可节省材料、减轻自重可节省材料、减
23、轻自重2.2.肋拱肋拱 将整块的矩形截面划分成两条或多条分离式拱肋，将整块的矩形截面划分成两条或多条分离式拱肋，这种由几条拱肋通过横系梁联结而成的拱桥，称为肋这种由几条拱肋通过横系梁联结而成的拱桥，称为肋拱桥。拱桥。拱肋截面拱肋截面拱肋数目和间距拱肋数目和间距 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。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为保横向稳定，两外侧拱肋外缘间距l l/20/20 一般在吊装能力满足要求的情况下，宜采用少肋型式。一般在吊装能力满足要求的情况下，宜采用
24、少肋型式。通常，桥宽在通常，桥宽在20m20m以内时可采用双肋式，当桥宽在以内时可采用双肋式，当桥宽在20m20m以上以上时，可采用三肋时，可采用三肋(多肋多肋)拱或分离的双肋拱。拱或分离的双肋拱。重庆丰都县丰石公路汶溪大桥：重庆丰都县丰石公路汶溪大桥：150m肋拱桥肋拱桥3.3.箱型拱箱型拱 主拱圈主拱圈(肋肋)截面由一个闭合箱截面由一个闭合箱(单室箱单室箱)或几个闭或几个闭合箱合箱(多室箱多室箱)构成的拱称为箱形拱。每一个闭合箱又构成的拱称为箱形拱。每一个闭合箱又由箱壁由箱壁(侧板侧板)、顶板、顶板(盖板盖板)、底板及横隔板组成。、底板及横隔板组成。1）箱形拱的特点）箱形拱的特点箱形截面挖
25、空率大箱形截面挖空率大,可大量节省圬工体积，减轻重量。可大量节省圬工体积，减轻重量。能较好地适应各截面正负弯矩变化的情况。能较好地适应各截面正负弯矩变化的情况。抗弯抗扭刚度大抗弯抗扭刚度大,拱圈的整体性好拱圈的整体性好,应力分布比较均匀。应力分布比较均匀。单根箱肋的刚度较大单根箱肋的刚度较大,稳定性较好稳定性较好,能单片成拱能单片成拱,便于无支便于无支架施工。架施工。预制拱箱的宽度较大预制拱箱的宽度较大,施工操作安全施工操作安全,易保证施工质量。易保证施工质量。构造复杂构造复杂,制作要求较高制作要求较高,需要较大的吊装能力。因此，需要较大的吊装能力。因此，跨径在跨径在50m50m以上的大跨径拱
26、桥才宜采用箱形拱。以上的大跨径拱桥才宜采用箱形拱。3.3.箱形拱箱形拱2）箱形拱截面组成方式）箱形拱截面组成方式v由多条由多条U U形肋组成的多室箱形截面形肋组成的多室箱形截面 3.3.箱形拱箱形拱2）箱形拱截面组成方式）箱形拱截面组成方式v由多条工字形肋组成的多室箱形截面由多条工字形肋组成的多室箱形截面 3.3.箱形拱箱形拱2）箱形拱截面组成方式）箱形拱截面组成方式v由多条闭合箱肋组成的多室箱形截面由多条闭合箱肋组成的多室箱形截面 3.3.箱形拱箱形拱2）箱形拱截面组成方式）箱形拱截面组成方式v单箱多室截面单箱多室截面 这种截面主要用于不能采用预制吊装的特大型拱桥。这种截面主要用于不能采用预
27、制吊装的特大型拱桥。截面形成与施工方法有关，可以在支架上组装或现浇成型截面形成与施工方法有关，可以在支架上组装或现浇成型，也可以采用悬臂拼装或悬臂浇筑的方法施工。，也可以采用悬臂拼装或悬臂浇筑的方法施工。3.3.箱形拱箱形拱3）拱圈截面尺寸的拟定）拱圈截面尺寸的拟定3.3.箱形拱箱形拱4.4.双曲拱双曲拱 6060年代中期我国江苏省无锡县的建桥职工首创的一年代中期我国江苏省无锡县的建桥职工首创的一种桥梁。种桥梁。双曲拱圈由拱肋、拱波、拱板和横向联系等几部分双曲拱圈由拱肋、拱波、拱板和横向联系等几部分组成。组成。双曲拱圈的截面有多种双曲拱圈的截面有多种形式，采用最多的是多肋多形式，采用最多的是多
28、肋多波的截面形式。波的截面形式。拱肋截面形式有矩形、拱肋截面形式有矩形、倒倒T T形、槽形和工字形等形、槽形和工字形等 红星桥红星桥三铰双曲拱三铰双曲拱 二、拱上建筑的构造二、拱上建筑的构造 拱桥的主要承重结构拱桥的主要承重结构-主拱圈是曲线形，车辆无法直主拱圈是曲线形，车辆无法直接在主拱上行驶，需要在桥面系与主拱之间设置传递载接在主拱上行驶，需要在桥面系与主拱之间设置传递载荷的构件或填充物，使车辆能在桥面上正常行驶。桥面荷的构件或填充物，使车辆能在桥面上正常行驶。桥面系和这些传载构件或填充物，统称为系和这些传载构件或填充物，统称为拱上建筑拱上建筑。拱上建筑的形式，拱上建筑的形式，据构造方式不
29、同，分为实腹式和空据构造方式不同，分为实腹式和空腹式腹式两大类。两大类。1.实腹式拱上建筑实腹式拱上建筑组成：组成：侧墙、拱腹填料、护拱、变形缝、防水层、泄水管侧墙、拱腹填料、护拱、变形缝、防水层、泄水管及桥面等。及桥面等。特点：特点：构造简单，施工方便，恒载重构造简单，施工方便，恒载重适用：适用：小跨径拱桥小跨径拱桥 拱顶填料拱顶填料u填充式填充式拱腹填料：砾石、碎石、粗砂或卵类粘土，亦可用轻质拱腹填料：砾石、碎石、粗砂或卵类粘土，亦可用轻质材料材料侧墙：设于两侧，围护填料，按挡土墙设计，采用浆砌侧墙：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。块、片石
30、，也可采用钢筋混凝土护壁式侧墙。u砌筑式砌筑式拱腹填料：干砌圬工或浇筑贫混凝土拱腹填料：干砌圬工或浇筑贫混凝土侧墙：用贫混凝土浇筑时，可不设侧墙而用砂浆饰面或侧墙：用贫混凝土浇筑时，可不设侧墙而用砂浆饰面或设镶面设镶面2.空腹式拱上建筑空腹式拱上建筑组成：组成：除与实腹式相同外，还有腹孔和腹孔墩。除与实腹式相同外，还有腹孔和腹孔墩。腹孔形式：腹孔形式：拱式腹孔和梁式腹孔拱式腹孔和梁式腹孔图图7-29 空腹式拱桥构造图（尺寸单位：空腹式拱桥构造图（尺寸单位：cm）2.空腹式拱上建筑空腹式拱上建筑v拱式拱上建筑拱式拱上建筑特点：特点：构造简单，外形美观，重量较大，多用于圬构造简单，外形美观，重量较
31、大，多用于圬工拱桥工拱桥布置：布置：一般对称布置在靠近拱脚侧的一定区段内，一般对称布置在靠近拱脚侧的一定区段内，一般一般3 36 6跨，也有采用全空腹形式。跨，也有采用全空腹形式。跨径：跨径：根据主拱的受力条件确定，中小跨径根据主拱的受力条件确定，中小跨径2.52.55.5m5.5m，大跨径（，大跨径（1/81/81/151/15）L Lv拱式拱上建筑拱式拱上建筑腹拱圈腹拱圈石砌、混凝土预制或现浇的板拱石砌、混凝土预制或现浇的板拱常用圆弧拱常用圆弧拱矢跨比常用矢跨比常用1/2-1/61/2-1/6厚度：跨径小于厚度：跨径小于4m4m时，石板拱为时，石板拱为30cm30cm，混凝土板拱为，混凝土
32、板拱为15cm15cm。跨径大于。跨径大于4m4m时，依据板拱方法确定。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在拱上建筑需要设置伸缩缝或变形缝的地方应设铰(三三铰或两铰铰或两铰)，其余为无铰拱。，其余为无铰拱。v拱式拱上建筑拱式拱上建筑腹孔与墩台的连接腹孔与墩台的连接 将腹拱的拱脚直接支承在墩（台）上；将腹拱的拱脚直接支承在墩（台）上；腹拱支撑在墩顶实墙上腹拱支撑在墩顶实墙上 跨越墩顶，使两侧腹拱圈相连跨越墩顶，使两侧腹拱圈相连2.空腹式拱上建筑空腹式拱上建筑v梁式拱上建筑梁式拱上建筑特点：特点：减轻拱上重量，降低拱轴系数，改善拱圈在施工减轻拱上重量，降低拱轴系数，
33、改善拱圈在施工过程中的受力状况，获得更好的经济效果。过程中的受力状况，获得更好的经济效果。跨径及布置：跨径及布置：要求同拱式，一般采用全空腹式拱上建筑要求同拱式，一般采用全空腹式拱上建筑v梁式拱上建筑梁式拱上建筑腹孔结构形式腹孔结构形式简支简支连续连续框架式框架式3）腹孔墩）腹孔墩 腹孔墩由底梁、墩身和墩帽组成。腹孔墩由底梁、墩身和墩帽组成。按照墩身的结构形式可分为按照墩身的结构形式可分为横墙式横墙式和和立柱式立柱式。（1 1）填料的作用：）填料的作用：扩大车辆荷载作用面积；扩大车辆荷载作用面积；减小车辆荷载冲击作用减小车辆荷载冲击作用（2 2）厚度：）厚度：不宜小于不宜小于0.3m0.3m，
34、大于大于0.5m0.5m时不计冲击时不计冲击1.拱上填料拱上填料三、其他细部构造三、其他细部构造2.伸缩缝与变形缝伸缩缝与变形缝（1 1）为什么要设伸缩缝和变形缝？）为什么要设伸缩缝和变形缝？实际的受力情况符合计算图式，避免拱上建筑不规则实际的受力情况符合计算图式，避免拱上建筑不规则开裂。开裂。（2 2）伸缩缝和变形缝有什么区别？）伸缩缝和变形缝有什么区别？伸缩缝：伸缩缝：宽度宽度2cm2cm3cm3cm，缝内填入用锯末沥青按，缝内填入用锯末沥青按1 1：1 1的质量比制成预制板，也可用沥青砂等其他材料填缝；的质量比制成预制板，也可用沥青砂等其他材料填缝；变形缝：变形缝：不留缝宽，可干砌、用油
35、毛毡隔开或用低标不留缝宽，可干砌、用油毛毡隔开或用低标号砂浆砌筑。号砂浆砌筑。2.伸缩缝与变形缝伸缩缝与变形缝（3 3）各种拱桥结构中，分别如何设置？）各种拱桥结构中，分别如何设置？通常在相对变形（位移或转角）较大的位置设置伸缩通常在相对变形（位移或转角）较大的位置设置伸缩缝，在相对变形较小处设置变形缝。缝，在相对变形较小处设置变形缝。实腹式：实腹式：伸缩缝设在两拱脚上方伸缩缝设在两拱脚上方拱式空腹拱桥：拱式空腹拱桥：通常将紧靠墩通常将紧靠墩(台台)的第一个腹拱做成的第一个腹拱做成三铰拱，并在紧靠墩三铰拱，并在紧靠墩(台台)的拱铰上方设置伸缩缝，的拱铰上方设置伸缩缝，而其余两拱铰上方设置变形缝
36、。而其余两拱铰上方设置变形缝。梁式或板式腹孔：梁式或板式腹孔：通常是在桥台和墩顶立柱处设置标通常是在桥台和墩顶立柱处设置标准伸缩缝，而在其余立柱处采用桥面连续。准伸缩缝，而在其余立柱处采用桥面连续。梁式或板式腹孔：梁式或板式腹孔：3.拱铰拱铰（1 1）拱桥中哪些情况应设铰？）拱桥中哪些情况应设铰？t按两铰拱或三铰拱设计的主拱圈按两铰拱或三铰拱设计的主拱圈t按构造要求需采用铰的腹拱圈按构造要求需采用铰的腹拱圈t需设置铰的矮小腹孔墩需设置铰的矮小腹孔墩t施工中，设置临时铰施工中，设置临时铰（2 2）铰的分类：）铰的分类：永久性铰，临时性铰永久性铰，临时性铰（3 3）常见的拱铰形式：）常见的拱铰形式
37、：弧形较、铅垫铰、平铰、不完弧形较、铅垫铰、平铰、不完全铰、钢铰等。全铰、钢铰等。4.排水及防水层排水及防水层 桥面雨水的排除，除了桥梁设置纵坡和桥面设置横桥面雨水的排除，除了桥梁设置纵坡和桥面设置横坡外，一般还沿桥面两侧缘石边缘设置坡外，一般还沿桥面两侧缘石边缘设置泄水管泄水管。4.排水及防水层排水及防水层 实腹式拱桥防水层实腹式拱桥防水层应沿拱背护拱、侧墙铺设。应沿拱背护拱、侧墙铺设。带实腹段的拱式腹拱空腹拱桥带实腹段的拱式腹拱空腹拱桥，其防水层及泄水管，其防水层及泄水管布置如图布置如图7-42b)7-42b)所示。所示。拱式腹拱全空腹拱桥拱式腹拱全空腹拱桥，其防水层及泄水管参照多孔，其防
38、水层及泄水管参照多孔实腹拱进行设置。实腹拱进行设置。7.3 7.3 拱桥设计拱桥设计一、拱桥的总体布置一、拱桥的总体布置二、拱轴线的选择和拱上建筑的布置二、拱轴线的选择和拱上建筑的布置一、拱桥的总体布置一、拱桥的总体布置总总体体布布置置确定桥梁长度及分孔确定桥梁长度及分孔确定桥梁的设计标高和确定桥梁的设计标高和矢跨比矢跨比正确处理不等分孔问题正确处理不等分孔问题桥面标高；桥面标高；拱顶底面标高；拱顶底面标高；起拱线标高；起拱线标高；基础标高基础标高混凝土拱桥矢跨比混凝土拱桥矢跨比1/41/8箱型拱桥矢跨比箱型拱桥矢跨比1/51/8桁架拱、刚架拱桁架拱、刚架拱1/51/10采用不同的矢跨比采用不
39、同的矢跨比采用不同的拱脚标高采用不同的拱脚标高调整拱上建筑的重力调整拱上建筑的重力采用不同的拱跨结构采用不同的拱跨结构二、二、拱轴线的选择和拱上建筑的布置拱轴线的选择和拱上建筑的布置 在拱桥设计中，拱轴线形状的选择是一项重要的内容，在拱桥设计中，拱轴线形状的选择是一项重要的内容，选择的正确与否，直接影响到拱圈的内力。选择的正确与否，直接影响到拱圈的内力。选择原则：选择原则：尽可能降低由竖向荷载产生的弯矩值尽可能降低由竖向荷载产生的弯矩值三种拱轴线形：三种拱轴线形：1.1.圆弧线圆弧线15m-20m15m-20m石拱桥、拱上腹拱石拱桥、拱上腹拱2.2.抛物线抛物线轻型拱桥，或中承式拱桥轻型拱桥，
40、或中承式拱桥3.3.悬链线悬链线最常用的拱轴线最常用的拱轴线1.圆弧线圆弧线 圆弧拱线型简单，全拱曲率相等，施工放样方便，易为圆弧拱线型简单，全拱曲率相等，施工放样方便，易为施工人员掌握。但在一般情况下，圆弧拱轴线与恒载压力施工人员掌握。但在一般情况下，圆弧拱轴线与恒载压力线偏离较大，使拱圈各截面受力不均匀。线偏离较大，使拱圈各截面受力不均匀。圆弧线常用于圆弧线常用于20m20m以下的小跨径拱桥，有些大跨径钢筋以下的小跨径拱桥，有些大跨径钢筋混凝土拱桥，为了方便各拱节段的预制拼装、简化施工，混凝土拱桥，为了方便各拱节段的预制拼装、简化施工，也有采用圆弧线作为拱轴线的。也有采用圆弧线作为拱轴线的
41、。2.抛物线抛物线 在均布荷载作用下，拱的合理拱轴线是二次抛物线。对在均布荷载作用下，拱的合理拱轴线是二次抛物线。对于恒载分布比较接近均匀的拱桥，例如矢跨比较小的空腹于恒载分布比较接近均匀的拱桥，例如矢跨比较小的空腹式钢筋混凝土拱桥、钢筋混凝土桁架拱和刚架拱等，可以式钢筋混凝土拱桥、钢筋混凝土桁架拱和刚架拱等，可以采用二次抛物线作为拱轴线。采用二次抛物线作为拱轴线。在某些大跨径拱桥中，由于特殊的拱上建筑布置（如腹在某些大跨径拱桥中，由于特殊的拱上建筑布置（如腹拱跨径特别大等），为了使拱轴线尽可能与恒载压力线相拱跨径特别大等），为了使拱轴线尽可能与恒载压力线相吻合，也有采用高次抛物线（如四次或六
42、次抛物线）作为吻合，也有采用高次抛物线（如四次或六次抛物线）作为拱轴线的。但因计算工作量过大，目前仍很少采用。拱轴线的。但因计算工作量过大，目前仍很少采用。3.悬链线悬链线 悬链线是实腹式拱桥的合理拱轴线。悬链线是实腹式拱桥的合理拱轴线。上承式小跨径拱桥可采用实腹圆弧拱或实腹悬链线拱；上承式小跨径拱桥可采用实腹圆弧拱或实腹悬链线拱；大、中跨径上承式拱桥大、中跨径上承式拱桥 可采用用空腹悬链线拱。可采用用空腹悬链线拱。7.4 7.4 拱桥计算拱桥计算一、概述一、概述二、拱轴线方程的建立二、拱轴线方程的建立三、恒载作用下拱的内力计算三、恒载作用下拱的内力计算四、活载内力计算四、活载内力计算五、温度
43、变化、混凝土收缩和拱脚变位的内力计五、温度变化、混凝土收缩和拱脚变位的内力计算算六、拱圈自重作用下的内力计算六、拱圈自重作用下的内力计算七、拱圈内力调整七、拱圈内力调整八、主拱强度及稳定性验算八、主拱强度及稳定性验算九、连拱计算简介九、连拱计算简介一、概述一、概述 拱桥通常为超静定的空间结构，当活载作用于桥跨结构拱桥通常为超静定的空间结构，当活载作用于桥跨结构时，拱上建筑参与主拱圈的受力，共同承受活载的作用，这时，拱上建筑参与主拱圈的受力，共同承受活载的作用，这种现象被称为拱上建筑与拱的联合作用，种现象被称为拱上建筑与拱的联合作用，研究表明，拱式拱上建筑的联合作用较大，梁板式拱上研究表明，拱式
44、拱上建筑的联合作用较大，梁板式拱上建筑的联合作用较小。在拱式拱上建筑中联合作用的大小又建筑的联合作用较小。在拱式拱上建筑中联合作用的大小又与许多因素有关。与许多因素有关。在横桥方向，不论活载是否作用在桥面的中心位置，在在横桥方向，不论活载是否作用在桥面的中心位置，在桥梁的横断面上都会出现应力分布的不均匀现象，称为桥梁的横断面上都会出现应力分布的不均匀现象，称为“活活载的横向分布载的横向分布”。拱桥的活载横向分布与结构形式、拱上建。拱桥的活载横向分布与结构形式、拱上建筑的形式、拱圈的截面形式及刚度等许多因素有关。目前，筑的形式、拱圈的截面形式及刚度等许多因素有关。目前，在设计石拱、箱形拱及拱上建
45、筑为立墙的双曲拱时，一般不在设计石拱、箱形拱及拱上建筑为立墙的双曲拱时，一般不考虑活载的横向分布，假定活载由主拱全宽均匀地承受。考虑活载的横向分布，假定活载由主拱全宽均匀地承受。一、概述一、概述 多次超静定、空间受力的拱桥，虽然受力复杂但其整体多次超静定、空间受力的拱桥，虽然受力复杂但其整体受力特点明显，具有空间受力平面简化的条件。因此，除一受力特点明显，具有空间受力平面简化的条件。因此，除一些结构局部空间应力分析、空间稳定及动力分析等特殊问题些结构局部空间应力分析、空间稳定及动力分析等特殊问题外，为了便于设计计算，拱桥通常被简化为平面杆系结构。外，为了便于设计计算，拱桥通常被简化为平面杆系结
46、构。拱桥计算应按照一定的顺序进行，例如，对于不计联合拱桥计算应按照一定的顺序进行，例如，对于不计联合作用的简单体系拱桥应先进行拱上结构受力分析及验算，作用的简单体系拱桥应先进行拱上结构受力分析及验算，计算通过后方可进行主拱和墩台计算，否则可能会出现拱上计算通过后方可进行主拱和墩台计算，否则可能会出现拱上结构形式或尺寸不合理而需改变结构或尺寸的情况，此时拱结构形式或尺寸不合理而需改变结构或尺寸的情况，此时拱上恒载发生变化，导致主拱圈或墩台需重新计算。上恒载发生变化，导致主拱圈或墩台需重新计算。本节主要讲述简单体系的上承式无饺拱桥的内力计算，本节主要讲述简单体系的上承式无饺拱桥的内力计算，对于其它
47、类型拱桥的计算，可参考相关著作。对于其它类型拱桥的计算，可参考相关著作。上承式实腹式悬链线拱是采用恒载压力线上承式实腹式悬链线拱是采用恒载压力线(不计弹性压缩不计弹性压缩)作为拱轴线。作为拱轴线。1 1、实腹式悬链线拱、实腹式悬链线拱（1 1）拱轴线方程的建立）拱轴线方程的建立n恒载集度：恒载集度：n拱顶轴力：拱顶轴力：，因拱顶因拱顶n对拱脚截面取矩：对拱脚截面取矩：n对任意截面取矩：对任意截面取矩：dgxgjg1yggdxddjmgfggfgmd)1()1(1 1fymggdxgH0,0ddQMfMHjggxHMy 1恒载压力线基本微分方程的建立恒载压力线基本微分方程的建立对对 两边求导得：
48、两边求导得：gxgHgdxMdHdxyd222121 为简化结果引入参数为简化结果引入参数 1lx 1221212ykHgldydgd)1(212mfHglkgdgxHMy 1基本微分方程的求解基本微分方程的求解二阶非齐次常系数微分方程的通解为二阶非齐次常系数微分方程的通解为kkeCeCy211微分方程的特解为：微分方程的特解为：gdHgly211边界条件：边界条件：00,011ddyy悬链线方程为：悬链线方程为：)1(11chkmfygdHglykdyd2112212三个特殊关系三个特殊关系fy 1,1mchk)1ln(2mmkdjggm,121fy 2/1，4/11yy 2)1(21112
49、11)12(4/1mmmmkchfy基本微分方程的求解基本微分方程的求解)1(11chkmfy拱的跨径和矢高确定后，拱轴线坐标取决于拱轴拱的跨径和矢高确定后，拱轴线坐标取决于拱轴系数系数m m。而。而m m则取决于拱脚与拱顶的恒载集度比。则取决于拱脚与拱顶的恒载集度比。（2 2）实腹式拱桥拱轴系数的确定）实腹式拱桥拱轴系数的确定dhgdd21hdhgjdj321cosjddfhcos22dhddfdhggmdjjddj21321)cos22(cos321,分别为拱顶填料、主拱圈和拱腹填料的容重；分别为拱顶填料、主拱圈和拱腹填料的容重；jdhdh,分别为拱顶填料厚度、主拱圈厚度、拱脚拱腹填料厚度
50、分别为拱顶填料厚度、主拱圈厚度、拱脚拱腹填料厚度及拱脚处拱轴线水平倾角。及拱脚处拱轴线水平倾角。（2 2）实腹式拱桥拱轴系数的确定）实腹式拱桥拱轴系数的确定确定拱轴系数的步骤：确定拱轴系数的步骤：假定假定m m从拱桥（上）拱桥（上）附录附录IIIIII表表(III)-20(III)-20查查jcos由（由（7-87-8）式计算新的）式计算新的m m若计算的若计算的m m 和假定和假定m m 相差较远，则再次计算相差较远，则再次计算m m 值值直到前后两次计算接近为止。直到前后两次计算接近为止。以上过程可以编制小程序计算。以上过程可以编制小程序计算。2.2.空腹式悬链线拱空腹式悬链线拱拱轴线变化
