桥梁施工技术教学大纲-武汉理工大学

第一章拱桥概述【教学要点】拱桥的主要组成部分及各部分的名称；拱桥的主要类型；拱桥与梁桥的区别；拱桥的一般特点；拱桥的优缺点及适用范围。

【教学要求】掌握拱桥的主要组成部分及各部分的名称、拱桥的主要类型；熟悉拱桥与梁桥的区别；掌握拱桥的特点和适用范围。

【重点难点】重点：拱桥各部分名称、拱桥特点和适用范围。

【本章知识点】第一节拱桥特点和适用范围1.拱桥的发展古代拱桥：拱轴曲线造型的千变万化，其中最具有代表意义的是建于公元 595-606年的赵州桥。

当代拱桥：结构型式与施工方法的丰富多彩，如重庆万县长江大桥、广州丫髻沙大桥、澳大利亚悉尼钢拱桥、上海卢浦大桥、重庆朝天门大桥。

2.拱桥主要特点拱桥在竖向荷载作用下，两端支承处除有竖向反力外，还产生水平推力。

正是这个水平推力，使拱内产生轴向压力，大大减小跨中弯矩，使之成为偏心受压构件。

截面应力分布与受弯梁应力相较为均匀，可充分利用主拱截面材料强度，使跨越能力增大。

根据理论推算，混凝土拱桥极限跨度可达500米左右，钢拱桥极限跨度可达1200米左右。

主要优点1）能就地取材，与钢筋混凝土梁桥相比，可节省大量钢材和水泥。

2）跨越能力较大。

3）构造较简单，尤其是圬工拱桥，技术容易被掌握，有利于广泛采用。

4）耐久性能好，维修、养护费用少。

5）外形美观。

主要缺点1）自重较大，相应水平推力也较大，增加了下部结构工程量。

当采用无铰拱，基础发生位移或沉降所产生附加力大，对地基条件要求高。

2）多孔连孔中间墩，其左右水平推力相互平衡，一旦一孔出现问题，其他孔也会因水平力不平衡而相继毁坏。

3）与梁桥相比，上承式拱桥建筑高度较高，当用于城市立交及平原区，因拱面标高提高，而使桥两头接线工程量增大，或使桥面纵坡增大，既增加了造价又对行车不利。

4）混凝土拱施工需要劳动力较多，建桥时间较长等。

拱桥缺点正在改善：如地质条件不好处建拱桥，可从结构体系、构造型式采取措施，以及利用轻质材料来减轻结构自重，或采取措施提高地基承载能力。

为节约劳动力，加快施工进度，可采用预制装配及无支架施工。

这有效扩大拱桥适用范围，提高跨越能力。

200-600m范围，拱桥仍然是悬索桥和斜拉桥的有力竞争对手。

第二节拱桥组成及主要类型一、拱桥的基本组成拱桥由桥跨结构（上部结构）和下部结构组成。

根据桥面位置的不同，分为上承式拱桥、中承式拱桥、下承式拱桥。

上承式拱桥上部结构由主拱圈和拱上建筑组成，主拱圈是拱桥主要承重结构。

拱圈是曲线形，一般情况下车辆无法直接在弧面上行驶，在桥面系与拱圈之间需要有传递压力的构件和填充物，以使车辆能在平顺的桥道上行驶。

桥面系和这些传力构件或填充物统称为拱上结构或拱上建筑。

拱上建筑完全填实充满的上承式拱桥为实腹式拱桥，否则为空腹式拱桥。

拱圈的最高处称为拱顶，拱圈与墩台连接处称为拱脚或起拱面，拱圈各横向截面或换算截面的形心连线称为拱轴线，拱圈的上曲面称为拱背，下曲面称为拱腹，起拱面和拱腹相交的直线称为起拱线，拱顶截面形心至相邻两拱脚截面形心之连线的垂直距离称为计算矢高，拱顶截面下缘至起拱线连线的垂直距离称为净矢高，相邻两拱脚截面形心点之间的水平距离称为计算跨径，每孔拱跨两个起拱线之间的水平距离称为净跨径，拱圈或拱肋的矢高或净矢高与计算跨径或净跨径之比称为矢跨比。

拱桥的下部结构由桥墩、桥台及基础等组成。

拱桥与梁桥的区别：二、拱桥的主要类型1）按主拱圈材料分为：圬工拱桥、钢筋混凝土拱桥、钢拱桥和钢-混凝土组合拱桥等；2）按拱上建筑形式分为：实腹式拱桥和空腹式拱桥；3）按主拱圈线形分为：圆弧线拱桥、抛物线拱桥和悬链线拱桥；4）按桥面位置分为：上承式拱桥、中承式拱桥和下承式拱桥；5）按有无水平推力分为：有推力拱桥和无推力拱桥；6）按结构受力图式分为：简单体系拱桥、组合体系拱桥和拱片桥；7）按拱圈截面型式分为：板拱桥、板肋拱桥、肋拱桥、双曲拱桥、箱形拱桥、钢管混凝土拱桥、劲性骨架混凝土拱桥。

（一）按结构受力图式分类1.简单体系拱桥定义：在简单体系拱桥中，上承式拱桥的拱上结构或中、下承式拱桥的拱下悬吊结构（统称为行车道系结构）,一般都不考虑它与主拱的联合作用来共同承受桥面荷载，主拱将以裸拱的型式作为主要承重结构，拱的水平推力直接由墩台基础承受。

分类：按照主拱的静力体系，简单体系拱桥又可分为：（1）三铰拱计算时不考虑体系变形对内力的影响，适合于在地基条件很差的地区修建。

铰的构造复杂，施工困难，维护费用高，减小了结构的整体刚度，降低了抗震能力又由于拱的挠度曲线在顶铰处有转折，对行车不利，三铰拱一般较少采用。

（2）两铰拱外部一次超静定结构。

由于取消了拱顶铰，结构整体刚度较相应三铰拱大。

附加内力比对无铰拱的影响要小。

在地附基条件较差时或坦拱中采用。

（3）无铰拱外部三次超静定结构。

拱内的弯矩分布比两铰拱均匀，材料用量省。

结构的整体刚度大，构造简单，施工方便，维护费用少，因此在实际中使用最广泛。

但附加内力大，一般修建在地基良好的条件下。

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。

拱式组合体系桥将梁和拱两种基本结构组合起来，分为有推力的和无推力。

（1）无推力的组合体系拱无推力拱（也称系杆拱）是外部静定结构，兼有拱桥的较大跨越能力和简支梁对地基适应能力强的两大特点。

拱的推力由系杆承受，系杆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。

竖直吊杆的柔性系杆刚性拱—称系杆拱；具有竖直吊杆的刚性杆柔性拱—称蓝格尔拱；具有竖直吊杆的刚性系杆刚性拱—称洛泽拱；以上三种拱，当用斜吊杆来代替竖直吊杆时，称为尼尔森拱。

（2）有推力的组合体系拱没有系杆，由单独的梁和拱共同受力，拱的推力仍有墩台承受。

刚性梁柔性拱—倒蓝格尔拱；刚性梁刚性拱—倒洛泽拱。

3.拱片桥上边缘与桥面纵向平行，下边缘是拱形的有推力结构，称为拱片，拱片的立面一般被挖空做成桁架的形成。

拱片桥可由两片以上的拱片组成，并用横向联结系将各拱片联成整体，行车道板支承在拱片上。

拱片桥：无铰、两铰或三铰结构，推力均由墩台承受。

（1）桁架拱桥主要承重结构是桁架拱片，桁架拱桥由拱和桁架两种结构体系组合而成，具有桁架和拱的受力特点。

即由于受推力的作用，跨间的弯矩得以大大减少；把一般拱桥的传力构件（拱上建筑）与承重结构（拱肋）联合成整体桁架，结构整体受力，能充分发挥各部分构件的作用。

桁架拱结构刚度大、自重小、用钢量省。

桁架拱的拱脚一般采用铰接方式，以减少次内力影响。

（2）刚架拱桥刚架拱桥是在桁架拱桥斜腿刚架桥等基础上发展起来的另一种桥型，属于有推力的高次超静定结构。

具有构件少、质量小、整体性好、刚度大、施工简便、造价低和造型美观等优点。

（二）按拱圈截面型式分类可分为等截面拱和变截面拱，变截面拱又可分为：（1）拱圈宽度不变而变厚度；（2）厚度不变而改变拱圈宽度。

1.板拱主拱圈采用矩形实体截面，其宽度和与之相配的道路宽度相当。

板拱桥构造简单，施工方便，但在相同截面条件下，实体矩形截面比其他型式的抵抗矩小。

为获得与其他型式截面相同的截面抵抗矩，必须增大截面尺寸，相应增加了材料用量和结构自重，这是不经济的，通常只在地基条件较好的中、小跨径圬工拱桥中。

为提高拱圈的抗弯刚度，可在较薄的拱板上增加几条纵向肋就构成板拱的另一种形式，即板肋拱。

2.肋拱通常是由两个布置在桥面两侧或三个桥面两侧和中间分隔带各一个相对较窄而高的截面组成，肋与肋之间由横系梁相连。

优点是用料不多，而抗弯刚度大大增加，从而减轻了拱桥的自重。

因此多用于大、中跨径的拱桥。

3.双曲拱主拱圈的横截面是由数个横向小拱组成，使主拱圈在纵向及横向均是曲线形。

截面抵抗矩较相同材料用量的板拱大，它的预制部件分得细，吊装质量轻，在公路桥梁上曾获得广泛的应用。

但由于其截面组成划分过细，整体性能较差，建成后出现裂缝较多。

4.箱形拱节省材料，减轻自重，减少下部结构材料用量，对于大跨径拱桥则效果更为显著。

闭口箱形截面，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。

施工制作较复杂，大跨径拱桥合适。

5.钢管混凝土拱属于钢-混凝土组合结构中的一种，主要用于以受压为主的结构，它一方面借助内填混凝土增强钢管壁的稳定性，同时又利用钢管对其混凝土的套箍作用，使填充混凝土处于三向受压状态，使其具有更高的抗压强度和抗变形能力。

6.劲性骨架混凝土拱以钢骨桁架作为受力筋，它既可以是型钢，也可以是钢管。

采用钢管作为劲性骨架的混凝土拱又可称为内填外包型钢筋混凝土拱，主要解决大跨度拱桥施工的自架设问题。

首先架设自重轻，强度、刚度均较大的钢管骨架，然后在空钢管内灌注混凝土形成钢管混凝土，再在钢管混凝土骨架外挂模板浇筑外包混凝土，形成钢筋混凝土结构。

钢管和随后形成的钢管混凝土主要是作为施工的劲性骨架来考虑的。

成桥后，它可以参与受力，但其用量通常是由施工设计控制的。

【教学内容】【演示文稿】【习题作业】1.概念：主拱圈、拱脚、拱轴线、起拱线、计算矢高、净矢高、计算跨径、净跨径、矢跨比。

2.拱桥的受力特点是什么？3.拱桥的优缺点有哪些？4.拱桥与梁桥相比有何不同？5.按结构受力分类拱桥有哪些类型？。