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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。
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。
填空题1。
拱桥上部结构的主要受力构件是拱圈。
2上承式拱桥的上部结构由主拱圈和拱上建筑组成。
3拱桥的下部结构由桥墩、桥台及基础等组成，用以支承桥跨结构4按照截面的型式可以分为板拱桥、混凝土肋拱桥、箱形拱桥、双曲拱桥、钢管混凝土拱桥和劲性混凝土拱桥。
5梁拱组合体系桥是将梁和拱两种基本结构组合起来，一般可分为有推力和无推力两种类型。
6。
拱桥的标高主要有四个：即桥面标高、拱顶面标高、起拱线标高和基础底面标高。
7。
起拱线标高由矢跨比要求确定8拱的水平推力与垂直反力之比值，随矢跨比的减少而增大.9。
一般情况下，多孔拱桥最好选用等跨分孔的方案.10。
在不等跨连续拱桥相邻两孔中，大跨径用矢跨比较大的拱。
11.拱肋是拱桥的主要承重结构，可由混凝土、钢筋混凝土、劲性骨架混凝土组成。
12.拱肋的截面型式分为实体矩形、工字形、箱形、管形和劲性骨架混凝土箱形等。
81。
按受力特征混凝土梁桥可分为简支梁桥连续梁桥悬臂梁桥等三种基本体系。
82. 刚构桥按受力体系可分为连续刚构桥、斜腿刚构桥、门式刚构桥和型刚构桥等四种主要类型。
108. 梁式桥的支座一般分为固定支座和活动支座两种。
109. 橡胶支座一般可分为板式橡胶支座、四氟橡胶滑板支座、球冠圆板式橡胶支座和盆式橡胶支座四类。
110。
板式橡胶支座一般不分固定支座和活动支座。
111. 对于斜桥或圆形柱墩的桥梁可采用圆形板式橡胶支座90.板桥按施工方法可分为整体式板桥和装配式板桥91。
装配式简支梁桥按主梁的横截面形式可分为Ⅱ型、T型箱型三种基本类型。
92。
支架形式应根据桥孔跨径桥位处地形和地质条件水位高低及漂流物影响等因素合理选择. 124。
支架按材料可分为木支架、钢支架钢木混合支架和万能杆件拼装支架等。
125。
模板按其装拆方法分类，可分为拼装式整体式1.桥梁的基本组成部分一般由上部结构下部结构支座、附属设施等几部分组成。
2. 按桥梁受力体系分，桥梁的基本体系有梁式桥拱式桥刚构桥悬索桥、斜拉桥。
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。
——主拱圈净跨径(cm)；a、b——系数，根据主拱圈的构造形式不同分别按表3—3一l采用；K——荷载系数，按表3-3-l采用。
a、b、K系数值a、b多室箱a=60，b=100；单室箱a=70，b=100箱形拱k1a、b a=20，b=70桁架拱k公路—Ⅰ级为1.0，公路—Ⅱ级为1.2a、b a=35，b=100刚架拱k公路—Ⅰ级为1.0，公路—Ⅱ级为1.2第三章拱桥设计与计算拱上建筑与主拱的联合作用：拱桥，实为多次超静定的空间结构，当活载作用于桥跨结构时，拱上建筑参与主拱圈共同承受活载的作用，这种现象，称为“拱上建筑与主拱的联合作用”或简称“联合作用”。
拱式拱上建筑的联合作用较大，梁板式拱上建筑的联合作用较小。
第一节悬链线拱的几何性质与弹性中心一、实腹式悬链线拱实腹式悬链线拱是采用结构重力压力线(不计弹性压缩)作为拱轴线。
实腹式悬链线拱的拱轴方程是根据拱轴线与压力线完全吻合的条件推导出来的。
取图3-3-1所示坐标系，设拱轴线即为结构重力压力线，故在结构重力作用下，拱顶截面的弯矩M d=O，由于对称性，剪力Q d=O，于是，拱顶截面仅有结构重力推力Hg。
对拱脚截面取矩，则有：(3-3-1)式中：——半拱结构重力对拱脚截面的弯矩；——拱的结构重力水平推力(不考虑弹性压缩)；——拱的计算矢高。
对任意截面取矩，可得：（3-3-2）式中：Mx——任意截面以右的全部结构重力对该截面的弯矩值；y1一一以拱顶为坐标原点，拱轴上任意点的坐标。
式(3-4-2)即为求算结构重力压力线的基本方程。
将上式两边对x两次取导数得：（3-3-3）式（3-3-3）为求算结构重力压力线的基本微分方程，。
为了得到拱轴线（即结构重力压力线）的一般方程，必须知道结构重力的分布规律。
由图3-3-1所示，任意点的结构重力强度可用下式表示:（3-3-4）式中：g x——任意点的结构重力强度；g d——拱顶处结构重力强度；γ——拱上材料单位体积重量。
在拱脚截面处：,则由式（3-3-4）得（3-3-5）式中：g j——拱顶处结构重力强度；m——拱轴系数（或称拱轴线系数）。
（3-3-6）由式（3-3-5）得：（3-3-7）将式（3-3-7）代入式（3-3-4）得：（3-3-8）再将式上式代入基本微分方程（3-3-3）。
为使最终结果简单，引入参数：，则可得：令（3-3-9）则：（3-3-10）以上为二阶非齐次常系数线形微分方程。
解此方程，则得拱轴线方程为：（3-3-11）上式一般称为悬链线方程。
以拱脚截面，代入上式得：通常，m为已知值，则K值可由下式求得：（3-3-12）当m=1时，则，表示结构重力是均布荷载。
不难理解，在均布荷载作用下的压力线为二次抛物线，其方程为：。
由悬链线方程(3-3-11)可以看出，当拱的矢跨比确定后，拱轴线各点的纵坐标将取决于拱轴系数m。
各种m值的拱轴线坐标可直接由“拱桥”中查出，一般无须按式(3-3-11)计算。
下面介绍实腹式悬链线拱拱轴系数的确定：因为由图3-3-1知，拱顶处结构重力强度为：（3-3-13）在拱脚处，则其结构重力强度为：（3-3-14）式中：h d——拱顶填料厚度，一般为O.30～0.50m；d——一拱圈厚度；γ——拱圈材料单位重；．γ1——拱顶填料及路面的平均单位重；γ2——拱腹填料平均单位重；φJ——拱脚处拱轴线的水平倾角。
（3-3-15）从式(3-3-13)和式(3-3-14)可以看出，这两式中除了φJ为未知数外，其余均为已知数。
由于φJ为未知，故不能直接算出m值，需用逐次近似法确定：即先根据跨径和矢高假定m 值，由“拱桥”表(Ⅲ)-20查得拱脚处的cosφJ值，代人式(3-3-14)求得g j后，再连同g d 一起代人式(3-3-6)算得m值。
然后与假定的m值相比较，如算得的m值与假定的m值相符，则假定的m值即为真实值；如两者不符，则应以算得的m值作为假定值(为了计算的方便，m 值应按表3-3-1所列数值假定)．重新进行计算，直至两者接近为止。
当拱的跨径和矢高确定之后，悬链线的形状取决于拱轴系数m，其线形特征可用点纵坐标的大小表示(图3-3-2)。
拱跨点的纵坐标与m有下述关系：当时，代入式（3-3-11）得：∵∴（3-3-16）由上式可见，y1/4随m的增大而减小，随m的减小而增大。
当m增大时，拱轴线抬高；反之，当m减小时，拱轴线降低(图3-3-2)。
在一般的悬链线拱桥中，结构重力从拱顶向拱脚增加，g i>g d，因而m>1。
只有在均布荷载作用下g j=g d时，方能出现m=l的情况。
由公式(3-3-16)可得，在这种情况下y1/4=0．25f(图3-3-2)。
在“拱桥"附录的计算用表中，除了可以根据拱轴系数m查得所需的表值之外，亦可借助相应的查得同样的表值。
与m的对应关系见表3-3-l，读者可以根据计算的方便，利用m值或者的数值查表，其结果是一致的。
二、空腹式悬链线拱空腹式拱桥中，桥跨结构的结构重力可视为由两部分组成：即主拱圈与实腹段自重的分布力。
与空腹部分通过腹孔墩传下的集中力(图3-3-3a)。
由于集中力的存在，拱的结构重力压力线是一条在集中力下有转折的曲线，它不是悬链线，甚至也不是一条光滑的曲线。
在设计空腹式拱桥时，由于悬链线拱的受力情况较好，又有完整的计算表格可供利用，亦多用悬链线作为拱轴线。
为使悬链线拱轴与其结构重力压力线接近，一般采用“五点重合法”确定悬链线拱轴的m值，即要求拱轴线在全拱有五点(拱顶、两点和两拱脚)与其三铰拱结构重力压力线重合(图3-3-3b)。
由拱顶弯矩为零及结构重力的对称条件知，拱顶仅有通过截面重心的结构重力推力Hg，弯矩及剪力为零。
在图3-3-3a、b中，由得（3-3-17）由，得将式（3-3-17）代入上式可得：（3-3-18）式中：——自拱顶至拱跨点的结构重力对截面的力矩。
等截面悬链线拱主拱圈结构重力对及拱脚截面的弯矩M l／4、M i可由“拱桥”中查得。
求得之后，可由(3-3-16)反求m，即：（3-3-19）m值确定：1、先假定一个m值，定出拱轴线，作图布置拱上建筑；2、计算和；算出m值，如与假定的m值不符，则应以求得的m值作为假定值，重新计算，直至两者接近为止。
空腹式无铰拱桥，采用“五点重合法"确定的拱轴线，与相应三铰拱的结构重力压力线在拱顶、两点和两拱脚五点重合，而与无铰拱的结构重力压力线(简称结构重力压力线)实际上并不存在五点重合的关系。
由式(3-3-23)可见，由于拱轴线与结构重力压力线有偏离，在拱顶、拱脚都产生了偏离弯矩。
研究证明，拱顶的偏离弯矩△M d为负而拱脚的偏离弯矩△M j为正，恰好与这两截面控制弯矩的符号相反。
这一事实说明，在空腹式拱桥中，用“五点重合法”确定的悬链线拱轴，偏离弯矩对拱顶、拱脚都是有利的。
因而，空腹式无铰拱的拱轴线，用悬链线比用结构重力压力线更加合理。
三、拱轴线的水平倾角φ将式(3—3—11)对ξ取导数得：(3-3-24)∵以式(3-3-24)代入上式得:(3-3-25)式中:由上式可见，拱轴水平倾角与拱轴系数m有关。
拱轴线上各点的水平倾角tgφ，可直接由“拱桥"表(Ⅲ)-2查出。
四、悬链线无铰拱的弹性中心在计算无铰拱的内力(结构重力、活载、温度变化、混凝土收缩和拱脚变位等)时，为了简化计算工作，常利用拱的弹性中心。
我们讨论的是对称拱，弹性中心在对称轴上。
基本结构的取法有两种：图3—3—4a为以悬臂曲梁为基本结构，图3-3-4b为以简支曲梁为基本结构。
在计算无铰拱的内力影响线时，为了简化计算手续，常用简支曲梁为基本结构。
由结构力学知，弹性中心距拱顶之距离为(图3-3-4)：（3-3-26）式中：（3-3-27）其中：以y1和ds代入式(3-3-26)，并注意到等截面拱中I为常数，则：（3-3-28）系数α1可由“拱桥”查得。
第二节结构重力作用下拱的作用效应计算一、不考虑弹性压缩影响的结构重力效应1、实腹拱由公式得结构重力水平推力为：拱脚的竖向反力：拱圈各截面的轴向力：2、空腹式拱桥结构重力水平推力为：拱脚的竖向反力：二、弹性压缩引起的作用效应弹性中心处赘余力：任意截面处：弯距：轴向力：剪力：三、恒载作用下截面的总效应（内力）弯距：轴向力：剪力：考虑了结构重力弹性压缩之后，即使是不计偏离弯矩的影响，拱中仍有结构重力弯矩。
这就说明，不论是空腹式拱还是实腹式拱，考虑弹性压缩后的结构重力压力线，将不可能和拱轴线重合。
按式(3-4-20)~式(3-4-22)计入偏离的影响之后，各截面的效应公式为：第三节活载作用下拱的效应计算一、不考虑弹性压缩影响的活载效应由于拱桥的活载压力线与拱轴线不重合，可采用效应影响线加载来计算拱的效应。
拱圈是偏心受压结构，常以最大正（负）弯矩控制设计。
