拱桥的概述最新3拱桥的总体布置

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1、混凝土拱桥混凝土拱桥第一章第一章 概述概述主讲人：焦驰宇提提纲纲1234拱桥的现状和发展拱桥的现状和发展拱桥的基本概念拱桥的基本概念拱桥的受力特点拱桥的受力特点拱桥的结构体系拱桥的结构体系5拱桥的总体布置拱桥的总体布置6工程实例工程实例1 1、拱桥的发展、拱桥的发展 拱桥拱桥国外：国外：石拱，木拱石拱，木拱十八世纪十八世纪铸铁拱铸铁拱十九世纪十九世纪 钢拱钢拱钢筋混凝土拱钢筋混凝土拱国内：国内：石拱，木拱石拱，木拱双曲拱双曲拱桁架拱桁架拱钢筋混钢筋混凝土拱凝土拱 刚架拱刚架拱桁式组合拱桁式组合拱 钢管拱钢管拱新型组合体系拱新型组合体系拱19641964年年7070年代年代8080年代年代808

2、0年代中年代中拱桥的现状与发展拱桥的现状与发展1 加尔德水道桥分三层，下层是公路桥加尔德水道桥分三层，下层是公路桥24m24m，高，高12m12m，中间是人行桥，上层是渡槽。建于公元前中间是人行桥，上层是渡槽。建于公元前63-1363-13年，距两年，距两千多年，该桥即技术与艺术结合的典范。千多年，该桥即技术与艺术结合的典范。拱桥的现状与发展拱桥的现状与发展1 拱轴曲线造型的千变万化，其中最具有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代表意义的是建于公元 595-605595-605年的赵州桥（如年的赵州桥（如图图1 1所示，跨径所示，跨径L=37mL=37m）。）。拱桥的现状与

3、发展拱桥的现状与发展1 1779 1779年，英国建成世界上第一座铸铁拱桥年，英国建成世界上第一座铸铁拱桥CoalbrookdaleCoalbrookdale Iron BridgeIron Bridge，跨度，跨度30.7m30.7m，矢高，矢高13.7m13.7m，由，由5 5片半圆形拱肋组成。片半圆形拱肋组成。拱桥的现状与发展拱桥的现状与发展1 当代拱桥：当代拱桥： 结构型式与施工方法的丰富多彩如，结构型式与施工方法的丰富多彩如，9797年年 建成的重建成的重 庆万县长江大桥（庆万县长江大桥（L=420mL=420m），）， 广州丫髻沙特大桥（广州丫髻沙特大桥（L L360m360m）1

4、9971997建成的重庆万县长江大桥建成的重庆万县长江大桥广州丫髻沙特大桥广州丫髻沙特大桥。拱桥的现状与发展拱桥的现状与发展119321932澳大利亚澳大利亚503m503m悉尼钢拱桥悉尼钢拱桥19321932建成的澳大利亚悉尼钢拱桥（图建成的澳大利亚悉尼钢拱桥（图4 4，L L 503m 503m ）及及20032003年建成年建成的的卢浦大桥（卢浦大桥（L=550mL=550m）。）。20032003上海卢浦大桥（上海卢浦大桥（L=550mL=550m）拱桥的现状与发展拱桥的现状与发展1提提纲纲1234拱桥的现状和发展拱桥的现状和发展拱桥的基本概念拱桥的基本概念拱桥的受力特点拱桥的受力特点

5、拱桥的结构体系拱桥的结构体系5拱桥的总体布置拱桥的总体布置6工程实例工程实例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 - 矢跨比实腹式拱桥的基本组成及专业术语实腹式拱桥的基本组成及专业术语拱桥的基本概念拱桥的基本概念2拱桥的基本概念拱桥的基本概念2空腹式式拱桥空腹式式拱桥2拱桥的基本概念拱桥的基本概念提提纲纲1234拱桥的现状和发展拱桥的现状和发展拱桥的基本概念拱桥的基本概念拱桥的受力特点拱桥的受力特点拱桥的结构体系拱桥的结构体系5拱桥的总体布置拱桥的总体布置6工程实例工程

6、实例 承重结构：主拱承重结构：主拱 支承处支承处不仅产生竖向反力，还产生水平推力，从而不仅产生竖向反力，还产生水平推力，从而 使拱主要受压使拱主要受压。3拱桥的受力特点拱桥的受力特点 思考题思考题1 1：拱为拱为什么在竖向荷载什么在竖向荷载作用下会产生水作用下会产生水平反力？平反力？ 思考题思考题2 2：水平水平反力的产生会使反力的产生会使拱的受力产生什拱的受力产生什么改变？么改变？拱桥的受力特点拱桥的受力特点3拱桥与梁桥本质上的不同：拱桥与梁桥本质上的不同：在竖直荷载作用下，支座会产生水平反力，水平反力引在竖直荷载作用下，支座会产生水平反力，水平反力引起拱内力中出现了轴力，同时降低了弯矩与剪

7、力。起拱内力中出现了轴力，同时降低了弯矩与剪力。QuebecQuebec桥是世界上跨度最大的钢悬臂梁桥，主跨桥是世界上跨度最大的钢悬臂梁桥，主跨为为18001800英尺英尺福州洪山桥为预应力桁式福州洪山桥为预应力桁式 T T构桥构桥拱桥的受力特点拱桥的受力特点322某某4040米跨空腹拱桥内力表米跨空腹拱桥内力表拱拱 顶顶L/4L/4拱拱 脚脚M MN NM MN NM MN NQ Q2062061607160719619616571657-319-31921792179138138拱圈厚拱圈厚0.9m0.9m，拱顶和拱脚偏心距分别为：，拱顶和拱脚偏心距分别为：0.128m/0.146m0.1

8、28m/0.146m；拱脚的拱脚的Q Q抗抗=2179=2179 0.7=1525kN0.7=1525kN拱桥的受力特点拱桥的受力特点3n拱桥与梁桥的区别：拱桥与梁桥的区别：n几何上：跨径、矢高、矢跨比。几何上：跨径、矢高、矢跨比。n主拱与桥道系（拱上建筑）组成主拱与桥道系（拱上建筑）组成n力学上：力学上：n反反力力：在在竖竖直直荷荷载载作作用用下下，三三铰铰拱拱的的竖竖向向反反力力与与简简支支梁相同，梁相同，三铰拱会产生水平反力三铰拱会产生水平反力。n内内力力：水水平平反反力力引引起起拱拱内内力力中中出出现现了了轴轴力力，同同时时降降低低了弯矩与剪力。了弯矩与剪力。n建桥材料：建桥材料：n

9、拱拱以以受受压压为为主主，可可以以充充分分利利用用抗抗拉拉性性能能较较差差而而抗抗压压性性能能较较好好的的圬圬工工材材料料（石石料料、混混凝凝土土、砖砖等等）来来建建造造拱拱桥桥，这种由圬工材料建造的拱桥，称为圬工拱桥。这种由圬工材料建造的拱桥，称为圬工拱桥。拱桥的受力特点拱桥的受力特点3提提纲纲1234拱桥的现状和发展拱桥的现状和发展拱桥的基本概念拱桥的基本概念拱桥的受力特点拱桥的受力特点拱桥的结构体系拱桥的结构体系5拱桥的总体布置拱桥的总体布置6工程实例工程实例拱拱桥桥建桥材料建桥材料圬工拱桥，钢筋混凝土拱桥，钢拱桥圬工拱桥，钢筋混凝土拱桥，钢拱桥拱轴线型式拱轴线型式圆弧拱桥，抛物线拱桥，

10、悬链线桥圆弧拱桥，抛物线拱桥，悬链线桥桥面位置桥面位置上承式拱桥，中承式拱桥，下承式拱桥上承式拱桥，中承式拱桥，下承式拱桥结构体系结构体系简单体系拱桥：简单体系拱桥：三铰拱，两铰拱，无铰拱三铰拱，两铰拱，无铰拱组合体系拱桥：组合体系拱桥：无推力拱桥，有推力拱桥无推力拱桥，有推力拱桥拱上建筑形式拱上建筑形式实腹式拱桥，空腹式拱桥实腹式拱桥，空腹式拱桥主拱圈截面形式主拱圈截面形式板拱桥，肋拱桥，双曲拱桥，箱形拱桥，板拱桥，肋拱桥，双曲拱桥，箱形拱桥，钢管混凝土拱桥，劲性骨架混凝土拱桥钢管混凝土拱桥，劲性骨架混凝土拱桥拱桥的结构体系拱桥的结构体系4简单体系拱桥、组合体系拱桥、简单体系拱桥、组合体系拱

11、桥、刚架系杆拱桥刚架系杆拱桥拱桥按受力图式的分类拱桥按受力图式的分类简单体系拱桥：简单体系拱桥：三铰拱三铰拱：静定结构，在地基差的地区可采用。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，一般但构造复杂，施工困难，整体刚度小，一般不采用不采用。无铰拱无铰拱：三次超静定结构。拱的内力分布较均三次超静定结构。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

12、，附加力影响变小，故钢基良好处。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筋混凝土无铰拱仍是大跨径桥梁的主要型式之一一。两铰拱两铰拱：一次超静定结构，介于三铰拱和无铰拱之间。一次超静定结构，介于三铰拱和无铰拱之间。（一）按照结构体系分类（一）按照结构体系分类拱桥的结构体系拱桥的结构体系4拱桥的结构体系拱桥的结构体系4拱桥的结构体系拱桥的结构体系4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，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：组合拱可以做成上承式、中承式和下承式。常用的

13、有以下几种形式：无推力拱无推力拱（使用较广泛）：拱的推力由系杆承受，墩台不受水平推力（使用较广泛）：拱的推力由系杆承受，墩台不受水平推力拱桥的结构体系拱桥的结构体系4拱桥的结构体系拱桥的结构体系4有推力拱有推力拱：此种组合体系拱没有系杆，有单独的梁和拱共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。同受力，拱的水平推力任由墩台承受。拱桥的结构体系拱桥的结构体系4拱片桥：拱片桥：拱桥的结构体系拱桥的结构体系41 1、板拱桥：、板拱桥：主拱圈采用主拱圈采用矩形实体截面。矩形实体截面。构造简构造简单、施工方便，使用广泛。自重较单、施工方便，使用广泛。自重较大，不经济，大，

14、不经济，通常在地基较好的中通常在地基较好的中小跨径圬工拱桥中采用小跨径圬工拱桥中采用。2 2、肋拱桥：、肋拱桥：肋肋拱拱桥桥由由两两条条或或两两条条以以上上分分离离式式拱拱肋肋组组成成承承重重结结构构的的拱拱桥桥，拱拱肋肋之之间间靠靠横横向向联联系系梁梁连连接接成成整整体体而而共共同同受受力力. .这这种种桥桥横横截截面面面面积积较较小小，节节省省材材料料, ,自自重重轻轻, ,跨跨越越能能力力大大，多多用用于于较较大大跨跨径径的的拱拱桥桥。可可以以用用圬圬工工、钢钢筋筋混凝土、钢材建造。混凝土、钢材建造。（二）按照主拱的截面型式分类（二）按照主拱的截面型式分类拱桥的结构体系拱桥的结构体系43

15、 3、双曲拱桥：、双曲拱桥：主拱圈横截面主拱圈横截面由一个或数个由一个或数个小拱组成小拱组成 ， 其主拱圈在其主拱圈在纵纵向和横向均呈曲线形。向和横向均呈曲线形。通常通常有有拱肋、拱波、拱板和横向拱肋、拱波、拱板和横向联系等几部分联系等几部分。公路双曲拱桥采用最多的是公路双曲拱桥采用最多的是多多肋波的截面形式肋波的截面形式；对于跨径和；对于跨径和荷载较小的单车道桥可采用荷载较小的单车道桥可采用单单波的形式波的形式。双曲拱桥施工工序多双曲拱桥施工工序多，组合截组合截面的整体性差，易开裂，因此，面的整体性差，易开裂，因此，只宜在中小跨径桥梁中采用。只宜在中小跨径桥梁中采用。拱桥的结构体系拱桥的结构

16、体系4双曲拱桥主拱圈的主要型式双曲拱桥主拱圈的主要型式 “化整为零，集零为整化整为零，集零为整”，整体性差，已不用整体性差，已不用拱桥的结构体系拱桥的结构体系44 4、箱形拱桥：、箱形拱桥： 箱形拱桥拱圈横截面由几个箱室组成。箱形拱桥拱圈横截面由几个箱室组成。截面挖空率截面挖空率大，可达全截面的大，可达全截面的50%-70%50%-70%，较实体板拱桥可减少圬工用料与较实体板拱桥可减少圬工用料与自重，自重，适用于大跨度拱桥适用于大跨度拱桥。截面抗扭刚度大，横向整体性和。截面抗扭刚度大，横向整体性和稳定性好，特别稳定性好，特别适用于无支架施工。适用于无支架施工。箱形拱闭合箱的构造箱形拱闭合箱的构

17、造拱桥的结构体系拱桥的结构体系45 5、钢管混凝土拱桥：、钢管混凝土拱桥： 钢管混凝土属于钢钢管混凝土属于钢- -混凝土混凝土组合结构中的一种。它借助组合结构中的一种。它借助内填内填混凝土增强钢管壁的稳定性，混凝土增强钢管壁的稳定性，同同时又利用时又利用钢管对核心混凝土的套钢管对核心混凝土的套箍作用箍作用，使核心混凝土处于三向，使核心混凝土处于三向受压状态，受压状态，从而使其具有更高的从而使其具有更高的抗压强度和抗变形能力抗压强度和抗变形能力。拱桥的结构体系拱桥的结构体系46 6、劲性骨架混凝土拱桥：、劲性骨架混凝土拱桥： 劲性骨架拱桥与普通钢筋混凝土拱桥的区别在于前者劲性骨架拱桥与普通钢筋混

18、凝土拱桥的区别在于前者以钢骨拱以钢骨拱桁架作为受力筋桁架作为受力筋, ,它它可以是型钢、钢管可以是型钢、钢管, ,采用钢管作劲性骨架的混凝土采用钢管作劲性骨架的混凝土拱又可称为拱又可称为内填外包型钢管混凝土拱内填外包型钢管混凝土拱. .拱桥的结构体系拱桥的结构体系46 6、劲性骨架混凝土拱桥：、劲性骨架混凝土拱桥： 优缺点：优缺点： 在大跨度拱桥中，解决了在大跨度拱桥中，解决了大跨度拱桥施工大跨度拱桥施工大跨度拱桥施工大跨度拱桥施工的的“自架设问题自架设问题”，即首先假设自重设、刚度、强度较大的钢管骨架，然后在空钢管内压即首先假设自重设、刚度、强度较大的钢管骨架，然后在空钢管内压注混凝土，使骨

19、架进一步硬化，再在钢管骨架上外挂模板浇筑外包混注混凝土，使骨架进一步硬化，再在钢管骨架上外挂模板浇筑外包混凝土，形成钢筋混凝土结构。凝土，形成钢筋混凝土结构。 在这种结构中，在这种结构中，钢管和随后形成的钢管混凝土主要是作为施工钢管和随后形成的钢管混凝土主要是作为施工的劲性骨架来考虑的的劲性骨架来考虑的。成桥后，它也可与参与受力。成桥后，它也可与参与受力。拱桥的结构体系拱桥的结构体系4重庆万县长江大桥重庆万县长江大桥拱桥的结构体系拱桥的结构体系4万县长江大桥主拱圈万县长江大桥主拱圈拱桥的结构体系拱桥的结构体系4拱桥的结构体系拱桥的结构体系445拱桥按材料分为：（圬工）石拱桥、（拱桥按材料分为：

20、（圬工）石拱桥、（金属）钢拱桥、混凝土（金属）钢拱桥、混凝土（RCRC和和PCPC）拱桥、）拱桥、钢管混凝土拱桥。钢管混凝土拱桥。圬工拱桥：圬工拱桥：a.a.承载潜力大；承载潜力大；b.b.能就地取能就地取材；材；c.c.能耐久，养护、维修费用少；能耐久，养护、维修费用少；d.d.外型美观；外型美观；e.e.构造较简单。构造较简单。但：但：a.a.自重大，水平推力大，对地基要自重大，水平推力大，对地基要求高；求高；b.b.有支架施工时，施工耗时；有支架施工时，施工耗时；c.c.连拱拱桥设置构造复杂的单向推力墩，连拱拱桥设置构造复杂的单向推力墩，增加了造价；增加了造价；d.d.上承式拱桥对标高要

21、求上承式拱桥对标高要求高，城市少用。高，城市少用。拱桥的结构体系拱桥的结构体系4（三）按照主拱的材料分类（三）按照主拱的材料分类 钢钢拱拱桥桥：主主要要采采用用桁桁式式或或箱箱形形拱拱肋肋。钢钢材材强强度度高高、自自重重轻轻，施施工工方方便便，跨跨越越能能力力更更强强。但但拱拱以以受受压压为为主主，稳稳定定问问题题突突出出，高高强强材材料料得得不不到到充充分分发发挥挥，需需耗耗料料在在刚刚度度上上。现在国外较少修建。现在国外较少修建。l 对对于于铁铁路路桥桥来来说说，要要求求刚刚度度大大，当当需需要要较较大大跨跨度度时时，拱拱梁梁组组合合结结构构比比索索结结构构有有优势。优势。l 对对于于公公

22、路路与与市市政政桥桥梁梁来来说说，常常因因美美观观等修建，但经济竞争力比较弱等修建，但经济竞争力比较弱。 拱桥的结构体系拱桥的结构体系447l 钢钢筋筋混混凝凝土土拱拱桥桥：以以混混凝凝土土为为主主要要材材料料来来承承压压、配配以以少少量量的的钢钢筋筋以以承承拉拉，是是近近现现代代最最主主要要的的拱拱桥桥结结构构，应应用用范范围围也也最最广。广。l比比起起钢钢拱拱桥桥自自重重大大，施施工工难难度度较较大大（尤尤其其大大跨跨径径）。 100100200m200m跨跨径径：预预应应力力连连续续梁梁、连连续续刚刚度度竞竞争争力力较较；跨跨径径更更大大时，混凝土斜拉桥、时，混凝土斜拉桥、CFSTCFS

23、T拱桥竞争能力很强。拱桥竞争能力很强。l降降低低结结构构自自重重、改改进进施施工工方方法法，是是钢钢筋筋混混凝凝土土拱拱桥桥发发展展的的主要方向。主要方向。 拱桥的结构体系拱桥的结构体系448l钢钢管管混混凝凝土土（concrete concrete filled filled steel steel tubetube，简简称称CFSTCFST）拱拱桥：桥：采用组合材料，提高了材料的强度与刚度，方便了施工采用组合材料，提高了材料的强度与刚度，方便了施工。 l19901990年年以以来来CFST CFST 拱拱桥桥在在我我国国的的发发展展很很快快。已已建建成成的的桥桥梁梁有有300300多座。多

24、座。l发展出一些新的桥型，如刚架系杆拱。发展出一些新的桥型，如刚架系杆拱。拱桥的结构体系拱桥的结构体系4按拱上建筑可分为：实腹拱与空腹拱按拱上建筑可分为：实腹拱与空腹拱拱桥的结构体系拱桥的结构体系4按照拱轴几何特征分类按照拱轴几何特征分类 l矢跨比小于矢跨比小于1/51/5的称为坦拱（的称为坦拱（ flat arch flat arch ）l矢跨比大于或等于矢跨比大于或等于1/51/5的称为陡拱（的称为陡拱（ steep arch steep arch ）l圆弧线（圆弧线（ circle circle ）l二次抛物线（二次抛物线（ parabolic parabolic ）l悬链线（悬链线（

25、catenary catenary ）拱桥的结构体系拱桥的结构体系4按车承位置分上承式、中承式、下承式按车承位置分上承式、中承式、下承式上承式上承式拱桥较为简单，上部结构由主拱圈拱桥较为简单，上部结构由主拱圈及拱上建筑（实腹式或空腹式）所组成。及拱上建筑（实腹式或空腹式）所组成。实腹拱桥构造简单、自重大，适用于中、实腹拱桥构造简单、自重大，适用于中、小跨度；小跨度；空腹拱桥结构合理、自重较小、利于泄洪，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。是大、中跨拱桥常用的形式。 上承式主要用于峡谷和桥面标高较高的上承式主要用于峡谷和桥面标高较高的桥梁桥梁。传统的石拱桥因主拱圈为板

26、式结构，传统的石拱桥因主拱圈为板式结构，只能采用上承式。只能采用上承式。拱桥的结构体系拱桥的结构体系4下承式下承式拱桥的桥跨结构由拱肋、悬吊拱桥的桥跨结构由拱肋、悬吊结构和横向联结系三部分组成结构和横向联结系三部分组成车辆在两片（有时为三片）拱肋之间车辆在两片（有时为三片）拱肋之间行驶，需要用吊杆将桥面系悬挂在拱行驶，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肋下。桥面系和这些传力构件称为悬吊结构。吊结构。一般为无推力拱，主要应用于桥头标一般为无推力拱，主要应用于桥头标高受限制或基础较差的拱桥之中。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无推力的下承式拱

27、宜采用自重较轻的主拱和桥道系，以减小系杆的受力。主拱和桥道系，以减小系杆的受力。拱桥的结构体系拱桥的结构体系4中承式中承式拱桥行车平面位于肋拱矢拱桥行车平面位于肋拱矢高的中间部位，桥面系一部分用高的中间部位，桥面系一部分用吊杆悬挂在拱肋下，一部分用立吊杆悬挂在拱肋下，一部分用立柱支撑在拱肋上。柱支撑在拱肋上。可以为单跨或多跨的无推力拱，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也可以做成带悬臂半跨的无推力拱（又称自平衡拱）。拱（又称自平衡拱）。一般是在桥梁建筑高度受到限制一般是在桥梁建筑高度受到限制时考虑，拱圈只能使用肋拱形式。时考虑，拱圈只能使用肋拱形式。采用有推力还是无推力主

28、要视地采用有推力还是无推力主要视地基基础条件而定。基基础条件而定。拱桥的结构体系拱桥的结构体系4 主要优点主要优点 跨越能力大；跨越能力大； 能充分做到就地取材；能充分做到就地取材； 耐久性好，养护、维修费用小；耐久性好，养护、维修费用小； 外形美观；外形美观； 构造较简单，有利于广泛采用构造较简单，有利于广泛采用。 主要缺点：主要缺点： 1 1）是有推力的结构，而且自重较大，因而水平推力也）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；较大，增加了下部结构的工程量，对地基要求也高； 2 2）由于水平推力较大，在连续多孔的大、中桥中，为）由于水平推力

29、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，需要采取较复杂的措施，防止一孔破坏而影响全桥的安全，需要采取较复杂的措施，或设置单向推力墩，增加了造价；或设置单向推力墩，增加了造价； 3 3）上承式拱桥的建筑高度较高。）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：拱桥的缺点正在逐步得到改善和克服：200600m200600m范围内，范围内，拱桥仍然是悬索桥和斜拉桥的竞争对手拱桥仍然是悬索桥和斜拉桥的竞争对手. .拱桥的结构体系拱桥的结构体系4提提纲纲1234拱桥的现状和发展拱桥的现状和发展拱桥的基本概念拱桥的基本概念拱桥的受力特点拱桥的受力特点拱桥的结构体系拱桥

30、的结构体系5拱桥的总体布置拱桥的总体布置6工程实例工程实例拱桥的总体布置拱桥的总体布置1 0 0 引言引言- -拱桥的设计流程拱桥的设计流程 总总体体布布置置确定桥梁长度及分孔确定桥梁长度及分孔确定桥梁的设计高程和矢跨比确定桥梁的设计高程和矢跨比正确处理不等分孔问题正确处理不等分孔问题桥面高程，拱顶底面桥面高程，拱顶底面高程，起拱线高程，高程，起拱线高程，基础底面高程基础底面高程混凝土拱桥矢跨比混凝土拱桥矢跨比1/41/41/81/8箱型拱桥矢跨比箱型拱桥矢跨比1/61/61/101/10采用不同的矢跨比采用不同的矢跨比采用不同的拱脚标高采用不同的拱脚标高调整拱上建筑的重力调整拱上建筑的重力采

31、用不同的拱跨结构采用不同的拱跨结构拱桥的总体布置拱桥的总体布置1拱桥的总体布置拱桥的总体布置11.1.确定桥梁长度及分孔的原则确定桥梁长度及分孔的原则（1 1）根据）根据水文、水力计算水文、水力计算和和技术经济比较技术经济比较，初拟桥初拟桥台之间的台之间的总总长度长度，结合平、纵、横三方向，结合平、纵、横三方向综合考虑桥梁与路线的衔接综合考虑桥梁与路线的衔接，确确定定桥梁桥梁全长。全长。（2 2）根据根据桥址处的桥址处的地形、地质地形、地质，结合结构体系结合结构体系及形式，及形式，确定分确定分孔孔（单孔、多孔）。（单孔、多孔）。（3 3）根据通航净空和防洪条件，确定孔数和跨径根据通航净空和防洪

32、条件，确定孔数和跨径: : A A通航孔通航孔一般设置在常水位一般设置在常水位河床最深处或航行最方便河床最深处或航行最方便的地的地方，同时满足航道等级要求。方，同时满足航道等级要求。 B B可能变迁的河流可能变迁的河流，必须，必须设置几个通航桥跨设置几个通航桥跨，一旦主流变，一旦主流变迁，也能满足通航要求。迁，也能满足通航要求。 C C不通航孔段不通航孔段，尽可能，尽可能按经济原则分孔按经济原则分孔，使上下部造价最，使上下部造价最低。低。 D D深水区深水区或或不良地质地段不良地质地段（如软土、溶洞、岩石破碎），（如软土、溶洞、岩石破碎），水下基础水下基础结构复杂、施工困难、高山峡谷、水流湍急

33、结构复杂、施工困难、高山峡谷、水流湍急的河流、的河流、宽阔的水库宽阔的水库，尽可能采用，尽可能采用大跨径跨越大跨径跨越。拱桥的总体布置拱桥的总体布置12.2.桥梁的设计高程桥梁的设计高程桥面高程：桥面高程：1.1.山区河流上的拱桥，桥面高程有两岸线路的纵断面控制山区河流上的拱桥，桥面高程有两岸线路的纵断面控制 2. 2.平原区河流上的拱桥，桥面高程由桥下净空控制。平原区河流上的拱桥，桥面高程由桥下净空控制。 桥下应有足够的泄洪流量净空，无铰拱桥，拱较可置于设计桥下应有足够的泄洪流量净空，无铰拱桥，拱较可置于设计水位以下，同时淹没深度不得超过矢高的水位以下，同时淹没深度不得超过矢高的2/3.2/

34、3.拱顶底面高程：拱顶底面高程：桥面高程桥面高程- -拱顶处桥梁建筑高度拱顶处桥梁建筑高度拱桥的总体布置拱桥的总体布置12.2.桥梁的设计高程桥梁的设计高程起拱线高程：起拱线高程：为了减小墩台底面弯矩和墩台工程数量，宜选择低拱脚方案。为了减小墩台底面弯矩和墩台工程数量，宜选择低拱脚方案。 为防止病害，有铰或无铰拱桥应高出最高流冰面为防止病害，有铰或无铰拱桥应高出最高流冰面0.25m0.25m； 有铰拱桥，拱脚高出设计洪水位有铰拱桥，拱脚高出设计洪水位0.25m0.25m。 为了美观避免就地起拱，墩台露出地面一定高度。为了美观避免就地起拱，墩台露出地面一定高度。基础底面高程：基础底面高程：根据冲

35、刷深度、地基承载力等因素确定。根据冲刷深度、地基承载力等因素确定。拱桥的总体布置拱桥的总体布置13.3.正确处理不等跨分孔的问题正确处理不等跨分孔的问题 某跨水库桥梁，全长某跨水库桥梁，全长376m376m，谷底至桥面高达，谷底至桥面高达8080余米。经地形、地质、余米。经地形、地质、经济比选确定采用不等跨分孔为宜，跨深谷处采用经济比选确定采用不等跨分孔为宜，跨深谷处采用116m116m，其余孔采用，其余孔采用72m72m。如何解决不平衡水平推力？如何解决不平衡水平推力？（1）采用不同矢跨比 采用矢跨比与推力大小成反比的关系，在相邻采用矢跨比与推力大小成反比的关系，在相邻两孔中，两孔中，大跨径

36、采用较陡的拱（矢跨比大），小大跨径采用较陡的拱（矢跨比大），小跨径采用较坦的拱跨径采用较坦的拱（矢跨比较小），使两相邻孔（矢跨比较小），使两相邻孔在恒载作用下的在恒载作用下的不平衡推力尽量减小不平衡推力尽量减小。拱桥的总体布置拱桥的总体布置5（2）采用不同拱脚标高拱桥的总体布置拱桥的总体布置5（3）调整拱跨结构重量拱桥的总体布置拱桥的总体布置5（4）采用不同拱跨结构拱桥的总体布置拱桥的总体布置5（4）采用不同拱跨结构拱桥的总体布置拱桥的总体布置5多跨拱桥的“不等跨”问题，可以采用的措施有：大跨用较大的矢跨比、小跨用较小的矢跨比；大跨用较大的矢跨比、小跨用较小的矢跨比； 大跨采用较低的拱脚标高、

37、小跨采用较高的拱脚标高；大跨采用较低的拱脚标高、小跨采用较高的拱脚标高；大跨采用较轻的拱上填料、小跨采用较重的拱上填料；大跨采用较轻的拱上填料、小跨采用较重的拱上填料；大跨采用肋拱减轻恒载、小跨采用板拱加大恒载。大跨采用肋拱减轻恒载、小跨采用板拱加大恒载。拱桥的总体布置拱桥的总体布置5提提纲纲1234拱桥的现状和发展拱桥的现状和发展拱桥的基本概念拱桥的基本概念拱桥的受力特点拱桥的受力特点拱桥的结构体系拱桥的结构体系5拱桥的总体布置拱桥的总体布置6工程实例工程实例我国公路桥中70%为拱桥。我国多山，石料资源丰富，拱桥取材以石料为主。1）圬工拱桥（石拱桥以及拱圈不配钢筋的混凝土拱桥，跨越能力较小）

38、主拱圈为等截面悬链线。拱矢度为1/5，拱圈厚1.7m，拱上建筑对称布置5个空腹拱，两边设岸孔37m，拱圈厚1.1m。下部结构为重力式石砌墩台。该桥施工在主孔范围内设3个临时墩，上立钢支架、拱架等，其上砌筑主拱圈。1965广西南宁都安红渡桥（L: 100m ) 世界上跨径最大的石拱桥。桥宽8m，双肋石拱桥，腹拱为9孔13m，南岸引桥3孔13m，北岸引桥1孔15m。主拱圈由两条分离式矩形石肋和8条钢筋混凝土横系梁组成。拱轴线为悬链线（m=1.543） ，拱矢度1/5，拱肋为等高变宽度。1990湖南凤凰县的乌巢河桥 （ L=120m）工程实例工程实例62）双曲拱桥（中国首创的一种拱桥型式）结构纤细轻

39、盈，适宜于软土地基上建造。19691969江苏无锡卫东桥江苏无锡卫东桥 构思独特，充分发挥双曲拱桥构造特点，组合拼装成三叉形的双曲拱桥。19691969江苏无锡民主桥江苏无锡民主桥上承式无铰空腹拱，是当时我国跨径最大的双曲拱桥。拱矢度1/10，拱轴线设计为悬链线。为提高横断面刚度、增强双曲拱在组合过程中裸肋的稳定性，断面设计成高低拱肋，全桥29道横隔板组成整体性好的拱肋格排，合拢后上面砌筑双层拱波。19681968河南嵩县前河桥河南嵩县前河桥 （L=150mL=150m）工程实例工程实例63）肋拱桥 1988广东广州流溪桥 （L=90m）钢筋混凝土箱肋中承式拱，拱矢度1/4.5，全桥采用喷塑装

40、修工艺，建筑宏伟壮丽，已成为公园的重要景观。中承装配式铁路钢筋混凝土拱，矢高40m，两片拱肋中心距7.5m。拱轴线采用二次抛物线，拱肋为箱形截面，吊杆为预应力杆件。施工时先架设钢拱架，然后在拱架上由下而上分层施工，安装拱肋底板-腹板-顶板，使先安装的拱肋底板与钢拱架共同受力。在拱顶进行应力调整，改善了拱肋的受力状态。为保证结构的整体性，拱肋与桥面系相交处的一段拱肋在工地现浇。1966北京永定河七号桥 （L=150m）1983 台湾台北关渡桥 （L=165m）中承式5孔连续系杆拱桥，中间孔跨度为165m，两侧孔跨度为143m及44m，拱圈为抛物线。 1990江苏丹阳云阳桥（L=70m） 跨越京杭

41、大运河，无粘结预应力系杆拱，3根拱肋，矢度1/5，拱轴系数m=1.0，单箱高1.5m，行车道刚性纵梁和无粘结预应力柔性系杆分开。预制安装法施工.1992 广东开平三埠桥 （L=60m）单拱肋预应力混凝土系杆拱，单拱肋置于车行道中央分隔带上。1994台湾台北碧潭桥（L=160m） 桥面由预制预应力混凝土单箱组成，并配以Y型悬臂拱圈，形成主跨为160m及2x100m无推力拱桥。引桥跨度分别为85m及57m，全桥以简洁明快的弧形曲线构成，与远山近水相协调。 1990四川宜宾小南门桥 (=240m)主桥系中承式钢筋混凝土肋拱桥，矢度1/5，是当时国内跨径最大的钢筋混凝土拱桥。该桥采用劲性钢骨架施工法，

42、缆索吊装。工程实例工程实例64）箱 拱桥 1979四川省宜宾市金沙江大桥（L=150m）中国采用缆索吊装施工、跨径最大的钢筋混凝土箱形拱。主拱圈箱高2.0m，箱宽7.60m，矢跨比1/7，全拱圈横向分5个箱室；纵向分5段预制，缆索吊装就位后再组合成整体箱。1989四川涪陵乌江大桥（L=200m）桥高84m，矢跨比1/4，主拱圈采用3室箱。涪陵乌江大桥采用转体法施工，先在两岸上、下游组成3m宽的边箱，待转体合拢后吊装中箱顶、底板，最后组成3室箱。1997重庆万县长江大桥 L=420m)劲性骨架钢筋混凝土箱形拱桥5）刚架拱桥1989江苏无锡100米下甸桥 变截面，四分点附近截面高度最大，分别向拱脚

43、、跨中减小。取消斜撑，拱上建筑采用23m预应力混凝土简支梁以过渡。1993江西德兴130米太白桥 采用转体施工。工程实例工程实例66）桁架拱桥1976浙江宁海75米越溪桥 主孔为净跨75m的预应力混凝土桁架拱，拱矢度1/9；边孔为净孔40m的双曲拱，1971浙江余杭50米里仁桥 钢筋混凝土斜拉杆式桁架拱桥。拱圈矢跨比为1/8。全桥布置4片拱片，在上弦杆覆盖微弯板混凝土桥面。预制拱片卧置叠浇，分段用浮吊起吊、翻身和吊装，在三分点处设临时支托，浇筑湿接头混凝土。工程实例工程实例67）桁式组合拱桥 中国首创的一种桥型，它除保持桁式拱结构用料省、竖向刚度大等特点外，更具有桁梁的特性和可以采用悬臂法施工

44、、施工阶段和运营阶段的受力趋于一致等优点。1990四川自贡160米牛佛沱桥 桁式组合拱为三室箱形截面，桁架片按节段分件预制，采用人字扒杆悬拼安装。主跨为组合预应力混凝土桁架拱。全宽13.4m，拱圈高2.7m，宽10.56m，矢跨比为1/6。采用起重量1200KN钢格构人字扒杆和直径32mm 40Si2MnV级钢轧丝锚碇体系悬臂拼装。1995贵州省330米江界河桥8）钢管混凝土拱桥 1998浙江义乌80米宾王桥 单肋钢管混凝土系杆拱桥，中跨矢跨比单肋钢管混凝土系杆拱桥，中跨矢跨比1/51/5，矢高，矢高15.6m15.6m；边跨矢跨比；边跨矢跨比1/4.51/4.5，矢高，矢高11.87m 11

45、.87m 。19901990四川旺苍四川旺苍115115米东河桥米东河桥 下承式钢管混凝土预应力系杆拱桥，矢度下承式钢管混凝土预应力系杆拱桥，矢度1/61/6。两片拱肋。两片拱肋间用直径间用直径800mm800mm横撑连接以保持其稳定性。活载作用下拱横撑连接以保持其稳定性。活载作用下拱脚的水平推力由系杆及桥墩共同承担。钢管拱肋实际上是脚的水平推力由系杆及桥墩共同承担。钢管拱肋实际上是一种复合材料，在破坏荷载作用下，钢管不仅起纵筋的作一种复合材料，在破坏荷载作用下，钢管不仅起纵筋的作用，而且对混凝土起螺旋箍筋的作用，以提高构件的承载用，而且对混凝土起螺旋箍筋的作用，以提高构件的承载能力。在施工阶

46、段，钢管起着劲性骨架的作用。能力。在施工阶段，钢管起着劲性骨架的作用。360m 360m 广州丫髻沙特大桥广州丫髻沙特大桥三跨连续自锚式中承式钢管混凝土拱桥。以高强预应力钢铰线作为系杆，拱座基础只有较小水平推力。主拱采用中承式双肋悬链线无铰拱，矢跨比为1/4.5。每片拱肋由6750钢管混凝土组成，由横向平联板、腹杆连接成为钢管混凝土桁架。边拱采用上承式双肋悬链线半拱，每片拱肋由钢筋混凝土单箱单室截面组成。转体施工法。工程实例工程实例619321932澳大利亚澳大利亚503m503m悉尼钢拱桥悉尼钢拱桥19771977美国美国518.2m New River518.2m New River桥桥工

47、程实例工程实例68）钢管混凝土拱桥提提纲纲1234拱桥的总体布置拱桥的总体布置矢跨比的选择矢跨比的选择拱轴线的选择拱轴线的选择主拱截面尺寸拟定主拱截面尺寸拟定拱桥的总体布置拱桥的总体布置1 0 0 引言引言- -拱桥的设计流程拱桥的设计流程 总总体体布布置置确定桥梁长度及分孔确定桥梁长度及分孔确定桥梁的设计高程和矢跨比确定桥梁的设计高程和矢跨比正确处理不等分孔问题正确处理不等分孔问题桥面高程，拱顶底面桥面高程，拱顶底面高程，起拱线高程，高程，起拱线高程，基础底面高程基础底面高程混凝土拱桥矢跨比混凝土拱桥矢跨比1/41/41/81/8箱型拱桥矢跨比箱型拱桥矢跨比1/61/61/101/10采用不

48、同的矢跨比采用不同的矢跨比采用不同的拱脚标高采用不同的拱脚标高调整拱上建筑的重力调整拱上建筑的重力采用不同的拱跨结构采用不同的拱跨结构拱桥的总体布置拱桥的总体布置1拱桥的总体布置拱桥的总体布置11.1.确定桥梁长度及分孔的原则确定桥梁长度及分孔的原则（1 1）根据）根据水文、水力计算水文、水力计算和和技术经济比较技术经济比较，初拟桥初拟桥台台口之间台台口之间的的总长度总长度，结合平、纵、横三方向，结合平、纵、横三方向综合考虑桥梁与路线的衔接综合考虑桥梁与路线的衔接，确定确定桥梁桥梁全长。全长。（2 2）根据根据桥址处的桥址处的地形、地质地形、地质，结合结构体系结合结构体系及形式，及形式，确定分

49、确定分孔孔（单孔、多孔）。（单孔、多孔）。（3 3）根据通航净空和防洪条件，确定孔数和跨径根据通航净空和防洪条件，确定孔数和跨径: : A A通航孔通航孔一般设置在常水位一般设置在常水位河床最深处或航行最方便河床最深处或航行最方便的地的地方，同时满足航道等级要求。方，同时满足航道等级要求。 B B可能变迁的河流可能变迁的河流，必须，必须设置几个通航桥跨设置几个通航桥跨，一旦主流变，一旦主流变迁，也能满足通航要求。迁，也能满足通航要求。 C C不通航孔段不通航孔段，尽可能，尽可能按经济原则分孔按经济原则分孔，使上下部造价最，使上下部造价最低。低。 D D深水区深水区或或不良地质地段不良地质地段（

50、如软土、溶洞、岩石破碎），（如软土、溶洞、岩石破碎），水下基础水下基础结构复杂、施工困难、高山峡谷、水流湍急结构复杂、施工困难、高山峡谷、水流湍急的河流、的河流、宽阔的水库宽阔的水库，尽可能采用，尽可能采用大跨径跨越大跨径跨越。拱桥的总体布置拱桥的总体布置12.2.桥梁的设计高程桥梁的设计高程桥面高程：桥面高程：1.1.山区河流上的拱桥，桥面高程有两岸线路的纵断面控制山区河流上的拱桥，桥面高程有两岸线路的纵断面控制 2. 2.平原区河流上的拱桥，桥面高程由桥下净空控制。平原区河流上的拱桥，桥面高程由桥下净空控制。 桥下应有足够的泄洪流量净空，无铰拱桥，拱较可置于设计水桥下应有足够的泄洪流量净空

51、，无铰拱桥，拱较可置于设计水位以下，同时淹没深度不得超过矢高的位以下，同时淹没深度不得超过矢高的2/3.2/3.拱顶底面高程：拱顶底面高程：桥面高程桥面高程- -拱顶处桥梁建筑高度拱顶处桥梁建筑高度拱桥的总体布置拱桥的总体布置12.2.桥梁的设计高程桥梁的设计高程起拱线高程：起拱线高程：为了减小墩台底面弯矩和墩台工程数量，宜选择低拱脚方案。为了减小墩台底面弯矩和墩台工程数量，宜选择低拱脚方案。 为防止病害，有铰或无铰拱桥应高出最高流冰面为防止病害，有铰或无铰拱桥应高出最高流冰面0.25m0.25m； 有铰拱桥，拱脚高出设计洪水位有铰拱桥，拱脚高出设计洪水位0.25m0.25m。 为了美观避免就

52、地起拱，墩台露出地面一定高度。为了美观避免就地起拱，墩台露出地面一定高度。基础底面高程：基础底面高程：根据冲刷深度、地基承载力等因素确定。根据冲刷深度、地基承载力等因素确定。拱桥的总体布置拱桥的总体布置13.3.正确处理不等跨分孔的问题正确处理不等跨分孔的问题 某跨水库桥梁，全长某跨水库桥梁，全长376m376m，谷底至桥面高达，谷底至桥面高达8080余米。经地形、地质、余米。经地形、地质、经济比选确定采用不等跨分孔为宜，跨深谷处采用经济比选确定采用不等跨分孔为宜，跨深谷处采用116m116m，其余孔采用，其余孔采用72m72m。如何解决不平衡水平推力？如何解决不平衡水平推力？（1）采用不同矢

53、跨比 采用矢跨比与推力大小成反比的关系，在相邻采用矢跨比与推力大小成反比的关系，在相邻两孔中，两孔中，大跨径采用较陡的拱（矢跨比大），小大跨径采用较陡的拱（矢跨比大），小跨径采用较坦的拱跨径采用较坦的拱（矢跨比较小），使两相邻孔（矢跨比较小），使两相邻孔在恒载作用下的在恒载作用下的不平衡推力尽量减小不平衡推力尽量减小。拱桥的总体布置拱桥的总体布置5（2）采用不同拱脚标高拱桥的总体布置拱桥的总体布置5（3）调整拱跨结构重量拱桥的总体布置拱桥的总体布置5（4）采用不同拱跨结构拱桥的总体布置拱桥的总体布置5（4）采用不同拱跨结构拱桥的总体布置拱桥的总体布置5多跨拱桥的“不等跨”问题，可以采用的措施有：大跨用较大的矢跨比、小跨用较小的矢跨比；大跨用较大的矢跨比、小跨用较小的矢跨比； 大跨采用较低的拱脚标高、小跨采用较高的拱脚标高；大跨采用较低的拱脚标高、小跨采用较高的拱脚标高；大跨采用较轻的拱上填料、小跨采用较重的拱上填料；大跨采用较轻的拱上填料、小跨采用较重的拱上填料；大跨采用肋拱减轻恒载、小跨采用板拱加大恒载。大跨采用肋拱减轻恒载、小跨采用板拱加大恒载。拱桥的总体布置拱桥的总体布置5谢谢 谢谢 大大 家！家！