拱橋的設計與構造總結

橋梁工程

（道路專業(yè)）第十九講第四篇第二章拱橋的設計與構造一、簡單體系拱橋的構造二、組合體系拱橋的構造三、拱橋的設計方法一、簡單體系拱橋的構造（一）板拱主拱圈采用矩形板狀截面的拱稱為板拱?！叭挾群蜆驅挻篌w相當，截面高度由受力計算確定，通常要比其寬度小很多，中、小跨徑板拱通常為實心截面。※根據拱軸線形，板拱可以是等截面圓弧拱，等截面或變截面懸鏈線拱以及其他拱軸形式?！凑侦o力圖式可分為無鉸拱、兩鉸拱、三鉸拱。※按照主拱所用的建筑材料劃分，板拱又可分為石板拱、混凝土板拱和鋼筋砼板拱等。板拱主要用于中、小跨徑拱橋

1.石板拱※砌筑石板拱主拱圈的石料主要有料石、塊石、片石和磚石等。

※石料強度等級不得低于MU50

※等截面圓弧拱的拱石規(guī)格少，編號比較簡單；變截面拱圈的拱石類型較多，編號較復雜，施工不便。有的石拱橋也采用等截面或變截面的懸鏈線作為拱軸線，此時拱石的編號更為復雜，因此，目前大多采用等截面石拱橋。

（a）等截面單層（b）等截面多層拱石砌筑拱石砌筑變截面拱圈的拱石編號在砌筑料石拱圈時，根據受力的需要，構造上應滿足以下幾點要求：（1）拱石受壓面的砌縫應是輻射方向，即與拱軸線相垂直。這種輻向砌縫一般可做成通縫，不必錯縫。

（2）當拱圈厚度不大時，可采用單層拱石砌筑，當拱厚較大時可采用多層拱石砌筑，對此要求垂直于受壓面的順橋向砌縫錯開，其錯縫間距≥10cm。（3）在拱圈的橫截截面內，拱石石的豎向砌縫應當當錯開，其錯開寬度≥10cm，見下圖中的的Ⅰ-Ⅰ截面及Ⅱ-Ⅱ截面。這樣，，在縱向或橫橫向剪力作用用下，可以避避免剪力單純純由砌縫內的的砂漿承擔，，從而可以增增大砌體的抗抗剪強度和整整體性。（4）砌縫的縫寬不應大于2cm?！驗樯皾{強度度較低（5）拱圈與墩臺、、空腹式拱上上建筑的腹孔孔墩與拱圈相相連接處，應應采用特制的的五角石，以改善連連接處的受受力狀況。。五角石不得得帶有銳角角，以免施工工時易破壞壞和被壓碎碎。為了簡簡化施工，，也常采用用現(xiàn)澆混凝凝土拱座及腹孔墩底梁梁來代替制作作復雜的五五角石。2.混凝土板拱拱(1)素混凝土板板拱主要用于缺缺乏合格天天然石料的的地區(qū)，可可以采用整整體現(xiàn)澆，，也可以預預制砌筑。。(2)鋼筋混凝土土板拱鋼筋混凝土土板拱根據據橋寬需要要可做成單單條整體拱拱圈或多條條平行板(肋)拱圈(拱圈之間可可不設橫向向聯(lián)系)，拱圈縱向配置拱拱形的受力力鋼筋(主筋)，最小配筋筋率為0.5％，且上、、下緣對稱稱通長布置置，以適應應沿拱圈各各截面彎矩矩的變化。。（二）箱形形拱主拱圈截面面由單室箱箱或多室箱箱構成的拱拱稱為箱形拱，又由于箱箱形拱主拱拱截面外觀觀如同板拱拱，所以也稱箱板拱。1、箱形拱的主主要特點(1)截面挖空率大大。挖空率可可達全截面的的50％～70％，與板拱相相比，可大量量節(jié)省圬工體積減輕重量。(2)箱形截面的中中性軸大致居居中，對抵抗抗正、負彎矩矩具有幾乎相相等的能力，，能較好地適應各截面正正、負彎矩變變化的情況。(3)由于是閉合空空心截面，抗彎、抗扭剛剛度大，拱圈的整體性性好，應力分布比比較均勻。(4)單根箱肋的剛剛度較大，穩(wěn)定性較好，能單片成拱拱，便于無支支架吊裝。(5)預制拱箱的寬寬度較大，施施工操作安全全，易保證施施工質量。(6)制作要求較高高，起吊設備備較多，主要用于大跨跨徑拱橋。2.主拱圈箱形截截面的組成方方式(1)由多條U形肋組成的多室箱箱形截面。目目前已較少采采用。(2)多條I形肋組成的多室箱箱形截面。一一般較少采用用。(3)由多條閉合箱肋組成的多室箱箱形截面。(4)單箱多室截面。這種截截面形式主要要用于(特)大跨徑混凝土土拱橋中。矩形I形箱箱形(L≤40m)(40m＜L≤90m)(L＞100m)（三）肋拱拱圈由兩條或多條分分離的拱肋組成的拱橋叫叫肋拱橋。其每條拱肋相相對來說窄而而高，抗彎慣慣矩大。上承式肋拱橋橋包括橫隔梁梁、立柱和有有橫梁支撐的的行車道部分分；下承式肋肋拱橋則將吊吊桿錨固在肋肋拱背上。肋拱質量輕，，恒載內力減減小，相應活活載內力的比比重增大，可可充分發(fā)揮鋼鋼筋等材料的的性能，具有有較好的經濟濟性，現(xiàn)已在在大、中型拱橋橋中廣泛使用，并并逐漸取代板板拱。拱肋材料：砼、鋼筋砼砼、鋼管砼、、勁型骨架砼砼拱肋的肋數(shù)：橋寬≤20m時，可采用雙肋式，橋寬＞20m時，可采用分分離的雙幅雙雙肋拱拱肋的間距：上、下游拱肋肋最外緣的間間距一般不宜小于跨徑徑的l／20，以保證拱肋肋的橫向整體體穩(wěn)定性。拱肋的截面形形式：矩形、I形、箱形、管管形和勁性骨骨架砼箱形矩形截面：一般僅用于于中、小跨徑的肋拱箱形截面：用于跨徑大、橋面寬時（四）雙曲拱拱雙曲拱橋主拱拱圈通常由拱肋、拱波、拱板和橫向聯(lián)系等幾部分組成成。由于拱圈圈在縱、橫向向均呈曲線形形而得名。1、雙曲拱主拱拱圈的截面形形式2、拱肋截面形形式：矩形、倒T形、L形、I形、槽形、開開口箱等（五）拱上建建筑的構造橋面系與傳力力構件或填充充物統(tǒng)稱為拱上建筑。按照拱上建筑筑采用的不同構造方式式，可將拱橋分分為實腹式和空腹式兩種。一般情況下，，小跨徑拱橋多采用實腹式，大、中跨徑拱橋多采用空腹式，以利于減小小恒載，并使使橋梁顯得輕輕巧美觀。1、實腹式拱上上建筑構造實腹式拱上建建筑由側墻、拱肩填料、護拱以及變形縫、防水層、泄水管和橋面等部分組成。。拱肩填料的做做法，可分為為填充和砌筑兩種方式。在多孔拱橋中，為為了便于敷設防水水層和排除積水，，又設置了護拱。護拱：實腹實圓弧弧拱中，拱腳附近近往往會產生較大大的彎矩，為了加加強拱腳段而用混混凝土或塊石、片片石砌筑的拱腳擴大部分稱作護拱。2、空腹式拱上建筑筑構造空腹式拱上建筑除除具有實腹式拱上上建筑相同的構造造外，還具有腹拱和腹孔墩。（1）橋面系和立柱空腹式拱上結構由由橋面系與橫墻或立柱構成。（2）腹孔根據腹孔結構的不不同可分為拱式腹孔和梁式腹孔。拱式腹孔：拱上建筑構造簡簡單，外形美觀，，但質量較大，一般用于圬工拱橋橋。梁式腹孔：拱上建筑可使橋橋梁造型輕巧美觀觀，減輕拱上重力力和地基承壓力，，因此大跨徑拱橋一般都采用梁式腹腹孔拱上建筑。梁梁式腹孔的橋道體體系可以做成簡支、連續(xù)和框架式等多種形式。（3）腹孔墩腹孔墩由底梁、墩身和墩帽組成，墩身又可分分為橫墻式和立柱式兩種。橫墻式：腹孔墩墩身，一般般采用圬工材料砌砌筑或現(xiàn)澆砼做成成實體墻，施工簡簡便。為了便于維維修、減輕重量，，可在橫向挖一個個或幾個孔（又稱稱過人洞）。多用于磚、石拱橋中。立柱式：腹孔墩是由立柱和和蓋梁組成的鋼筋砼排架結構。為了使立柱傳遞遞給主拱圈的壓力力不至于過分集中中，通常在立柱下下面設置底梁。立柱一般般由2根或多根鋼鋼筋混凝土土立柱組成成，立柱較較高時應在在各立柱間間設置橫系系梁，以確確保立柱的的穩(wěn)定。在在河流有漂漂流物或流流冰時，如如果拱圈會會被部分淹淹沒，就不不宜采用立立柱式腹孔孔墩。（六）其其他細部部構造1、拱橋中中鉸的設設置拱鉸按其其作用，，可分為為永久性鉸鉸和臨時性鉸鉸兩種。拱鉸按其其所處的的位置、、作用、、受力大大小、使使用材料料等條件件綜合考考慮，常常有弧形鉸、鉛墊鉸、平鉸、不完全全鉸（假鉸）、鋼鉸。（1）永久性性鉸主要要用在：：①主拱圈按按有鉸拱拱（三鉸鉸拱或兩兩鉸拱體體系）設設計時；；——弧形鉸②空腹式拱拱上建筑筑中腹拱拱圈按構構造要求求需要采采用的兩兩鉸拱或或三鉸拱拱時；——平鉸或不不完全鉸鉸（假鉸鉸）③空腹式拱拱上建筑筑中高度度較小的的腹孔墩墩上、下下端與頂頂梁、底底梁連接接處?！煌耆q鉸（假鉸鉸）（2）臨時性性鉸①施工中在在拱頂或或拱腳設設置的臨臨時鉸。?！U墊鉸或或鋼鉸②為消除或或減少主主拱的部部分附加加內力，，以及對對主拱內內力做適適當調整整時在拱拱腳或拱拱頂設的的鉸。臨臨時性鉸鉸在施工工結束后后要將其其封固。。2、拱頂填料、、橋面鋪裝及及人行道3、排水及防水水層4、伸縮縫與變變形縫在溫度變化影影響下，主拱拱將下降或上上升，拱上結結構也將隨著著下降或上升升。拱上結構構自身也要伸伸縮。如果將將墩臺與拱上上結構之間不不設斷縫，拱拱上結構將受受到墩臺的約約束不能自由由變形，導致致拱上結構開開裂。為避免免這種不良的的影響，應該該把墩臺和拱拱上結構用一條橫向的貫貫通縫完全隔離開來來，斷縫有寬度時時叫伸縮縫（一般為2～3cm），無寬度或寬度度較小（＜1cm）的叫變形縫。二、組合體系系拱橋的構造造(一)整體式拱橋的的特點（P336）1、構造特點①主拱與拱上結結構為一整體體結構；②為上承式鋼筋筋混凝土組合合式拱橋；③跨中部分為實實腹段，實腹腹段兩側為空空腹段；④拱上結構各桿桿件交點采用用剛性固結設設計。2、受力特點①實腹段:“永久作用”作作用下主要承承受軸向壓力；“永久作用+可變作用”作作用下為偏心受壓。②空腹段：主拱拱與拱上建筑筑共同受力。。③為有推力結構構3、結構特點①結構輕巧、受受力合理、整整體性強、節(jié)節(jié)省材料等；；②交接點易開裂裂，維修養(yǎng)護護困難，影響響結構的整體體剛度和耐久久性；③適用于軟土地基，，一般應用于中等等跨徑橋梁。（二）桁架拱橋（（P337～P341）1、組成桁架拱橋又稱拱形桁架橋。其上部結構由桁架拱片、橫向聯(lián)結系和橋面板三部分組成。桁架架拱片是主要的承承重結構，是由上上下弦桿、腹桿以以及跨中由上下弦弦桿靠近而形成的的實腹段所組成的的桁架拱片。桁架拱的拱上結構與拱肋融融為一體共同受力力，各節(jié)點均為剛性連連接，整體性好。適合合軟土地基上采用用。桁架拱橋的應應用范圍以20～50m的中等跨徑為宜。。2、分類根據構造不同，桁桁架拱可以分為斜斜(腹)桿式、豎(腹)桿式、桁肋式和組組合式四種。(1)斜(腹)桿式三角形腹桿斜壓桿斜斜拉桿桿節(jié)點：桁架拱與墩臺的連連接：(2)豎(腹)桿式適用于荷載小、跨徑較小的橋梁。(3)桁肋式這種形式實質上為為普通型上承式拱拱，僅是將主拱圈圈改為桁架結構。。桁肋高度小，吊吊裝方便，適宜于無支架施工工。(4)桁式組合拱桁式組合拱與普通通桁架拱的主要區(qū)區(qū)別在于上弦桿斷斷點位置不同。優(yōu)優(yōu)化斷點位置，一一般在(0.5～0.6)處。桁式組合拱常常用于100m以上跨徑的特大型預應力混混凝土拱橋。目前已建成的貴州州江界河大橋，跨跨徑達330m，居世界首位。見見P