拱式桥

拱式桥是用拱作为桥身主要承重结构的桥，拱桥主要承受轴向压力，可用砖、石、混凝土等抗压性能良好的材料建造。具有跨越能力较大；与钢桥及钢筋梁桥相比，可以节省大量钢材和水泥；养护、维修费用少；外型美观；构造较简单，有利于广泛采用等特点。

发展

拱桥，在桥梁的发展史上曾经占有重要地位，迄今为止，已有三千多年的历史，并因其形态美、造价低、承载潜力大而得到广泛的应用。在拱桥发展的早期，生产力发展水平十分低下，其发展十分缓慢。

国外的石拱桥鼎盛于古罗马时代。现存较为著名的两座石拱桥为Pout-du-Gard桥和Alcantara桥。前者建于公元14年，由三层半圆拱组成，其中底层6拱、中层11拱、顶层33拱，总长达270m；后者建于公元98年，共有16个半圆拱，跨径从13.5m到28.2m不等。

拱桥在中国也有着悠久的历史。早在公元前282年就有了关于石拱桥的文字记载，考古发现公元前250年周末的墓穴中就有了砖拱。修建于公元606年的河北赵县安济桥代表着中国古代石拱桥建造的最高成就。安济桥跨径37.4m，矢高7.23m，宽约9m，在跨度方面曾保持记录达1350年之久，且至今保存完好。

文艺复兴时期以后，特别是18世纪的工业革命以来，科学技术有了长足的进步，桥梁建设也逐步开始走上了科学的道路。这一时期的拱桥在各个方面都得到了空前的发展。具有代表性的大跨度钢拱桥有3座：悉尼港大桥（503m，澳大利亚，1932年）、Bayanne桥（503.6m，美国，1931年）和New River Gorge桥（518.3m，美国，1976年）。

世界上第一座钢筋混凝土拱桥建于1898年。在跨度方面，万县长江大桥（420m，中国，1986年）为同类之最。

世界上最大的石拱桥---湖南凤凰乌巢河桥，跨度120米，1990年建成。

各个时期特点

早期

1、拱桥的设计、建造以经验为主；

2、所用的材料多为石材；

3、结构形式以圆弧、实腹式拱桥为主。

文艺复兴时期

1、数学和力学逐渐在设计中起主导作用，设计理论臻于完善；

2、结构形式多样化，摆脱了上承式实腹拱的单一模式，使拱桥的表现力更加丰富；

3、所用的建筑材料也不再局限于石材。

近现代

1、强度高塑性好、耐高温

2、耐腐蚀、抗冲击性能好

种类

主要的结构形式有双曲拱桥、桁架拱桥以及一些组合体系的拱桥。随着计算力学的发展和对材料性能认识的不断深入，其它形式的桥梁也在不断地发展。

拱桥按其结构体系分为：

简单体系拱桥

在简单体系拱桥中，拱桥的传力结构不与主拱形成整体共同承受荷载。桥上的全部荷载由主拱单独承受，它们是桥跨结构的主要承重构件。拱的水平推力直接由墩台或基础承受。

1、主拱构造。石板拱宽跨比不应小于1/20，石料规格一般采用料

石、块石、片石等各种类型。根据受力特点，主拱的构造应满足下列要求：拱石受压面应选择较大的平整面，并使拱石的大头向上，小头向下，受压面的砌缝应与拱轴线相垂直；当拱厚较大时，宜采用2～4层砌筑，并应纵横错缝，错缝间距不小于100mm；砂浆砌缝宽度不应大于20～30mm；拱圈与墩台及宽腹式拱墩连接处，应采用特制的五角石，以改善连接处的受力状况。

2、拱上建筑构造。拱上建筑按其采用的构造方式，可分为实腹式和空腹式两种。

实腹式拱上建筑由拱腔填料、侧墙、护拱和桥面系等部分组成，一般适用于小跨径拱桥。

空腹式拱上建筑最大的特点在于具有腹孔和腹孔墩。腹孔有拱式腹孔、梁（板）式孔两种形式。腹孔跨径不宜过大，一般不大于主拱跨径的1/8～1/15，同时腹孔的构造应统一。

3、细部构造。为了防止不规则裂缝的出现，需在相对变形较大的位置设置伸缩缝，相对变形较小的位置设置变形缝。桥面系均应在相应位置设置伸缩缝或变形缝，以适应主拱的变形。

实腹式拱桥的伸缩缝通常设在两拱脚的上方，并需在横桥方向贯通全宽及侧墙的全高。多将伸缩缝做成直线形，以使构造简单，施工方便。

对于空腹式拱桥，当采用拱式腹孔时，一般将紧靠墩台的第一个腹拱做成三铰拱，并在靠墩台侧拱铰上方的侧墙内设置伸缩缝，其余拱铰上方可设变形缝。

组合体系拱桥

组合体系拱桥一般由拱和梁、桁架或刚架等两种以上的基本结构体系组合而成，拱桥的传力结构与主拱按不同的构造方式形成整体结构，以共同承受荷载。根据构造方式及受力特点，组合体系拱桥可分为桁架拱桥、刚架拱桥、桁式组合拱桥和拱式组合体系桥等四大类。

1、桁架拱桥又称拱形桁架桥，是由拱和桁架两种结构体系组合而成。

2、刚架拱桥也是一种有推力的拱桥。其主结构由拱肋构成主拱，拱上建筑取斜腿刚构．的形式，并联结成整体，故名刚架拱桥。刚架拱桥的外形与桁架拱桥相似，但构造比桁架拱桥简单，整个桥跨没有竖杆，只有少量的斜杆（跨径小于30m时，可不设斜杆）刚架拱桥的上部结构由刚架拱片、横向联结系和桥面系等部分组成。

桁架拱桥和刚架拱桥均属于整体型上承式拱桥。

3、桁式组合拱桥是由两端的悬臂桁架梁和中段的桁架拱组成的拱梁组合体系，也是一种有推力结构。主孔桁架一般采用斜杆式，可分为三角形式、斜压杆式和斜拉杆式三种，其中斜拉杆式是大跨径预应力混凝土桁式组合拱桥常用的形式。

桁式组合拱桥主跨是由两端的悬臂桁架、中段的桁架拱片、横向联结系和桥面系等部分组成，主孔下弦杆的曲线一般采用二次抛物线形，矢跨比一般在1/6～1/9。当边孔采用桁式拱时，应根据主跨与边跨水平推力接近的原则来确定矢跨比。桁式组合拱上下弦杆一般采用闭合的箱形截面，较为刚劲，所以拱片间距不宜过小，对于双车道桥梁，一般采用两片桁式拱片。

4、拱式组合体系桥是将拱肋和系杆组合起来，共同承受荷载，可充分发挥各构件的材料强度。拱式组合体系桥可做成有推力和无推力两种形式，也可以做成上承式、中承式或下承式三种形式。一般无推力中、下承式的拱式组合体系桥使用较多，无推力的拱式组合体系桥常称为系杆拱桥，一般由拱肋、吊杆（或立柱）、系杆、横向联结系和桥面系等组成，根据拱肋和系杆（梁）相对刚度的大小，可划分为柔性系杆刚性拱、刚性系杆柔性拱和刚性系杆刚性拱三种体系。出现的大跨径系杆拱桥大多采用钢筋混凝土或钢管混凝土结构，除单跨外，更多的是三跨飞燕式。

结构特点

桥跨的承载结构以拱圈或拱肋为主。

拱式桥在竖向荷载作用下。两拱脚处不仅产生竖向反力，还产生水平反力。

由于水平推力的作用使拱中的弯矩和剪力大大地降低。设计合理的拱主要承受拱轴压力，拱截面内弯矩和剪力均较小，因此可充分利用石料或混凝土等抗压能力强而抗拉能力差的圬工材料。由此可见，拱式桥是钢筋混凝土桥和圬工桥最合理的结构形式之一。拱式桥是推力结构，其墩台基础必须承受强大的拱脚推力。因此拱式桥对地基要求很高，适建于地质和地基条件良好的桥址。

优缺点

优点

跨越能力较大；与钢桥及钢筋梁桥相比，可以节省大量钢材和水泥；能耐久，且养护、维修费用少；外型美观；构造较简单，有利于广泛采用。

缺点

由于它是一种推力结构，对地基要求较高；对多孔连续拱桥，为防止一孔破坏而影响全桥，要采取特殊措施或设置单向推力墩以承受不平衡的推力，增加了工程造价；在平原区修拱桥，由于建筑高度较大，使两头的接线工程和桥面纵坡量增大，对行车极为不利。

发展方向

随着拱式桥的发展，在中小跨度方面，人们有了更多的选择；在大跨度方面，拱桥的竞争性明显弱于斜拉桥和悬索桥。圬工拱桥不便于实现工厂化施工，施工周期较长，相应的费用较高。同时，圬工材料尽管适合承压，但其自重相对于许用应力而言较大，因而不适于用作大跨度桥梁。高强钢材尽管抗压和抗拉强度都较高，但拱结构以受压为主，而高强钢材和普通钢材的弹性模量几乎相同，所以在提高构件稳定承载力方面，高强钢材并无多大的优越性。在同样的条件下，钢拱桥的经济指标往往逊于斜拉桥和悬索桥。由于受施工和材料方面的双重限制，古老的拱桥面临着生存的危机。

因此，拱式桥若要更好的发展，需要找寻新的施工材料，而随着科技的高速发展，现如今钢管钢材在全世界范围内已得到广泛的应用，钢管混凝土桥也会渐渐代替原来的石拱桥。钢管混凝土将会成为未来拱式桥的主要材料。

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