第7章 拱式桥桥的构造与设计

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1、第7章拱式桥梁的构造与设计拱桥的现状和发展拱桥国外：石拱，木拱十八世纪铸铁拱十九世纪钢拱钢筋混凝土拱国内：石拱，木拱双曲拱桁架拱钢筋混凝土拱刚架拱桁式组合拱钢管拱新型组合体系拱1964年70年代80年代80年代中古代拱桥:拱轴曲线造型的千变万化，其中最具有代表意义的是建于公元595-605年的赵州桥（如图1所示，跨径L=37m）图1赵州桥当代拱桥：结构型式与施工方法的丰富多彩如，97年建成的重庆万县长江大桥（图2所示，L=420m），广州丫髻沙特大桥（图3，L＝360m），1932建成的澳大利亚悉尼钢拱桥（图4，L＝503m）及正在建设的鲁浦大桥（L=550m）。图219

2、97建成的四川万县长江大桥（L=420m)图3360m广州丫髻沙特大桥。7.1.1拱桥的受力特点图41932澳大利亚503m悉尼钢拱桥承重结构：主拱拱桥的基本图示支承处不仅产生竖向反力，还产生水平推力，从而使拱主要受压桥梁与道路结构拱式桥7.1.2、拱桥的基本特点：主要优点跨越能力大；能充分做到就地取材；耐久性好，养护、维修费用小；外形美观；构造较简单，有利于广泛采用。主要缺点：1）是有推力的结构，而且自重较大，因而水平推力也较大，增加了下部结构的工程量，对地基要求也高；3）由于水平推力较大，在连续多孔的大、中桥中，为防止一孔破坏而影响全桥的安全，需要采取较复杂的

3、措施，或设置单向推力墩，增加了造价；4）上承式拱桥的建筑高度较高。拱桥的缺点正在逐步得到改善和克服：200~600m范围内，拱桥仍然是悬索桥和斜拉桥的竞争对手7.1.3、拱桥的组成根据行车道的位置，拱桥可以分成：上承式、下承式和中承式三种类型如下图所示：一般上承式拱桥，桥跨结构是由主拱圈、拱上建筑等组成。拱桥的基本图示桥梁与道路结构拱式桥上承式拱桥的基本组成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-矢跨比桥梁与道路结构拱式桥7.1.4、拱桥的主要类型及其特点拱桥建桥材料圬工拱桥，钢

4、筋混凝土拱桥，钢拱桥拱轴线型式圆弧拱桥，抛物线拱桥，悬链线桥桥面位置上承式拱桥，中承式拱桥，下承式拱桥结构体系分简单体系拱桥：三铰拱，两铰拱，无铰拱组合体系拱桥：无推力拱桥，有推力拱桥主拱圈截面形式形式拱上建筑形式实腹式拱桥，空腹式拱桥板拱桥，肋拱桥，双曲拱桥，箱形拱桥桥梁与道路结构拱式桥7.2.1、拱式桥梁的结构体系拱桥按受力图式的分类简单体系拱桥：可以做成上承式，中承式，下承式，均为有推力拱。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。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

5、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。两铰拱：一次超静定结构，介于三铰拱和无铰拱之间。7.2拱桥的结构体系与总体布置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。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：无推力拱（使用较广泛）：拱的推力由系杆承受，墩台不受水平推力有推力拱：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。7.2.2、总体布置总体布置确定桥梁长度及分孔确定桥梁的设计标

6、高和矢跨比正确处理不等分孔问题桥面标高，拱顶底面标高，起拱线标高，基础底面标高混凝土拱桥矢跨比1/4～1/8箱型拱桥矢跨比1/6～1/10采用不同的矢跨比采用不同的拱脚标高调整拱上建筑的重力采用不同的拱跨结构7.3主拱圈的构造与尺寸拟定根据主拱圈截面形式可分为：板拱，肋拱，双曲拱，箱形拱等。7.3.1、板拱板拱是指主拱（圈）采用整体实心矩形截面的拱。按照主拱所采用的材料，可分为石板拱、混凝土板拱和钢筋混凝土板拱等。这部分主要介绍钢筋混凝土板拱板拱的宽度拱圈的厚度对钢筋混凝土拱拱顶厚度拱脚厚度其中拱圈截面的变化规律截面变化规律等截面（常用）变截面（构造复杂）其中N自拱顶

7、向拱脚逐渐增大，但M变化复杂与结构体系和截面惯性矩I有关，下图为结构体系和截面惯性矩对弯矩的影响。拱截面正应力无铰拱通常可用惯性矩从拱顶向拱脚逐渐增大的变化（见下图），计算公式可采用Ritter公式：上式中：I为任意截面的惯性矩；Id为拱顶截面的惯性矩；为任意截面的拱轴线倾角；n拱厚变化系数，可用拱脚处的边界条件=1求得：钢筋混凝土板拱的构造Ij和j分别为拱脚截面的惯性矩和倾角纵向受力钢筋：最小配筋率0.2%~0.4%配筋箍筋，应将上下缘主筋连系起来分布钢筋：应设在主筋内侧2、板肋拱肋拱：拱圈截面由板和肋组成的拱桥。7.