1、第二節 拱橋的構造及設計第二節 拱橋的構造及設計2.1 主拱圈的構造2.1.1 板拱材料: 天然石材（30號） ，砂漿Mu5.07.5 號形式：等截面圓弧拱、等截面或變截面懸鏈線拱。細部構造 ：編號和砌筑方法 拱石規格。對于粗料石拱石，其厚度(拱軸方向)不小于200mm，高度應為厚度的1.52.0倍，長度為厚度的1.54倍。當拱石上下砌縫寬度相差超過30時，拱石宜制成楔形，否則可制成矩形。對于塊石拱，拱石可制成大致方正的形狀，厚度不小于200mm，寬度約為厚度的1一1.5倍，長度約為厚度的1.53.0倍。拱石上下的弧線差可用灰經寬度調整。對于片石拱，其拱石的厚度不小于150mm，將尖銳突出部分

2、敲擊即可。各類拱石，石料層面應與拱軸線垂直。第二章 拱橋的構造及設計2.1 主拱圈的構造2.1.1 板拱石拱橋構造拱石編號等截面圓弧拱的拱石編號變截面拱圈的拱石編號五角石第二節 拱橋的構造及設計2.1 主拱圈的構造2.1.1 板拱石拱橋構造拱石的錯縫要求拱圈與墩臺及腹孔墩連接五角石五角石混凝土底梁混凝土拱座 砌筑料石拱圈，根據受力的需要，構造上應滿足以下幾點要求；1拱石受壓曲的砌縫應是幅射方向，即與拱軸線相垂直。這種幅向砌縫，一般做成通縫，可不錯縫。2當拱圈厚度不大時，可采用單層拱石助筑；當拱厚較大時，可采用多層拱石砌筑，但要求垂直于受壓面的順橋向砌縫錯開，共錯縫間距不小于0.1m。 3在拱圈

3、的橫截面內，拱石的豎向砌縫應當錯開，其錯開寬度至少0.10m，見圖II截面及II一II截面。這樣，在縱向或橫向剪力作用下，可以避免剪力單純由砌縫的砂漿承擔，從而可以增大砌體的抗剪強度和整體性。 4砌級的級寬不應大于0.02M。 5拱圈與墩臺及拱圈與空腹式拱上建筑的臉腹孔墩相連接處，應采用特別的五角石，以改善連接處的受力狀況。五角石不得帶有銳角，以免施工時易破壞和被壓碎。第二節拱橋的構造及設計2.1 主拱圈的構造2.1.2 肋拱肋拱橋的組成: 拱肋布置：拱肋形式：拱肋立柱縱梁橋面板橫梁縱梁橫系梁拱肋立柱雙肋拱橋立面布置圖第二節拱橋的構造及設計2.1 主拱圈的構造2.1.2 肋拱拱肋形式：矩形截面

4、： 肋高 h = (1/401/60)l ；肋寬 b=(0.52.0)h工字形截面：肋高 h = (1/251/35)l ；肋寬 b=(0.40.5)h 腹板厚 b=3050 cm鋼管混凝土肋拱：肋高 h = (1/451/65)l 箱形截面： 肋高 h = (1/401/55)l第二節 拱橋的構造及設計2.1 主拱圈的構造2.1.3 箱形拱特點：截面抗彎、抗扭剛度大，拱圈整體性好；單條箱肋穩定性好，能單箱肋成拱， 便于無支架施工；箱形截面能適應主拱圈各截面抵抗正負彎矩的需要；自重相對較輕；制作要求較高，吊裝設備較多， 主要適用于大跨徑拱橋。第二章 拱橋的構造及設計2.1 主拱圈的構造2.1.

5、3 箱形拱箱形拱的組成方式：由多條U形肋組成多室箱形截面；由多條工字形肋組成多室箱形截面；由多條閉合單箱肋肋組成多室箱形截面；單箱多室截面。第二章 拱橋的構造及設計2.1 主拱圈的構造2.1.3 箱形拱箱形拱的高度和寬度高 h = (1/551/75)l 或h = l 0 /100+(0.60.8)m寬 b=(0.51.0)x橋寬 第二節 拱橋的構造及設計2.1 主拱圈的構造2.1.4 雙曲拱橋雙曲拱橋的組成 拱板拱波橫向聯系拱肋雙曲拱橋主拱圈橫斷面第二節 拱橋的構造及設計2.1 主拱圈的構造2.1.4 雙曲拱橋主拱圈截面型式 雙曲拱橋主拱圈截面型式2.1 主拱圈的構造第二節 拱橋的構造及設計

6、2.1.5. 桁架拱橋 特點 整體工作，拱上結構與主拱圈構成桁架，共同受力； 材料省身，重量輕，對軟土地基有較好的適用性。 2.1 主拱圈的構造第二節 拱橋的構造及設計2.1.5. 桁架拱橋主要構造 上部結構由桁架拱片、橫向聯結系和橋面三部分組成 橫系梁橫隔板桁架部分實腹段（0.30.4)L0剪刀撐拉桿跨桁架拱片立面布置5m=(610)L0m2.1 主拱圈的構造第二節 拱橋的構造及設計2.1.5. 桁架拱橋主要構造 D=2mH=(1/301/50)L0橫隔板混凝土填平層預制微彎板剪刀撐拉桿II-II剖面I-I剖面橫系梁 2.1 主拱圈的構造第二節 拱橋的構造及設計2.1.5. 桁架拱橋主要構造

7、 桁架拱的主要形式 豎桿式三角形斜壓桿斜拉桿2.1 主拱圈的構造第二節 拱橋的構造及設計2.1.5. 桁架拱橋實例2.1 主拱圈的構造第二節 拱橋的構造及設計2.1.6. 剛架拱橋 特點 結構簡潔，整體性好，經濟美觀跨剛架拱片立面布置主梁橫系梁橫系梁主拱腿主支座次支座次拱腿次梁實腹段（0.40.5)L02.1 主拱圈的構造第二節 拱橋的構造及設計2.1.6. 剛架拱橋 跨線橋實例第二節 拱橋的構造及設計2.2 拱上建筑的構造 分為實腹式和空腹式兩類2.2.1 實腹式拱上建筑構造 組成：拱腹填料、側墻、護拱、變形縫、防水層、泄水管及橋面系等 半立面圖護拱防水層泄水管拱腹填料路面半縱斷面圖2.2

8、拱上建筑的構造第二節 拱橋的構造及設計2.2.2 空腹式拱上建筑構造空腹式拱除了具有實腹式拱上建筑相同的構造外，還具有腹孔和腹孔敦。 腹孔 腹孔構造 拱式拱上建筑梁式拱上建筑2.2 拱上建筑的構造第二節 拱橋的構造及設計2.2.2 空腹式拱上建筑構造 A. 拱式拱上建筑 腹孔的布置 主拱圈受力的要求：避免荷載過分集中于腹孔墩 拱橋外形美觀的要求：帶實腹段的空腹拱全空腹拱拱式拱上建筑腹孔墩實腹段2.2 拱上建筑的構造第二節 拱橋的構造及設計2.2.2 空腹式拱上建筑構造 A. 拱式拱上建筑 腹孔的形式： 圓弧線板式結構： 矢跨比 r=1/21/5 微彎板或扁殼結構：矢跨比 r=1/101/12

9、腹拱截面： 石板拱 30cm 混凝土 15cm 微彎板 14cm（預制6cm+現澆8cm） 2.2 拱上建筑的構造第二節 拱橋的構造及設計2.2.2 空腹式拱上建筑構造 A. 拱式拱上建筑 腹孔的變形縫 橋臺橋墩橋墩臺上腹拱的布置方式伸縮縫變形縫變形縫伸縮縫變形縫2.2 拱上建筑的構造第二節 拱橋的構造及設計2.2.3 空腹式拱上建筑構造 B. 梁式拱上建筑 橋臺橋墩、伸縮縫立柱實腹段縱鋪橋道板蓋梁底梁簡支（板）梁全空腹2.2 拱上建筑的構造第二節 拱橋的構造及設計2.2.3 空腹式拱上建筑構造 B. 梁式拱上建筑 縱梁墊墻橫鋪橋道板蓋梁立柱主拱縱梁橋道板剛架梁橫系梁拱形板立柱梁式拱上建筑2.

10、2 拱上建筑的構造第二節 拱橋的構造及設計2.2.2 空腹式拱上建筑構造 腹孔墩 橫墻（立墻）式和立柱式 立柱式橫墻（立墻）式2.3 拱橋的其它細部構造第二節 拱橋的構造及設計 拱上填料、橋面及人行道 伸縮縫與變形縫 排水與防水層 拱橋中鉸的設置 伸縮縫與變形縫的區別2.3 拱橋的其它細部構造第二節 拱橋的構造及設計拱橋中鉸的設置 按兩鉸拱或三鉸拱設計的主拱圈 腹拱圈因構造需要而設置 腹空墩上下因構造需要而設置 施工中為消除部分附加內力而設置的臨時鉸鉸的種類 弧形鉸 鉛墊鉸 平鉸 不完全鉸 鋼鉸 可用鋼筋混凝土、混凝土、石料做成。它是由兩個不同半徑的弧形表面塊體合成。一個為凹面，一個為凸面。鉸

11、的寬度等于拱圈(肋)的寬度。沿拱軸線方向的長度，取為拱厚的1.15-1.20倍。設計時應驗算接觸面的承壓應力和橫向拉應力。弧形鉸的作用并不完善，當圓筒形表面互相位移時壓力線的作用點可能偏離很多，此時，在靠近鉸的拱段小將產生附加彎短。鉸的接觸面應精確加工，以保證緊密結合。由于石鉸加工較堆，目前已用得不多。用厚度1520mm的鉛墊板，外部包以鋅、銅(10一20mm)薄片做成。勢板寬度為拱圈高度的1/413。鉛墊鉸是利用鉛的塑性變形，鉛墊板可以容許文承截面自由轉動來實現鉸的功能。為了使壓力正對中心，并且能承受勢力，設置穿過墊板中心而又不妨礙鉸轉動的錨桿。為承受局部壓力，在墩臺帽內以及鄰近鉸的拱段，需

12、用螺旋鋼筋或鋼筋網加強，拱的混凝土標號不低于25號。在計算鉛墊板時，其壓力作為沿墊板全寬均勻分布。 內于弧形鉸的構造較復雜，鉸面的加工既費工又難以保證質量，因此，對于空腔式拱上建筑的腹拱圈，由于跨徑較小，可以采用構造簡單的平鉸。平鉸是平面相接，直接抵承。平鉸的接縫間可用低標號的砂漿砌，也可墊付油毛氈或直接于砌接頭。 對于跨徑不大(如腹拱圈)或在輕型的結構物中(如人行橋)，可以采用不完全鉸。由于拱的截面急劇地減窄，保證了支承截面處的轉動而起到鉸的作用。在減窄的截面內，由于受壓不均勾，因此將發生很大的應力。頸縮部分可能開裂，有時須配以斜鋼筋，斜鋼筋應根據總的縱向力及剪力來計算。2.4 中下承式鋼筋

13、混凝土拱橋一、 適用場合與總體布置適用場合 當橋梁的建筑高度受到嚴格限制時，若采用上承式拱橋往往有困難，可采用下承式拱橋滿足橋下建筑高度；在不等跨的多孔連續拱橋中，為了平衡左右橋墩的水平推力，將較大跨徑一孔的矢跨比加大，做成中承式拱橋，可以減小大跨的水平推力；在平坦地形的河流上，采用中、下承式拱橋可以降低橋面的高度，有利于改善橋梁兩端引道的工程數量。應注意的是中下承式拱橋是推力拱，宜選擇較好的地基。總體布置1、中承式拱橋組成拱肋橫向聯系懸掛結構鋼筋混凝土或鋼管混凝土兩拱肋一般在平行的平面；為了提高橫向穩定，也可用提藍式拱拱軸線一般采用二次拋物線，也可采用懸鏈線拱肋一般采用無鉸拱；通常，拱肋失跨

14、比取值在1/41/7之間橫向聯接系一般可做成橫撐、對角撐或空格式等構造吊桿分剛性和柔性吊桿兩類行車道系由橋面板和縱、橫梁組成二 、中下承式鋼筋混凝土拱橋的構造拱肋的構造構造寬度高度截面變化吊桿的構造剛性吊桿柔性吊桿1、剛性吊桿剛性吊桿截面一般為矩形，采用預應力混凝土；除承受軸力外，還必須抵抗上下節點處的局部彎矩。為了減小剛性吊桿承受的彎矩，其截面尺寸在順橋方向應設計得小一些，而在橫橋向為了增加拱肋的穩定性，尺寸應該設計得大一些。2、柔性吊桿柔性吊桿一般采用高強鋼絲索或冷軋粗圓鋼制作，只承受軸力。關鍵是保證鋼索的耐久性，防止鋼絲的銹蝕非常重要。橋面板及縱梁的構造2、普通橫梁3、剛架橫梁（見拱上剛

15、架的構造）拱上門式剛架的構造三、拱式組合體系橋組成拱肋吊杠系杠橋面分類無推力拱（系桿拱）有推力柔性系桿剛性拱剛性系桿柔性拱剛性系桿剛性拱 拱式組合體系為在拱式橋跨結構中，將梁和拱兩種基本結構組合起來，共同承受荷載，充分發揮梁受彎，拱受壓的特點。根據拱肋和行車道的聯接方式不同，拱式組合體系可劃分為有推力拱和無推力拱兩種類性。無推力拱又稱系杠拱。1、 主要類型及設計特點主要類型柔性系杠剛性拱系桿僅受拉拱肋受壓和彎嚴格講：一般要求: 柔性系桿拱是無推力組合拱橋中出現得教早的一種類型，但是在向更大跨度發展和承受更重荷載時，必須加大拱肋截面尺寸，柔性系杠和拱肋的聯接部位更趨于復雜化，與其它拱式組合體系相

16、比，用料多，施工不便，因而教少在大跨重載情況下使用。剛性系桿柔性拱系桿受拉和彎拱肋主要受壓這種體系以梁為主要承重結構，相當于把桁架弦杠與梁組合起來，以梁為受力主體，曲線桁架對梁加勁。剛性系桿剛性拱系桿、拱肋受力介于以上兩者之間,拱肋和系桿都有一定的抗彎剛度，荷載引起的彎矩在拱肋和系杠之間按剛度分配，共同承受縱向力和彎矩。適設計荷載較大的橋梁采用。 以上三種組合體系中，當用斜吊杠代替豎杠時，又稱尼爾森體系其它類型2.5 拱橋的設計第二節 拱橋的構造及設計2.5.1.拱橋的總體體布置 橋面標高橋面標高基礎底面標高起拱線標高拱頂底面標高線路縱斷面、通航要求拱頂填料及拱圈結構高度拱頂底面標高通航、泄洪

17、等要求及經濟性起拱線標高2.5.1.拱橋的總體體布置在選定了橋位，進行了必要的水文水力計算，掌握了橋址處的地質、地形等資輯后，即可進行拱橋的總體布置。總體布置是否合理，考慮問題是否周全，不但直接影響橋梁的總造價，而且還對今后橋梁的使用、維護、管理帶來直接的影響。因此，拱橋的總體布置十分重要。一個好的設計，往往就體現在總體布置的優劣上。拱橋的總體布置應按照適用、經濟、安全和適當照顧美觀的原則進行。總體布置圖中闡明的主要內容，應包括擬用的結構體系及結構形式；橋梁的反度、路徑、孔數；拱的主要幾何尺寸，例如矢跨比，寬度、高度、外形等；橋梁的高度，墩臺及其基礎形式和埋置深度，橋上及橋頭引追加縱坡等。 (

18、一)確定橋梁長度及分孔 當通過水文水力計算和技術經濟等方面的比較，確定了兩岸橋臺臺門之間的總長度之后，在縱平橫三個方向綜合考慮橋梁與兩頭路線的銜接，可以確定橋臺的位置和長度，橋梁的全長便被確定下來。 在橋梁全長決定后，再根據橋址處的地形、地質等情況，并結合選用的結構體系和結構形式，施工條件，可以進一步地確定選擇單孔還是多孔。 (一)確定橋梁長度及分孔如果采用多孔拱橋的型式，如何進行分孔，是總體布置中一個比較重要的問題。如果跨越通航河流，在確定孔數與路徑隊一般分為通航孔和不通航孔兩部分。分孔時，除應保證凈孔徑之和滿足設計洪水通過的需要外，還應確定一孔或兩孔作為通航孔。通航孔跨徑和通航標高的大小應

19、滿足航道等級規定的要求見表413)，并與航道部門協商。通航孔的位置多半布置在常水位時的河床最深處或航行最方便的地方。對于航道可能變遷的河流，必須設置幾個通航的橋跨，一旦主流位置變遷時，也能滿足通航的要求。對于不通航孔或非通航河段，橋孔劃分可按經濟原則考慮，盡量使上下部結構的總造價最低。 在分孔中，有時為了避開深水區或不良的地質地段(如軟土層，溶洞，巖石破碎帶等)而可能將跨徑加大。在水下基礎結構復雜，施工因難的地方，為減少基礎工程，也可考慮采用較大跨徑。(一)確定橋梁長度及分孔對跨越高山峽谷、水流湍急的河道、或寬闊水庫的拱橋，建造多孔小跨不如繼造大跨來得經濟合理。在條件容許，并通過技術經濟比較，

20、甚至可采用單孔大跨拱橋。 分孔中，還應考慮施工的方便和可能，以及平戰結合的要求。通常，全橋宜采用等跨的成分組等跨的分孔方案，并盡量采用標準跨徑，以便于施工和修復，又能改善下部結構的受力和節省材料。此外，分孔中，還須注意整座橋的造型和美觀，有時，這可能成為一個主要因素加以考慮。 (二)確定橋梁的設計標高和矢跨比 拱橋的標高主要有四個，即橋面標高，拱頂底而標高，起拱線標高，基礎底面標高。這幾項標高的合理確定，是拱橋總體布置中的另一個重要問題。 (二)確定橋梁的設計標高和矢跨比 建在山區河流上的拱橋，由于兩岸公路路線的位置一般較高，橋面標高一般由兩岸線路的縱面設計所控制。對跨越平原區河流的拱橋，其橋

21、面最小高度一般由橋下凈空所控制。為了保證橋梁的安全，橋下必須留有足夠的排泄設計洪水流量的凈空。對于無鉸拱橋，可以構拱腳置于設計水位以下，但通常淹沒深度不得超過矢高f的23。為了保證漂浮物的通過，在任何情況下，拱頂底面應高出設計洪水位1.0m。對于有淤積的河床，橋下凈空尚應適當加高。對于通航河流，通航扎的最小橋面高度，除應滿足以上要求外，還應滿足對不同航道等級所規定的橋下凈空界限的要求。設計通航水位，一般是按一定購設計洪水頻率進行計算，并與航運部門具體協商決定。 (二)確定橋梁的設計標高和矢跨比 當橋面標高確定之后，由橋面標高減去拱頂處的建筑高度，就可得到拱頂底面的標高。 擬定起拱線標高時，為了

22、減小墩臺基礎底面的彎矩，節省墩臺的污工數量，一般宜選擇低拱腳的設計方案。但對于有鉸拱橋，拱腳需高出設計洪水位以上0.25m。為了防止冰害，有鉸或無鉸拱，拱腳均應高出最高流冰面0.25m。當洪水帶有大量漂浮物時，若拱上建筑采用立柱時，宜將起拱線標高提高，使主拱圈不要淹沒過多，以防漂浮物對立腳的撞擊或掛留。有時為了美觀的要求，應避免就地起拱，而應使墩臺露出地面一定的高度。至于基礎底面的標高，主要根據沖刷深度、地基承裁能力等因素確定。 矢跨比的確定。當拱頂、拱腳標高確定后，根據跨徑，即可確定拱的矢跨比。矢跨比是拱橋的一個特征數據，它不但影響主拱國內力，還影響拱橋施工方法的選擇，同時，對拱橋的外形能否

23、與周圍景物相協調也有很大關系。 拱的恒載水平推力Hg與垂直反力V g之比值，隨矢跨比的減小而增大。當矢跨比減小時，拱的推力增加，反之則推力減小。 通常，對于磚、石、混凝土拱橋雙曲拱橋，矢跨比一般為I418，不宜小于18；箱形拱橋的矢跨比，一般為16110。但拱橋最小矢跨比不宜小于112。一般將矢跨比大于或等于：15的拱稱為陡拱，矢跨比小于15的稱為坦拱。2.4 拱橋的設計第二節 拱橋的構造及設計2.4.1.拱橋的總體體布置 矢跨比 矢跨比與結構受力矢跨比與施工方式矢跨比與橋梁美觀矢跨比 f / l 越小 ，Hg / Vg 越大矢跨比 f / l 越小 ，附加內力 越大2.4 拱橋的設計第二節

24、拱橋的構造及設計2.4.1.拱橋的總體體布置 矢跨比 不同類型拱橋的常用矢跨比 石、混凝土板拱及雙曲拱橋 f / l = 1/4 1/6 箱形拱橋 f / l = 1/6 1/8 鋼筋混凝土桁架拱橋 f / l = 1/6 1/10 鋼筋混凝土剛架拱橋 f / l = 1/6 1/102.5 拱橋的設計第二節 拱橋的構造及設計2.5.1.拱橋的總體體布置 矢跨比 2.5 拱橋的設計第二節 拱橋的構造及設計2.5.2. 不等跨連續拱的處理方法 為減小恒載下由于不等跨產生的不平衡推力，可以：采用不同的矢跨比采用不同的拱腳標高調整拱上建筑的恒載重量采用不同類型的拱跨結構 (三)如何處理不等跨分孔的問題多孔拱橋最好選用等跨分孔的方案。在受地形、地質、通航等條件的限制，或引橋很長，考慮與橋面縱坡協調一致時，可以考慮用不等跨分孔的辦法處理。如一座跨越水庫的拱橋，全長375m，并底至橋面高達八十余米。根據地形、地質條件和經濟比較等綜合考慮，以采用不等跨分孔為宜。于是，跨越深谷的主孔路徑采用116m，而兩邊孔均采用72m。不等跨分孔 (三)如何處理不等跨分孔的問題 不等跨拱橋，由于相鄰