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1、十二、拱桥构造与施工1、概述2 拱桥的分类3 拱桥结构与构造4 拱桥施工实腹石拱桥的主要构造一、概述一、概述（空腹式）钢筋混凝土拱桥的主要构造拱桥的几何特点：主拱圈（肋）是主要受力构件。它是曲线形，所以要有供行车的桥面系结构和联结拱圈（肋）与桥面系的构造。拱桥的标准跨径：净跨径。净跨径是指每孔拱跨两个拱脚截面最低点之间的水平距离。拱为曲线形，因此除跨径外，矢高（rise）也是重要的技术指标之一。矢跨比（ratio of rise to span），是反映拱桥受力特性的一个重要指标。主拱的计算跨径与计算矢高拱桥的力学特点：拱桥与梁桥的区别：几何上的不同：跨径、矢高、矢跨比。主拱与桥道系（拱上建筑
2、）组成力学上的不同：反力：在竖直荷载作用下，三铰拱的竖向反力与简支梁相同，三铰拱会产生水平反力。内力：水平反力引起拱内力中出现了轴力，同时降低了弯矩与剪力。建桥材料的不同：由于拱以受压为主，可以充分利用抗拉性能较差而抗压性能较好的圬工材料（石料、混凝土、砖等）来建造拱桥，这种由圬工材料建造的拱桥，称为圬工拱桥。拱桥按材料分为：（圬工）石拱桥、（金属）钢拱桥、混凝土（RC和PC）拱桥、钢管混凝土拱桥。石拱桥：a.跨越能力大；b.能就地取材；c.能耐久，养护、维修费用少；d.外型美观；e.构造较简单。但：a.自重大，水平推力大，对地基要求高；b.有支架施工时，施工耗时；c.连拱拱桥设置构造复杂的单
3、向推力墩，增加了造价；d.上承式拱桥对标高要求高，城市少用。2、拱桥的分类、拱桥的分类钢材强度高、自重轻，应用它修建拱桥，施工方便，跨越能力更强。钢拱桥主要采用桁式或箱形拱肋。但拱以受压为主，稳定问题突出，高强材料得不到充分发挥，需耗料在刚度上。且施工难度大。近期，国外钢拱桥修建很少。对于铁路桥来说，要求刚度大，当需要较大跨度时，拱梁组合结构比索结构有优势。对于公路与市政桥梁来说，有时为了美观或其它因素而修建钢拱桥，但一般来说大跨度钢拱桥的经济竞争力比较弱。钢筋混凝土拱以混凝土为主要材料来承压、配以少量的钢筋以承拉。因此，它是近现代最主要的拱桥结构，应用范围也最广。比起钢拱桥自重大，施工难度较
4、大，特别是跨径较大时。现代预应力连续梁、连续刚度等桥型在100200m的跨径范围内具有很强的竞争能力。当跨径更大一些后，混凝土斜拉桥竞争能力也很强。钢管混凝土拱桥的竞争力也大。降低结构自重、改进施工方法，是钢筋混凝土拱桥发展的主要方向。克罗地亚克尔克重庆万州（原万县）长江大桥巫山巫峡长江大桥水柏铁路北盘江大桥 杭州复兴大桥 按拱上建筑可分为：实腹拱与空腹拱。拱上建筑可做成实腹式和空腹式。实腹拱桥构造简单、自重大，适用于中、小跨度；空腹拱桥结构合理、自重较小、利于泄洪，是大、中跨拱桥常用的形式。按车承位置分类上承式拱桥较为简单，其上部结构是由主拱圈及拱上建筑所组成。下承式拱桥的桥跨结构由拱肋、悬
5、吊结构和横向联结系三部分组成。由于车辆在两片（有时为三片）拱肋之间行驶，所以需要用吊杆将桥面系悬挂在拱肋下。桥面系和这些传力构件称为悬吊结构。下承式拱一般为无推力拱，主要应用于桥头标高受限制或基础较差的拱桥之中。无推力的下承式拱宜采用自重较轻的主拱和桥道系，以减小系杆的受力。中承式拱桥的行车平面位于肋拱矢高的中间部位，桥面系一部分用吊杆悬挂在拱肋下，一部分用立柱支撑在拱肋上。中承式可以为单跨或多跨的无推力拱，也可以做成带悬臂半跨的无推力拱（又称自平衡拱）。中承式一般也是在桥梁建筑高度受到限制时考虑，与下承式一样其拱圈也只能使用肋拱形式。采用有推力还是无推力主要视地基基础条件而定。按结构体系分类
6、（一）简单体系的拱桥 三铰拱静定，无附加应力，铰构造复杂，少用。 无铰拱三次超静定，刚度大，构造简单，附加应力 大，混凝土拱多采用无铰拱。两铰拱介于二者之间，钢拱采用较多。（二）拱梁组合桥1、无推力的拱梁组合桥柔性系杆刚性拱（系杆拱）刚性系杆柔性拱（蓝格尔拱）刚性系杆刚性拱（洛泽拱）用斜吊杆时称为尼尔森拱2、有推力组合体系拱无系杆，梁拱共同受力，推力由墩台承受。刚梁柔拱（倒蓝格尔拱） 刚梁刚拱（倒洛泽拱）。下承式刚架系杆拱以单跨为主，也有采用多跨的。在多跨的刚架系杆拱中，系杆是分跨锚固的。中承式一般为三跨结构，主跨为中承式，两边跨为上承式半拱，通过张拉锚固于两边跨端部的系杆来平衡拱的恒载水平推
7、力，所以又称为自锚式；有时又根据其形状称之为飞鸟式或飞燕式。（三）刚架系杆拱（三）刚架系杆拱按截面形式分类沿拱轴线:等截面、变截面 圬工拱：板拱、肋拱 混凝土拱：板拱、肋拱、双曲拱与箱形拱 钢拱：工字形、圆管和箱形肋拱。 钢管混凝土拱：单管、哑铃形、多管桁式等。钢筋混凝土肋拱桥的拱肋截面形式钢管混凝土实肋拱的截面形式钢管混凝土桁拱的截面形式丫髻沙大桥双曲拱桥主拱圈的主要型式钢筋混凝土箱形拱按照拱轴几何特征分类 矢跨比小于1/5的称为坦拱（flat arch ） 矢跨比大于或等于1/5的称为陡拱（steep arch ） 圆弧线（circle ） 二次抛物线（parabolic ） 悬链线（ca
8、tenary）二、拱桥结构与构造二、拱桥结构与构造1、石板拱空腹式拱桥构造图在砌筑料石拱圈时，根据受力的需要，构造上应满足以下几点要求： （1）拱石受压面的砌缝应是辐射方向，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。 （2）当拱圈厚度不大时，可采用单层拱石砌筑当拱厚较大时可采用多层拱石砌筑，对此要求垂直于受压面的顺桥向砌缝错开，其错缝间距不小于0.10m。 （3）在拱圈的横截面内，拱石的竖向砌缝应当错开，其错开宽度至少0.10m， （4）砌缝的缝宽不应大于0.02m。 （5）拱圈与墩台、空腹式拱上建筑的腹孔墩与拱圈相连接处，应采用特制的五角石，以改善连接处的受力状况。实腹式拱上建
9、筑由侧墙、拱腹填料、护拱以及变形缝、防水层、泄水管和桥面等部分组成。 空腹式拱上建筑除具有实腹式拱上建筑相同的构造外，还具有腹孔和腹孔墩桥墩（台）上腹拱的布置方式2、钢筋混凝土拱1） 肋拱邕宁邕江大桥总体布置图邕宁邕江大桥拱肋截面2） 箱拱箱拱预制施工构造示意图箱形拱闭合箱的构造重庆万州（县）长江大桥总体布置图万州（县）长江大桥主拱圈截面构造图3） 刚架拱 高次超静定结构 构件少 自重轻 整体性好 刚度大 施工方便 经济指标较好 造型美观刚架拱桥的主要组成江西德兴铜矿太白桥立面图3、钢拱、钢拱 钢拱桥可分为无铰拱（固定拱）、单铰拱、二铰拱和三铰拱 钢拱桥的拱肋断面可分为实肋拱（工字肋、管拱）、
10、箱肋拱、桁肋拱等在有推力钢拱桥中，拱上建筑由立柱和桥道系组成，并以钢结构为主，有时桥道系也采用钢混凝土组合结构的。跨径最大的有推力钢拱桥-美国的新河谷桥跨径最大的有推力钢拱桥-美国的新河谷桥无推力拱主要应用于中下承式拱之中，主要由拱肋、悬吊结构和横向联结系三部分组成上海卢浦大桥总体布置图4、钢管混凝土拱桥 钢管混凝土桁式拱肋是由钢管混凝土弦杆与腹杆、平联（一般为空钢管）焊接而成的桁式结构。 设计的关键：管接头的焊接质量与抗疲劳性能 以车承形式划分，可分为上承式、中承式和下承式。 以拱肋的截面形式分，可分为单圆管、哑铃形和多管桁式。 按拱肋的横向构造可分为平行肋拱、提篮拱和无风撑拱。 按拱脚推力
11、可分为有推力拱、无推力的刚架系杆拱和拱梁组合桥。重庆巫山巫峡长江大桥跨径最大的有推力中承式钢管混凝土拱桥刚架系杆拱有下承式和中承式两种 中承式刚架系杆拱，即飞鸟式也称飞燕式，它是指两边跨为半跨悬臂上承式拱、主跨为中承式钢管混凝土拱，通过锚固于两边跨端部的拉索来平衡主跨大部分水平推力的桥梁结构，也有称自平衡式或自锚式的广州丫髻沙大桥主桥拱桥平、立面布置图中承式刚架系杆拱建成后的广州丫髻沙大桥照片钢管混凝土在拱梁组合体系拱桥中的特点： 充分发挥了钢管混凝土抗压性能好的优点 减轻了桥梁上部结构的自重 提高了拱梁组合体系拱桥的跨越能力 钢管混凝土拱梁组合体系桥梁上部结构的施工 主要可分为“先梁后拱”和
12、“先拱后梁”两种方法。郑州黄河公路二桥5、拱桥墩台、拱桥墩台1） 桥墩 从抵御恒载水平力的能力来看，拱桥桥墩可以分为普通墩和单向推力墩两种。 普通墩除了承受相邻两跨结构传来的垂直反力外，一般不承受恒载水平推力，或者当相邻孔不相同时只承受经过互相抵消后消除的不平衡推力。 单向推力墩又称制动墩它的主要作用是在它的一侧的桥孔因某种原因遭到毁坏时，能承受住单向的恒载水平推力，以保证另一侧的拱桥不致遭到倾坍。重力式桥墩也称实体式桥墩，它主要靠自身的重量来平衡外力而保持其稳定，由墩帽、墩身和基础三部分组成。柱式桥墩单向推力墩的形式： （1）悬臂墩 （2）斜撑墩 （3）重力式单向推力墩悬臂墩 斜撑墩2. 桥
13、台的类型和构造 重力式U形桥台 齿槛式桥台 空腹式（L）桥台 组合式桥台 轻型桥台重力式U形桥台齿槛式桥台空腹式（L）桥台 组合式桥台轻型桥台三、拱桥施工三、拱桥施工1 支架法2 劲性骨架施工法3 转体施工法4 悬臂施工法5 缆索吊装设备1 支架法 木拱架 钢拱架 竹拱架 竹木拱架 组合拱架立柱式拱架的型式及其组成撑架式拱架的型式卸架设备的几种型式卸架的程序：对于满布式拱架的中小跨径拱桥，可从拱顶开始，逐次向拱脚对称卸落；对于大跨径的悬链线拱圈，为了避免拱圈发生“M”形的变形，也有从两边1/4处逐次对称地向拱脚和拱顶均衡地卸落。卸架的时间宜在白天气温较高时进行，这样能够便于卸落拱架。2 劲性骨
14、架施工法劲性骨架施工法（ stiffened scaffoldingmethod ）钢支架法的演变和发展而来的一种施工方法，主要用于混凝土拱桥的施工，也称为埋置拱架法（ embedded scaffolding method ）。这种施工方法最早由捷克工程师Joseph Melan提出，所以又称为米兰法（Melan method ）。宜宾小南门大桥，建于1990年,主跨240m.万县长江大桥拱圈截面四川万县长江大桥劲性骨架构造图四川万县长江大桥劲性骨架吊装示意图四川万县长江大桥桥面吊装示意图四川万县长江大桥3 转体施工法转体施工法（ swing method ）是指将桥梁结构在非设计轴线位置制
15、作（浇注或拼接）成形后，通过转体就位的一种施工方法。 竖转法 平转法 竖转与平转结合法贵州务川自治县珍珠桥竖向转体施工竖转法贵州务川自治县珍珠桥竖向转体施工平转法丫髻沙大桥竖转与平转结合法丫髻沙大桥4 悬臂施工法斜拉悬臂法悬臂桁架法其它悬臂法（如自由悬臂 拼装法、部分悬臂法等）斜拉悬臂法斜拉悬臂法是大跨径拱桥中使用最广泛的一种施工方法。它先在两边架设施工塔架，主拱肋分节段从拱脚向拱顶悬臂施工，用斜拉索将悬臂的拱肋拉在塔架上。塔架的平衡是由背索来维持的，背索或拉在地锚上或拉在边跨上。罗依溪大桥, 双曲拱, 116m, 采用悬臂法施工， 1974年5月建成克罗地亚Krka 桥悬臂浇筑的施工悬臂桁架
16、法 与斜拉悬臂施工不同，悬臂桁架法并不借助于塔架，而是将拱圈、立柱与临时或永久的斜拉杆、上弦杆组成桁架，悬臂施工，跨中合拢。在施工中，承受拉力的桁架上弦杆在合拢前必须锚固在地基上，以抵抗由悬臂产生的拱脚弯矩。克罗地亚Krk桥江界河桥，主跨330m, 1995建成，为预应力桁式组合拱，采用悬臂桁架法施工。其它悬臂法（a）悬臂拼装示意图 （b）施工照片美国狱门桥施工加拉加斯桥的施工缆索吊装四、拱桥设计要点四、拱桥设计要点1 确定桥梁的设计标高 和矢跨比2 主拱截面尺寸的拟定3 拱轴线选择1、确定桥梁的设计标高和矢跨比、确定桥梁的设计标高和矢跨比 桥面标高： 由两岸线路的纵断面设计来控制； 要保证桥
17、下净空能满足泄洪或通航的要求。 拱顶底面标高：由桥面标高推算拱桥下净空的有关规定起拱线标高：一般宜选择低拱 脚的设计方案基础底面标高：地基、水文条 件和上部结构矢跨比当跨径大小在分孔时已初步拟定后，根据跨径及拱顶、拱脚标高，就可以确定主拱圈的矢跨比（f /L ）。 板拱桥：矢跨比可采用1/31/7，不宜超过1/8。 混凝土拱桥：矢跨比多在1/5 1/8间，以1/6居多； 钢管混凝土拱桥矢跨比：1/41/5之间，以1/5最多。钢拱桥常用的矢跨比为1/51/10，有推力拱中1/51/6最为常用。 当矢跨比在1/51/6这个范围内变化时，材料用量变化受矢跨比变化的影响不大。矢跨比有时根据特殊情况，也
18、有取1/2.5或1/17的所谓极端值的。2、主拱截面尺寸的拟定、主拱截面尺寸的拟定 1）. 主拱宽度的确定拱圈宽度的确定及人行道的布置2). 主拱高度的拟定对中、小跨径公路石拱桥主拱圈高度：对大跨径公路石拱桥主拱圈高度：对双曲拱桥、桁架拱桥和箱形拱桥主拱圈高度：大跨径的石拱桥，其拱圈高度可参照已建成桥梁的设计资料拟定或参考其它经验公式进行估算。 钢筋混凝土拱桥，在上承式无铰拱中，拱圈高度在拱脚处， 约为跨径的1/ 29 1/ 75 ，在拱顶处约为跨径的1/ 44 1/ 75 。在上承式组合拱中，拱脚处的拱肋厚度， 约为跨径的1/ 59 1/ 122 ，拱顶处的拱肋厚度约为跨径的1/ 59 1/
19、 112 。在中承式无铰拱中， 拱肋厚度在拱脚处， 约为跨径的1/34 1/ 67 ，在拱顶处约为跨径的1/ 34 1/ 80 。 钢管混凝土拱桥拱肋截面的高、宽尺寸的拟定，应充分考虑主拱跨径及拱肋片数的影响。对于采用单圆管的小跨度桥，肋高（管径）一般为0.60.8m。3、拱轴线选择、拱轴线选择三铰拱在任意荷载作用下任意截面的弯矩为：若令弯矩等于0，即在某种荷载作用下任意截面的弯矩均为零，拱则为纯压拱。对于一些特殊的分布荷载，可以求出与荷载分布规律有关的拱轴线，称这条拱轴线为合理拱轴线。竖直均布荷载作用下拱的合理拱轴线二次抛物线拱轴线方程对于竖直均布荷载，由材料力学可知悬链线拱轴线方程拱轴线方程为：拱轴线应用均布荷载作用下的合理拱轴线：二次抛物线。荷载集度随拱轴线高度变化而变化的合理轴线：悬链线。 实腹式拱桥：悬链线 空腹式拱桥：悬链线 石板拱，拱轴系数一般随跨径的增大而减小，采用无支 架或早期脱架施工拱的拱轴系数不宜大于3.5。 钢筋混凝土悬链线拱的拱轴系数，宜采用2.8141.167，该值应随跨径的增大或矢跨比的减小而减小取用。 钢管混凝土拱桥，一般来说立柱自重较轻，采用悬链线时拱轴系数较小，一般在1.01.7。
