9.2 拱桥构造9.2.1 上承式拱桥构造桥面位于整个桥跨结构上面的拱桥称为上承式拱桥。

上承式拱桥由主拱(圈)、拱上传载构件或填充物、桥面系组成，主拱(圈)是主要承重结构，如图9.7。

图9.7上承式拱桥（尺寸单位：cm ）1． 主拱构造普通型上承式拱桥根据主拱(圈)截面型式不同主要分为板拱、肋拱、箱形拱、双曲拱等。

（1）板拱板拱可以是等截面圆弧拱、等截面或变截面悬链线拱以及其他拱轴型式的拱。

除多数采用无铰拱外，也可做成双铰拱和三铰拱。

按照主拱所用材料，板拱又分为石板拱、混凝土板拱、钢筋混凝土板拱等。

1）板拱主拱截面宽度、厚度及变化规律①主拱截面宽度图9.8 板拱宽度 对于实腹式板拱桥以及拱式腹拱的空腹式板拱桥，拱圈宽度决定于桥面宽度。

当不设人行道时，则仅将防撞栏杆悬出5cm ～10cm （图9.8a ）；当设人行道时，通常将人行道栏杆悬出15cm ～25cm （图9.8b ）；对于多孔或大跨径实腹式拱桥，可将单独设置的钢筋混凝土构件组成的人行道部分悬出（图9.8c ），也可将设置在横贯全桥的钢筋混凝土横挑梁上的人行道全部悬出（图9.8d ）。

当板拱用于空腹式拱桥时，可通过盖梁将人行道或部分车行道悬挑出拱圈宽度外，以减小拱圈宽度和墩台尺寸（图9.8e 、f ）。

板拱拱圈宽度一般不宜小于计算跨径的1/20，以保证横向稳定性，否则，应验算拱圈横向稳定性。

②主拱厚度及变化规律拱圈厚度可以是等厚度，也可以是变厚度，其值主要根据桥梁跨径、矢高、建筑材料、荷载大小等因素通过试算确定。

对钢筋混凝土板拱，初拟时，拱顶厚度h d 一般采用跨径的1/65~1/75，跨径大时取小值。

若为变厚度拱，其拱脚厚度h j 可按h j =h d /cos φj 估算，其中拱脚截面倾角φj 可以近似取相应圆弧拱之值，对中小跨径无铰拱，h j 可取为(1.2～1.5)h d ，其他截面厚度确定见后。

对于中、小跨径石板拱，在拟定初步尺寸时，其主拱圈厚度可参照«公路砖石及混凝土桥涵设计规范»（JTJ 022-85）（以下简称«桥规»（JTJ 022-85））附录二的经验公式估算拱圈横截面沿跨径变化的规律要能适应拱内内力的变化，尽量使正应力沿拱轴方向保持均匀，有利于充分发挥拱的每个截面的材料强度。

同时，截面变化形式还应能使其构造简单，便于设计与施工。

无铰拱截面变化规律通常是采用惯性矩从拱顶向拱脚逐渐增大，解析函数式采用如下的里特公式：ξϕ)1(1cos n I I d −−= []ϕξcos )1(1n I I d −−= (9.1) 式中：I ——拱任意截面的惯性矩；I d ——拱顶截面惯性矩；φ——拱任意截面的拱轴水平倾角；n ——拱厚变化系数，可用拱脚处ξ=1的边界条件求得：jj d I I n ϕcos = (9.2) 其中I j 和φj 分别为拱脚截面的惯矩和倾角。

可以看出，n 值越小，截面的变化就越大。

在设计时，可先拟定拱顶和拱脚两截面的尺寸，求出n ，再求其他截面的I ；也可先拟定拱顶截面尺寸和拱厚系数n ，再求I 。

对公路桥，n 值一般取为0.5~0.8。

事实上，里特公式主要是针对上承式无铰实腹拱，当进行中、下承式拱桥设计时，由于其受力特点的不同，一般拱肋的截面变化形式不采用里特公式，而是采用二次或高次多项式变化或者其它变化形式。

拱圈截面惯矩自拱顶向拱脚变化的方式主要有截面自拱顶向拱脚等宽度变厚度(图9.9a)和等厚度变宽度(图9.9b)两种。

等厚度变宽度方式，主要是在大跨径拱桥中，为抵抗向拱脚增大的轴力N 而采用的一种变化规律，它能够有效地提高拱的横向稳定性，但增大了下部结构的宽度，增加了造价，而且由于拱脚位置太宽，美观上受影响，在实际中使用并不多，目前主要用于中承式拱桥，即在中承式拱桥中，桥面以上拱肋为使构造简单而采用等宽度，而对桥面以下则采用变宽度。

上述惯矩变化均是自拱顶向拱脚增大的，法国工程师巴烈脱曾提出了与此相反的变化方式，即惯矩自拱顶向拱脚逐渐减小，这种拱被称为镰刀形拱，如图9.9c)。

采用镰刀形拱的目的是尽量减小无铰拱拱脚弯矩，并使拱内弯矩趋于均匀分布。

目前这种桥型在世界上还建造不多。

由于变截面拱的构造复杂，施工不便，因此一般拱桥跨径不大时，都尽量采用等截面拱。

2） 石板拱的构造按照砌筑主拱圈的石料规格，分为料石板拱、块石板拱、片石板拱以及乱石板拱等。

用于拱圈砌筑的石料应石质均匀，不易风化，无裂纹，石料的加工应满足施工规范要求。

为便于拱石加工和确保砌筑符合构造要求，需对拱石进行编号。

对等截面圆弧拱，因截面相等，又是单心圆弧线，拱石规格较少，编号简单，如图9.10a)；当采用变截面悬链线拱时，由于截面发生变化，曲率半径变化，拱石类型多，编号复杂，如图9.10b)；对等截面悬链线拱，因内外弧线与拱轴线平行，拱石编号大为简化。

同时，还可采用多心圆弧线代替悬链线放样，如图9.10c)所示。

为保证拱圈抗剪强度和整体性，拱石间的砌缝必须错开，如图9.11所示。

因砂浆强度比拱石低得多，拱石砌缝宽度不能太大。

拱圈与墩台以及拱圈与空腹式拱上建筑的腹孔墩连接处，应采用特别的五角石（图9.12a ），以改善该处的受力状况。

为避免施工时损坏或被压碎，五角石不得带有锐角。

为了简化施工，目前常用现浇混凝土拱座及腹孔墩底梁代替石质五角石（图9.12b ）。

11a )1111111222223333331311151617181920212223242532699910101011124142434445464748b )1122334455第一段第二段第三段o o o 3RR R 22311c )a ）圆弧拱；b ）变截面悬链线拱；c ）等截面悬链线拱图9.10 拱石编号C)图9.11 拱石的错缝要求a) b)图9.12 五角石及混凝土拱座、底梁3）混凝土板拱的构造在缺乏合格天然石料的地区，可用素混凝土来建造板拱。

混凝土板拱可以采用整体现浇，也可以预制砌筑。

整体现浇混凝土拱圈，拱内收缩应力大，受力不利，同时，拱架、模板木材用量大，费工多，工期长，质量不易控制，故较少采用。

预制砌筑就是先将混凝土板拱划分成若干块件，然后预制混凝土块件，最后进行块件砌筑成拱。

预制块一般采用C15～C25混凝土。

混凝土板拱按照砌块形状和砌筑工艺分为：①简单预制砌块板拱。

这种拱的施工以及构造要求与料石板拱相似，所不同的是用混凝土预制块代替料石。

②分肋合龙，横向填镶砌筑板拱。

这种拱就是在拱宽范围内设若干条倒T 形截面的中肋和两条L 形的边肋，用无支架吊装基肋合龙成拱，然后，在肋间用T 形截面砌块填镶，组拼成板拱（图9.13），适用于中、小跨径拱桥。

在块件划分时，应考虑桥跨大小、吊装能力以及砌块在横向砌筑中肋的稳定等因素。

对于基肋，一般在纵向分为3～5段，分段过多，其分段节点在未合龙前处于铰接状态，对基肋本身是很不稳定的，同时，节点多对成拱前的拱轴线调整也增加了困难。

对横向尺寸，在吊装能力许可和保证砌块稳定的情况下，宜加大砌块横向尺寸，减少肋数。

图9.13分肋合龙，横向填镶板拱图9.14 卡砌空心板外形 ③卡砌(空心)板拱。

卡砌(空心)板拱就是把混凝土预制块做成空心的(挖空率可达40％～60％)，先在窄拱架上拼砌基箱(肋)(拱架宽1.6m ～2.0m 即可)，然后在两侧对称卡砌边箱(肋)直至成拱，从而可节省大量拱架用料。

卡砌空心板的构造要求外形简单（图9.14），种类少，便于预制和卡砌，砌块间纵横向都要满足错缝要求。

在吊装能力许可的情况下，砌块尺寸宜大不宜小。

砌块厚度不宜小于80cm ，以便砌筑人员能在空洞内对底板插捣砂浆。

砌块的横向宽度划分，一般以双箱为单元，但在横截面两端可结合具体情况，采用1.5箱和0.5箱。

4）钢筋混凝土板拱的构造钢筋混凝土板拱根据桥宽需要可做成单条整体拱圈或多条平行板(肋)拱圈(拱圈之间可不设横向联系，如图9.15所示)，可反复利用一套较窄的拱架与模板来完成施工，既节省材料，也可节省一部分拱板混凝土。

钢筋混凝土板拱应按计算需要与构造要求配置受力钢筋（主筋）、分布钢筋和箍筋（图9.16）。

主筋沿拱圈纵向拱形布置,最小配筋率为0.2%～0.4%，且上下缘对称通长布置，以适应沿拱圈各截面弯矩的变化。

分布钢筋位于主筋内侧,箍筋沿半径方向布置，靠拱背处间距不大于15cm 。

图9.15 分离式钢筋混凝土板拱图9.16 钢筋混凝土板拱的配筋 5）板肋拱所谓板肋拱就是拱圈截面由板和肋组成的拱桥又称矮肋拱。

石砌板肋拱的特点是截面下缘全宽是板，其施工与石板拱一样，在较薄的板上另外砌筑石肋，使拱圈具有更大的抗弯刚度。

其构造要求与石板拱相同，截面尺寸可参考已成桥资料或试算确定。

钢筋混凝土板肋拱则是为了充分利用混凝土的强度，节省材料，减小质量，而将实体板拱截面受拉区混凝土挖去一部分形成的。

根据主拱圈弯矩的分布情况，在跨径中部，肋布置在下面，而在拱脚区段，肋布置在上面较为合理。

但实际上为了简化模板和钢筋工作，往往沿整个拱跨将肋布置在主拱圈截面的上面或下面，如图9.17。

图9.17 板肋拱横截面（2）肋拱拱肋一般采用混凝土、钢筋混凝土或者钢管混凝土。

其肋数和间距以及截面型式主要根据桥梁宽度、所用材料、施工方法与经济性等方面综合考虑决定。

为保证各拱肋的横向稳定性和整体性，需在肋间设置足够数量和刚度的横系梁，且肋拱两外侧拱肋最外缘的间距一般不宜小于跨径的1/20。

一般在吊装能力满足要求的情况下，宜采用少肋型式。

通常，桥宽在20m 以内时均可考虑采用双肋式，当桥宽在20m 以上时，为避免由于肋中距增大而使肋间横系梁、拱上结构横向跨度与尺寸增大太多，可采用三肋(多肋)拱或分离的双肋拱。

实际三肋式拱已经很少采用。

拱肋的截面型式分为实体矩形、工字形、箱形、管形以及组合形状等。

矩形截面具有构造简单、施工方便等优点，但由于截面相对集中于中性轴，在受弯矩作用时不能充分发挥材料的作用，经济性差，一般仅用于中小跨径的肋拱。

工字形截面，由于截面核心距比矩形大，具有更大的抗弯能力，适合于拱内弯矩更大的场合，因而，常用于中等跨径的肋拱桥。

当肋拱桥跨径大、桥面宽时，拱肋可采用箱形截面，这样就可以减少更多的圬工体积。

管形肋拱是指采用钢管混凝土结构作为拱肋的拱桥。

钢管混凝土肋拱断面中钢管直径、钢管根数、布置型式等应根据桥梁跨径、桥宽及受力等具体情况确定，一般有单管式、集束管和桁架式(格构式)(图9.36)。

（3）箱形拱主拱圈（肋）截面由一个闭合箱（单室箱）或几个闭合箱（多室箱）构成的拱称为箱形拱。

每一个闭合箱又由箱壁（侧板）、顶板（盖板）、底板及横隔板组成（图9.18）。

箱形拱包括箱形板拱和箱形肋拱，由箱形截面组成主拱圈截面外观如同板拱，称箱板拱。