第三章拱桥主要尺寸拟定和拱轴线形选择

拱桥之拱轴线的选择与确定方法讲解拱桥作为一种古老而优雅的建筑形式，在桥梁工程中有着广泛的应用。

拱桥的设计中，拱轴线的选择和确定是非常关键的。

下面我将从拱轴线的选择和确定方法进行讲解。

拱轴线的选择一般有以下几种方法：1.高度对整体效果的影响：拱轴线的高度决定了拱桥外观的美观程度，一般情况下，高度较高的拱桥显得雄伟壮观，而低矮的拱桥则显得轻盈灵动。

根据实际的设计要求和桥梁所处的环境，选择合适的拱桥高度。

2.泥头角的选择：在选定拱桥高度的基础上，根据桥梁所处的地理环境，选择合适的泥头角。

泥头角可以影响拱轴线的形状和拱桥的稳定性。

一般情况下，径向的泥头角能提高拱轴线的美观度，而纵向的泥头角则能增加拱桥的稳定性。

3.洞口角的选择：拱桥洞口角的选择是非常关键的，洞口角过大会导致整个桥面几乎是曲线状，难以施工和使用；洞口角过小则会形成短拱，影响桥梁的稳定性。

一般情况下，洞口角的选择需要结合实际工程要求和施工条件进行综合考虑。

4.拱轴线的形状：经过以上选择后，可以进一步确定拱轴线的形状。

一般情况下，拱轴线选择为抛物线形状或者近似抛物线形状，这样能够使得拱桥受力均匀，减小桥梁的应力集中程度，提高桥梁的承载能力。

拱轴线的确定方法主要有以下几种：1.经验法：根据以往类似工程的设计数据和实践经验，结合桥梁的要求和环境条件，确定拱轴线的形状和参数。

2.数值模拟法：通过使用专业的桥梁有限元分析软件，在不同的荷载条件下进行模拟分析，得到拱轴线的应力和变形情况，进一步修正和优化拱轴线的形状。

3.静力图解法：通过绘制桥梁的静力图，推导出拱轴线的形状和参数。

这种方法适用于简单的拱桥设计，可以通过手绘和计算来确定拱轴线。

4.实验法：通过制作小尺寸的拱桥样板，进行实际的加载试验，观察和测量拱桥的变形和应力情况，从而确定拱轴线的形状和参数。

在确定拱轴线的过程中，还需要考虑拱桥的施工条件和经济性。

合理的施工条件可以提高施工的效率和质量，而经济性可以确保拱桥的设计和建造成本相对较低。

了解拱桥拱桥－以拱为承重结构的桥梁反力－在竖向荷载作用下，拱的两端支承处除有竖向反力外，还有水平推力受力性能－拱主要承受压力，而弯矩、剪力较小建造材料－圬工拱桥、钢筋混凝土拱桥，钢管混凝土拱桥和钢拱桥施工方法－拱架施工法，缆索吊装施工、无支架施工、转体施工以及劲性骨架施工等技术。

拱桥特点：拱桥与梁桥外形不同，拱桥在竖向荷载作用下在支承处除了竖向力外，还有水平力的产生，使得拱内的弯矩大大减小。

拱肋中主要是受压的轴力。

拱肋截面受压，可以充分发挥全截面材料的性能，从而能较大地高跨越能力。

相对于梁式和索式结构，拱桥的变形较小，行车条件好。

水平推力的存在使得拱桥对基础条件的要求较高。

实腹拱桥组成空腹拱桥组成拱桥分类拱桥的设计计算流程拱桥的总体布置总体布置－确定桥梁长度、分跨、桥面标高、主拱矢跨比和墩台尺寸等。

桥面高程－由线路设计与总体布置及设计综合研究决定。

拱顶底面高程－满足拱顶最小填料厚度和主拱拱顶截面高度的要求。

起拱线高程－根据拱顶底面标高和桥下净空要求（通航泄洪等）拟定。

基础底面高程－根据地基情况决定。

矢跨比的确定矢跨比：矢高与跨度的比值。

拱桥的最重要设计控制参数。

满足泄洪和通航要求，还应从经济、结构受力、施工等方面综合分析比较确定。

拱的水平推力同矢跨比成反比。

连拱体系中的分跨等跨分孔和不等跨分孔。

不平衡水平推力的处理：拱肋的横向布置拱轴线的选择拱轴线选择－形状直接影响主拱截面内力的分布与大小，选择拱轴线的原则，也就是尽可能降低由于荷载产生的弯矩值。

理想拱轴线－仅承受压力，无弯矩和剪力作用。

合理拱轴线－荷载压力线尽量接近理想拱轴线。

“五点重合法”－采用悬链线时，设计拱轴线与恒载压力线在拱顶、1/4跨和拱脚5处重合。

混凝土拱圈断面的设计选择混凝土拱圈板拱的截面及尺寸板拱是指主拱（圈）采用整体实心矩形截面的拱。

按照主拱所采用的材料，可分为石板拱、混凝土板拱和钢筋混凝土板拱等。

A.宽度考虑板拱宽度即为拱圈的宽度；板宽略小于桥面宽度（便于排水）；考虑人行道外挑等因素来减小板宽设置。

拱桥主要尺寸的拟定康翠力【摘要】拱桥主要尺寸拟定即拱圈截面尺寸的拟订,根据主拱圈截面形式的不同,可以将拱桥分为板拱桥、肋拱桥、箱形拱桥、双曲拱桥等。

【期刊名称】《黑龙江交通科技》【年(卷),期】2012(000)003【总页数】1页(P81-81)【关键词】拱桥;尺寸;拟定【作者】康翠力【作者单位】黑龙江农垦勘测设计研究院【正文语种】中文【中图分类】U4421 板拱桥1.1 实体矩形板拱桥实体矩形板拱桥的主拱圈采用整体实心矩形截面，一般用于实腹式拱桥。

板拱桥的拱圈宽度主要取决于桥面宽度。

当设人行道时，通常将人行道栏杆(宽约15～25 cm)悬出;当不设人行道时，则仅将防撞栏杆悬出5～10 cm。

对于多孔或大跨径实腹式拱桥，可将人行道宽度部分或全部布置在钢筋混凝土悬臂上，以减小主拱圈宽度和墩台尺寸。

钢筋混凝土人行道悬臂的做法主要有两种:一种是设置单独的悬臂构件;另一种是采用横贯全桥的横挑梁，在挑梁上再安装钢筋混凝土人行道板，后者用钢量较大，但悬臂长度大，一般可悬出1～2.5 m，最大可悬出4 m。

当板拱用于空腹式拱桥时，拱圈宽度的拟定则随拱上建筑形式的不同而异。

对拱式腹孔，拱圈宽度的拟定与实腹式拱相同;对梁式腹孔，拱圈宽度通常小于桥面宽度，而通过拱上立柱盖梁将人行道或部分行车道悬臂挑出拱圈宽度以外，以减小拱圈宽度和墩台尺寸，节省材料。

通常把拱圈宽度小于桥面宽度的拱圈称为窄拱圈。

在拟定拱圈宽度时，要兼顾桥面悬臂长度和宽跨比。

悬臂长度太长，虽然减小了拱圈宽度和墩台尺寸，但也相应增加了悬臂构件的用量，同时，过小的拱圈宽度，难以保证其横向稳定性的要求。

拱圈厚度可以是等厚度，也可以是变厚度，其值主要根据桥梁跨径、矢高、建筑材料、荷载大小等因素通过试算确定。

1.2 箱形扳拱桥箱形板拱桥的拱圈截面由多室箱构成。

箱形板拱桥的主拱圈高度主要取决于拱的跨径，一般通过试算确定，在初拟时可取拱圈高度为跨径的1/55～1/75，也可以按经验公式估算。

第三章拱桥的设计拱桥的设计也要遵循：适用、经济、安全、美观的原则。

第一节拱桥的总体布置桥梁的总体布置主要内容：拟定桥长，跨径，孔数，桥面标高，主拱圈的矢跨比。

一、确定桥梁的设计标高和矢跨比。

1、拱桥的标高，四个：桥面标高，起拱线标高，拱顶底面标高，基础底面标高2、标高的确定：（1）桥面标高：①两岸路线的纵断面控制。

②桥下净空要满足泄洪和航运。

（2）桥面标高-拱顶填料的厚度-拱圈厚度=拱顶底面标高。

（3）起拱线标高：一般选低拱脚方案：可减少桥墩（台）基础底面的弯矩。

节省墩台的圬工数量。

3、矢跨比（f）（1）跨径的大小在分孔时拟定→l（计算跨径）再由拱顶，拱脚标高→f（计算矢高）就得到ff对拱桥的影响：（2）l的比值，随f增大而减小。

① H g与vg②f减小时（即主拱趋于坦拱），拱的推力增长，反之减小。

推力大→拱圈内轴力大→有利于拱圈受力，但是对于墩台基础不利。

○3l f越小，附加内力值越大。

（这个附加内力主要指无铰拱圈内）○4l f过大，拱脚的坡越陡，施工增加困难。

二、不等跨连续拱桥的处理方法多孔连续拱桥最好按等跨分孔。

但受到地形、地质、通航等条件的限制也可以用不等跨分孔。

1.不等跨分孔引起受力上的不利：（1）相临孔的恒载推力不相等。

（2） 在柔性墩中还要引起连拱作用。

2.为减小这种不平衡的推力，改善受力，采取以下措施：（1）采用不同的失跨比：利用l 一定时，f 的大小与推力大小成反比的关系，在相临两孔中，l 大的用陡拱，l 小的用坦拱。

即l f 大，推力小；l f 小，推力大。

（2）采用不同的拱脚标高： 因为相临两孔不同的l f ，所以拱脚的标高不在同一水平线上。

l 大的拱脚低，从而减小水平力对基底的力臂，从而使两跨恒载水平推力对基底产生的弯矩平衡。

（3）调整拱上建筑的恒载重量：（效果最好）当相临孔的拱脚放置在相同（或相接近）的标高上时，这时可采取调整拱上建筑的重量来减小不平衡的推力。

大跨用空腹，小跨用实腹。

第三章拱桥主要尺寸拟定和拱轴线形选择第一节拱桥的总体布置一、确定桥梁的设计标高和矢跨比拱桥的四个主要标高：桥面标高、拱顶底面标高、起拱线标高、基底标高。

桥面标高：由两岸线路的纵断面控制，且要保证桥下净空能满足宣泄洪水和通航的要求。

拱顶底面标高：由桥面标高减去拱顶填料（包括桥面铺装）厚度和拱圈厚度。

起拱线标高：尽量采用低拱脚，但要满足通航净空、排洪、流冰等条件和《桥规》要求。

基础底面标高：根据冲刷、基底承载力、冰冻等条件确定。

矢跨比的确定：矢跨比的大小与拱脚的水平推力成正比，与拱脚的垂直反力成反比。

常用的矢跨比：①圬工拱桥不小于1/8②箱形拱不小于1/10③钢筋混凝土桁架拱、刚架拱不小于1/12二、不等跨的处理1、采用不同的矢跨比2、采用不同的拱脚标高3、调整拱上建筑的恒载重量第二节拱轴线形的选择和拱上建筑的布置一、拱轴线形的选择选择拱轴线的原则：尽可能降低由于荷载产生的弯距数值。

理想拱轴线：与拱上各种荷载作用下的压力线相吻合。

工程上采用的“合理拱轴线”——恒载压力线。

圆弧线常用的拱轴线形式抛物线悬链线二、拱上建筑的布置小跨径——实腹式（圆弧线、悬链线）大中跨径——空腹式（悬链线）轻型拱或矢跨比较小的大跨径钢筋混凝土拱——抛物线拱第三节拱圈截面变化规律和截面尺寸的拟定一、拱圈截面变化规律或在拱脚处：，，则：二、截面尺寸的拟定（一）主拱圈的宽度确定拱圈的宽度取决于桥面净空的宽度。

一般均大于，如拱圈的宽度小于，则应验算拱圈的横向稳定性。

（二）主拱圈高度的拟定1、石拱桥拱桥主要尺寸拟定和拱轴线形选择1）中小跨径：l0——主拱圈净跨径（cm）；d——主拱圈高度（cm）；M——系数，一般取4.5—6，取值随矢跨比的减小而增大；K——荷载系数，对于公路—Ⅰ级为1.0，对于公路—Ⅱ级为1.2。

2、箱形拱、桁架拱和刚架拱桥在确定箱形拱、拱片中距不大于3.0m的桁架拱和刚架拱时，可参考下列经验公式估算拱顶截面主拱圈(肋)的高度：式中：L。

第二章拱桥的构造及设计授课时间：2006年11月8日授课地点：试验楼试验三教学内容：1、主拱的构造与尺寸拟定2、拱上建筑构造3、其它细部构造4、拱桥的设计重点：拱桥的设计思考题及习题：第一节 上承式拱桥的构造与设计一、主拱的构造与尺寸拟定（一）普通型上承式拱桥根据主拱（圈）截面型式不同可分为板拱、板肋拱、肋拱、双曲拱和箱形拱等。

1．板拱石板拱、混凝土板拱和钢筋混凝土板拱。

1）石板拱石料主要有料石、块石和砖石。

拱石进行编号，以便加工，目前大多采用等截面拱桥。

石质均匀，不易风化和无裂纹。

石料强度等级不得低于C30拱圈砌筑应满足下列构造要求a 错缝受压面的砌缝应与拱轴线垂直。

b 限制砌缝宽度因砂浆强度比拱石低得多，缝太宽必将影响砌体强度和整体性。

c 设五角石拱圈与墩台以及拱圈与空腹式拱上建筑的腹孔墩连接处，应采用特别的五角石。

小跨径等截面石板拱的拱圈厚度可按下式估算：301010l k h β=式中 h —拱圈厚度（mm ）0l —拱圈净跨径（mm ）β—系数，一般4.5～6.0，取值随矢跨比的减小而增大；k —荷载系数，与汽车荷载等级有关。

2）混凝土板拱a 素混凝土板拱b 钢筋混凝土板拱2．肋拱肋拱桥是由两条或多条分离的拱肋、横系梁、立柱和由横梁支承的行车道部分组成。

拱肋是主要承重结构，可由混凝土、钢筋混凝土、钢管混凝土、劲性骨架混凝土做成。

拱肋的数目、间距、截面型式：桥梁宽度、肋型、材料性能、荷载等级、施工条件、拱上结构等方面综合考虑决定。

为了简化构造，吊装能力满足的情况下，宜采用少肋型式。

3．箱形拱主拱圈截面由多室箱构成的拱称为箱形拱。

箱形拱的主要特点是：（1）截面挖空率大，减轻重量；（2）中性轴居中，抵抗正负弯矩能力相等，适应主拱圈各截面正负弯矩变化需要；（3）闭合空心截面，抗弯和抗扭刚度大，拱圈的整体性好，应力分布较均匀；（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；（5）制作要求较高，吊装设备较多，主要用于大跨径拱桥。