概述

1.拱橋的特點(diǎn)及其適用范圍

（1）拱橋是橋梁工程中使用廣泛且歷史悠久的一種橋梁結(jié)構(gòu)類(lèi)型,。拱橋與梁橋的受力性能有著本質(zhì)區(qū)別，拱橋可以利用鋼筋混凝土等材料來(lái)修建, 也可以利用抗壓性能較好而抗拉性能較差的圬工材料來(lái)修建,。

（2）拱橋的主要優(yōu)點(diǎn)是：①跨越能力大,。②抗風(fēng)穩(wěn)定性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)整體性好,。③能充分利用圬工和鋼筋混凝土等材料,。④耐久性好，而且養(yǎng)護(hù),、維修費(fèi)用低,。⑤構(gòu)造簡(jiǎn)單，有利于廣泛應(yīng)用,。⑥建筑藝術(shù)造型簡(jiǎn)潔美觀,。

（3）拱橋的主要缺點(diǎn)是：①下部結(jié)構(gòu)的工程量大,，要求有良好的地基條件。②對(duì)于多孔連續(xù)的大,、中跨徑的拱橋,，需要采用特殊的措施以承受不平衡的推力，增加了造價(jià),。③與梁式橋相比,，上承式拱橋的建筑高度較高,，對(duì)行車(chē)不利,。④傳統(tǒng)的拱橋施工工序多，難度大,，費(fèi)用高,，工期長(zhǎng)。

（4）拱橋在橋梁設(shè)計(jì)方案中常被選用,。

2.拱橋的組成

（1）實(shí)腹式拱橋的組成

①拱橋同樣由橋跨結(jié)構(gòu)及下部結(jié)構(gòu)兩大部分組成,。拱橋的橋跨結(jié)構(gòu)由主拱圈(肋、箱),，傳力結(jié)構(gòu)和橋面系組成,。

②橋面系和傳力結(jié)構(gòu)，在上承式拱橋中統(tǒng)稱為拱上結(jié)構(gòu),；實(shí)腹式拱橋?qū)偕铣惺焦皹?，其傳力結(jié)構(gòu)包括側(cè)墻和拱腔填料等。

圖5.2.1 實(shí)腹式拱橋組成

（2）空腹式拱橋的組成

①空腹式拱橋的傳力結(jié)構(gòu)包括支承橋面系的縱,、橫梁系和立柱(上承式)或吊桿(下承式),。在下承式拱橋中傳力結(jié)構(gòu)稱為懸吊結(jié)構(gòu)；對(duì)于中承式拱橋既有拱上結(jié)構(gòu),，也有懸吊結(jié)構(gòu),。

②在簡(jiǎn)單體系拱橋中，主拱是拱橋的主要承重構(gòu)件,，傳力結(jié)構(gòu)不與主拱一起共同承受荷載,。在組合體系拱橋中，傳力結(jié)構(gòu)與主拱剛性聯(lián)成整體拱片,，以共同承受荷載,。

③拱橋的下部結(jié)構(gòu)由橋墩、橋臺(tái)及基礎(chǔ)組成,，用以支承橋跨結(jié)構(gòu),，將橋跨結(jié)構(gòu)的荷載傳遞至地基，并與兩岸路堤相連接,。

圖5.2.2 空腹式拱橋組成

3.拱橋的分類(lèi)

（1）按建筑材料分：圬工拱橋,、鋼筋混凝土拱橋,、預(yù)應(yīng)力混凝土拱橋、鋼拱橋,；

（2）按傳力結(jié)構(gòu)的形式分：實(shí)腹式拱橋,、空腹式拱橋；

（3）按主拱軸線形式分：圓弧線拱橋,、拋物線拱橋,、懸鏈線拱橋；

（4）按橋面構(gòu)造的位置分：上承式拱橋,、下承式拱橋,、中承式拱橋；

（5）按拱腳有無(wú)水平推力分：推力拱橋,、無(wú)推力拱橋,；

（6）按拱橋的結(jié)構(gòu)體系分：簡(jiǎn)單體系拱橋、組合體系拱橋,；

簡(jiǎn)單體系拱是指拱上全部荷載由主拱圈(肋)單獨(dú)承擔(dān),，拱的傳力結(jié)構(gòu)不參與受力，只算作荷載的拱橋結(jié)構(gòu)體系,。

組合體系拱橋一般由拱和梁,、桁架或剛架等兩種以上的基本結(jié)構(gòu)體系組合而成，拱橋的傳力結(jié)構(gòu)與主拱按不同的構(gòu)造方式形成整體結(jié)構(gòu),，以共同承受荷載,，其力學(xué)性能和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)往往優(yōu)于同等設(shè)計(jì)條件的單一結(jié)構(gòu)體系。根據(jù)構(gòu)造方式及受力特點(diǎn),，組合體系拱橋可分為桁架拱橋,、剛架拱橋、桁式組合拱橋和拱式組合體系橋等四大類(lèi),。

圖5.2.3 組合體系拱橋靜力圖式

①桁架拱

又稱拱形桁架橋,，由拱和桁架兩種結(jié)構(gòu)體系組合而成。結(jié)構(gòu)整體性強(qiáng),，受力合理,。其中斜桿式桁架拱是采用較多的一種形式，分為斜壓桿式,、斜拉桿式和三角形式三種,，其中斜拉桿式采用最多。桁架拱橋?qū)浲恋鼗休^好的適應(yīng)性,。桁架拱橋的構(gòu)件除橋面外大部分都可預(yù)制安裝,。一般以20m～50m中等跨徑為宜。采用預(yù)應(yīng)力桁架拱橋可提高跨越能力,。

②剛架拱

剛架拱橋也是一種有推力的拱橋,。其外形與桁架拱橋相似,，但構(gòu)造比桁架拱橋簡(jiǎn)單，整個(gè)橋跨沒(méi)有豎桿,只有少量的斜桿,，構(gòu)件少,，節(jié)點(diǎn)也少。剛架拱橋結(jié)構(gòu)整體好,剛度大,結(jié)構(gòu)整體受力合理,，自重輕,用鋼量少,可預(yù)制安裝,施工簡(jiǎn)便,工期短,，對(duì)地基承載力要求低。剛架拱橋還具有適用性強(qiáng),，結(jié)構(gòu)線條簡(jiǎn)單,，造型美觀，經(jīng)濟(jì)效益好等優(yōu)點(diǎn),，已在我國(guó)得到了廣泛應(yīng)用,。目前,，我國(guó)剛架拱橋跨徑已達(dá)90m,，一般認(rèn)為以50m 左右的跨徑為宜。

③桁式組合拱橋

由兩端的懸臂桁架梁和中段的桁架拱組成的拱梁組合體系,，也是一種有推力結(jié)構(gòu),。主孔桁架一般采用斜桿式，可分為三角形式,、斜壓桿式和斜拉桿式三種,，主孔的懸臂重量將通過(guò)上弦拉力傳遞給邊孔。拱上建筑與主拱聯(lián)合受力,，整體性好,，縱橫向剛度大；懸臂桁架與桁架拱的上弦在節(jié)間處斷開(kāi),，可減小上弦桿拉力,；懸臂桁架在施工期與營(yíng)運(yùn)期受力一致。桁式組合拱橋?qū)Υ罂鐝綐蛄?，具有良好的?jīng)濟(jì)效益,。

圖5.2.4 桁架拱橋構(gòu)造

圖5.2.5 剛架拱構(gòu)造

圖5.2.6 桁式組合拱橋的組成

①拱式組合體系橋

是將拱肋和系桿組合起來(lái)，共同承受荷載,，可充分發(fā)揮各構(gòu)件的材料強(qiáng)度,。拱式組合體系橋可做成有推力的拱式組合體系橋和無(wú)推力的拱式組合體系橋；也可以做成上承式,、中承式或下承式三種型式,。

具有豎直吊桿的柔性系桿剛性拱，稱為系桿拱,；

具有豎直吊桿的剛性系桿柔性拱,，稱為藍(lán)格爾,；

具有豎直吊桿的剛性系桿剛性拱，稱為洛澤拱,；

具有斜向吊桿的無(wú)推力拱橋,，統(tǒng)稱尼爾森拱；

圖5.2.7 無(wú)推力式拱橋

圖5.2.8 有推力拱橋

（1）按主拱截面形式分：板拱橋,、肋拱橋,、箱形拱橋、雙曲拱橋,；

①板拱橋的主拱是在整個(gè)橋?qū)拑?nèi)連續(xù)的矩形截面,。按照截面型式可分為實(shí)體板拱、空心板拱,。實(shí)體板拱可建成等截面圓弧拱,、等截面或變截面懸鏈線拱。主拱可使用磚石塊砌筑,、也可用混凝土或鋼筋混凝土澆筑,。板拱橋通常用于地基條件較好的中、小跨徑的石砌或混凝土預(yù)制塊砌筑的拱橋或混凝土和鋼筋混凝土拱橋,。

②肋拱橋的主拱由兩條或兩條以上分離的,、高度較大的拱肋組成，拱肋之間由橫系梁相聯(lián),。與板拱相比,，肋拱用較小的截面獲得更大的抗彎能力，較多地減輕了主拱重量,，使拱肋內(nèi)力中恒載影響減小,，而活載影響增大，并出現(xiàn)較大彎矩,，故宜采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),。肋拱橋跨越能力較大，適用于大,、中跨拱橋,。  

③箱形拱橋的主拱外形與空心板拱相似。箱形拱與板拱相比,，可節(jié)省大量的圬工體積,，減輕重量，降低上,、下部結(jié)構(gòu)的造價(jià),；中性軸基本居中，能夠較好地適應(yīng)各截面正負(fù)彎矩的變化；閉合箱形截面的抗彎,、抗扭剛度較其它形狀截面要大,，主拱的整體性和穩(wěn)定性好，截面應(yīng)力比較均勻,；預(yù)制箱室的寬度較大,，操作安全，易于保證施工質(zhì)量,。適合于50m 以上的大跨徑拱橋,。

④雙曲拱橋的主拱是由拱肋、拱波,、拱板和橫向聯(lián)接系等四部分組成,，是一種特殊的預(yù)制裝配式肋板拱。雙曲拱結(jié)構(gòu)存在眾多的接縫與接觸面,，截面整體性較差,。目前在大跨徑拱橋中，雙曲拱橋有被箱形拱橋取代的趨勢(shì),。

圖5.2.9 主拱橫截面型式

（2）按矢跨比的大小分：矢跨比大于或等于1/5 的拱稱為陡拱,，矢跨比小于1/5 的拱稱為坦拱。

（3）按結(jié)構(gòu)體系含鉸數(shù)量分為：兩鉸拱,；兩鉸拱,；無(wú)鉸拱；

三鉸拱屬于外部靜定結(jié)構(gòu),。一般用于大、中跨徑空腹式拱上建筑的腹拱,，不宜用來(lái)作為主拱,。在軟土地基或寒冷地區(qū)修建拱橋時(shí)可以采用三鉸拱。兩鉸拱屬外部一次超靜定結(jié)構(gòu),，其特性界于三鉸拱與無(wú)鉸拱之間,。因地基條件較差而不易修建無(wú)鉸拱時(shí)，可考慮采用兩鉸拱,。鋼桁架拱通常采用兩鉸拱結(jié)構(gòu)形式,。無(wú)鉸拱屬外部三次超靜定結(jié)構(gòu)。一般在地基條件良好處修建,，是大跨徑橋梁的主要橋形之一,。

圖5.2.10 拱圈的靜力圖式