拱式桥梁的构造与设计.docx

拱桥施工

第1章拱式桥梁的构造与设计第一节拱式桥梁的组成与分类

拱桥的受力特点

拱桥(ArchBridge)在竖向荷载作用下，两端支承处除有竖向反力外，还会产生水平推力(HorizontalThrust)，正是这个水平推力，使拱内产生轴向压力，并大大减小了跨内弯矩。图1.1为三铰拱在竖向荷载作用下的内力计算图。

图1.1三铰拱内力计算图式由《构造力学》可知，拱圈内任意截面D的内力为：

M ?V

x A

.x?P(x?a)?H

1

.y?M

A 0

?H.y 1-1

A

H ?H

x A

V?V?P

x A 1

1-2

轴向力： N

x

?Hcos??V

x x

sin? 1-3

剪力： Q

x

?Hsin??V

x x

cos? 1-4

从式(1-1)不难觉察，由于水平推力的影响，使拱圈截面内的弯矩要比同等跨径承受相

同荷载的简支梁截面弯矩M要小，主拱圈以受压为主，从而使主拱圈材料得到充分发挥，

0

跨越力量增大，可以充分利用抗压性能较好的圬工材料(石料、混凝土、砖等)来建筑拱桥。这里?为拱圈截面在x处的水平倾角。

拱桥的根本特点

由上可知，拱桥是一种受力优越的构造，在条件适宜的状况下，修建拱桥是经济合理的。拱桥的建筑材料来源丰富，可以修建成圬工拱桥、钢筋混凝土拱桥、钢拱桥和组合材料的拱桥，如钢管混凝土拱桥。拱桥的优点在于：跨越力量较大，目前钢筋混凝土拱桥最大跨径为420m，钢拱桥为518m；能就地取材，与其他体系桥梁相比，拱桥的造价是较低的；圬工及钢筋硷拱桥耐久性好，养护、修理费用少；拱桥外形美观，能与四周环境较好协凋，特别是在西部地区，山陵沟窒，在此建筑拱桥，如同一条彩虹飞跃两岸；构造简洁，技术简洁被把握，有利于推广。拱桥的缺点在于:自重较大，由于水平推力的存在，对地基条件要求较高，相应增大了下部构造工程量，同时，对连续多孔的大、中型桥梁，为防止一孔破坏而影响全桥安全，需承受较简单的措施或设置单向推力墩，增加了造价；其次是拱桥的施工，无论是有支架施工(如圬工拱桥)还是无支架施工(如钢筋混凝土拱桥)，始终是影响拱桥进展

和造价的重要因素；与梁式桥相比，上承式拱桥的建筑高度较高，尤其在平原地区，为满足桥下净空要求，必需抬高桥面标高，使两岸接线增长，或便桥面纵坡增大，既增加工程量又对行车条件不利。

尽管如此，拱桥的优点仍很突出，仍旧是我国大路和城市桥梁的一种主要桥梁形式，尤其是西部地区，地质、地形条件适宜，建材丰富，格外适合于修建各种形式的拱桥。随着设计理论、计算方法和施工技术的提高，拱桥的跨径也在不断增大，如何减轻拱桥构造自重、改进施工方法，开发和使用高强混凝土，已成为修建和进展拱桥的重要问题。我国在箱形拱桥的根底上，进展和独刨了刚架拱桥、预应力混凝土组合柿架拱桥、钢管混凝土拱桥和劲性骨架混凝土拱桥等型拱桥。尤其是钢管混凝土拱桥，以其突出的优点在国内快速崛起。短短十年中，国内已建和在建钢筋混凝土拱桥愈加显示出了强大生命力和竞争力。

拱桥的组成

拱桥和其他体系桥梁一样，也是由桥跨构造和下部构造两局部组成。

依据行车道位置不同，拱桥的桥跨构造可以做成上承式、中承式和下承式3种，如图

所示。

图1-2

上承式；b)中承式；c)下承式

上承式拱桥的桥跨构造由主拱圈(肋)及其上面的拱上建筑所构成。拱圈是拱桥的主要承重构造，承受桥上的全部荷载，并通过它把荷载传递给墩台及根底。由于主拱圈是曲线形，车辆荷载无法直接在弧面上行驶，所以在行车道系与主拱圈之间需要有传递荷载的构件和填充物，这些主拱圈以上的行车道系和传载构件或填充物称为拱上建筑。拱上建筑可做成实腹式(图1-3)或空腹式(图7-2a)，相应称为实腹式拱和空腹式拱。在图1-3中，表示出拱桥的主要组成局部、主要尺寸和名称。

图1-3实腹式拱桥

l一主拱圈；2一拱顶；3一拱脚；4一拱轴线；5一拱腹；6一拱背；

7一起拱线；8一桥台；9—桥台根底；10—锥坡；11一拱上建筑；

L一净跨径; L一计算跨径;f

0 0

一净矢高；f一计算矢高

中、下承式拱桥的桥跨构造组成见1-5节。

拱桥的下部构造包括桥墩、桥台和根底，用以支承桥跨构造，将桥跨构造的全部荷载传至地基，并与两岸路堤相联结。

拱桥的主要分类

拱桥的类型多种多样，构造各有差异，依据分类方式不同可以分为:

依据主拱圈所使用的建筑材料可分为圬工拱桥、钢筋混凝土拱桥和钢拱桥，组合材料拱桥，如钢管混凝土拱桥；

依据主拱圈的截面形式可分为板拱桥、肋拱桥、双曲拱桥和箱形拱桥；按拱上建筑的形式可分为实腹式拱 桥 ；

按拱轴线的形式，可分为圆弧线拱桥、