1. 拱桥的基本组成及主要特点

(1) 基本情况

受力分析

1) 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。
  

3) 优点和缺点

优点

跨越能力较大

可节省大量钢材和水泥

耐久性好，维护费用少

形式多样，外型美观

缺点

跨径大时，自重较大

水平推力的存在增加了下部结构工程量

多孔连续拱桥互相影响(不平衡推力)

上承式拱桥建筑高度大，既增加了造价又对行车不利

(2) 基本组成

基本组成

1) 实腹式拱桥组成

实腹拱桥

1—主拱圈；2—拱顶；3—拱脚；4—拱轴线；5—拱腹；6—拱背；7—栏杆；8—人行道块石；9—伸缩缝；10—侧墙；11—防水层；12—填料；13—桥面；14—桥台；15—基础；16—盲沟；17—锥坡；L0—净跨径；L—计算跨径；f0—净矢高；f—计算矢高；f/L—矢跨比

2) 空腹式拱桥组成

空腹式拱桥

a)

(3) 主要技术名词

b)

技术名词示意图

名词介绍

拱圈最高处称拱顶，拱圈与墩台连接处为拱脚

拱圈横截面形心的连线称拱轴线，拱圈上曲面称拱背，下曲面称拱腹，起拱面与拱腹的交线称起拱线

净跨径(l₀)：每孔拱跨两个起拱线之间的平距

计算跨径(l )：相邻两拱脚截面形心之间的平距（即拱轴线两端点之间的平距）

净矢高(f₀)：拱顶截面下缘至起拱线连线之间的垂距

计算矢高(f)：拱顶截面形心至相邻两拱脚截面形心之连线的垂距

矢跨比(D 或 D₀)又称矢度，计算矢高与计算跨径之比

(D=f/l) 或净矢高与净跨径之比(D₀=f₀ / l₀)

2. 拱桥的分类

(1) 拱圈材料

拱桥分类

A)圬工拱桥

B)钢筋混凝土拱桥

C)钢管混凝土拱桥

D)钢拱桥

拱面材料

(2)拱上建筑

1) 实腹式拱桥

实腹式拱桥

2)空腹式拱桥

空腹式拱桥

(3)拱轴线型

a)圆弧线拱桥

b)抛物线拱桥

c)悬链线拱桥

(4) 桥面位置

桥面位置

(5) 结构受力图式

1) 简单体系拱桥

a)

b)

简单体系拱桥

受力特点：行车系结构不参与主拱受力，有推力

三铰拱：静定结构，无附加内力

缺点：构造复杂、维护费用高、整体刚度下降

Q:

空腹式拱桥的拱上建筑中的边腹孔常用三角拱。为什么？

A:

提示：课本内有。

a)三铰拱

两铰拱：与无铰拱相比，附加内力减少；与三铰拱相比，整体性提高

使用：地基不好，坦拱（推力大）

b)两铰拱

三次超静定：有附加内力，地基要求高；内力分布均匀，节省材料

无铰：构造简单、维护费用降低、整体刚度提高

c)无铰拱

2) 组合体系拱桥

拱式组合体系桥一般由拱肋、系杆、吊杆（或立柱）、行车道梁（板）及桥面系等组成。

组合体系拱桥

受力特点 ：行车系与主拱同时受力

无推力拱式组合体系桥（也称系杆拱桥）是外部静定结构，兼有拱桥的较大跨越能力和简支梁桥对地基适应能力强的两大特点。拱的推力由系杆承受，系杆的含义就是一个将两拱脚相互联系在一起的水平构件，因而墩台不承受水平推力。

a. 无推力拱

 

a)柔性系杆刚性拱（系杆拱）

b)刚性系杆柔性拱 （蓝格尔拱）

c)刚性系杆刚性拱 （洛泽拱）

无推力拱的基本类型

b.有推力拱

此种组合体系拱没有系杆，由单独的梁和拱共同受力，拱的推力仍由墩台承受。

a)刚性梁柔性拱 （倒蓝格尔拱）

b)刚性梁刚性拱 （倒洛泽拱）

(6) 截面型式  

1) 板拱桥

主拱圈采用矩形实体截面的拱桥称为板拱桥

板拱又可分为石板拱、混凝土板拱 和 钢筋混凝土板拱等

构造简单、施工方便，使用广泛。自重较大，不经济，通常在地基较好的中小跨径圬工拱桥中采用

混凝土肋拱

双曲拱

箱形拱

钢管混凝土拱

3.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

(1) 高程系统的确定

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

1) 桥面标高

桥下净空要求（通航、洪水）

线路纵断面要求（i、引道长等）

2) 拱顶底面标高 

拱顶底面标高=桥面标高-拱顶处的建筑高度

3) 起拱线标高h_b

4) 基底标高   

与地基有关（冲刷深度、承载力）

(2) 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。

Q:

拱的水平推力同矢跨比成反比，为什么？

A:

提示：从受力分析来考虑

(3)连拱体系中的分跨

等跨分孔

不等跨分孔

不等跨拱桥不平衡推力的处理

处理目的：减小不等跨恒载产生的不平衡推力

处理依据：水平推力大小与矢跨比成反比

采取措施：

• 采用不同的矢跨比

• 采用不同的拱脚标高
  

• 调整拱上建筑的重力

• 采用不同的拱跨结构
  

• 采用不对称桥墩

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知识点：拱桥组成