第十二章 拱桥的构造
第一节 拱桥的发展及受力特点
一、拱桥的发展
拱桥是我国公路上使用广泛且历史悠久的一种桥梁结构型式，它外形宏伟壮观，且经久耐用。由力学知识知道，拱式结构在竖向荷载作用下，支撑处不仅产生竖向反力，而且还产生水平推力。这样拱的弯距比相同跨径的梁的弯距小的多，而使整个拱主要承受压力。这样就可以充分利用抗压性能较好的圬工材料来修建。
人民日报十论古代拱桥：拱轴曲线造型的千变万化，其中最具有代表意义的是建于公元 595-605年的由李春设计的赵州桥（跨径L=37m）。
当代拱桥：其结构型式与施工方法的丰富多彩如1997年建成的重庆万县长江大桥（L=420mgps工作原理）其主拱长度世界排名第一， 广州丫髻沙特大桥（L＝360m）， 1932建成的澳大利亚悉尼钢拱桥（L＝ 503m ）及上海庐浦大桥（L=550m）。
二、拱桥的特点
1、拱桥主要优点：
（1）跨越能力较大；（2）就地取材，节省大量的钢材和水泥；（3）耐久性好，养护维修费用少；（4）外形美观；（5）构造简单。
2、拱桥主要缺点：
（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，对地基要求高；
（2）拱桥采用支架施工，支架和其他辅助设备的费用大大增加，从而增加施工难度，提高 cso桥的造价。施工工序多，建桥周期长。
（3）拱桥水平推力较大，需要设置单向推力墩，增加了造价。
（4）上承式拱桥的建筑高度较高，使两岸接线的工程量增大或增大了桥面纵坡，增加的造价又对行车不利。
随着钢管混凝土在拱桥上的应用，钢管混凝土拱桥克服了拱桥传统的缺点，当跨径在200~600m范围内，拱桥仍然是悬索桥和斜拉桥的有利竞争对手。
第二节 拱桥的组成和主要类型
一、拱桥的主要组成
拱桥由上部结构和下部结构两大部分组成。上部结构是由拱圈及其上面的拱上建筑所构成。拱圈是主要承重结构。桥面系包括行车道、人行道及两侧的栏杆或砌筑的矮墙等构造。下部结构由桥墩、桥台及基础等组成。其主要组成部分见下图12-1所示。
二、拱桥的主要类型
（1）、板拱桥
板拱桥主拱圈采用矩形实体截面，它的构造简单、施工方便，因而使用广泛。但其截面形式比其他形式截面抵抗矩小，若获得较大截面抵抗矩必须增加截面尺寸，相应增加了材料用量和结构自重，增加下部负担，通常在地基条件较好的中、小跨径圬工拱桥中采用板拱形式。如图12-2 a）所示。
（2）、肋板拱
在板拱桥的基础上，将板拱划分成两条（或多条），形成分离的、高度较大的拱肋，肋与肋间用横系梁想连。减小截面尺寸，减小自重，多用于较大跨径的拱桥。如图12-2 b）所示。
（3）、双曲拱桥
主拱圈横截面由一个或数个小拱组成，由于主拱圈在纵向及横向均呈曲线形，故称之为双曲拱桥。双曲拱桥截面抵抗矩大，可节省材料，而且具有装配式梁桥的特点，适合于工业化生产，具有加快施工进度，缩短工期，施工工艺简单等优点，得到广泛推广。如图12-2 c）所示。
（4）、箱形拱
箱形拱截面抵抗矩较大，可节省材料，对于大跨径桥则效果更为显著。特别适用于无支架施工。但箱形截面制作复杂，一般只在跨径在50m以上的拱桥采用箱形截面。如图12-2 d）所示。
2、按建筑材料分：圬工拱桥，钢筋混凝土拱桥，钢拱桥
3、按拱上建筑形式分：实腹式拱桥，空腹式拱桥
4、按主拱圈所采用的拱轴线形式分类：圆弧拱桥，抛物线拱桥，悬链线桥
5、按静力体系分类：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
三铰拱：静定结构，在地基差的地区可采用。但构造复杂，施工困难，整体刚度小，主拱圈一般不采用。如图12-3 a）
两铰拱：一次超静定结构，介于三铰拱和无铰拱之间。如图12-3 b）
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。如图12-3 c）
6、按桥面位置分：上承式拱桥，中承式拱桥，下承式拱桥。如图12-4 所示：
第三节 主拱圈的构造
一、板拱
板拱分为：石板拱、混凝土板拱、钢筋混凝土板拱
钢筋混凝土板拱的拱顶厚度采用跨径的1/60~1/70；拱脚厚度可按下式：dj=d手拉手网d/cosφj其中dd表示拱顶厚度；cosφj拱脚处拱轴线的倾角。
二、肋拱(如图12-5 所示)
肋拱常用截面形式有：矩形截面、工字型截面及箱型截面。
矩形截面：肋高为跨径的1/40~1/60，肋宽为肋高的0.5~2.0倍；
工字型及箱型：肋高为跨径的1/25~1/35，肋宽为肋高的0.4~0.5倍；腹板、翼板厚度按构造及抗剪最小尺寸要求0.25~~0.5m;
肋拱间必须设横梁、横撑以增强肋拱桥的横向整体稳定性。
三、箱型拱（如图12-6 所示）
箱型拱特点：适合大跨径拱桥，截面挖空率大，节省材料；形心轴靠中适应主拱正负弯距变化；主拱整体性好，抗扭刚度大，稳定性好；便于预制施工拼装；
箱形主拱圈的形式：1、采用闭合箱肋组成的多室箱形截面（如图12-7所示）；2、采用工字形肋组成的多室箱形截面3、采用U形肋组成多室箱形截面4、单室箱形截面
氟醇箱形拱构造尺寸：拱圈高度一般为跨径的1/50~1/70；可采用经验公式：H=L0/100+∆(m)其中∆=0.6~0.8；拱圈宽度满足跨度的1/20；保证横向稳定；
四、双曲拱桥
主拱圈横截面由一个或数个小拱组成，其主拱圈在纵向和横向均呈曲线形。通常有拱肋、拱波、拱板和横向联系等几部分。
公路双曲拱桥采用最多的是多肋波的截面形式；对于跨径和荷载较小的单车道桥可采用单波的形式。
双曲拱桥施工工序多，组合截面的整体性差，易开裂，适用无支架吊装、起吊重量小情况，因此，只宜在中小跨径桥梁中采用。如图12-8所示。
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