第七章--拱桥.ppt

7 7 拱桥拱桥7.1 7.1 概述概述7.2 7.2 拱桥的受力特点拱桥的受力特点7.4 7.4 拱桥的构造拱桥的构造7.3 7.3 拱桥的组成和分类拱桥的组成和分类7.5 7.5 拱桥的设计拱桥的设计1 图图7-1 赵州桥赵州桥2 图图7-2 7-2 山西丹河大桥山西丹河大桥 20012001年，跨径年，跨径146m146m，是目前，是目前世界上跨径最大世界上跨径最大的石拱桥。的石拱桥。3 图图7-37-3 万县长江大桥万县长江大桥世界最大跨径的钢筋混凝土拱桥，主跨世界最大跨径的钢筋混凝土拱桥，主跨420420米米 。4 图图7-47-4 重庆巫山长江大桥重庆巫山长江大桥 钢管混凝土拱桥，跨径钢管混凝土拱桥，跨径492m492m，同类桥梁当今世界之最。，同类桥梁当今世界之最。5 图图7-5 7-5 重庆朝天门大桥重庆朝天门大桥20092009年，主跨年，主跨552m552m，世界上，世界上跨径最大的系杆拱桥跨径最大的系杆拱桥。6 （2）能能充充分分就就地地取取材材，可可以以节节省省大大量量的的钢钢材材和和水水泥。泥。（1）跨越能力范围较大。）跨越能力范围较大。7.1 7.1 概述概述（3）耐久性好，维修、养护费用少。）耐久性好，维修、养护费用少。（4）外形美观。）外形美观。（5）构造较简单。）构造较简单。7.1.1拱桥的主要优缺点拱桥的主要优缺点7 （7 7）拱桥一般都采用有支架施工的方法修建，随）拱桥一般都采用有支架施工的方法修建，随着跨径和桥高的增大，支架或其它辅助设备的费用着跨径和桥高的增大，支架或其它辅助设备的费用也大大增加，从而增加了拱桥的总造价。也大大增加，从而增加了拱桥的总造价。（8 8）由于拱桥水平推力大，在连续多孔的大中桥）由于拱桥水平推力大，在连续多孔的大中桥梁中，为防止一孔破坏而影响全桥的安全，需要采梁中，为防止一孔破坏而影响全桥的安全，需要采用较复杂的措施，也会增加造价。用较复杂的措施，也会增加造价。（9 9）与梁式桥相比，上承式拱桥的建筑高度较高，）与梁式桥相比，上承式拱桥的建筑高度较高，易造成增大造价或对行车不利的影响。易造成增大造价或对行车不利的影响。（6 6）自重较大，相应的水平推力也较大，增加了）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。下部结构的工程量。8 7.2 7.2 拱桥的受力特点拱桥的受力特点图图7-6 拱和梁受力比较拱和梁受力比较图图7-7 拱和梁受力分析拱和梁受力分析9 图图7-8 拱桥的主要组成部分拱桥的主要组成部分7.3 7.3 拱桥的组成和分类拱桥的组成和分类7.3.1 7.3.1 拱桥的主要组成拱桥的主要组成（1 1）拱桥的上部结构）拱桥的上部结构主拱圈和拱上建筑（拱上结构）主拱圈和拱上建筑（拱上结构）（2 2）拱桥的下部结构）拱桥的下部结构桥墩、桥台、基础桥墩、桥台、基础 拱上建筑拱上建筑:上承式拱桥上部结构中主拱圈以上结上承式拱桥上部结构中主拱圈以上结构的总称。构的总称。7.3.2 7.3.2 拱桥的主要类型拱桥的主要类型（1）按结构受力图示分类）按结构受力图示分类图图7-8 拱桥的主要组成部分拱桥的主要组成部分10 主拱圈按不同的静力图示分类主拱圈按不同的静力图示分类三铰拱三铰拱 除有时用于拱上建筑的除有时用于拱上建筑的腹拱圈腹拱圈外，外，一般不用作主拱圈。一般不用作主拱圈。图图7-9 简单体系拱圈图示简单体系拱圈图示简单体系的拱桥的拱，简单体系的拱桥的拱，均为有推力拱。均为有推力拱。1 1）简单体系的拱桥）简单体系的拱桥地基条件较差时或坦拱时选用。地基条件较差时或坦拱时选用。二铰拱二铰拱钢筋混凝土无铰拱桥。钢筋混凝土无铰拱桥。无铰拱无铰拱11 图图7-11 简单体系拱桥简单体系拱桥12 组合体系拱桥按对墩台有无推力一般可划分为有组合体系拱桥按对墩台有无推力一般可划分为有推力的和无推力的两种类型。推力的和无推力的两种类型。2 2）组合体系拱桥）组合体系拱桥由由拱与梁拱与梁（或系杆）组成主要承重结构的拱桥。（或系杆）组成主要承重结构的拱桥。图图7-12 无推力的无推力的组合体系拱组合体系拱无推力的组合体系拱桥无推力的组合体系拱桥拱的推力由拱的推力由系杆系杆承受。承受。适用于地质不良桥位处。适用于地质不良桥位处。13 图图7-13 有推力的有推力的组合体系拱组合体系拱有推力的组合体系拱桥有推力的组合体系拱桥拱的推力由拱的推力由墩台墩台承受。承受。14 图图7-13 有推力的有推力的组合体系拱组合体系拱15 （2 2）按主拱圈截面形式分类）按主拱圈截面形式分类 图图7-14 7-14 主拱圈截面变化形式主拱圈截面变化形式16 1 1）板拱）板拱图图7-15 7-15 主拱圈截面形式主拱圈截面形式 2 2）肋拱）肋拱4 4 4 4）箱形拱）箱形拱）箱形拱）箱形拱3 3 3 3）双曲拱）双曲拱）双曲拱）双曲拱 17 图图7-16 四川九溪沟桥四川九溪沟桥跨径为116m，建成时是世界上跨径最大的石拱桥18 图图7-17 流溪桥流溪桥19 图图7-18 兰江桥兰江桥20 图图7-19 红旗桥横截面红旗桥横截面21 主拱圈材料主拱圈材料圬工、钢筋混凝土、钢和钢圬工、钢筋混凝土、钢和钢-混凝土混凝土组合组合拱上建筑形式拱上建筑形式实腹式和空腹式拱桥实腹式和空腹式拱桥主拱圈线型主拱圈线型圆弧线、抛物线和悬链线拱桥圆弧线、抛物线和悬链线拱桥桥面位置桥面位置上承式、中承式和下承式拱桥上承式、中承式和下承式拱桥有无水平推力有无水平推力有推力和无推力拱桥有推力和无推力拱桥（3 3）拱桥的其它分类）拱桥的其它分类7.4 7.4 拱桥的构造拱桥的构造7.4.1 7.4.1 主拱圈的构造主拱圈的构造（1 1）板拱板拱板拱板拱 22 1 1）石板拱）石板拱截面形式截面形式拱圈砌筑应满足拱圈砌筑应满足下列构造要求：下列构造要求：错缝错缝图图7-21 拱石的错缝要求拱石的错缝要求限制砌缝宽度限制砌缝宽度 图图7-20 等变截面拱的拱石编号等变截面拱的拱石编号23 图图7-22 拱圈与墩台及腹孔墩的连接拱圈与墩台及腹孔墩的连接设五角石设五角石 24 2 2 2 2）混凝土板拱）混凝土板拱）混凝土板拱）混凝土板拱图图7-23 钢筋混凝土板拱的横截面钢筋混凝土板拱的横截面（2 2）肋拱）肋拱）肋拱）肋拱图图7-24 肋拱桥立面布置图肋拱桥立面布置图25 图图7-25 肋拱拱肋截面型式肋拱拱肋截面型式图图7-26 箱形肋拱横系梁布置形式箱形肋拱横系梁布置形式26 图图7-27 流溪桥流溪桥27 （3 3）双曲拱）双曲拱 双曲拱桥的主要特点是将拱圈以双曲拱桥的主要特点是将拱圈以“化整为零化整为零”的的方法按先后顺序进行施工，再以方法按先后顺序进行施工，再以“集零为整集零为整”的组合的组合式整体结构承重。式整体结构承重。图图7-28 双曲拱桥主拱圈横断面双曲拱桥主拱圈横断面28 图图7-29 双曲拱桥主拱圈断面型式双曲拱桥主拱圈断面型式29 图图7-30 拱肋截面型式拱肋截面型式图图7-31 拱肋分段的接头位置拱肋分段的接头位置30 图图7-32 双曲拱桥主拱圈横断面双曲拱桥主拱圈横断面（4 4）箱形拱）箱形拱 图图7-33 箱形拱拱圈截面示意箱形拱拱圈截面示意31 图图7-34 箱形拱闭合箱的构造箱形拱闭合箱的构造32 1 1）箱形拱截面的组成方式）箱形拱截面的组成方式 图图7-35 箱形拱截面的组成方式箱形拱截面的组成方式2 2）箱形拱的施工方法箱形拱的施工方法 预制拱箱无支架吊装或有支架现场浇筑。预制拱箱无支架吊装或有支架现场浇筑。33 图图7-36 红旗桥横截面红旗桥横截面34 7.4.27.4.2 拱上建筑构造拱上建筑构造（1 1）实腹式拱上建筑实腹式拱上建筑 图图7-37 实腹式拱上建筑实腹式拱上建筑 实腹式拱上建筑由实腹式拱上建筑由拱腹填料、侧墙、防水层、护拱腹填料、侧墙、防水层、护拱、桥面拱、桥面等组成。等组成。35 图图7-37 实腹式拱上建筑实腹式拱上建筑（2 2）空腹式拱上建筑）空腹式拱上建筑 空腹式拱上建筑除具有实腹式拱上建筑相同的空腹式拱上建筑除具有实腹式拱上建筑相同的构造外，还具有构造外，还具有腹孔腹孔和和腹孔墩腹孔墩。图图7-38 拱式拱上建筑拱式拱上建筑1 1）腹孔）腹孔拱式腹孔拱式腹孔36 图图7-39 桥墩台上腹拱的布置方式桥墩台上腹拱的布置方式 紧紧靠靠桥桥墩墩台台的的第第一一个个腹腹拱拱，目目前前较较多多的的有有两两种种做法：做法：一种是将腹拱的一种是将腹拱的拱脚直接支承在墩台上拱脚直接支承在墩台上；一一种种是是跨跨越越桥桥墩墩，使使桥桥墩墩两两侧侧的的腹腹拱拱圈圈相相连连，靠近墩台的第一个腹拱应做成靠近墩台的第一个腹拱应做成三铰拱三铰拱。37 图图7-40 延安延河桥延安延河桥38 图图7-41 梁式腹孔拱上建筑梁式腹孔拱上建筑梁式腹孔梁式腹孔简支腹孔简支腹孔（纵铺桥道板梁）（纵铺桥道板梁）39 图图7-41 梁式腹孔拱上建筑梁式腹孔拱上建筑连续腹孔连续腹孔框架腹孔框架腹孔40 图图7-42 梁式腹孔拱桥梁式腹孔拱桥41 图图7-43 腹孔墩腹孔墩2 2）腹孔墩）腹孔墩横墙式横墙式立柱式立柱式42 宝珠寺桥图图7-44 宝珠寺桥宝珠寺桥43 (1)(1)拱上填料、桥面及人行道拱上填料、桥面及人行道 一一般般情情况况下下，主主拱拱圈圈及及腹腹拱拱圈圈的的拱拱顶顶填填料料厚厚度度（包包括括桥桥面面厚厚度度）不不宜宜小小于于30cm。图图7-45 拱上建筑拱上建筑7.4.3 7.4.3 其它细部构造其它细部构造 当当填填料料厚厚度度（包包括括路路面面 厚厚 度度）等等 于于 或或 大大 于于50cm时时，设设计计计计算算中中不不计入汽车荷载的冲击力。计入汽车荷载的冲击力。44 图图7-46 小跨径实腹拱伸缩缝布置小跨径实腹拱伸缩缝布置（2）伸缩缝与变形缝伸缩缝与变形缝 通通常常在在相相对对变变形形较较大大的的位位置置设设置置伸伸缩缩缝缝，而而在在相相对对变变形形较较小小处处设设置置变变形缝形缝。对小跨径实腹对小跨径实腹拱，伸缩缝设在两拱，伸缩缝设在两拱脚拱脚的上方，并在的上方，并在横桥方向贯通全宽横桥方向贯通全宽和侧墙全高及至人和侧墙全高及至人行道。行道。45 图图7-47 拱式空腹拱桥伸缩缝及变形缝的布置拱式空腹拱桥伸缩缝及变形缝的布置 对对拱拱式式空空腹腹拱拱桥桥，通通常常紧紧靠靠墩墩台台的的第第一一个个腹腹拱拱做做成成三三铰铰拱拱，并并在在紧紧靠靠墩墩台台的的拱拱铰铰上上方方设设置置伸伸缩缩缝缝，且且应应贯贯通全桥宽，而其余两拱铰上方设置通全桥宽，而其余两拱铰上方设置变形缝变形缝。在在大大跨跨径径拱拱桥桥中中，还还应应将将靠靠拱拱顶顶的的腹腹拱拱做做成成两两铰铰或或三三铰铰拱拱，并并在在拱拱铰铰上上方方设设变变形形缝缝，以以使使拱拱上上建建筑筑更更好好地地适适应应主主拱拱的变形。的变形。46 图图7-48 梁式空腹拱桥伸缩缝的布置梁式空腹拱桥伸缩缝的布置 对对梁梁式式腹腹孔孔，通通常常是是在在桥桥台台和和墩墩顶顶立立柱柱处处设设置标准置标准伸缩缝伸缩缝，而在其余立柱处采用，而在其余立柱处采用桥面连续桥面连续。47 图图7-49 拱桥桥面排水装置拱桥桥面排水装置（3 3）排水与防水层排水与防水层48 （4 4）拱桥中铰的设置）拱桥中铰的设置2）按构造要求需采用两铰拱或三铰拱的腹拱圈。）按构造要求需采用两铰拱或三铰拱的腹拱圈。1）按两铰拱或三铰拱设计的主拱圈。）按两铰拱或三铰拱设计的主拱圈。防水层在全桥范围内防水层在全桥范围内不宜断开不宜断开。3）需设置铰的矮小腹孔墩。）需设置铰的矮小腹孔墩。图图7-50 防水层与拱腹泄水管的设置防水层与拱腹泄水管的设置49 4）在施工过程中，在拱脚或拱顶设置临时铰。）在施工过程中，在拱脚或拱顶设置临时铰。图图7-51 拱桥中铰的设置拱桥中铰的设置图图7-52 拱铰拱铰50 图图8-63-1 弧形铰弧形铰图图7-52 拱铰拱铰51 7.5.1 拱桥的总体设计拱桥的总体设计7.5 7.5 拱桥的设计拱桥的设计（1）确定桥长和分孔）确定桥长和分孔（2）确定桥高与矢跨比）确定桥高与矢跨比 基础底面标高基础底面标高：河流冲刷深度、地质情况及承载力要求。：河流冲刷深度、地质情况及承载力要求。起拱线标高起拱线标高：一般选择：一般选择低低拱脚。拱脚。52 1 1）采用不同的矢跨比）采用不同的矢跨比2 2）采用不同的拱脚标高）采用不同的拱脚标高3 3）调整拱上建筑的恒载重量）调整拱上建筑的恒载重量4 4）采用不同类型的拱跨结构）采用不同类型的拱跨结构（3 3）不等跨连续拱桥的处理方法不等跨连续拱桥的处理方法拱顶底面标高拱顶底面标高桥面标高：桥面标高：一方面由两岸线路的一方面由两岸线路的纵断面设计纵断面设计来控制，另一方面来控制，另一方面保证保证桥下净空桥下净空能满足通航、泄洪及立交等的要求。能满足通航、泄洪及立交等的要求。图图7-53 不等跨分孔的拱桥不等跨分孔的拱桥矢跨比大时，拱脚处过陡，砌筑和现浇困难；矢跨比小时，附矢跨比大时，拱脚处过陡，砌筑和现浇困难；矢跨比小时，附加内力大。加内力大。53 图图7-54 罗依溪桥罗依溪桥54 2020m m以下的小跨径拱桥。以下的小跨径拱桥。图图7-55 拱桥拱轴线型拱桥拱轴线型（1 1）圆弧线圆弧线7.5.2 7.5.2 拱轴线的选择拱轴线的选择实腹式拱桥实腹式拱桥 （2 2）悬链线悬链线 钢筋混凝土桁架拱钢筋混凝土桁架拱和刚架拱等轻型拱桥。和刚架拱等轻型拱桥。（3 3）抛物线抛物线 以以恒载压力线恒载压力线为设计拱轴为设计拱轴线，认为基本上是适宜的。线，认为基本上是适宜的。55 图图7-56 桁架拱桥的主要组成部分桁架拱桥的主要组成部分7.6.1桁架拱桥桁架拱桥7.6 7.6 其它类型拱桥的构造其它类型拱桥的构造 桁架拱桥上部结构由桁架拱桥上部结构由桁架拱片、横向联结系和桥桁架拱片、横向联结系和桥面系面系组成。组成。56 根据构造不同，桁架拱可以分为根据构造不同，桁架拱可以分为斜（腹）杆式、斜（腹）杆式、竖（腹）杆式、桁肋式和组合式竖（腹）杆式、桁肋式和组合式四种。四种。图图7-56 桁架拱桥的主要组成部分桁架拱桥的主要组成部分57 图图7-57 斜（腹）杆式桁架拱片斜（腹）杆式桁架拱片58 图图7-58 桁架拱片桁架拱片59 图图7-59 斜腹杆桥斜腹杆桥60 图图7-60 桁式组合拱桥桁式组合拱桥61 图图7-61 刚架拱桥的主要组成部分刚架拱桥的主要组成部分7.6.2 7.6.2 刚架拱桥刚架拱桥 刚架拱桥的上部结构是由刚架拱桥的上部结构是由刚架拱片、横向联结刚架拱片、横向联结系和桥面系系和桥面系等部分组成。等部分组成。62 图图7-62 刚架拱桥的基本图示刚架拱桥的基本图示63 图图7-63 刚架拱桥刚架拱桥64 7.6.37.6.3中、下承式拱桥中、下承式拱桥 图图7-64 中承式钢筋混凝土拱桥的总体布置中承式钢筋混凝土拱桥的总体布置 中、下承式拱桥的上部结构一般由中、下承式拱桥的上部结构一般由拱肋、横向拱肋、横向联系和悬挂结构联系和悬挂结构等部分组成。等部分组成。65 图图7-65 中承式钢管混凝土系杆拱桥中承式钢管混凝土系杆拱桥66 图图7-66 下承式拱桥下承式拱桥67 7.6.47.6.4钢管混凝土拱桥钢管混凝土拱桥图图7-67 钢管与钢管混凝土的组合关系钢管与钢管混凝土的组合关系图图7-68 南海三山西大桥总体布置图南海三山西大桥总体布置图68 主跨为90m钢筋混凝土箱肋中承式拱图图7-69 拱肋截面形式拱肋截面形式 钢管混凝土拱桥由钢管混凝土拱肋、立柱或吊杆、钢管混凝土拱桥由钢管混凝土拱肋、立柱或吊杆、横撑、行车道系等组成。横撑、行车道系等组成。69 图图7-70 钢管混凝土拱桥钢管混凝土拱桥 70