第三篇 混凝土拱桥

拱桥及大跨度桥梁复习资料第三篇混凝土拱桥第一章概述:第一节拱桥概况1、拱的受力特点:拱脚处有水平推力,与梁桥比使拱内弯矩分布大为改变(减小).2、钢拱桥（前十名）朝天门长江大桥混凝土拱桥（前十名）巫山长江大桥3、世界上跨度最大的钢筋混凝土拱桥（四川万县大桥）世界最大跨度的石拱桥（山西晋城丹河大桥）世界上最大跨度钢管混凝土拱桥（重庆巫山长江大桥）世界上最大跨度钢箱拱桥（上海卢浦大桥）世界上最大跨度钢桁架拱桥（重庆朝天门大桥）第二节拱桥的主要特点1、拱桥的主要特点：拱桥是我国公路上使用较广泛的一种桥型。

拱式结构在竖向荷载作用下，两端将产生水平推力。

正是这个水平推力，使拱内产生轴向压力，从而大大减小了拱圈的截面弯矩，使之成为偏心受压构件，截面上的应力分布与受弯梁的应力相比，较为均匀。

因此，可以充分利用主拱截面材料强度，使跨越能力增大。

2、拱桥的优点：1）跨越能力较大；2）能充分就地取材，与混凝土梁式桥相比，可以节省大量的钢材和水泥；3）耐久性能好，维修、养护费用少；4）外型美观；5）构造较简单拱桥的缺点：‹1）自重较大，相应的水平推力也较大，增加了下部结构的工程量，当采用无铰拱时，对地基条件要求高；2）由于拱桥水平推力较大，在连续多孔的大、中桥梁中，为防止一孔破坏而影响全桥的安全，需要采用较复杂的措施，例如设置单向推力墩，也会增加造价；‹3）与梁式桥相比，上承式拱桥的建筑高度较高，当用于城市立交及平原地区时，因桥面标高提高，使两岸接线长度增长，或者使桥面纵坡增大，既增加了造价又对行车不利.3、各种桥型的受力特性：1）简支梁桥：受弯为主，主梁抗弯能力2）拱桥：受压为主，主拱抗压能力，压杆稳定3）斜拉桥：受拉压弯扭斜拉索：拉主塔：压，主梁：弯、压、扭4、拱桥与曲梁的受力性能比较需绘画，无铰拱与两铰拱的受力性能比较绘画。

第三节拱桥的组成及主要类型1、拱桥的主要组成：上部结构1）主拱圈——主要承重构件2）拱上建筑下部结构1）桥墩2）桥台3）基础2、几个主要技术名称：1)净跨径L0—每孔拱跨两个起拱线之间的水平距离2)计算跨径L—相邻两拱脚截面形心点之间的水平距离3)净矢高f0—拱顶截面下缘至起拱线连线的垂直距离4)计算矢高f—拱顶截面形心至相邻两拱脚截面形心之连线的垂直距离5)矢跨比D或D0—拱圈（或拱肋）的净矢高与净跨径之比，或计算矢高与计算跨径之比。

3、拱桥的分类：建筑材料：圬工拱桥，钢筋混凝土拱桥，钢拱桥，钢-混组合拱桥主拱圈拱轴线形：圆弧拱桥，抛物线拱桥，悬链线桥，折线拱，异形拱桥面位置：上承式拱桥，中承式拱桥，下承式拱桥结构受力图示：简单体系拱桥：三铰拱，两铰拱，无铰拱组合体系拱桥：无推力拱桥，有推力拱桥主拱圈截面形式板拱桥，肋拱桥，双曲拱桥，箱形拱桥，钢管混凝土拱桥4、简单体系拱桥：三铰拱：1）静定结构2）在地基差的地区可采用3）但构造复杂，施工困难4）整体刚度小5）主拱圈一般不采用两铰拱：一次超静定结构。

结构整体刚度较相应三铰拱大。

由基础位移、温变、混凝土收缩徐变引起的附加内力比无铰拱的影响要小，可在地基条件较差时或坦拱中采用。

（施工体系转换过程中使用）无铰拱：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，一般希望修建在地基良好处。

跨径增大，附加内力影响变小，故钢筋混凝土无铰拱仍是大跨径桥梁的主要型式之一。

组合体系拱桥：拱式组合体系桥一般由拱肋、系杆、吊杆（或立柱）、行车道梁（板）及桥面系等组成。

无推力的组合体系拱：无推力拱式组合体系桥（也称系杆拱桥）是外部静定结构兼有拱桥的较大跨越能力和简支梁桥对地基适应能力强的两大特点。

拱的推力由系杆承受，系杆的含义就是一个将两拱脚相互联系在一起的水平构件，因而墩台不承受水平推力。

1）柔性系杆刚性拱——称系杆拱2）刚性系杆柔性拱——称蓝格尔拱3）刚性系杆刚性拱——称洛泽拱。

有推力的组合体系拱：此种组合体系拱没有系杆，由单独的梁和拱共同受力，拱的推力仍由墩台承受。

1）刚性梁柔性拱（倒蓝格尔拱）；2）刚性梁刚性拱（倒洛泽拱）5、板拱桥：板拱又可分为石板拱、混凝土板拱和钢筋混凝土板拱等构造简单、施工方便，使用广泛。

自重较大，不经济，通常在地基较好的中小跨径圬工拱桥中采用。

混凝土肋拱桥：它是将板拱划分成两条或多条分离的、高度较大的拱肋，肋与肋间用横系梁相联。

这样就可以用较小的截面面积获得较大的截面抵抗矩，从而节省材料，减轻拱桥的自重，因此多用于大、中跨径的拱桥双曲拱桥：主拱圈横截面由一个或数个横向小拱单元组成，由于主拱圈的纵向及横向均呈曲线形，故称之为双曲拱桥.主拱圈横截面由一个或数个横向小拱单元组成，由于主拱圈的纵向及横向均呈曲线形，故称之为双曲拱桥.缺点: 施工工序多、组合截面整体性较差和易开裂等.箱形拱桥：闭口箱形截面，(截面抗扭刚）度大，横向整体性和结构稳定性好，特别适用于(无支架施工) 目前采用最多的截面形式钢管混凝土拱桥：钢管混凝土属于钢-混凝土组合结构中的一种。

它借助内填混凝土增强钢管壁的稳定性，同时又利用钢管对核心混凝土的套箍作用，使核心混凝土处于(三向受压状态)，从而使其具有更高的抗压强度和抗变形能力。

优点：1）承载能力大，正常使用状态是以应力控制设计，外表不存在混凝土裂缝问题.2）施工时适应能力大无支架缆索吊装转体施工悬臂施工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以钢骨拱桁架作为受力筋，它可以是型钢，也可以是钢管，采用钢管作劲性骨架的混凝土拱又可称为内填外包型钢管混凝土拱。

它主要用在大跨度拱桥中，同时也解决了大跨度拱桥施工的“自架设问题”，即首先架设自重轻、刚度、强度均较大的钢管骨架，然后在空钢管内压注混凝土形成钢管混凝土，使骨架进一步硬化，再在钢管混凝土骨架上外挂模板浇注外包混凝土，形成钢筋混凝土结构。

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的劲性骨架来考虑的。

成桥后，它也可以参与受力。

第二章拱桥的构造及设计第一节上承式拱桥的构造与设计1、上承式拱桥分为两大类：一类是普通型上承式拱桥，这类拱桥由主拱（圈）、拱上传力构件、桥面系组成，主拱（圈）是主要承重结构；另一类是整体型上承式拱桥，这类拱桥则是由主拱片（指由拱圈与拱上传载构件组成的整体结构）和桥面系组成，主拱片是主要承重结构。

普通型上承式拱桥：根据主拱圈截面形式可分为：板拱，肋拱，箱形拱，双曲拱。

板拱：主拱圈采用整体实心矩形截面的拱。

材料: 石板拱、素混凝土板拱、钢筋混凝土板拱肋拱：用两条或多条分离的平行窄拱圈⎯即拱肋作为主拱圈的拱具有自重轻，恒载内力小，可以充分发挥钢筋混凝土等材料的性能，在大中型拱桥中得到广泛应用桥梁宽度：1）20m 以上，分离的双幅双肋拱，多肋拱2）20m 以下，双肋拱宽跨比：大于1/20; 小于1/20 将带来横向稳定问题箱形拱：主拱圈截面由多室箱构成的拱称为箱形拱主要特点：1）截面挖空率大( 50% ~60% )2）中性轴居中3）抗弯和抗扭刚度大，整体性好4）单条箱肋刚度较大，稳定性较好，能单箱肋成拱，便于无支架吊装中性轴5）制作要求高，吊装设备多截面组成方式：1)由多条U形肋组成的多室箱形截面2)多条工形肋组成的多室箱形截面3)多条闭合箱肋组成的多室箱形截面4)单箱多室截面整体型上承式拱桥: 1)桁架拱桥1普通桁拱桥2桁式组合拱2)刚架拱桥桁架拱桥：又称拱形桁架桥。

桁架拱桥是一种有水平推力的桁架结构，其上部结构由桁架拱片、横向联结系和桥面系组成。

桁架拱片是主要承重结构，由上、下弦杆、腹杆和实腹段组成。

桁架拱片是主要承重结构，由上、下弦杆、腹杆和实腹段组成刚架拱桥属于有推力的高次超静定结构，具有构件少、质量轻、整体性好、刚度大、施工简便、造价低、造型美观等优点，可在软土地基上修建，被用于跨径为25m～70m的桥梁。

2、拱上建筑构造：拱上建筑是拱桥的一部分，按照拱上建筑采用的不同构造方式，可将拱桥分为实腹式和空腹式空腹式1）拱式拱上建筑1实腹段式2全空腹式3葵花式2）梁式拱上建筑1实腹段式2全空腹式梁式腹孔结构有简支、连续和框架式等多种型式。

腹孔墩可分为横墙式或排架式两种。

4、其他细部构造：1.拱上填料、桥面及人行道2.伸缩缝与变形缝拱上建筑与主拱圈的共同作用温度下降时的变形提高主拱圈的承载能力主拱圈的变形约束，产生附加内力。

构造上采取必要的措施：伸缩缝与变形缝5、拱桥的设计（重点）：1)拱桥的总体布置:拱桥总体布置应包括：拟定结构体系及结构型式；拟定桥梁的长度、跨径、孔数、拱的主要几何尺寸、桥梁的高度、墩台及其基础型式和埋置深度、桥上及桥头引道的纵坡等。

（1）确定桥梁的长度及分孔（2）确定桥梁的设计标高和矢跨比桥面标高：两岸线路的纵断面设计所控制。

桥下净空控制桥面最小高度，并且还需满足宣泄设计洪水流量或不同航道等级所规定的桥下净空界限的要求。

拱顶底面标高＝桥面标高－拱顶填料厚度－拱圈厚度起拱线标高：矢跨比，尽量减小基底弯矩，节省墩台圬工体积基础底面标高：冲刷深度，地基承载能力(3) 矢跨比确定（重点）•f/L是拱桥的一个重要参数，其值与拱圈内力有密切关系；•f/L大，则拱圈较陡，拱桥推力减小，对基础有利；•f/L小，拱圈较坦，拱桥推力增大，拱圈内力增大，对基础不利；•f/L取值范围：1/4－1/8，最小不小于1/12,此时拱桥已退化成梁桥。

2）不等跨连续拱桥的处理方法：（1）采用不同的矢跨比：利用矢跨比与推力大小成反比的关系，在相邻两孔中，大跨径用较陡的拱（矢跨比较大），小跨径用较坦的拱（矢跨比较小），使两相邻孔在恒载作用下的不平衡推力尽量减小。

（2）不同拱脚标高（3）调整拱上建筑的恒载重量（4）不同类型的拱跨结构3）拱轴线的选择和拱上建筑的布置：（1）圆弧线（2）悬链线（3）抛物线第二节中、下承式钢筋混凝土拱桥的设计与构造1、中下承式拱桥特：1）保持了上承式拱桥的基本力学特性。

拱圈混凝土材料抗压。

2）更易满足净空要求3）更易平衡水平推力4）降低桥面高度5）美观2、中、下承式拱桥的基本组成和构造：1）拱肋提篮式拱：降低拱肋的面内极限承载力X 型肋拱的内倾角也不是越大越好，一般以10度附近为佳2）横向联系主要依赖以下几个主要因素来保证横向稳定：1.拱脚具有牢靠的刚性固结2.加强在桥面以下至拱脚区段的拱肋间固结横梁的刚度，并设置K撑或X 撑3. 采用刚性吊杆，并与整体式桥面结构或刚度较大的横梁固结3)悬挂结构吊杆：刚性吊杆、柔性吊杆4）横梁中承式拱桥的桥面横梁可以分为固定横梁、普通横梁和刚架横梁三类。

为满足搁置和连接桥面板的需要，横梁上缘宽度不宜小于60cm。

第三节拱式组合体系桥的设计与构造1、拱式组合体系桥将梁和拱两种基本结构组合起来，共同承受桥面荷载和水平推力，充分发挥梁受弯、拱受压的结构特性及其组合作用，达到节省材料的目的。