拱橋簡介-第一章-拱橋的現(xiàn)狀與發(fā)展-橋梁工程

第一章拱橋的現(xiàn)狀與發(fā)展第一節(jié)拱橋的現(xiàn)狀與發(fā)展拱橋的起源世界上對拱結(jié)構(gòu)的起源眾說不一自然界溶洞天然拱崩落的堆石拱砌墻開洞，逐漸由“假拱”演變而成中國：墓葬結(jié)構(gòu)及僅存實物，拱由梁與側(cè)柱演變?yōu)槿?、五、七等折邊拱，演變?yōu)閳A拱。天然石拱橋跨度由小變大，由二三米而到達(dá)凈跨37.02m，并保持了千余年的世界記錄。中國現(xiàn)存最早，并保存良好的是隋代趙州安濟(jì)橋（趙州橋）。橋為敞肩圓弧石拱，拱圈并列28道，凈跨37.02m，矢高7.23m，上狹下寬總寬9m。主拱圈等厚1.03m，主拱圈上有護(hù)拱石。安濟(jì)橋（趙州橋）中國的木拱橋肇始自宋。宋代張．擇端的《清明上河圖》，在畫面高峰處有北來都城汴京（現(xiàn)河南開封）跨汴水的一座木拱橋，名為虹橋。為了漕運(yùn)，水中無橋墩，橋采用了“貫?zāi)尽軜?，即大木穿插疊架為木拱。虹橋橋跨約18．5m，拱矢約4．2m，橋面總寬9．6m。橋毀于金元之際，幾百年來一直認(rèn)為是絕唱。清明上河圖中的拱橋虹橋拱橋拱橋的演變歷史拱橋國外：石拱，木拱十八世紀(jì)鑄鐵拱十九世紀(jì)

鋼拱鋼筋混凝土拱國內(nèi)：石拱，木拱雙曲拱桁架拱鋼筋混凝土拱

剛架拱桁式組合拱

鋼管拱新型組合體系拱1964年70年代80年代80年代中當(dāng)代拱橋結(jié)構(gòu)型式與施工方法的豐富多彩，比較有代表性的是以下幾個：建成的重慶萬縣長江大橋（圖2所示，L=420m）；廣州丫髻沙特大橋（圖3，L＝360m）；1932建成的澳大利亞悉尼鋼拱橋（圖4，L＝503m上海盧浦大橋（L=550m）鋼箱拱橋。重慶菜園壩大橋（在建）重慶朝天門大橋（在建）材料和施工技術(shù)的進(jìn)步，大大推動了當(dāng)代拱橋的發(fā)展圖21997建成的四川萬縣長江大橋（L=420m)丫髻沙大橋圖3360m廣州丫髻沙特大橋。澳大利亞悉尼鋼拱橋503m圖41932澳大利亞503m悉尼鋼拱橋盧浦大橋550鋼箱拱橋重慶菜園壩大橋鋼拱（在建）重慶朝天門大橋鋼拱（在建）2.拱橋的受力特點(diǎn)承重結(jié)構(gòu)：主拱支承處不僅產(chǎn)生豎向反力，還產(chǎn)生水平推力，從而使拱主要受壓拱橋的基本圖示3、主要優(yōu)缺點(diǎn)

主要優(yōu)點(diǎn)：跨越能力大；能充分做到就地取材；耐久性好，養(yǎng)護(hù)、維修費(fèi)用??；外形美觀；構(gòu)造較簡單，有利于廣泛采用。主要缺點(diǎn)：1）是有推力的結(jié)構(gòu)，而且自重較大，因而水平推力也較大，增加了下部結(jié)構(gòu)的工程量，對地基要求也高；2）由于水平推力較大，在連續(xù)多孔的大、中橋中，為防止一孔破壞而影響全橋的安全，需要采取較復(fù)雜的措施，或設(shè)置單向推力墩，增加了造價；3）上承式拱橋的建筑高度較高。城市橋梁少用。4）有支架施工時，施工耗時

拱橋的缺點(diǎn)正在逐步得到改善和克服：200~600m范圍內(nèi)，拱橋仍然是懸索橋和斜拉橋的競爭對手。理論上混凝土拱橋跨徑可以達(dá)到500m，鋼拱可達(dá)1200m。第二節(jié)拱橋的結(jié)構(gòu)體系及總體布置一、拱橋的基本組成根據(jù)行車道的位置，拱橋可以分成：上承式、下承式和中承式三種類型如下圖所示：

一般上承式拱橋，橋跨結(jié)構(gòu)是由主拱圈、拱上建筑等組成。拱橋的基本圖示拱橋的基本組成上承式拱橋的基本組成1-主拱圈2-拱頂3-拱腳4-拱軸線5-拱腹6-拱背7-起拱線11-拱上建筑L0-凈跨徑L-計算跨徑f0-凈矢高f-計算矢高f/L-矢跨比拱橋的基本組成拱的組成—幾個概念橋跨結(jié)構(gòu)（上部結(jié)構(gòu)）

superstructure主拱圈mainarch拱上結(jié)構(gòu)spandralstructure下部結(jié)構(gòu)

substructure墩pier臺abutment基礎(chǔ)foundation

拱的組成—幾個概念拱軸線：archaxis起拱線：archspringingimpost跨徑：橋梁上部結(jié)構(gòu)的重要技術(shù)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)跨徑：一般指凈跨徑凈跨徑：clearspan矢高：重要的技術(shù)指標(biāo)之一凈矢高：clearriseofarch拱的組成—幾個概念計算跨徑：computedspan計算矢高：calculateriseofarch矢跨比：矢高與跨徑之比，設(shè)計時一般取凈矢高f0與凈跨徑l0之比為矢跨比（或稱凈矢跨比）坦拱：f0/L0（矢跨比）<1/5陡拱：f0/L0

（矢跨比）≥1/5二、拱橋的主要類型及其特點(diǎn)拱橋建橋材料圬工拱橋，鋼筋混凝土拱橋，鋼拱橋拱軸線型式圓弧拱橋，拋物線拱橋，懸鏈線橋橋面位置上承式拱橋，中承式拱橋，下承式拱橋結(jié)構(gòu)體系分簡單體系拱橋：三鉸拱，兩鉸拱，無鉸拱組合體系拱橋：無推力拱橋，有推力拱橋主拱圈截面形式形式拱上建筑形式實腹式拱橋，空腹式拱橋板拱橋，肋拱橋，雙曲拱橋，箱形拱橋（一）按照結(jié)構(gòu)體系分類1.簡單體系的拱橋三鉸拱、兩鉸拱、無鉸拱均為有推力結(jié)構(gòu)拱圈的靜力圖式三鉸拱：靜定，無附加應(yīng)力，鉸構(gòu)造復(fù)雜，橋面在鉸處需設(shè)置伸縮縫，橋面縱坡在伸縮縫處折角，不利行車與養(yǎng)護(hù)。

兩鉸拱：介于二者之間

無鉸拱：三次超靜定，剛度大，構(gòu)造簡單，附加應(yīng)力大。廣泛用于石拱橋和鋼筋混凝土拱橋之中，尤其是基礎(chǔ)較好、跨徑較大時。2.組合體系拱橋組合體系拱橋：在拱式橋跨中，行車系與拱組合，共同受力。同樣，組合拱可以做成上承式、中承式和下承式。常用的有以下幾種形式：

無推力拱

有推力拱無推力拱無推力的拱梁組合橋柔性系桿剛性拱—系桿拱剛性系桿柔性拱—朗格爾拱剛性系桿剛性拱—洛澤拱用斜吊桿來代替豎直吊桿時稱為尼爾森拱。拱的推力由系桿承受，墩臺不受水平推力有推力拱此種組合體系拱沒有系桿，有單獨(dú)的梁和拱共同受力，拱的水平推力任由墩臺承受。剛性梁柔性拱（倒朗格爾拱）剛性梁剛性拱（倒洛澤拱）3、拱片橋剛架系桿拱系桿拱中拱肋與橋墩固結(jié)，不設(shè)支座采用預(yù)應(yīng)力鋼絞線作為拉桿來平衡拱的推力，拉桿獨(dú)立于橋面系之外，不參與橋面系受力，而橋面系為局部受力構(gòu)件。這種結(jié)構(gòu)由于拱和墩聯(lián)接處為剛結(jié)點(diǎn)，屬剛架結(jié)構(gòu)，又帶有系桿，故稱之為剛架系桿拱（二）按照主拱的截面型式分類1、板拱橋：主拱圈采用矩形實體截面。構(gòu)造簡單、施工方便，使用廣泛。自重較大，不經(jīng)濟(jì)，通常在地基較好的中小跨徑圬工拱橋中采用。2、肋拱橋：肋拱橋由兩條或兩條以上分離式拱肋組成承重結(jié)構(gòu)的拱橋，拱肋之間靠橫向聯(lián)系梁連接成整體而共同受力.這種橋橫截面面積較小，節(jié)省材料,自重輕,跨越能力大，多用于較大跨徑的拱橋?？梢杂蜜毓?、鋼筋混凝土、鋼材建造。3、雙曲拱橋：主拱圈橫截面由一個或數(shù)個小拱組成，其主拱圈在縱向和橫向均呈曲線形。通常有拱肋、拱波、拱板和橫向聯(lián)系等幾部分。公路雙曲拱橋采用最多的是多肋波的截面形式；對于跨徑和荷載較小的單車道橋可采用單波的形式。雙曲拱橋施工工序多，組合截面的整體性差，易開裂，因此，只宜在中小跨徑橋梁中采用。雙曲拱4、箱形拱橋：箱形拱橋拱圈橫截面由幾個箱室組成。截面挖空率大，可達(dá)全截面的50%-70%，較實體板拱橋可減少圬工用料與自重，適用于大跨度拱橋。截面抗扭剛度大，橫向整體性和穩(wěn)定性好，特別適用于無支架施工。箱形拱閉合箱的構(gòu)造（三）按建筑材料分圬工拱橋鋼筋混凝土拱橋鋼拱橋鋼管混凝土拱橋（四）按行車道位置分類

上承式車道（橋面系）在拱肋之上的稱為上承式上承式主要用于峽谷和橋面標(biāo)高較高的橋梁傳統(tǒng)的石拱橋因主拱圈為板式結(jié)構(gòu)，只能采用上承式上承、下承及中承式拱橋

上承式拱橋構(gòu)造較為簡單上部結(jié)構(gòu)由主拱圈、拱上建筑組成拱上建筑：實腹式或空腹式實腹拱橋：構(gòu)造簡單、自重大，適用于中、小跨度；空腹拱橋：結(jié)構(gòu)合理、自重較小、利于泄洪，是大、中跨拱橋常用的形式下承式下承式拱橋的橋跨結(jié)構(gòu)由拱肋、懸吊結(jié)構(gòu)和橫向聯(lián)結(jié)系三部分組成。車輛在兩片（三片）拱肋之間行駛，需要用吊桿將橋面系懸掛在拱肋下。橋面系和這些傳力構(gòu)件稱為懸吊結(jié)構(gòu)。中承式：行車平面位于肋拱矢高的中間部位，橋面系一部分用吊桿懸掛在拱肋下，一部分用立柱支撐在拱肋上。下承式或中承式拱橋一般是在橋梁建筑高度受到限制時考慮，其拱圈只能使用肋拱形式。中、下承式主要用于地勢平坦、橋面標(biāo)高受限制或基礎(chǔ)較差的拱橋之中。

三、拱橋的總體布置總體工作內(nèi)容、框架確定橋梁長度及分孔確定橋梁的設(shè)計標(biāo)高和矢跨比正確處理不等分孔問題橋面標(biāo)高，拱定底面標(biāo)高，起拱線標(biāo)高，基礎(chǔ)標(biāo)高混凝土拱橋矢跨比1/4～1/8箱型拱橋矢跨比1/6～1/10采用不同的矢跨比采用不同的拱腳標(biāo)高調(diào)整拱上建筑的重力采用不同的拱跨結(jié)構(gòu)

總體布置拱橋的總體布置擬采用的結(jié)構(gòu)體系及結(jié)構(gòu)形式橋梁的長度、跨徑、孔數(shù)；拱的主要幾何尺寸，如失跨比、寬度、高度、外形等墩臺基礎(chǔ)形式及埋深橋上、橋頭引線的縱坡（一）確定橋梁長度及分孔一般性橋梁設(shè)計原則（二）如何處理不等跨分孔的問題在條件允許的情況下，宜進(jìn)行等跨分孔不等跨分孔帶來的問題：相鄰孔的恒載推力不相等，使橋墩和基礎(chǔ)增加了恒載的不平衡推力。改善措施：采用不同的失跨比采用不同的拱腳標(biāo)高調(diào)整拱上建筑的重力采用不同類型的拱跨結(jié)構(gòu)四、拱橋?qū)嵗榻B1）圬工拱橋（石拱橋以及拱圈不配鋼筋的混凝土拱橋，跨越能力較?。┪覈窐蛑?0%為拱橋。我國多山，石料資源豐富，拱橋取材以石料為主。主拱圈為等截面懸鏈線。拱矢度為1/5，拱圈厚1.7m，拱上建筑對稱布置5個空腹拱，兩邊設(shè)岸孔37m，拱圈厚1.1m。下部結(jié)構(gòu)為重力式石砌墩臺。該橋施工在主孔范圍內(nèi)設(shè)3個臨時墩，上立鋼支架、拱架等，其上砌筑主拱圈。1965廣西南寧都安紅渡橋（L:100m)世界上跨徑最大的石拱橋。橋?qū)?m，雙肋石拱橋，腹拱為9孔13m，南岸引橋3孔13m，北岸引橋1孔15m。主拱圈由兩條分離式矩形石肋和8條鋼筋混凝土橫系梁組成。拱軸線為懸鏈線（m=1.543），拱矢度1/5，拱肋為等高變寬度。1990湖南鳳凰縣的烏巢河橋（L=120m）2）雙曲拱橋（中國首創(chuàng)的一種拱橋型式）構(gòu)思獨(dú)特，充分發(fā)揮雙曲拱橋構(gòu)造特點(diǎn)，組合拼裝成三叉形的雙曲拱橋。1969江蘇無錫民主橋上承式無鉸空腹拱，是當(dāng)時我國跨徑最大的雙曲拱橋。拱矢度1/10，拱軸線設(shè)計為懸鏈線。為提高橫斷面剛度、增強(qiáng)雙曲拱在組合過程中裸肋的穩(wěn)定性，斷面設(shè)計成高低拱肋，全橋29道橫隔板組成整體性好的拱肋格排，合攏后上面砌筑雙層拱波。1968河南嵩縣前河橋（L=150m）3）肋拱橋1983臺灣臺北關(guān)渡橋（L=165m）中承式5孔連續(xù)系桿拱橋，中間孔跨度為165m，兩側(cè)孔跨度為143m及44m，拱圈為拋物線。

1990江蘇丹陽云陽橋（L=70m）

跨越京杭大運(yùn)河，無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力系桿拱，3根拱肋，矢度1/5，拱軸系數(shù)m=1.0，單箱高1.5m，行車道剛性縱梁和無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力柔性系桿分開。預(yù)制安裝法施工.1992廣東開平三埠橋（L=60m）單拱肋預(yù)應(yīng)力混凝土系桿拱，單拱肋置于車行道中央分隔帶上。

1994臺灣臺北碧潭橋（L=160m）

橋面由預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土單箱組成，并配以Y型懸臂拱圈，形成主跨為160m及2x100m無推力拱橋。引橋跨度分別為85m及57m，全橋以簡潔明快的弧形曲線構(gòu)成，與遠(yuǎn)山近水相協(xié)調(diào)。1990四川宜賓小南門橋(=240m)主橋系中承式鋼筋混凝土肋拱橋，矢度1/5，是當(dāng)時國內(nèi)跨徑最大的鋼筋混凝土拱橋。該橋采用勁性鋼骨架施工法，纜索吊裝。4）箱拱橋1997四川萬縣長江大橋L=420m)勁性骨架鋼筋混凝土箱形拱橋5）剛架拱橋1989江蘇無錫100米下甸橋

變截面，四分點(diǎn)附近截面高度最大，分別向拱腳、跨中減小。取消斜撐，拱上建筑采用23m預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁以過渡。1993江西德興130米太白橋

采用轉(zhuǎn)體施工。6）桁架拱橋1976浙江寧海75米越溪橋

主孔為凈跨75m的預(yù)應(yīng)力混凝土桁架拱，拱矢度1/9；邊孔為凈孔40m的雙曲拱，1971浙江余杭50米里仁橋

鋼筋混凝土斜拉桿式桁架拱橋。拱圈矢跨比為1/8。全橋布置4片拱片，在上弦桿覆蓋微彎板混凝土橋面。預(yù)制拱片臥置疊澆，分段用浮吊起吊、翻身和吊裝，在三分點(diǎn)處設(shè)臨時支托，澆筑濕接頭混凝土。7）桁式組合拱橋中國首創(chuàng)的一種橋型，它除保持桁式拱結(jié)構(gòu)用料省、豎向剛度大等特點(diǎn)外，更具有桁梁的特性和可以采用懸臂法施工