第六章 拱 桥

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1、第六章拱桥第一节概述拱桥是人类最早也是最广泛使用的桥型之一。不管是东方还是西方的文明古国，都有建造拱桥的悠久历史，其中以中国和古罗马帝国的成就最为辉煌。例如，建于隋唐时期的赵州石拱桥，已有1300多年的历史，北京的卢沟桥建于700多年前的元代，至今依然完好；保留至今的古代名桥绝大多数是拱桥，这说明拱桥是一种最为坚固耐用的桥型。由于拱桥是以受压为主的结构，它可以用廉价易得的砖、石和混凝土等圬工材料建造，所以我国山区道路上的中、小跨径桥通常都是石拱桥。据统计，我国公路桥梁60％为拱桥。拱桥也是一种跨越能力很大的桥型，在2

2、00一600m路径范围内拱桥都有相当大的竞争优势。钢拱桥跨径的世界纪录巳达550m(上海卢浦大桥)；石拱桥跨径的世界纪录也已达146m(山西晋城丹河桥)。拱桥的另一个显著优点是其造型美观，许多著名拱桥甚至成为一个城市，一个地区的旅游景点。不少风景区还专门配置各式拱桥装点景色。这是因为拱桥可做成各种和周围景观协调的曲线式样，或用连拱如波浪，体现一种韵律；或大拱、小拱巧妙搭配，在变化中蕴涵协调；或大拱、小拱相叠，从层次上表现柔和之美、曲线之美；也有的工程师匠心独运将桥做成各种异形拱，使之既具备交通功能，又是一座城市雕塑或

3、造型，以显现创作者对城市或灵气、或精神、或展望的想像。各种桥型都可以做得很美，但像拱桥这样变化之多、适应性之强是其他桥型所不能比的。拱桥还有一个优点是其构造简单，尤其是中、小跨径圬工拱桥，不需要大型设备和复杂技术，建桥技术容易掌握，有利于广泛应用：对于大跨径拱桥，近来转体施工法和劲性骨架拱的应用，使其建造过程比同跨径其他桥型(如斜拉桥、悬索桥)容易、便捷。拱桥的主要缺点是其自重大，相应的水平推力也较大，增加了下部结构的工程量；此外，工程师精心设计的拱轴线可使拱处于很理想的受力状态，但当基础发生变位或沉降时所产生的附加

4、内力是很大的，因此拱桥对基础的要求比其他桥型严格，通常拱脚都要求置于很可靠的基础上，例如整体性很好的坚硬岩石上。拱脚水平推力还可产生另外一个不良后果，即多孔连拱的中间墩，其左右拱的水平推力是相互平的一旦一孔出问题，其他孔也会因水平力不平衡而相继毁坏。拱桥的其他缺点如建筑高度较大，施工时常需搭支架等也使某些种类的拱桥建设受到一定的限制。对于拱桥的这些优缺点，在建桥时还应结合桥址处的地形地质条件及其他环境因素，进行多方面、多方案的综合比较，谨慎地决定选择哪种式样的桥梁。一般说来，在地质条件较好的山区，中、小跨径拱桥是最具

5、竞争力的；在地质条件较差或平原地区，也常选择无推力拱的方案，在跨径100一600m范围的大、中跨径桥梁中，拱桥也是极具竞争力的。近年来，由于转体施工技术的推广和进步，劲性骨架混凝土拱桥为无支架建造大跨径拱桥积累了丰富的经验，以及因钢材供应充足而使大跨径钢拱桥的修建日渐增多，大跨径拱桥的兴建有方兴未艾之势。第二节拱桥的受力特点拱对看作是由直梁在竖向弯曲而成。这一改变除了使人产生美的感觉之外，主要优点还在于结构内力发生重大变化：在竖向荷载作用下，梁式结构不产生水平反力，而拱式结构会产生水平反力，如图所示。所以，梁的截面是

6、以受弯、剪为主，而拱则以受压为主。下图分别表示两端固结梁和无铰抛物线拱的受力分析。可以看出，梁主要受弯，需用有一定抗弯能力的材料修建。而拱桥主要受压，在图（6—2b)所示特定均布荷载和拱轴为理想抛物线的情况下，整个拱轴线上无弯矩。实际上荷载是多种多样的，不均匀分布的荷载是常见的，拱轴线及其边界条件也都会和设计者所设想的有一定的差别，拱会受到一定的弯矩。但总的说来，拱所受弯矩一般都不大，轴向受压仍是受力的主要特点。因此，中、小路径拱桥通常都是用受压能力强、受拉能力差的圬工材料(砖、石、混凝土)建成的。大跨径拱桥仍是以受

7、压为主，但也受弯。拱轴线在压弯荷载作用下的稳定问题是十分重要的。大跨径拱桥的侧向风力和偏心活载所引起的扭转效应使拱轴线上的压弯失稳问题变得更为复杂，不仅要考虑拱轴平面内的屈曲问题，也有面外失稳(侧向倾覆)问题。第三节拱桥的组成及主要分类一、拱桥的主要组成拱桥同其他桥梁一样，也是由桥跨结构(上部结构)及下部结构两大部分组成。下图表示拱桥各主要组成部分的名称。拱圈是拱桥的主要承重结构，由于拱圈是曲线形，一般情况下车辆都无法直接在弧面上行驶，所以在桥面系与拱圈之间需要有传递压力的构件或填充物，以便车辆能在平顺的桥面上行驶。

8、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。桥面系包括行车道、人行道及两侧的栏杆或砌筑的矮墙(又称雉墙)等构造。拱桥的下部结构由桥墩、桥台及基础等组成，用以支承桥跨结构至地基，并与两岸路堤相连接。此外还有：拱肩：上承式拱桥拱圈的两侧拱背以上、桥面系以下的空间，即拱上建筑的腹部。有填料的为实肩拱(或实腹拱)，具有构架体系的为敞肩拱。拱上