第12章拱桥的构造

江西交通职业技术学院路桥工程系桥梁与隧道教研室桥梁工程精品课程建设第十二章拱桥的构造【了解】第一节拱桥的发展及受力特点【重点掌握】第二节拱桥的组成和主要分类【掌握】第三节主拱圈的构造【了解】第四节其他类型拱桥的构造特点【掌握】第五节拱上建筑的构造【欣赏】拱桥示例(41-72)江西交通职业技术学院路桥工程系桥梁与隧道教研室桥梁工程精品课程建设第一节拱桥的发展及受力特点一、拱桥的发展拱桥是我国公路上使用广泛且历史悠久的一种桥梁结构型式，它外形宏伟壮观，且经久耐用。由力学知识知道，拱式结构在竖向荷载作用下，支撑处不仅产生竖向反力，而且还产生水平推力。这样拱的弯距比相同跨径的梁的弯距小的多，而使整个拱主要承受压力。这样就可以充分利用抗压性能较好的的圬工材料来修建。国内国外石拱、木拱石拱、木拱拱桥铸铁拱双曲拱钢筋混凝土拱桥十八世纪十九世纪1964年桁架拱双曲拱70年代80年代钢筋混凝土拱桥刚架拱桁式组合拱钢管拱新型组合体系拱80年代中1990年江西交通职业技术学院路桥工程系桥梁与隧道教研室桥梁工程精品课程建设古代拱桥:拱轴曲线造型的千变万化，其中具有代表意义的是建于公元595-605年的赵州桥。公元1188-1192年北京宛平卢沟桥。创建于公元1631年的浙江杭州拱宸桥。还有始建与唐代，现存最长的多孔薄拱薄墩连拱的江苏苏州宝带桥。以及颐和园17孔桥。安徽风鸣湖十七孔桥。江西交通职业技术学院路桥工程系桥梁与隧道教研室桥梁工程精品课程建设中国现存最早，并且保存良好的是隋代赵州安济桥，又称赵州桥。桥为敞间圆弧石拱，拱圈并列28道，净跨37.02m，矢高7.23m，上狭下宽总宽9m。主拱圈等厚1.03m，主拱圈上有护拱石。在主拱圈上两侧，各开两个净跨分别为3.8m和2.85m的小拱，以渲泄拱水，减轻自重。桥面呈弧形，栏槛望柱，雕刻着龙兽，神采飞扬。江西交通职业技术学院路桥工程系桥梁与隧道教研室桥梁工程精品课程建设北京宛平卢沟桥在北京广安门外30里，跨永定河桥全长212.2m,共11孔，净跨不等，自11.4m至13.45，桥宽9.3m。墩宽自6.5m至7.9m。拱圈接近半圆形。桥墩迎水面有尖端镶有三角铁柱的分水尖，背水面为削角方形。桥面上石栏杆共269个，各个柱头上，雕刻有石狮。江西交通职业技术学院路桥工程系桥梁与隧道教研室桥梁工程精品课程建设浙江杭州拱宸(che/n)于明·崇祯四年（公元1631年），清·光绪十一年（公元1885年）重建。中孔净跨15.8m，两边孔各为11.9m。拱圈石厚30cm，为拱跨的1/52.7和1/39.7。中墩厚约1m，为拱跨的1/15.8。江西交通职业技术学院路桥工程系桥梁与隧道教研室桥梁工程精品课程建设现存最长的多孔薄拱薄墩连拱为江苏苏州宝带桥。桥始建于唐，历代多次重修，现存桥共计53孔，全长316.8m，中间有3孔隆起以通船只，桥宽4.1m。桥头建有石狮、石亭、石塔。江西交通职业技术学院路桥工程系桥梁与隧道教研室桥梁工程精品课程建设颐和园17孔桥江西交通职业技术学院路桥工程系桥梁与隧道教研室桥梁工程精品课程建设安徽风鸣湖十七孔桥江西交通职业技术学院路桥工程系桥梁与隧道教研室桥梁工程精品课程建设当代拱桥：其结构型式与施工方法的丰富多彩如1997年建成的重庆万县长江大桥（L=420m）其主拱长度世界排名第一，广州丫髻沙特大桥（L＝360m），1932建成的澳大利亚悉尼钢拱桥（L＝503m）及上海的庐浦大桥（L=550m）。四川万县长江大桥广州丫髻沙大桥江西交通职业技术学院路桥工程系桥梁与隧道教研室桥梁工程精品课程建设澳大利亚悉尼钢拱桥江西交通职业技术学院路桥工程系桥梁与隧道教研室桥梁工程精品课程建设庐浦大桥江西交通职业技术学院路桥工程系桥梁与隧道教研室桥梁工程精品课程建设二、拱桥的特点（一）拱桥主要优点：（1）跨越能力较大；（2）就地取材，节省大量的钢材和水泥；（3）耐久性好，养护维修费用少；（4）外形美观；（5）构造简单。（二）拱桥主要缺点：（1）自重较大，相应的水平推力也较大，增加了下部结构的工程量，对地基要求高；江西交通职业技术学院路桥工程系桥梁与隧道教研室桥梁工程精品课程建设（2）拱桥采用支架施工，支架和其他辅助设备的费用大大增加，从而增加施工难度，提高桥的造价。施工工序多，建桥周期长。（3）拱桥水平推力较大，需要设置单向推力墩，增加了造价。（4）上承式拱桥的建筑高度较高，使两岸接线的工程量增大或增大了桥面纵坡，增加的造价又对行车不利。随着钢管混凝土在拱桥上的应用，钢管混凝土拱桥克服了拱桥传统的缺点，当跨径在200~600m范围内，拱桥仍然是悬索桥和斜拉桥的有利竞争对手。江西交通职业技术学院路桥工程系桥梁与隧道教研室桥梁工程精品课程建设第二节拱桥的组成和主要类型一、拱桥的主要组成拱桥由上部结构和下部结构两大部分组成。上部结构是由拱圈及其上面的拱上建筑所构成。拱圈是主要承重结构。桥面系包括行车道、人行道及两侧的栏杆或砌筑的矮墙等构造。下部结构由桥墩、桥台及基础等组成。其主要组成部分见图12-1所示。江西交通职业技术学院路桥工程系桥梁与隧道教研室桥梁工程精品课程建设1-主拱圈2-拱顶3-拱脚4-拱轴线5-拱腹6-拱背7-起拱线11-拱上建筑L0-净跨径L-计算跨径f0-净矢高f-计算矢高f/L-矢跨比图12-1上承式拱桥的基本组成江西交通职业技术学院路桥工程系桥梁与隧道教研室桥梁工程精品课程建设二、拱桥的主要类型（一）按拱圈横截面形式分类1、板拱桥板拱桥主拱圈采用矩形实体截面，它的构造简单、施工方便，因而使用广泛。但其截面形式比其他形式截面抵抗矩小，若获得较大截面抵抗矩必须增加截面尺寸，相应增加了材料用量和结构自重，增加下部负担，通常在地基条件较好的中、小跨径圬工拱桥中采用板拱形式。如图12-2a）所示。江西交通职业技术学院路桥工程系桥梁与隧道教研室桥梁工程精品课程建设2、肋板拱在板拱桥的基础上，将板拱划分成两条（或多条），形成分离的、高度较大的拱肋，肋与肋间用横系梁想连。减小截面尺寸，减小自重，多用于较大跨径的拱桥。如图12-2b）所示。3、双曲拱桥主拱圈横截面由一个或数个小拱组成，由于主拱圈在纵向及横向均呈曲线形，故称之为双曲拱桥。双曲拱桥截面抵抗矩大，可节省材料，而且具有装配式梁桥的特点，适合于工业化生产，具有加快施工进度，缩短工期，施工工艺简单等优点，得到广泛推广。如图12-2c）所示。4、箱形拱箱形拱截面抵抗矩较大，可节省材料，对于大跨径桥则效果更为显著。特别适用于无支架施工。但箱形截面制作复杂，一般只在跨径在50m以上的拱桥采用箱形截面。如图12-2d）所示。江西交通职业技术学院路桥工程系桥梁与隧道教研室桥梁工程精品课程建设图12-2主拱圈横截面形式a)板拱；b)肋拱；c)双曲拱；d)箱形拱江西交通职业技术学院路桥工程系桥梁与隧道教研室桥梁工程精品课程建设图12-2主拱圈横截面形式a)板拱；b)肋拱；c)双曲拱；d)箱形拱江西交通职业技术学院路桥工程系桥梁与隧道教研室桥梁工程精品课程建设（二）按建筑材料分：圬工拱桥，钢筋混凝土拱桥，钢拱桥（三）按拱上建筑形式分：实腹式拱桥，空腹式拱桥（四）按主拱圈所采用的拱轴线形式分类：圆弧拱桥，抛物线拱桥，悬链线桥（五）按静力体系分类：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三铰拱：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。如图12-3a）两铰拱：一次超静定结构，介于三铰拱和无铰拱之间。如图12-3b）无铰拱：三次超静定结构。拱的内力分布较均匀，材料用量较三铰拱省；构造简单，施工方便，整体刚度大，实际中使用广泛。但超静定次数高，会产生附加内力，一般希望修建在地基良好处。跨径增大，附加力影响变小，故钢筋混凝土无铰拱仍是大跨径桥梁的主要型式之一。如图12-3c）江西交通职业技术学院路桥工程系桥梁与隧道教研室桥梁工程精品课程建设图12-3拱圈的静力图式a)三铰拱b)两铰拱c)无铰拱（六）按桥面位置分：上承式拱桥，中承式拱桥，下承式拱桥。如图12-4所示：12-4拱桥基本图示江西交通职业技术学院路桥工程系桥梁与隧道教研室桥梁工程精品课程建设第三节主拱圈的构造一、板拱板拱分为：石板拱、混凝土板拱、钢筋混凝土板拱钢筋混凝土板拱的拱顶厚度采用跨径的1/60~1/70；拱脚厚度可按下式：dj=dd/cosφj其中dd表示拱顶厚度；cosφj拱脚处拱轴线的倾角。二、肋拱肋拱常用截面形式有：矩形截面、工字型截面及箱型截面。矩形截面：肋高为跨径的1/40~1/60，肋宽为肋高的0.5~2.0倍；工字型及箱型：肋高为跨径的1/25~1/35，肋宽为肋高的0.4~0.5倍；腹板、翼板厚度按构造及抗剪最小尺寸要求0.25~~0.5m;肋拱间必须设横梁、横撑以增强肋拱桥的横向整体稳定性。(如图12-5所示)江西交通职业技术学院路桥工程系桥梁与隧道教研室桥梁工程精品课程建设图12-5肋拱桥桥型图江西交通职业技术学院路桥工程系桥梁与隧道教研室桥梁工程精品课程建设三、箱型拱（如图12-6所示）图12-6箱型拱截面形式江西交通职业技术学院路桥工程系桥梁与隧道教研室桥梁工程精品课程建设箱型拱特点：适合大跨径拱桥，截面挖空率大，节省材料；形心轴靠中适应主拱正负弯距变化；主拱整体性好，抗扭刚度大，稳定性好；便于预制施工拼装；箱形主拱圈的形式：1、采用闭合箱肋组成的多室箱形截面（如图12-7所示）；2、采用工字形肋组成的多室箱形截面3、采用U形肋组成多室箱形截面4、单室箱形截面箱形拱桥示例:12345678910江西交通职业技术学院路桥工程系桥梁与隧道教研室桥梁工程精品课程建设图12-7箱型拱闭和箱的构造箱形拱构造尺寸：拱圈高度一般为跨径的1/50~1/70；可采用经验公式：H=L0/100+∆(m)其中∆=0.6~0.8；拱圈宽度满足跨度的1/20；保证横向稳定；江西交通职业技术学院路桥工程系桥梁与隧道教研室桥梁工程精品课程建设四、双曲拱桥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、拱板和横向联系等几部分。公路双曲拱桥采用最多的是多肋波的截面形式；对于跨径和荷载较小的单车道桥可采用单波的形式。双曲拱桥施工工序多，组合截面的整体性差，易开裂，适用无支架吊装、起吊重量小情况，因此，只宜在中小跨径桥梁中采用。如图12-8所示。双曲拱桥示例:123456江西交通职业技术学院路桥工程系桥梁与隧道教研室桥梁工程精品课程建设图12-8双曲拱拱肋截面形式江西交通职业技术学院路桥工程系桥梁与隧道教研室桥梁工程精品课程建设第四节其他类型拱桥的构造要点一、桁架桥（如图：１２３４５）（一）上部主要构造：（见图12-9）桁架拱片—主要承重结构，由上、下弦杆、腹杆、拱顶实腹段组成；横向联结系—拉杆、横系梁、横隔板、剪刀撑桥面系—横向微弯板、纵向微弯板和预应力混凝土空心板江西交通职业技术学院路桥工程系桥梁与隧道教研室桥梁工程精品课程建设图12-9桁架拱桥的主要组成江西交通职业技术学院路桥工程系桥梁与隧道教研室桥梁工程精品课程建设（二）桥型特点（1）、拱与桁架组合，共同受力，整体性好，发挥全截面材料的作用；（2）、桁架部分的构件主要承受轴力；（3）、拱的水平推力使跨中弯距减少（4）、节点为刚性连接，易开裂，影响整体刚度及耐久性；（5）整体自重轻，构件可预制，适合软土地基；（三）桁架拱片主要类型：斜腹杆桁架、拱竖腹杆桁架、拱桁架肋桁架拱江西交通职业技术学院路桥工程系桥梁与隧道教研室桥梁工程精品课程建设二、刚架拱（如图：１２３４５）刚架拱是在刚架、斜腿刚架等基础上发展而来的一种新