拱式组合体系桥主要类型及设计特点

第4章其它类型桥梁构造简介中央电大工学院王圻1．拱桥的特点如何？答：梁式结构在竖向荷载作用下，支承处仅仅产生竖向支承反力，而拱式结构在竖向荷载的作用下，支承处不仅产生竖向反力，而且还产生水平推力。

由于这个水平推力的存在，拱的弯距将比同跨径的梁的弯距小很多，整个拱主要承受压力。

这样，拱桥不仅可以利用钢、钢筋混凝土等材料来修建，而且还可以根据拱的这个受力特点，充分利用抗压性能较好而抗拉性能较差的圬工材料（石料、砖等）来修建。

由圬工材料修建的拱桥称为圬工拱桥。

2．拱桥的主要优、缺点有哪些？答：拱桥的主要优点是：(1)跨越能力较大。

由于拱的截面应力分布远比梁均匀，故能较充分地发挥全截面材料的抗力性能。

(2)能充分做到就地取材。

与钢桥、钢筋混凝土梁桥相比，可节约大量钢材和水泥。

(3)外形美观。

(4)耐久性好，养护、维修费用少。

拱桥的主要缺点是：(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数量，对地基条件的要求较高。

(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，或设置单向推力墩，增加了造价。

(3)上承式拱桥的建筑高度较高，当用于城市立体交叉及平原区的桥梁时，因桥面标高提高，而使两岸接线的工程量增大，或使桥面纵坡增大，既增大造价又对行车不利。

3．拱桥基本组成有哪些？各有何作用?答：拱桥的组成，如图4-1所示。

拱桥上部结构是由拱肋或拱圈（以下统称主拱圈）和拱上建筑两大部分组成。

主拱圈是拱桥的主要承重结构。

由于主拱圈是曲线形，车辆无法直接在弧面上行驶，所以，在桥面系与主拱圈之间需要有传递压力的构件或填充物，以使车辆能在平顺的桥面上行驶。

桥面系和这些传力构件或填充物统称为拱上结构或称拱上建筑。

拱桥下部结构由桥墩、桥台及基础等组成，用以支撑桥垮结构，并与两岸路堤相联结。

4．什么是实腹式拱桥和空腹式拱桥？答：上承式拱桥拱上建筑可做成实腹的或空腹的，相应的称为实腹式拱桥和空腹式拱桥。

拱式结构体系在本小节中我们要给大家介绍拱式结构体系的组成、优缺点及适用范围；拱式结构体系的合理布置原则及及受力特点。

在房屋建筑和桥梁工程中，拱是一种十分古老而现代仍在大量应用的结构型式。

它是以受轴向压力为主的结构，这对于混凝土、砖、石等材料是十分适宜的，特别是在没有钢材的年代，它可充分利用这些材料抗压强度高的特点，避免它们抗拉强度低的缺点。

而且能获得较好的经济和建筑效果。

因而很早以前，拱就得到了十分广泛的应用。

在我国，很早就成功地采用了拱式结构。

公元605～616年隋代人在河北赵县建造的单孔石拱桥一安济桥（又称赵州桥），横越交河，跨度37.37m。

它距今近1400年，虽经多次地震，而巍峨挺立，是驰名中外的工程技术与建筑艺术完美结合的杰作。

在古代的西方，建造了许多体型庞大、气魄雄伟的拱式建筑。

在建筑规模、空间组合、建筑技术与建筑艺术等方面都取得了辉煌的成就，并对欧洲与世界建筑产生巨大的影响。

古罗马最著名的穹顶（半圆拱）结构，当推公元前27～14年建造，后因焚毁并于公元120～123年重建的罗马万神庙（图1-29）,其中央内殿为直径43.5m的半圆球形穹顶，穹顶净高距地面也是43.5m。

它是古罗马穹顶技术的最高代表作，也是世界建筑史上最早、最大的大跨结构。

图1-29罗马，万神庙a一剖面图；b一平面图；c一穹顶（半圆拱）结构近、现代的拱式结构应用范围很广，而且型式多种多样。

例如著名的澳大利亚悉尼歌剧院（图1-30，始建于1957年）是大家熟知的建筑，处于深入海中的半岛上。

建筑形象的基本元素一一拱壳，不但是主要的结构构件，而且是一个符号，一种象征，一个母题，它既象“白帆”、“浪花”，又象盛开的巨莲，使人产生丰富的联想。

图1-30 澳大利亚悉尼歌剧院一、拱结构的类型及其受力特点拱的类型很多，按结构组成和支承方式，拱可分为三铰拱、两铰拱、和无铰拱三种，如图1-31。

图1-31 拱结构计算简图a)三铰拱b）两铰拱c）无铰拱三铰拱为静定结构，两铰拱和无铰拱为超静定结构。