拱桥的构造和特点.doc

第五章 拱桥的构造和特点
• 5.1 拱桥的基本特点及其适用范围
力学特点，将桥面的竖向荷载转化为部分水平推力，使拱的弯距大大减小，拱主要承受压力，充分发挥圬工材料抗压性能；
• 拱桥的优点：
• 1、具有较大的跨越能力，充分发挥圬工及其它抗压材料的性能；
• 2、构造较简单，受力明确简洁；
• 3、形式多样、外型美观；
• 拱桥的缺点：
• 1、有水平推力的拱桥，对地基基础要求较高，多孔连续拱桥互相影响；
• 2、跨径较大时，自重较大，对施工工艺等要求较高；
• 3、建筑高度较高，对稳定不利；
5.2 拱桥的组成及主要类型
• 一、拱桥的主要组成:
• 拱圈（拱背、拱腹、拱顶、拱脚）、拱上结构
• 矢跨比f/L—反映拱桥受力特性的重要指标
二、拱桥分类
• 按材料

• 圬工拱桥
• 钢拱桥
• 钢筋混凝土拱桥
• 钢管混凝土拱桥
• 型钢混凝土拱桥
• 圬工拱桥是使用圬工材料修建的的拱桥，如：石拱桥以及拱圈不配钢筋的混凝土拱桥等
拱桥分类
• 按行车道位置
上承式拱桥
中承式拱桥
下承式拱桥
• 按拱轴线型式：
圆弧拱桥
抛物线拱桥
选链线拱桥
• 按拱上结构形式：
实腹式拱桥
空腹式拱桥
按截面
板拱桥
箱型拱桥
肋拱桥
双曲拱桥

按结构受力图式：
• 简单体系：
无铰拱
二铰拱
三铰拱

组合体系（有无推力）：
刚架拱桥
桁架拱桥
桁式组合拱
梁拱组合桥
系杆拱桥-按拱肋及系杆的尺寸，柔性、刚性
三、拱桥的选择与布置
• 1、应根据地形、地质条件及施工的方便和可能确定拱桥类型及分孔；
• 2、多孔拱桥最好选用等跨分孔；采用不等跨分孔应采取措施减少跨间的不平衡，如：不同的矢跨比，不同的拱脚标高及调整拱上建筑重量等；
• 3、选则合理的矢跨比及拱轴线，一般拱桥失跨比在1/5~1/10；
• 4、根据环境选择结构的造型及注意全桥的美观；

永保桥跨越澜沧江，主孔为下承式80m肋拱桥，东岸2x24m连续梁，西岸1孔18m斜梁。该桥为柔性纵梁的下承式肋拱桥，主拱圈的推力分别传至两岸桥台。

高明桥是一跨越西江的大型公路桥，主通航孔采用中承式钢管混凝土拱，引桥系钢筋混凝土肋拱。

浑水河桥为3跨连续预应力混凝土桁拱结构。由于邻孔跨径比甚大，采用两组盆式橡胶支座承受正、负反力和伸缩变形。主跨123米

5.3 主拱的构造
• 1、板拱
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：
• 拱顶厚度
• 拱脚处拱轴线的倾角
2、肋拱

--（矩形、工字型、箱型）
• 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；

3、箱形拱
• 适合大跨径拱桥；
• 特点：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；
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：

• 拱圈宽度满足跨度的1/20；保证横向稳定；

4、双曲拱
• 主拱圈特点：化整为零，再集零为整
• 适用无支架吊装、起吊重量小情况
5.4 拱上建筑的构造
6 上承式拱桥桥面系与主拱圈间的结构—传递荷载
7 小跨径拱桥采用实腹式，恒载较重

• 大、中跨径拱桥（矢高较大）采用空腹式，桥面系与主拱间设腹孔和腹孔墩；

布置腹孔应结合主拱的类型、构造、施工方法等综合考虑
• 1、腹孔分拱型腹孔及梁板式腹孔；
• 2、腹孔一般等跨对称布置在主拱圈两侧，腹拱跨径选用2.5~5.5m,矢跨比1/2~1/6，不宜大于主拱圈跨径的1/8~1/15；

• 3、采用梁板式腹孔，减轻重量；
• 4、无拱顶实腹段的做法；

• 5、腹孔墩可采用立墙式及立柱式；

• 6、避免腹孔墩柱节点产生裂缝，可将腹孔墩的上下端设铰、设置变形缝；

5.5 拱桥的其它细部构造
• 1、拱上填料（﹥0.3m)、桥面及人行道
• 2、伸缩缝与变形缝,保证结构的安全性与耐久性，相对变形较大的位置设伸缩缝、相对变形较小处设变形缝；使拱上建筑适应主拱圈的变形；

3、铰的设置
• 拱桥需设铰的情况：
• 1）主拱圈按两铰或三铰拱设计；
• 2）空腹式腹拱圈按构造设铰、腹孔墩上下端；
• 3）施工过程中的临时铰；

• 采用形式有：弧形铰、平铰及假铰

4、排水及防水层
• 除桥面排水外，应对渗入到拱腹内的积水排除；防水层的质量影响桥梁的耐久性；

5.6 其他常用类型拱桥的构造简介
1、桁架拱桥
2、组合桁架拱桥
3、刚架拱桥
4、系杆拱桥
1、桁架拱桥
• 主要构造：
• 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
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，恒载下主要承受轴力，活载下承受弯距，为偏心受压构件；
• 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；
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

构造特点
• 节点构造保证足够的强度，防止开裂，影响耐久性及结构刚度；

• 加强横向刚度，保证横向稳定，一般在跨径端部及L/4处设竖向、平面撑架；

构造尺寸
• 1、矢跨比一般采用较小
• f/l=1/6~1/10;

• 2、下弦杆轴线选择尽可能按恒载压力曲线确定，实腹段的拱轴线曲率较大对附加内力有利；

• 3、下弦杆通常采用矩形截面高度 :

• 宽度：

• 4、为充分利用下弦杆的受压特性，下弦杆刚度一般大于上弦杆，上弦杆截面宽度与下弦同，高度：

• 5、跨中实腹段总高与跨径、矢跨比、荷载等级、砼标号等有关可取用：

• 6、上弦杆节间长度不宜过大，一般取：

构造尺寸
• 7、腹杆截面高度与杆件长度有关，宽度≤上、下弦杆；斜杆与上弦杆的夹角控制在30°~50°；
• 8、拱顶实腹段长度取用： （0.3~0.5)l ;
• 9、保证各节点处轴线相交一点；

局部构造 处理
• 节点构造保证足够的强度，防止开裂，影响耐久性及结构刚度；

• 加强横向刚度，保证横向稳定，一般在跨径端部及L/4处设竖向、平面撑架；

与墩台的联结
• 下弦一般铰接

• 上弦有悬臂式、过梁式、伸入式

2、组合桁架拱桥
• 跨中部分桁架拱桥支撑在两边悬臂桁架上的组合结构体系；

1）结构特点
• 是桁架拱和桁架梁的继承与发展，受力特性介于拱桥和梁桥之间；
• 在悬臂桁架梁端部的下弦杆上支承中间部分的桁架拱 ；
• 悬臂桁架的长度一般为主孔跨径的0.2~0.25;
• 悬臂梁与桁架拱间设断缝；
• 横向设系梁与隔板；
• 边跨通常采用连续刚构活桁架结构；
• 易于无支架悬臂拼装；
• 推力较大，适合于山谷较深，基岩脉深较浅的山区

2）构造特点
• 合理的断缝位置设在第2~3节间；
• 节间长度一般在跨径的1/8~1/12，近拱脚处可大些，向跨中方向节间长度逐渐减小；
• 跨径小于160米，矢跨比取1/8；跨径﹥160米，矢跨比取1/6为益；
• 主拱圈的截面高度一般为跨径的1/100~1/120；
• 合理的上弦杆、下弦杆、实腹段跨中刚度比为1:1.8:3.0左右；可充分发挥上弦杆的轴向力；

3、刚架拱桥
• 是在刚架、斜腿刚架等基础上发展而来

1）结构组成
• 刚架拱片—主要承重结构，由跨中实腹段的主梁、空腹段的次梁、主拱腿、次拱腿构成；
• 横向联系及桥面系

2）特点及适用性
• 构件小，自重小，适用于软土地基；
• 结构变形小，整体结构刚度大；
• 施工方便，造价较底；
4、系杆拱桥
• 带吊杆的拱梁结构，外部为静定结构，而内部为多次超静定；

1）结构组成
• 主拱圈—主要承重结构；
• 吊杆（刚性、柔性）---传力结构；
• 系梁（纵梁）--承重结构；
• 横向联系----横梁、行车道板—传力结构,
• 横撑---主拱圈稳定作用

2）构造
• 矢跨比一般为1/5~1/7；
• 主拱圈高度一般为跨径的1/25~1/50；宽度为(0.4~0.5)拱肋高；
• 预应力系梁高度应与横梁、桥面板等配合，一般为1.5~2.5m;拱脚端部加高；
• 吊杆大多采用墩头锚具；单侧张拉；
• 横梁按简支梁与固结梁偏安全考虑，高度底于系梁；间距为跨径的1/10~1/16；
3）力学特点---自平衡体系

4）局部构造

5）连续拱梁组合桥
梁与拱组合，集中了梁桥与拱桥的优点