• 5：受力合理，能充分发挥材料的作用，用料经济 • 6：与其他体系桥梁相比，预应力拱桥拱桥造价较低 • 7．装配化程度高，施工工序少，可充分利用施工单位的现
有设备，达到缩短工期、节省人工的目的
三、拱桥组成
• 桥跨结构和下部结构两部分 • 根据行车道位置不同，拱桥的桥跨结构可以做成上承式，中
承式和下承式
料性能，在200~400m内基本不存在强度和刚度问题。
• 2：跨径适应能力强。大跨径桥梁的最大跨径为满足通航或 跨越深水基础外，绝大多数跨径在150~350m，在这个跨境范 围内钢管混凝土拱桥具有独特优势，既能满足常规的通航要 求，又能很好的适应各种地形。
• 3：施工简便，安全可靠。钢管拱桁架在施工阶段有很好模 板，又有很好的劲性承重骨架，非常适宜于先进的泵送工艺， 节省模板，支架和时间
• 在分离的肋拱之间，需设置足够数量和刚度的横系梁，以 保证各拱肋的横向稳定性和整体性，可充分发挥钢筋等材料 的优势，具有较好的经济性，现已在大中型拱桥中广泛使用。
• 拱肋是肋拱桥的主要承重结构，其肋数和间距以及拱肋的截 面形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
• 拱肋的截面形式，根据跨度大小和载重等级，可以选用实体 矩形、工字形、箱形、管形等，如图所示
第12章 预应力混凝土拱桥
桥梁工程系 朱尔玉教授 刘磊副教授
土木建筑工程学院（School of Civil Engineering）
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• §12.1 预应力拱桥的特点、类型、组成.1.2：拱桥特点
•
12.1.3：拱桥组成和分类
•
12.1.4：预应力技术在拱桥中的应用
• 桁式组合拱桥上部构造的所有构件均采用闭合箱形截面，虽 然给预制和拼装带来一定的困难，却充分利用了材料性能，
• 节省了材料，且箱形截面抗弯和抗扭刚度都很大，力学性能 好，有明显的技术经济效果。跨径不大时，两边肋可以做成 工字型截面，安装就位后再加盖顶、底板，组成单室单箱截 面，
• 跨径较大时，边肋做成小箱形截面，安装就位后再加盖顶、 • 底板，组成3室单箱截面。 • 桁式组合拱桥的斜杆和竖杆均可以做成2个分离式截面， • 其间用剪刀撑或横系梁加以连接。 • 桁式组合拱桥杆件之间的内力传递是通过节点(杆件的交 • 汇处徕完成的。
• 钢拱桥：上部结构用钢材建造的拱桥类型。其优点是跨越 能力大，且自重是三种拱桥中最轻的；缺点是结构复杂，由 于三铰拱钢拱桥一般不用，所以对地基要求高，造价高，且 维护费用高。适用于大跨度桥梁中。
5按照主拱的截面形式分类
• 板拱，肋拱，双曲拱，箱型拱
• 安徽铜黄太平湖提篮拱 • 桥净跨336米
6、按照铰的多少可分为：两铰、三铰、无铰
• 石拱桥：用石料建造的拱桥，外形美观，养护简便，并可以 就地取材，以减低造价。缺点是自重大，跨越能力有限，石 料的开采、加工和砌筑均需要较多的劳动力，且工期较长。 一般用于小跨径桥梁。
• 混凝土拱桥： 用混凝土建造的拱桥，包括素混凝土和钢筋 混凝土两类。其优点是加工和制造较石拱桥方便，工期段； 缺点是由于混凝土 抗拉 强度很低，故其跨越能力小，且混 凝土耗费量大。一般用于小跨径桥梁。
二、拱桥特点
• 1：跨越能力大，目前钢筋混凝土拱桥最大跨径已达500m以 上
• 2：构造简单，技术容易被掌握，有利于推广 • 3：外形美观，能与周围环境较好协调，特别是在西部地区，
山陵沟壑拱桥犹如一条彩虹飞跃两岸。
• 4：与一般拱桥相比自重较轻，预应力混凝土拱桥适于在软 地基土上施工，减少了下部结构工程量。
• 2：横梁预应力索
• 3：横撑，系梁预应力索
• 4：吊杆：吊杆是轴向受拉构件，起传递行车道系恒载和活 载的作用，选择适宜的吊杆结构形式有利于施工和拱肋系杆 的受力。大刚度的吊杆愈使系杆内力显示出连续梁的特征， 在钢管混凝土结构内布置粗钢筋或预应力筋抵抗轴向拉力。
• 5：预应力锚固系统
• 二：桁架拱桥—普通桁架拱和桁式组合拱
• 圆弧拱桥： 拱圈轴线按部分圆弧线设置的拱桥。优点构造 简单，石料规格最少，备料、放样、施工都很简便；缺点是 受荷时拱内压力线偏离拱轴线较大，受力不均匀。一般适用 于跨度小于20m的石拱桥。
• 抛物线拱桥： 拱圈轴线按抛物线设置的拱桥，是悬链线拱 桥的一种特例。优点是弯矩小，材料省，跨越能力较大；缺 点是构造较复杂，如果是石拱桥则料石的规格较多，施工较 不方便。
§12.2预应力混凝土拱桥构造
• 12.2.1：主拱圈的构造 • 一：板拱：在砌筑料石拱圈时，根据受力的需要，构造上应
满足以下几点要求：
• （1）拱石受压面的砌缝应是辐射方向，即与拱轴线相垂直。 这种辐向砌缝一般可做成通缝，不必错缝。
• （2）当拱圈厚度不大时，可采用单层拱石砌筑，当拱厚较 大时可采用多层拱石砌筑，对此要求垂直于受压面的顺桥向 砌缝错开，其错缝间距不小于10cm。
基本组成
拱桥分类
• 1：按照拱上建筑的形式可以分为：实腹式拱桥及空腹式拱 桥
• （1）实腹 • 式拱桥：
• （2）空腹式拱桥： • • • •
• 赵州桥，
• 又名安济桥 • 跨径37.02米 • 全长50.82米 • 为空腹式 • 石拱桥
2按照拱轴线的型式可分为：圆弧拱桥、抛物线拱桥、 悬链线拱桥
• 2）主要组成
• 上部结构：桁架拱片（上弦杆，下弦杆，腹杆，拱顶实腹 段），横向联结系，桥面
• 根据腹杆布置和受力特性不同桁架拱片分为：斜腹杆式（斜 压杆式，斜拉杆式，三角式），竖腹杆式
拱片横向联系
（2）桁式组合拱： 用于大跨径预应力混凝土拱桥，它与普通桁架拱的不同之 处在于上弦杆断点位置不同。桁式组合拱上弦杆断点设在墩 台顶部至拱顶之间的某个部位，从断点到墩台顶部形成一个 悬臂桁架，两断点成为一普通桁架拱，但下弦杆仍保持连续。 普通桁架拱上弦杆没有断点，直接简支于墩台。整个结构纵， 横向刚度大，施工运营阶段稳定性好。由于上弦断开，使拱 顶正弯矩比同跨普通桁架拱减小30%
• 三铰拱：在拱冠与拱端处均设铰的拱桥，属于静定结构。 • 两铰拱：拱圈中间无铰而两端设铰与墩台铰接的拱桥，属于
外部一次超静定结构。 • 无铰拱： 又称固端拱桥。拱圈两端嵌固在桥墩上而中间无
铰的拱桥，属于外部三次超静定结构。
12.1.4 预应力技术在拱桥中的应用
• 一：钢管混凝土拱桥 • 特点： • 1：跨越能力大，因其充分发挥了钢管混凝土结构卓越的材
• 文惠桥,1994年 • 建成通车。主桥 • 587米，广西第 • 一座中承式钢管 • 混凝土拱桥。
• 预应力技术的应用
• 预应力混凝土系杆拱桥预应力索布设：
• 1：系杆预应力索：系杆是以轴向拉力为主，弯矩为次的结 构．它的受力与拱肋、吊杆的刚度相关。拱肋的刚度愈大， 系杆承受的轴向拉力也愈大，同时弯矩减小，而吊杆的刚度 越大，系杆内力越呈现出等跨连续粱的特征，节点负弯矩和 节间正弯矩都将变小。系杆是受轴向拉力开裂，因此必须施 加预应力以抵抗轴向拉力
• §12.2 预应力混凝土拱桥构造
•
12.2.1：主拱圈的构造
•
12.2.2：拱上建筑的构造
•
12.2.3：其他细部构造
• 一：概述：
• 中国是拱桥的国度，在公元前282年就有了石拱桥的文字记 载，考古发现公元前250年周末的墓穴中就有了砖拱。中国 进入隋，唐，宋，元时期，国力相对强盛，经济发展，桥梁 建设也取得了辉煌的成就，其中最具代表性的当属公元606 年建成的河北赵县安济桥。新中国成立后，桥梁建设水平有 了新的飞跃，大，中跨径的上承式拱桥陆续被修建。但是， 此种桥型多为在山区修建，因为，拱桥产生的水平推力是惊 人的，把它架在两山之间当然没问题，水平力肯定推不动大 山，如果在平原地区普通地质的地方修建此种桥梁，那水平 推力得需要修建很大体积的基础工程才能平衡掉，所以在预 应力技术出现以前，此种桥型在平原地区的竞争力不强，但 随着体外预应力技术的成熟，这种平原地区梁板式桥梁-统 天下的局面逐渐被打破了
• 预应力技术的应用
大跨径的桁式组合拱桥，一般采用斜拉式桁构，斜杆受拉，因 此，斜杆单箱的几何尺寸，还必须满足布置预应力钢筋的要求。 竖杆一律为压杆，不需要设置预应力钢筋，因竖杆比斜杆短， 相对刚度较大，所以分配的节点弯矩也很大，越短的竖杆节点 弯矩越大。为了减少节点弯矩，施工过程中通常将竖杆两端截 面弱化，切断受力钢筋，增设x钢筋，作为简易铰，以消除恒 载节点弯矩，待悬拼合拢、体系转换后再将主筋焊接好，用混 凝土封闭缺口，恢复固结状态。对整个结构而言，各杆件特征 截面的经济指数(面积和应力的乘积)之和越小，截面的刚度比 就越合理，工程量就越小。
• 无推力拱桥：在竖向荷载作用下拱脚对墩台无水平推力作用 的拱桥。其推力由刚性梁或柔性杆件承受，属于内部超静定、 外部静定的组合体系拱桥。适用于地质不良的桥位处，墩台 与梁式桥基本相似，体积较大，只能做成下承式桥，建筑高 度很小，桥面标高可设计的很低，降低纵坡，减小引桥长度， 因此可以节约材料。但是，结构的施工比较复杂。
矩形截面具有构造简单、施工 方便等优点，一般仅用于中小 跨径的肋拱。工字形截面由于 截面核心距比矩形截面大，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 于大中跨径的肋拱桥。箱形截 面肋拱的构造及特点与箱形拱 基本相同。
管形肋拱是指采用钢管混凝土结 构作为拱肋的拱桥，一般有单管 式、双管式（哑铃形）和四管 （梯形、矩形），如图所示
• • • （１）截面挖空率大，与板拱相比，可节省大量圬工体积，
• （２）箱形截面能较好地满足主拱圈各截面承受正负弯矩的
• 有推力拱桥：在竖向荷载作用下拱脚对墩台有水平推力作用 的拱桥。水平推力可减小跨中弯矩，能建成大跨度的桥梁。 造型美观，城市桥梁一般优先选用，可做成上承式、中承式 桥。缺点是，对地质要求很高，为防止墩台移动或转动，墩 台须设计很大，施工较麻烦。