上承式拱桥结构形式变化综述_刘迎春

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1、公路２０１２年３月第３期ＨＩＧＨＷＡＹＭａｒ．２０１２Ｎｏ．３文章编号：０４５１－０７１２（２０１２）０３－００５０－０７中图分类号：Ｕ４４８．２２文献标识码：Ｂ上承式拱桥结构形式变化综述刘迎春１，２，薛素铎１，上官兴２（１．北京工业大学建筑工程学院北京市１０００２２；２．华东交通大学土木建筑学院南昌市３３００１３）摘要：上承式拱桥可以采用石材、竹木、铸铁、混凝土、钢材和拉索等主要的建筑材料作为承重结构体系，不同历史时期建造的上承式拱桥所使用的建筑材料不尽相同，不同建筑材料建成的上承式拱桥的结构形式也有所区别。按照上承式拱桥建筑材

2、料的变革，回顾上承式拱桥的发展历程，并简单介绍各类上承式拱桥形态多样、风格迥异的结构形式。关键词：桥梁工程；上承式拱桥；组合拱桥；材料革新；结构形式拱式结构是人类在土木工程领域最早和最伟大的发明之一，２０００多年前的古罗马时代就开始用打磨好的料石建造石拱桥了，我国在公元６００年前后也开始修建石拱桥。早期建造的这些石拱桥都是上承式拱桥，上承式拱桥是指桥面系设置在桥跨的［１］主要承重结构（如拱肋、立柱）上部的拱式桥梁，因此可以说上承式拱桥是最古老、最原始的桥梁结构形式。上承式拱桥可以采用石材、木材、铸铁、混凝图１西班牙阿尔坎塔拉桥土、

3、钢材和拉索等主要的建筑材料作为承重结构体建于公元６０６年的河北赵县赵州桥，跨径３７．０２ｍ，系，这是上承式拱桥独有的特点。曾保持最大石拱桥跨度的记录长达１３５０年之久（该记录在１９５６年被３８ｍ跨的松树坡铁路桥打破）。１石拱桥和竹木拱桥中国石拱桥一开始就注重结构的轻型化，赵州桥是１．１石拱桥世界上最早的上承式空腹式石拱桥，在主拱圈上方古时候国外建造的石拱桥结构形式相对比较单［３］左右两侧各叠加两个小拱，直到现在我国修建的一，基本上都是实腹式拱桥，外观上略显笨重，且大跨度稍大一点的石拱桥基本都采用空腹拱形式。空多数石拱桥的拱轴线为半

4、圆形，其好处是砌筑拱圈腹式石拱桥腹拱的布置有两种形式：其中一种是半的料石可以加工成相同的形状和尺寸，这对拱圈料空腹形式，拱桥的中部有一实腹段，如上面提到的赵石的加工和砌筑都带来很大方便。国外保存完好的州桥；另一种是全空腹形式，拱桥没有实腹段，如跨早期石拱桥要数建于公元９８年的西班牙阿尔坎塔径１２０ｍ的双肋拱桥———湖南乌巢河大桥，如图２拉桥（ＡｌｃａｎｔａｒａＢｒｉｄｇｅ），如图１所示，它位于塔霍所示，和世界最大跨度的石拱桥———１４６ｍ跨径的河（ＴａｇｕｓＲｉｖｅｒ）上，是６孔连拱实腹式石拱桥，其山西晋城丹河大桥。拱上腹拱的存在

5、不仅使得拱桥［２］中间最大的两孔跨度为２８ｍ。外形更加美观、轻盈，而且节省材料，大大减轻了结李约瑟对中西方的石拱桥有这样的评价：“在西构的自重和基础的负担，此外还有助于洪水通过。方圆弧拱桥都被看作是伟大的杰作，而中国古代的空腹式石拱桥是主拱圈有板拱、肋拱和板肋拱等几杰出工匠李春修筑了可与之辉映、甚至技艺更加超种横截面形式，通常情况下，板肋拱比板拱节省材群的拱桥”。这里“技艺更加超群的拱桥”指的是修料，重量也更轻。我国石拱桥建造水平和建造规模基金资助：江西省自然科学基金项目，项目编号２０１０ＧＺＣ００３３；贵州省科学基金项目，项目编

6、号２０１０２０４３收稿日期：２０１２－０１－１０２０１２年第３期刘迎春等：上承式拱桥结构形式变化综述—５１—一直处于世界的领先水平。在石拱桥跨度方面，我金属拱桥的发展随着炼铁（钢）技术的提高和构国单跨跨度超过１００ｍ的石拱桥有将近２０座；在石件连接方式的改变经历了铸铁、锻铁和钢材三个阶拱桥施工建造方面，石拱桥从最早必须用料石建造，段。铸铁和石材一样都是抗压能力强、抗拉能力差后来发展为大量使用片石来建造；在石拱桥设计理的材料，很适合用于建造拱桥。与石材相比，铸铁的论方面，提出了悬索线拱轴、平铰拱计算方法、腹拱强度更高，所需的截面更小

7、，结构也更轻，于是人们联合作用和连拱简化计算等新的计算理论，对石拱开始用铸铁建造拱桥。世界第一座铸铁拱桥是位于［４］桥的发展起到了巨大地推动作用。英格兰什罗普郡（Ｓｈｒｏｐｓｈｉｒｅ）的科尔布鲁克铸铁拱桥，如图４所示，建成于１７７９年。该桥是主跨３０．５ｍ、矢高１３．７ｍ的上承式拱桥，横向由５片半圆形拱肋并排连接在一起，全桥所有的铁件都是借［５］用木结构的连接方法连接而成。图２湖南乌巢河大桥１．２竹木拱桥石拱桥自重大，同时对基础产生水平推力，对地基承载力的要求较高，于是在地质条件较差、木材资源丰富的地方发明了用木材建造拱桥。宋代名

8、画《清明上河图》画有一座木拱桥，名为虹桥，可见中国的木拱桥最晚出现于宋朝。木拱桥上通常建有挑出桥宽两侧的屋檐，两侧钉有蓑衣式木板形成漂亮的图４科尔布鲁克的铸铁拱桥廊屋，故又称之为廊桥，如图３所示。廊屋不但可以随着铆钉连接的出现和锻铁技术的发展，铸铁