现代桥梁结构
第三篇 圬工和钢筋混凝土拱桥
1．概述 2．拱桥的构造 3．拱桥的设计 4．拱桥的计算 5．拱桥的施工
1
圬工和钢筋混凝土拱桥
第一章
概述
拱桥是一种既古老又年轻的桥梁形式！
我国拱桥的历史悠久，在世界上享有“拱桥大国”的美誉 。
古代拱桥: 拱轴曲线造型的千变万化 当代拱桥: 结构型式与施工方法的丰富多彩 200~600m范围内， 拱桥仍然是悬索桥和斜拉桥的竞争对手。
2
圬工和钢筋混凝土拱桥－概述
中国赵州桥
（37.4m石拱桥） 建于隋（公元 595-606）
世界桥梁的里程碑
3
圬工和钢筋混凝土拱桥－概述
英国Coalbrookdale桥
（30.65m铸铁拱桥 肋拱桥） 建于1779
4
圬工和钢筋混凝土拱桥－概述
永定河卢沟桥
建于公元1192年
5
圬工和钢筋混凝土拱桥－概述
双林的还金桥与还金亭
建于清
6
圬工和钢筋混凝土拱桥－概述
苏州枫桥
7
圬工和钢筋混凝土拱桥－概述
中国万县长江大桥
（420m钢筋混凝土箱型拱桥）
建于1997年
8
圬工和钢筋混凝土拱桥－概述
中国广州丫髻沙特大桥
（76m+360m+76m钢管混凝土拱桥）
建于2000年
9
圬工和钢筋混凝土拱桥－概述
中国卢浦大桥
（550m钢拱桥 耗资 25亿元人民币 ）
建于2003年
10
圬工和钢筋混凝土拱桥－概述
澳大利亚悉尼钢拱桥
（503m钢桁架拱桥)
1932年
11
圬工和钢筋混凝土拱桥－概述
1、拱桥的基本特点及其适用范围
承重结构：主拱 受力特点：
在竖向荷载作用下，支承处不仅产生竖向反 力，还产生水平推力，从而使拱主要受压。
建筑材料：圬工，钢筋混凝土，钢
12
圬工和钢筋混凝土拱桥－概述
拱桥的主要优点： ① 跨越能力大； ② 能充分做到就地取材,降低造价; ③ 耐久性好，养护、维修费用小； ④ 外形美观； ⑤ 构造较简单，特别是圬工拱桥， 技术容易被掌握，有利于广泛采用。
13
圬工和钢筋混凝土拱桥－概述
拱桥的主要缺点： 1）是有推力的结构，而且自重较大，因而水平推力也 较大，增加了下部结构的工程量，对地基要求也高； 2）圬工拱桥一般都采用有支架施工，施工较复杂，工 期长，费用高； 3）由于水平推力较大，在连续多孔的大、中桥中，为 防止一孔破坏而影响全桥的安全，需要采取较复杂的措 施，或设置单向推力墩，增加了造价； 4）上承式拱桥的建筑高度较高。
14
圬工和钢筋混凝土拱桥－概述
在我国公路桥梁建设中，拱桥、特别是圬工拱桥得到了广泛的应用： 在条件允许的情况下，修建拱桥往往是经济合理的。 拱桥的缺点正在逐步得到改善和克服： 从结构体系、构造形式上采取措施； 用轻质材料减轻自重； 设法提高地
基的承载能力； 提高预制构件所占的比重
15
圬工和钢筋混凝土拱桥－概述
2、拱桥的基本组成（上承式）
1-主拱圈 2-拱顶 3-拱脚 4-拱轴线 5-拱腹
6-拱背
7-起拱线 11-拱上建筑 L0 - 净跨径 L -计算跨径 上承式拱桥的基本组成 f0 - 净矢高 f -计算矢高 f/L - 矢跨比
16
圬工和钢筋混凝土拱桥－概述
3、拱桥的主要类型及其特点 1) 按主拱圈（肋、箱）所使用的建筑材料
圬工拱桥 钢筋混凝土拱桥 钢拱桥
17
圬工和钢筋混凝土拱桥－概述
2) 按拱上建筑的形式：
实腹式拱桥 空腹式拱桥
小跨径拱桥多采用实腹式:
构造简单，施工方便，但填料数量 较多，恒载较重。
大、中跨径拱桥多采用空腹式:
利于减小恒载，使桥梁显得轻巧美观
18
圬工和钢筋混凝土拱桥－概述
3) 按主拱圈采用的拱轴线形式：
圆弧拱桥 抛物线拱桥 悬链线拱桥
19
圬工和钢筋混凝土拱桥－概述
4) 按桥面位置：
上承式拱桥 中承式拱桥 下承式拱桥
20
圬工和钢筋混凝土拱桥－概述
5) 按结构受力体系:
主要承重结构是裸拱，行车系结 构不参与主拱一起受力。
简单体系拱桥 组合体系拱桥
主要承重结构是主拱与行车系结 构按不同方式构成的整体。
21
圬工和钢筋混凝土拱桥－概述
① 简单体系拱桥:
a）三铰拱
静定结构，在地基差的地区可采用。 构造复杂，施工困难，整体刚度小， 主拱圈一般不采用,常用于空腹式拱 桥拱上建筑的边腹拱。
b）两铰拱
一次超静定结构，介于三铰拱和 无铰拱之间
拱圈（肋）的静力图式
c）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，实际中使用最广泛。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。
22
圬工和钢筋混凝土拱桥－概述
② 组合体系拱桥:
a）无推力的组合体系拱桥
拱的推力由系杆承受，墩台不承 受水平推力
系杆拱 刚梁柔拱
刚梁刚拱
尼尔森拱
b）有推力的组合体系拱桥
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
c）拱片桥
由上边缘与桥面纵向平行、下边缘 拱形的有推力结构的拱片为主要承 重结构。拱片中，行车道系与拱肋 刚性联成一整体。
微弯板 拱片 横向联系 23 行车道板
圬工和钢筋混凝土拱桥－概述
6) 按主拱圈截面形式
板拱桥 肋拱桥 双曲拱桥 箱形拱桥
24
圬工和钢筋混凝土拱桥－概述
（a）板拱桥：
主拱圈采用矩形实体截面，由于它构造简单、施工方便，因 而使用广泛。自重较大，不经济，通常用地基条件较好的中、 小跨径圬工拱桥中。
1965广西南宁都安红渡桥（L: 100m )
主拱圈为等截面悬链线,拱
圈厚1.7m，两边设岸孔37m，拱圈厚1.1m。 采用预制混凝土块砌筑。 25
圬工和钢筋混凝土拱桥－概述
（b）肋拱桥：
肋拱桥由两条或两条以上分离式拱肋组成承重结构的拱桥， 拱肋之间靠横向联系梁连接成整体而共同受力。这种桥横截面 面积较小，节省材料，自重轻，跨越能力大，多用于较大跨径 的拱桥。可以用圬工、钢筋混凝土、钢材建造。
1988广东广州流溪桥 （L=90m）
1990江苏丹阳云阳桥（L=70m）
26
圬工和钢筋混凝土拱桥－概述
360m 广州丫髻沙特大桥 三跨连续自锚式中承式钢管混凝土拱桥。
27
圬工和钢筋混凝土拱桥－概述
（c）双曲拱桥：
拱圈横截面由一个或多个小拱组成，主拱圈在纵向及横向均 呈曲线形，故称之为双曲拱桥。 在公路桥梁上曾获得过较广泛的应用，但由于其组合截面施 工程序多，整体性能较差，易开裂，目前已很少采用。
1969江苏无锡民主桥(三叉形双曲拱桥)
28
圬工和钢筋混凝土拱桥－概述
（d）箱形拱桥：
拱圈为箱形截面，截面挖空率大，节省材料，减小自重，截 面抗弯、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，是大跨径钢筋混凝土拱桥主拱圈的基本截面形式。
1997四川万县长江大桥 (420m) 劲性骨架钢筋混凝土箱形拱桥
29
圬工和钢筋混凝土拱桥
第二章
1. 2. 3. 4. 主拱圈的构造 拱上建筑的构造 其它细部构造
拱桥的构造
其它类型拱桥的构造
30
圬工和钢筋混凝土拱桥－拱桥的构造
第一节
主拱圈的构造
主拱圈按截面形式分为：
板拱，肋拱，双曲拱，箱形拱
1、板拱（主拱圈采用整体实心矩形截面）
石砌拱桥的主拱圈通常都是做成实体的矩形截面， 按照砌筑拱圈的石料规格不同，又可以分为料石板 拱、块石板拱及片石板拱等各种类型。 另外还有混凝土板拱和钢筋混凝土板拱等。
31
圬工和钢筋混凝土拱桥－拱桥的构造
石板拱桥构造简单，施工方便，造价低，是盛产 石料地区中、小桥梁的主要桥型。 用粗料石砌筑拱圈时，为便于拱石的加工，确保砌筑 符合构造要求，需将拱石分别进行编号:
拱石编号
32
a）圆弧拱
b）变截面悬链线拱
c）等截面悬链线拱
圬工和钢筋混凝土拱桥－拱桥的构造
拱圈砌筑应满足下列构造要求：
（1）错缝： （2）限制砌缝宽度（不大于2cm）： （3）五角石：
拱圈与墩台及腹孔墩连接
33
圬工和钢筋混凝土拱桥－拱桥的构造
2、肋拱
（主拱圈由两条或多条分离平行窄拱圈和横系梁组成）
分离的拱肋之间需设置足够数量和刚度的横 系梁，以保证桥梁的横向稳定性和整体性。
34
圬工和钢筋混凝土拱桥－拱桥的构造
拱肋的肋数
和间距以及拱肋的截面形式， 主要根据桥梁宽度、所用材料、施工方法与经 济性等方面综合考虑。
拱肋的截面形式，根据跨度大小和载重等级，可 以选用实体矩形、工字形、箱形、管形等
35
圬工和钢筋混凝土拱桥－拱桥的构造
管形肋拱是指采用钢管混凝土结构作为拱肋的拱桥，一般 有单管式、双管式（哑铃形）和四管式（梯形、矩形）
钢管混凝土具有强度高、重量小、塑性好、 耐疲劳和抗冲击等优点，已广泛使用在中、 下承式拱桥中，上承式肋拱中也开始使用。
36
圬工和钢筋混凝土拱桥－拱桥的构造
3、双曲拱
（主拱圈由拱肋、拱波、拱板及横向联系四部分组成）
拱肋断面：倒T形、L形、工字形、槽形以及开口箱
主拱圈的截面形式
a）、b）、c）多肋多波 d）双肋单波
37
圬工和钢筋混凝土拱桥－拱桥的构造
双曲拱主拱圈的特点：先化整为零，再集零为整，以适应
无支架施工和无大型起吊机具的情况。 施工时先将拱圈划分为 拱肋、拱波、拱板及横 向联系四部分，并预制 拱肋、拱波和横向联系 （梁板），即化整为零； 然后吊装钢筋混凝土拱 肋成拱，并与横向联系 构件组成拱形框架，再 在拱肋间安装拱波，随 后浇筑拱板混凝土，形 成主拱圈，即集零为整。
38
圬工和钢筋混凝土拱桥－拱桥的构造
4、箱形拱（主拱圈采用箱形截面）
箱形拱闭合箱的构造
截面挖空率大 主要特点 中性轴居中 抗弯和抗扭刚度大，整体性好 制作要求高，吊装设备多
箱形截面是大跨径拱桥一种比较经济合理的截面形式。39
圬工和钢筋混凝土拱桥－拱桥的构造
当箱形拱采用预 制拼装施工。 截面组成方式
由多条U形肋组成的多室箱形截面 多条工形肋组成的多室箱形截面
多条闭合箱肋组成的多室箱形截面
单箱多室截面
40
参考教材： 顾安邦 主编 范立础 主审 《桥梁工程》下册 人民交通出版社
公共邮箱：[email protected] 密 码：ncwu2008
41
现代桥梁结构
第三篇 圬工和钢筋混凝土拱桥
1．概述 2．拱桥的构造 3．拱桥的设计 4．拱桥的计算 5．拱桥的施工
1
圬工和钢筋混凝土拱桥
第一章
概述
拱桥是一种既古老又年轻的桥梁形式！
我国拱桥的历史悠久，在世界上享有“拱桥大国”的美誉 。
古代拱桥: 拱轴曲线造型的千变万化 当代拱桥: 结构型式与施工方法的丰富多彩 200~600m范围内， 拱桥仍然是悬索桥和斜拉桥的竞争对手。
2
圬工和钢筋混凝土拱桥－概述
中国赵州桥
（37.4m石拱桥） 建于隋（公元 595-606）
世界桥梁的里程碑
3
圬工和钢筋混凝土拱桥－概述
英国Coalbrookdale桥
（30.65m铸铁拱桥 肋拱桥） 建于1779
4
圬工和钢筋混凝土拱桥－概述
永定河卢沟桥
建于公元1192年
5
圬工和钢筋混凝土拱桥－概述
双林的还金桥与还金亭
建于清
6
圬工和钢筋混凝土拱桥－概述
苏州枫桥
7
圬工和钢筋混凝土拱桥－概述
中国万县长江大桥
（420m钢筋混凝土箱型拱桥）
建于1997年
8
圬工和钢筋混凝土拱桥－概述
中国广州丫髻沙特大桥
（76m+360m+76m钢管混凝土拱桥）
建于2000年
9
圬工和钢筋混凝土拱桥－概述
中国卢浦大桥
（550m钢拱桥 耗资 25亿元人民币 ）
建于2003年
10
圬工和钢筋混凝土拱桥－概述
澳大利亚悉尼钢拱桥
（503m钢桁架拱桥)
1932年
11
圬工和钢筋混凝土拱桥－概述
1、拱桥的基本特点及其适用范围
承重结构：主拱 受力特点：
在竖向荷载作用下，支承处不仅产生竖向反 力，还产生水平推力，从而使拱主要受压。
建筑材料：圬工，钢筋混凝土，钢
12
圬工和钢筋混凝土拱桥－概述
拱桥的主要优点： ① 跨越能力大； ② 能充分做到就地取材,降低造价; ③ 耐久性好，养护、维修费用小； ④ 外形美观； ⑤ 构造较简单，特别是圬工拱桥， 技术容易被掌握，有利于广泛采用。
13
圬工和钢筋混凝土拱桥－概述
拱桥的主要缺点： 1）是有推力的结构，而且自重较大，因而水平推力也 较大，增加了下部结构的工程量，对地基要求也高； 2）圬工拱桥一般都采用有支架施工，施工较复杂，工 期长，费用高； 3）由于水平推力较大，在连续多孔的大、中桥中，为 防止一孔破坏而影响全桥的安全，需要采取较复杂的措 施，或设置单向推力墩，增加了造价； 4）上承式拱桥的建筑高度较高。
14
圬工和钢筋混凝土拱桥－概述
在我国公路桥梁建设中，拱桥、特别是圬工拱桥得到了广泛的应用： 在条件允许的情况下，修建拱桥往往是经济合理的。 拱桥的缺点正在逐步得到改善和克服： 从结构体系、构造形式上采取措施； 用轻质材料减轻自重； 设法提高地
基的承载能力； 提高预制构件所占的比重
15
圬工和钢筋混凝土拱桥－概述
2、拱桥的基本组成（上承式）
1-主拱圈 2-拱顶 3-拱脚 4-拱轴线 5-拱腹
6-拱背
7-起拱线 11-拱上建筑 L0 - 净跨径 L -计算跨径 上承式拱桥的基本组成 f0 - 净矢高 f -计算矢高 f/L - 矢跨比
16
圬工和钢筋混凝土拱桥－概述
3、拱桥的主要类型及其特点 1) 按主拱圈（肋、箱）所使用的建筑材料
圬工拱桥 钢筋混凝土拱桥 钢拱桥
17
圬工和钢筋混凝土拱桥－概述
2) 按拱上建筑的形式：
实腹式拱桥 空腹式拱桥
小跨径拱桥多采用实腹式:
构造简单，施工方便，但填料数量 较多，恒载较重。
大、中跨径拱桥多采用空腹式:
利于减小恒载，使桥梁显得轻巧美观
18
圬工和钢筋混凝土拱桥－概述
3) 按主拱圈采用的拱轴线形式：
圆弧拱桥 抛物线拱桥 悬链线拱桥
19
圬工和钢筋混凝土拱桥－概述
4) 按桥面位置：
上承式拱桥 中承式拱桥 下承式拱桥
20
圬工和钢筋混凝土拱桥－概述
5) 按结构受力体系:
主要承重结构是裸拱，行车系结 构不参与主拱一起受力。
简单体系拱桥 组合体系拱桥
主要承重结构是主拱与行车系结 构按不同方式构成的整体。
21
圬工和钢筋混凝土拱桥－概述
① 简单体系拱桥:
a）三铰拱
静定结构，在地基差的地区可采用。 构造复杂，施工困难，整体刚度小， 主拱圈一般不采用,常用于空腹式拱 桥拱上建筑的边腹拱。
b）两铰拱
一次超静定结构，介于三铰拱和 无铰拱之间
拱圈（肋）的静力图式
c）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，实际中使用最广泛。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。
22
圬工和钢筋混凝土拱桥－概述
② 组合体系拱桥:
a）无推力的组合体系拱桥
拱的推力由系杆承受，墩台不承 受水平推力
系杆拱 刚梁柔拱
刚梁刚拱
尼尔森拱
b）有推力的组合体系拱桥
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
c）拱片桥
由上边缘与桥面纵向平行、下边缘 拱形的有推力结构的拱片为主要承 重结构。拱片中，行车道系与拱肋 刚性联成一整体。
微弯板 拱片 横向联系 23 行车道板
圬工和钢筋混凝土拱桥－概述
6) 按主拱圈截面形式
板拱桥 肋拱桥 双曲拱桥 箱形拱桥
24
圬工和钢筋混凝土拱桥－概述
（a）板拱桥：
主拱圈采用矩形实体截面，由于它构造简单、施工方便，因 而使用广泛。自重较大，不经济，通常用地基条件较好的中、 小跨径圬工拱桥中。
1965广西南宁都安红渡桥（L: 100m )
主拱圈为等截面悬链线,拱
圈厚1.7m，两边设岸孔37m，拱圈厚1.1m。 采用预制混凝土块砌筑。 25
圬工和钢筋混凝土拱桥－概述
（b）肋拱桥：
肋拱桥由两条或两条以上分离式拱肋组成承重结构的拱桥， 拱肋之间靠横向联系梁连接成整体而共同受力。这种桥横截面 面积较小，节省材料，自重轻，跨越能力大，多用于较大跨径 的拱桥。可以用圬工、钢筋混凝土、钢材建造。
1988广东广州流溪桥 （L=90m）
1990江苏丹阳云阳桥（L=70m）
26
圬工和钢筋混凝土拱桥－概述
360m 广州丫髻沙特大桥 三跨连续自锚式中承式钢管混凝土拱桥。
27
圬工和钢筋混凝土拱桥－概述
（c）双曲拱桥：
拱圈横截面由一个或多个小拱组成，主拱圈在纵向及横向均 呈曲线形，故称之为双曲拱桥。 在公路桥梁上曾获得过较广泛的应用，但由于其组合截面施 工程序多，整体性能较差，易开裂，目前已很少采用。
1969江苏无锡民主桥(三叉形双曲拱桥)
28
圬工和钢筋混凝土拱桥－概述
（d）箱形拱桥：
拱圈为箱形截面，截面挖空率大，节省材料，减小自重，截 面抗弯、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，是大跨径钢筋混凝土拱桥主拱圈的基本截面形式。
1997四川万县长江大桥 (420m) 劲性骨架钢筋混凝土箱形拱桥
29
圬工和钢筋混凝土拱桥
第二章
1. 2. 3. 4. 主拱圈的构造 拱上建筑的构造 其它细部构造
拱桥的构造
其它类型拱桥的构造
30
圬工和钢筋混凝土拱桥－拱桥的构造
第一节
主拱圈的构造
主拱圈按截面形式分为：
板拱，肋拱，双曲拱，箱形拱
1、板拱（主拱圈采用整体实心矩形截面）
石砌拱桥的主拱圈通常都是做成实体的矩形截面， 按照砌筑拱圈的石料规格不同，又可以分为料石板 拱、块石板拱及片石板拱等各种类型。 另外还有混凝土板拱和钢筋混凝土板拱等。
31
圬工和钢筋混凝土拱桥－拱桥的构造
石板拱桥构造简单，施工方便，造价低，是盛产 石料地区中、小桥梁的主要桥型。 用粗料石砌筑拱圈时，为便于拱石的加工，确保砌筑 符合构造要求，需将拱石分别进行编号:
拱石编号
32
a）圆弧拱
b）变截面悬链线拱
c）等截面悬链线拱
圬工和钢筋混凝土拱桥－拱桥的构造
拱圈砌筑应满足下列构造要求：
（1）错缝： （2）限制砌缝宽度（不大于2cm）： （3）五角石：
拱圈与墩台及腹孔墩连接
33
圬工和钢筋混凝土拱桥－拱桥的构造
2、肋拱
（主拱圈由两条或多条分离平行窄拱圈和横系梁组成）
分离的拱肋之间需设置足够数量和刚度的横 系梁，以保证桥梁的横向稳定性和整体性。
34
圬工和钢筋混凝土拱桥－拱桥的构造
拱肋的肋数
和间距以及拱肋的截面形式， 主要根据桥梁宽度、所用材料、施工方法与经 济性等方面综合考虑。
拱肋的截面形式，根据跨度大小和载重等级，可 以选用实体矩形、工字形、箱形、管形等
35
圬工和钢筋混凝土拱桥－拱桥的构造
管形肋拱是指采用钢管混凝土结构作为拱肋的拱桥，一般 有单管式、双管式（哑铃形）和四管式（梯形、矩形）
钢管混凝土具有强度高、重量小、塑性好、 耐疲劳和抗冲击等优点，已广泛使用在中、 下承式拱桥中，上承式肋拱中也开始使用。
36
圬工和钢筋混凝土拱桥－拱桥的构造
3、双曲拱
（主拱圈由拱肋、拱波、拱板及横向联系四部分组成）
拱肋断面：倒T形、L形、工字形、槽形以及开口箱
主拱圈的截面形式
a）、b）、c）多肋多波 d）双肋单波
37
圬工和钢筋混凝土拱桥－拱桥的构造
双曲拱主拱圈的特点：先化整为零，再集零为整，以适应
无支架施工和无大型起吊机具的情况。 施工时先将拱圈划分为 拱肋、拱波、拱板及横 向联系四部分，并预制 拱肋、拱波和横向联系 （梁板），即化整为零； 然后吊装钢筋混凝土拱 肋成拱，并与横向联系 构件组成拱形框架，再 在拱肋间安装拱波，随 后浇筑拱板混凝土，形 成主拱圈，即集零为整。
38
圬工和钢筋混凝土拱桥－拱桥的构造
4、箱形拱（主拱圈采用箱形截面）
箱形拱闭合箱的构造
截面挖空率大 主要特点 中性轴居中 抗弯和抗扭刚度大，整体性好 制作要求高，吊装设备多
箱形截面是大跨径拱桥一种比较经济合理的截面形式。39
圬工和钢筋混凝土拱桥－拱桥的构造
当箱形拱采用预 制拼装施工。 截面组成方式
由多条U形肋组成的多室箱形截面 多条工形肋组成的多室箱形截面
多条闭合箱肋组成的多室箱形截面
单箱多室截面
40
参考教材： 顾安邦 主编 范立础 主审 《桥梁工程》下册 人民交通出版社
公共邮箱：[email protected] 密 码：ncwu2008
41