双曲拱桥的构造
精品双曲拱桥病害启事剖析及预应力处治的研究
由于是单股钢铰线张拉，又是体外索，换索操作方便，不 受使用年限约制。如果在施工中多设预留孔道，还可通过 增减预应力索来调整结构受力。人为控制应力，给设计施 工来方便。
体外预应力法加固需注意的问题
预应力筋转向部位会对原结构产生很大的剪力，必须验算 此截面处主拱圈的抗剪强度。在冯寨桥工程中采用粘贴钢 板进行补强，这样做有两个好处：一是增加预应力筋转向 部位原结构的抗剪强度；二是针对横隔板的补强，防止主 拱在预应力的施加过程中出现失稳。
（1）膨胀混凝土补强在旧结构的表面时，由于膨胀的作 用，新浇筑混凝土受到两侧墩台及钢筋的约束而对原拱背 产生轻微的挤压，从而比普通混凝土能更好的结合老混凝 土，使得新旧两种材料能共同抵抗外荷载。
（2）适度的膨胀量下，钢筋混凝土中产生0．2MPa～ 0．7MPa的膨胀压应力，抵消混凝土在硬化过程中产生的 收缩，从而防止结构出现收缩裂缝。如果控制好膨胀率 （文献【8】），膨胀压应力还可以平衡一部分由负弯次采用预应力钢拱加固的双曲拱桥。 该桥建于 1976年， 是一座钢筋混凝土双曲拱桥 。扬州石
塔老桥主要结构构件存在应力水平过高、 承载力偏低的 现象， 局部尚有不同程度损伤和开裂。 东南大学土木工程学院丁文胜、刘钊等人首次在该工程中 提出了预应力钢拱承托加固法。该加固方法可以在不中断 交通、不影响通航净空的情况下，通过在加固钢拱内建立 预压应力，达到有效降低双曲拱桥混凝土主拱的应力水平 并提高其承载能力的目的。
双曲拱桥的缺点
处于软土地基上的桥墩、 桥台由于不均匀沉降和水平移 动、 转动等问题， 会引起上部结构的拱顶下沉 、拱肋开 裂 等问题。
普遍结构安全储备较小，整体稳定性差。 表现为组合拱 圈各部位开裂，横隔板开裂或脱落 。
双曲拱桥
双曲拱桥【two-way curved arch bridge】指的是拱圈由纵向拱肋和横向拱波组成的拱桥。 1964年江苏省无锡县建桥职工创造的一种新型拱桥。他的主拱圈由拱肋，拱波，拱板，和横向联系构件几个部分组成，外形在纵横两个方向均成弧形曲线，因之称为双曲拱。 主拱圈的形式有单波，多波，多波高低肋等。拱肋截面有矩型，倒T形，I形，L形，薄壁箱形等。 双曲拱桥按其行车道所处的位置属于上承式拱桥。若从主拱圈的横截面上看，它是由拱肋、拱波、拱板和横向联系等几部分组成。由于介于拱肋之间的拱波也呈曲线形，且与主拱圈的曲线正交，故而称为双曲拱桥。这种桥型是20世纪60年代我国江苏省无锡县由建桥职工首创的一种桥型，它充分发挥了预制装配的优点，可以不要拱架施工，节省木料，加快施工进度，而所耗用的工料又不多。 双曲拱比单曲拱能承受更大的载荷，主要是因为双曲拱不仅在一个方向上呈拱形，而且在与其垂直的另一方向也呈拱形。自行车的挡泥板就是这种双曲拱形的。当它受力时，力使沿着两个拱的方向更均匀地传递；某一局部受力过大时，双曲拱能迅速自行调整平衡，使整个双拱曲不会因局部受力过大而损坏。 拱形结构除了能用于建造桥梁外，另一个重大的用处就是建造水坝。特别是双曲拱形坝，由于拱形顶所受的水压力能通过拱体均匀地传递给河岸，依靠坚固的两岸来维持的稳定，它与完全靠自身重量来维持平衡的重力坝相比，不仅可以减少体积，节约材料，而且还有一定的弹性，对地基的局部变形具有一定的适应能力，有较好的抗震性能。 它的最主要特点是：将主拱圈以“化整为零”的方法按先后顺序进行施工，再以“集零为整”的方式组合成承重的整体结构。因主拱圈分期形成，呈现组合结构的受力特征，整体性较弱，在地震荷载作用下容易破坏。 现存的最古老的石拱桥是我国的赵州桥。赵州桥是隋朝石匠李春设计监造的，自公元616年建成，到现在已经有1300多年的历史了。这座石桥横跨在河北赵县城南洨河上，有着一个弧形的桥洞，犹如跨在河上的长虹。在漫长的岁月里，赵州桥经受了地震的摇撼，洪水的冲击，车马的压轧，仍然屹立在洨河上。赵州桥不但有个弧形的大拱，而且在桥肩还有4个小拱。当山洪暴发时，小拱可以把洪水泄走。赵州桥坚固的秘密正在拱上。我国科技人员和工人继承并发展了拱桥建筑的传统，运用现代强度理论以及工程学，创造了双曲拱桥。双曲拱桥的外形同一般的空腹式拱桥好像没有什么区别。但是你如果走到桥下一看，就会发现它的肚皮是凹的，好像由几条自行车的挡泥板拼起来的，真是拱中有拱。这种桥的优点是造价低，载重负荷大，施工方便，节省材料。宏伟的南京长江大桥的公路引桥便是这种双曲拱桥。 我们的脚上就长着“双曲拱桥”，它就是人的足弓正常的脚都可以区分出三个足弓：两个纵向的纵弓和一个横断面上的横弓。
双曲拱桥
双曲拱桥【two-way curved arch bridge】指的是拱圈由纵向拱肋和横向拱波组成的拱桥。
所谓双曲拱是指桥梁有纵、横两个方向的桥拱。
纵向拱的是指桥梁的主拱圈，在外形上与一般拱桥完全一样，为弧度不同的拱圈。
横向拱是双曲拱的主要奥秘，它是指在纵向的大拱圈上，并排砌筑几组小拱圈，就像是一排排向上鼓起的瓦垄，由于切面像波浪一样，所以称为拱波。
这个波形的展开方向与纵向纵圈相互垂直，使桥梁整体表现为纵横两个方向的曲形，因此叫双曲拱。
1964年江苏省无锡县建桥职工创造的一种新型拱桥。
他的主拱圈由拱肋，拱波，拱板，和横向联系构件几个部分组成，外形在纵横两个方向均成弧形曲线，因之称为双曲拱。
双曲拱桥的最大优点是提高了桥梁的强度和稳定性，它克服了一般拱桥在重压下横向容易弯曲变形的弱点，使桥梁压力较好地分布于桥梁整体。
另外，双曲拱还可以以同样的材料，获得比一般拱桥大得多的跨度。
如跨度相同，则可以节约一半左右的钢材等建筑材料。
在造型上，双曲拱桥由于二向曲形，更富于变化，更加美观、舒展。
主拱圈的形式有单波，多波，多波高低肋等。
拱肋截面有矩型，倒T形，I形，L形，薄壁箱形等。
双曲拱桥按其行车道所处的位置属于上承式拱桥。
若从主拱圈的横截面上看，它是由拱肋、拱波、拱板和横向联系等几部分组成。
由于介于拱肋之间的拱波也呈曲线形，且与主拱圈的曲线正交，故而称为双曲拱桥。
最早的双曲拱桥－－－1964年，江苏省无锡的建桥工人在无锡县东亭小河上建起了我国第一座双曲拱桥，这座拱桥是一座农桥，全长仅9米，采用了钢筋混凝土预制构件，在现场安装而成，采用三肋二波砖结构，可通行手扶拖拉机。
目前最长的双曲拱公路桥－－－－是江苏省沐阳的新沂河大桥，全长1267米，有39孔，1969年建成通车。
河南省嵩县的前河桥是我国单孔跨径最大的双曲拱桥，孔距跨度达150米，矢跨比为1∶10，1969年建成。
在铁路工程中，也广泛采用了双曲拱型桥梁。
我国第一座用于铁路双曲拱桥是位于湖南省长沙与韶山之间的东方红双曲拱桥，1967年底建成通车。
双曲拱桥(精)
双曲拱桥双曲拱桥是常见的桥梁之一。
它由路面、主拱圈、拱上结构和墩台所组成。
除路面构造外，和双曲拱渡槽基本相似，但双曲拱桥在构造和内力计算方面也有一些特点，现简述如下。
（1）桥面构造（如图1）：为了分布车轮荷载的集中压力和减小冲击力的影响，主拱圈及腹拱顶部的填料厚度（包括路面），一般为30～50cm。
填料常为透水性较好的砂石或混凝土，路面设排水坡，并做好排水设施。
图1双曲拱桥构造图（单位：cm）（a）半正面图；（b）拱顶横断面图1—主拱圈；2—井注桥墩；3—两铰腹拱；4—拱肋；5—预制拱波；6—现浇拱波；7—填料；8—路面；9—栏杆；10—拉杆（2）初拟主拱圈的高度可用下列经验公式计算：kld)35100(+=（1）式中d——主拱圈厚度l——主拱圈计算跨径k——系数，可选用表1所列数值表1荷载汽车—15 挂车—80 汽车—10 履带—50 小汽车—10k 1.1~1.3 0.9~1.1 0.8~0.9 取用k值时，随跨径增大而减小，随矢跨比减小而增大。
当拱肋中距大于2m，单波主拱圈及矢跨比小于1/10时，主拱圈高度d 值应适当加大。
拱肋的高度，对无支架施工的矩形或倒T形的拱肋，一般不小于跨径的0.009～0.012；有支架施工，肋高dh)6.0~3.0(=,肋底宽hb)0.1~6.0(=，肋顶宽取（0.5～0.6）b。
（3）双曲拱桥主拱圈轴线常采用圆弧形和悬链线两种。
跨径在20m 以下时，多选用实腹式圆弧拱；大中跨径多采用空腹式悬链线拱。
矢跨比常用1/4～1/8。
悬链线拱轴系数m值的选择一般不宜过大，宜选在1.756左右。
（4）由于有车辆荷载的作用，为使主拱圈有较好的整体性，应加强横向联系。
对跨径较大的双曲拱桥，在拱顶、1/4拱跨、腹拱立墙（柱）下面、分段预制拱肋接头等处必须设置横隔板，板厚15～20cm，间距3～5 m。
对于小跨径的双曲拱桥，当桥面较宽时，拱顶处的横隔板应特别加强。
当桥面较宽时，为节省材料，人行道可用悬臂挑出。
双曲拱桥
双曲拱桥介绍
双曲拱桥介绍
世界上第一座双曲拱桥——东拱桥
双曲拱桥介绍
东拱桥桥宽1.5米，长13米，单孔净跨9米。 这座桥不使用钢筋水泥，只用三合土、石头和砖头，耗时15
天，建设成本600元，桥上可过拖拉机，桥洞下可过农用船。 这种桥造价低，承重力也强，在农村容易建造。作为桥梁家
族中的一个小品种，是中国一个特定历史时期的产物，它的 推广建设，对无锡市经济腾飞的贡献是惊人的，到1986年建 成永久性双曲拱桥农用桥和公路桥3900多座，在全国2000 多个县（市）中，率先实现乡乡村村通公路。
双曲拱桥的常见病害
双曲拱桥的常见病害
双曲拱桥的常见病害
4、修建在软土地基上的双曲拱桥 可能由于对基础的处理不当，使墩台发生不均匀沉
降和水平位移等，导致主拱圈过大的变形与开裂。
双曲拱桥的常见病害
常见病害及成因分析
桥面铺装病害
渗水病害
侧墙病害
腹拱病害
拱肋病害
拱波病害
下部结构病害
(二)将横系梁改造为横隔板。将原横系梁截面加高 使之与拱波相联结，并增设横向通长钢筋将其联成 整体。
(三)对于原来设置套管拉杆横向联系的双曲拱桥， 其套管只能起横向拉结作用，而对肋波的抗扭刚度 作用不大。加固时可拆除原套管而改为横隔板，也 可沿拱因增加新的横系梁或横隔板。
拱肋加固
(二)螺栓钢板结合加固拱圈法 此法与前述利用钢板加固拱肋的基本目的相同，但
不是单纯依靠粘结，而是除了利用胶粘剂之外，再 按一定间队凿孔并埋入螺栓，然后就钢板预钻孔对 预埋件位置穿入并以螺帽紧固。这种做法拱肋凿孔 比较费劲，埋设位置不易准确，因此，钢板钻孔要 留有富余，如采用椭圆形孔或扩大孔径，方可减少 对位时的麻烦。
双曲拱桥的加固方案
但是，由于双曲拱桥具有结构新颖、轻巧、 省料、便于施工等优点，曾在全国范围内得到广 泛推广，是我国20世纪60～70年代建设最多的一 种拱桥形式，为我国公路桥梁事业的发展作出了 重大贡献。
双曲拱桥常见的病害及其原因分析
一.主拱圈病害 ：
1.拱波顶部纵向裂缝：这类裂缝主要在拱波顶部沿 拱轴线方向发展，较多的出现在拱顶附近，有时 也出现在拱脚附近。其产生的主要原因有以下两 种：（1）由于拱波上现浇混凝土拱板厚度较大， 而拱波顶又是最薄弱的位置，因此在后期混凝土 收缩、徐变及温度的影响下沿波顶开裂；（2）主 拱圈横向联系不够，横系梁刚度小，往往因拱肋 扭转及横向挠度过大而引起波顶纵缝。因此，加 强横向联系是处理这类病害的有效方法 。
3.扩大截面尺寸固
适用情况 :主要受力构件截面尺寸偏小，受力性能 不良。可以采用钢筋和混凝土外包加大原拱肋， 以扩大拱肋截面尺寸，增加拱肋断面的含筋率， 提高拱肋的抗弯刚度。
4. 改善拱肋间联系梁加固
适用情况:横向联系薄弱引起拱肋变形，拱波纵向 裂缝发展迅速，致使桥梁整体受力性能下降。为了 增强肋间的横向联系，可将原有的横系梁加大截面， 并在每两道系梁之间加设一道，以加强拱肋的抗扭 刚度和横向的整体性。
主要内容
• 双曲拱桥的概念及特点 • 双曲拱桥常见的病害及其原因分析 • 常用的加固方案 • 结束语
双曲拱桥的概念及特点
双曲拱桥 【two-way curved arch bridge】 指的 是拱圈由纵向拱肋和横向拱波组成的拱桥。
什么叫双曲拱
什么叫双曲拱
双曲拱桥指的是拱圈由纵向拱肋和横向拱波组成的拱桥。
主拱圈由拱肋，拱波，拱板，和横向联系构件几个部分组成，外形在纵横两个方向均成弧形曲线，因之称为双曲拱。
其主拱圈的形式有单波，多波，多波高低肋等。
拱肋截面有矩型，倒T形，I形，L形，薄壁箱形等。
双曲拱桥按其行车道所处的位置属于上承式拱桥。
若从主拱圈的横截面上看，它是由拱肋、拱波、拱板和横向联系等几部分组成。
由于介于拱肋之间的拱波也呈曲线形，且与主拱圈的曲线正交，故而称为双曲拱桥。
这种桥型是20世纪60年代我国江苏省无锡县由建桥职工首创的一种桥型，它充分发挥了预制装配的优点，可以不要拱架施工，节省木料，加快施工进度，而所耗用的工料又不多。
双曲拱比单曲拱能承受更大的载荷，主要是因为双曲拱不仅在一个方向上呈拱形，而且在与其垂直的另一方向也呈拱形。
自行车的挡泥板就是这种双曲拱形的。
当它受力时，力使沿着两个拱的方向更均匀地传递；某一局部受力过大时，双曲拱能迅速自行调整平衡，使整个双拱曲不会因局部受力过大而损坏。
拱形结构除了能用于建造桥梁外，另一个重大的用处就是建造水坝。
特别是双曲拱形坝，由于拱形顶所受的水压力能通过拱体均匀地传递给河岸，依靠坚固的两岸来维持的稳定，它与完全靠自身重量来维持平衡的重力坝相比，不仅可以减少体积，节约材料，而且还有一定的弹性，对地基的局部变形具有一定的适应能力，有较好的抗震性能。
它的最主要特点是：将主拱圈以“化整为零”的方法按先后顺序进行施工，再以“集零为整”的方式组合成承重的整体结构。
因主拱圈分期形成，呈现组合结构的受力特征，整体性较弱，在地震荷载作用下容易破坏。
石拱桥_双曲拱桥检测与评估
《工程与建设》 2009 年第 23 卷第 1 期 5 1
试验与检测
S HI Y A NY UJ I A NC HE
郝加和 ,等 :石拱桥 、双曲拱桥检测与评估
桥面铺装 3 灯具 、标志 1
伸缩缝 2 人行道 1 栏杆 、护栏 1
3 承载能力验算
混凝土强度检测和结构模态测试等结果综合确定 。 如果检测结果表明 ,结构工作状况 、裂缝及其扩
承载能力检算系数是根据结构或构件的实际技 展情况等满足有关规定时 ,可采用荷载试验实测的主
术状况 ,对结构或构件的抗力进行折减或提高 。砖 、 要挠度测点和主要应力测点的校验系数 (两者中取较 石及混凝土结构与配筋混凝土结构的承载能力检算 大者) 作为桥梁承载能力检算系数 ,进行承载能力极
工程实例 :某大桥位于城市出入口干线公路 ,建 于 80 年代 ,该桥由 5 ×20 m 孔空腹式圬工拱桥和
30 + 3 ×45 + 30 m 双曲拱桥组成 ,孔空腹式圬工拱桥 与双曲拱桥间设置过渡墩 。该桥在养护中发现的主 要病害是 :桥台混凝土台身前墙出现横向贯通开裂 , 并有轻度外鼓现象 ;石拱桥主拱圈存在纵向裂缝 ,部 分桥墩存在少量裂缝 ;侧墙局部开裂 、渗水 。双曲拱 腹拱排架盖梁普遍存在露筋 、锈蚀 ,表面混凝土剥落 ; 桥面铺装存在纵横向裂缝 、网裂及破损等 ;全桥局部 渗水 、漏水严重 ;双曲拱桥拱波渗水等 。该桥发现病 害后进行检测评估 ,以确定是否满足目前交通荷载要 求 ,是否需加固提载 。该桥设计图纸缺失 ,设计荷载 未知 ,桥梁结构如图 1 所示 。
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双曲拱桥的构造
双曲拱桥由主拱圈、拱上建筑和墩台组成。
其主拱圈外形在纵横两个方面均呈弧形曲线，故称双曲拱桥。
如图1.2所示
1主拱圈的构造
双曲拱桥的主拱圈一般由拱肋、拱波、拱板和横向联系构件等几部分组成。
1、拱肋
拱肋是施工阶段的拱架，又是主拱圈的主要组成部件，分段预制的拱肋在支架上拼装或无支架悬吊拼装成拱后，再在其上砌置拱波，浇筑拱背混凝土，然后设置拱上建筑并浇筑桥面，常用的拱肋截面形式有矩形、倒T形、槽形以及工字形等截面型式。
1—拱肋；2—预制拱波；3—橫隔板；4—防水层；5 —填料;6—路面；？一人行道;
8 —侧墻；9—腹拱：10 —盖梁：11—立柱：12—桥墩
图1.2 双曲拱桥的结构组成
2、拱波
拱波一般都用混凝土预制，常做成圆弧形，有时为了节约水泥，也可因地制
宜地采用砖砌或石砌拱波。
第一座双曲拱桥的拱波就是用砖块砌成的拱波不仅是与主拱圈共同承受荷载的组成部分，而且是浇注拱板混凝土的模板。
3、拱板
拱板多采用现浇混凝土，它把拱肋、拱波结合成整体，使拱圈能以实现“集零为整”。
因此，拱板在加强拱圈整体性方面起着重要的作用。
早期建造的双曲拱桥的拱波曾采用填平式拱板，因其体积大，且主拱圈截面厚薄不均，刚度相差较大，波顶最弱，在活载和混凝土收缩、温度变化等附加荷载作用下，常导致波顶纵向开裂。
后改用波型或折线型拱板，既可以节省材料，减轻自重；又使主拱圈截面刚度均匀，截面形心接近中部，受力也较合理。
4、横向联系
主拱圈设置横向联系的目的，是为了保证主拱圈的整体性。
在无支架施工中，它可提高裸拱肋的横向稳定性，并承受砌筑拱波和拱板时的横向水平推力。
在主拱圈形成后，它可以提高截面的横向刚度，使主拱圈在活载作用下受力均匀，避免拱波顶可能出现的纵向裂缝。
横向联系常用的结构形式是横系梁和横隔板，通常布置在拱顶、腹拱墩下面以及分段吊装的拱肋接头处等。
2拱上建筑的构造
拱桥主拱圈以上的部分称为拱上建筑，用来构成平缓的桥面，有的与主拱圈共同承受活载。
拱上建筑分为空腹式和实腹式两种，双曲拱桥一般多设计成空腹式。
空腹式拱上建筑一般由腹拱、横墙或立柱、底梁与盖梁、拱上填料、桥面、侧墙等组成。
1、腹孔
腹孔采用较多的是等截面圆弧形混凝土板拱，施工时可按全厚度预制后安装也可先预制6-8cm厚的板拱，安装后再在其上现浇一层混凝土。
腹拱也可以采用等截面圆弧形双曲拱或薄壳的形式，对于无填料的拱上建筑，为了减轻自重，也可以采用梁板式腹孔。
2、横墙或立柱
双曲拱桥的腹拱墩常采用横墙和立柱。
横墙施工简便，节省钢材，常用于基础较好及河流有漂浮物时。
为了节约场工，横墙也可以在横向挖空。
当地基较差时，为了减轻自重，腹拱墩可采用立柱。
3、底梁与盖梁
底梁的作用是传递横墙和立柱的荷载并较均匀地分布到拱圈，同时也便于横墙砌筑和立柱的安装。
当腹拱墩采用立柱时，在立柱上需设有盖梁，一般采用整根预制的钢筋混凝土连续梁。
4、拱上填料
主拱圈拱顶和腹拱拱顶上的填料可以减轻车辆的冲击，起到分散荷载的作用。
填料常采
用沙砾，也有采用较轻的炉渣。
软土地基上采用轻型拱上建筑时，
可不设填料，而在拱圈上直接铺筑混凝土桥面，但行车道边缘的厚度不得小于
8cm。