拱形桥有什么好处

拱桥是一种像弓形状的桥的建筑结构。在桥的事情中，拱桥是最常见的一种形状。他之所以从古至今被历代的建筑家所钟爱是有一定原因的。

首先在外观方面，拱桥满足了人们对于美观的需求，从远远看上去拱桥以一个弧度和衡量的结构出现,让人有美的享受，搭配上拱桥旁边的建筑和流水。能自然而然的形成一幅美丽的画卷.第二拱桥在修筑的时候能够很大程度上减少建材的耗用，不像住行桥或者木桥。会使用很多的建筑材料，第三时是拱桥有很好的实用性，拱形中间的空洞也能够让底下的轮船或者客船通行自如，加大河水的利用效率。

我国的拱桥历史非常的悠久，其中最著名的就是赵州桥，赵州桥实现成历史上保存最早。保存最完好的石拱桥距今已经有1500年左右的历史。是隋朝时期李春建造的。并且赵州桥经过了十多次的水灾以及数次的地震。都没有。收到，破坏。他之所以这样坚固的原因就在于拱形结构自身就可以承受很大的晃动，再加上其建造的内部结构和材料又十分的坚固，就使得这座桥成为了中国乃至世界建桥史上的一个奇迹。

首先这涉及到一个物理学的原理。拱桥大部分都是由一个桥面加一个主拱圈。主拱圈的两端是两个墩台。在桥面和主拱圈中有若干吊杆儿相连接。拱桥在桥面的作用下，支撑处不仅产生竖着的返利，而且会产生水平的推力。由于这个水平推力的存在，所以拱桥的弯矩就比相同跨度的衡量的桥距要小的很多，所以拱面主要承受的压力就会变小，因此拱桥能够实现千年不倒是因为其受力的原理很巧妙。

拱式桥：

主要材料是圬工、钢筋砼，适用范围视材料而定。跨径从几十米到三百多米都有，目前我国最大跨径钢筋砼拱桥为170米。

优点：跨越能力较大；与钢桥及钢筋砼梁桥相比，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。

1从宏观受力的角度分析,拱桥最大的特点是其构件主要是受压，而直桥形式应该是这样几种结构：梁桥、悬锁桥（吊桥）、斜拉桥，斜拉桥，梁桥的受力主要是跨中弯矩，悬锁桥（吊桥）主要是受拉。

通过比较，可以得出拱形桥是最实用的桥。

梁桥是车子到哪哪里就受压，拱桥是周围的都在受力，悬索桥除了自身以外还有绳索的力，所以，拱桥是受力最合理的桥梁，同时加工建筑材料造价低，但只抗压不抗拉，合理的拱桥拱圈结构只受压力不受拉力，加工建筑材料能够发挥最大的力学性能，桥上荷载通过拱圈传递推力给拱座，拱座一般为大体积重力式结构承受拱圈传递的推力

【桥梁从建筑材料角度来看，最主要是石材和木材，木材在强度和耐久性上远不及石材，石材的受压能力大大强于其受拉受弯能力。】

2桥梁从建筑材料角度分析

拱桥:利用石材的受压，可以通过一块一块的小石块挤压形成较大跨径,受力合理,适用广泛。 梁桥:受弯拉，简单说只能用厚重的条石搭在桥墩上实现，所以跨径小，浪费材料，也不便施工，而且桥下过水面积小不便通航和泻洪。 悬锁桥（吊桥）受拉，自重轻，跨径大，稳定性差,一般由铁链、藤锁类等材料建造，受材料地域和耐久性以及地质条件限制应用不是很广泛。

3从微观受力角度分析：

拱形桥是半圆凸弧，顶端F合=G-F压（即向心力），Vmax=根号GR ,到达顶端时，向心力全部由重力充当，根据圆周运动公式可得出以下结论：

车辆行人上桥到下桥过程中

1.线速度V=s/t=2πR/T

始终不变

2向心力F心=mV2/R=mω2R=m(2π/T)2R

始终不变

3对桥的压力比平地时要小

F合=G-N

所以N=G-F合〈G （F合=mg-ma）

综上所述，拱形桥在多方面比其他桥梁更普遍，更实用。

拱肩上有敞开的（如大拱上加小拱，现称空腹拱）和不敞开的（现称实腹拱）。拱形有半圆、多边形、圆弧、椭圆、抛物线、蛋形、马蹄形和尖拱形，可说应有尽有。

孔数上有单孔与多孔，多孔以奇数为多，偶数较少，多孔拱桥，如果当某孔主拱受荷时，能通过桥墩的变形或拱上结构的作用将荷载由近及远的传递到其它孔主拱上去，这样的拱桥称为连续拱桥，简称连拱。

由于汽车经过一个弧形的时候，需要有一个向心力f，它是由重力mg和支承力n合成的。

在拱形桥：f=mg-n

∴

n=mg-f

在凹形桥：f=n-mg

∴

n=f-mg

由上述两个式子可见，拱形桥的n较小，n是桥对汽车的支承力，其大小等于汽车对桥的压力。所以拱形桥对桥的结构强度设计上有利。

1．上部结构(也称桥跨结构)

一般包括桥面构造(行车道、人行道、栏杆等)、桥梁跨越部分的承载结构和桥梁支座。

2．下部结构

下部结构是指桥梁结构中设置在地基上用以支承桥跨结构，将其荷载传递至地基的结构部分。一般包括桥墩、桥台及墩台基础。

(二)桥梁的分类

(1)根据桥梁主跨结构所用材料划分。

(2)根据桥梁所跨越的障碍物划分。

（3）根据桥梁的用途划分。

（4）根据桥梁跨径总长L和单孔跨径Lo的不同，桥梁可分为特大桥(L≥500m或Lo≥lOOm)大桥(L≥100m，Lo≥40m)中桥(lOOm>L>30或40m>Lo>20m)小桥(30m>L>8m或20m>Lo>≥5m)

(5)根据桥面在桥跨结构中的位置，桥梁可分为上承式、中承式和下承式桥。

(6)根据桥梁的结构形式，桥梁可划分为梁式桥、拱式桥、刚架桥、悬索桥和组合式桥。

例题、大桥跨径总长L和单孔跨径Lo为 [ ]

A、 L≥500m或Lo≥lOOm

B、L≥100m，Lo≥40m

C、lOOm>L>30或40m>Lo>20m

D、30m>L>8m或20m>Lo>≥5m

答案；B

二、桥梁上部结构

(一)桥面构造

1．桥面铺装及排水、防水系统

(1)桥面铺装。桥面铺装即行车道铺装，亦称桥面保护层。桥面铺装的形式有：

1)水泥混凝土或沥青混凝土铺装。

2)防水混凝土铺装。

(2)桥面纵横坡。桥面的纵坡，一般都做成双向纵坡。

(3)桥面排水和防水设施。

1)桥面排水。在桥面上除设置纵横坡排水外，常常需要设置一定数量的泄水管。当桥面纵坡大于2％而桥长大于50m时，每隔12-15m设置一个；桥面纵坡小于2％时，一般顺桥长方向每隔6-8m设置一个。

2)防水层。桥面防水层设置在桥面铺装层下面，它将透过铺装层渗下来的雨水汇集到排水设施(泄水管)排出。桥面伸缩缝处应连续铺设，不可切断；桥面纵向应铺过桥台背；截面横向两侧，则应伸过缘石底面从人行道与缘石砌缝里向上叠起lOOmm。

例题、在桥面上除设置纵横坡排水外，常常需要设置一定数量的泄水管。当桥面纵坡大于2％而桥长大于50m时，每隔[ ]设置一个。

A、6-8B、10—12 C、12—14 D、12-15m

答案；D

2．伸缩缝

为满足桥面变形的要求，通常在两梁端之间、梁端与桥台之间或桥梁的铰接位置上设置伸缩缝。

(1)伸缩缝的构造要求。要求伸缩缝在平行、垂直于桥梁轴线的两个方向，均能自由伸缩，牢固可靠，车辆行驶过时应平顺、无突跳与噪声；要能防止雨水和垃圾泥土渗入阻塞；安装、检查、养护、消除污物都要简易方便。

在设置伸缩缝处，栏杆与桥面铺装都要断开。

(2)伸缩缝的类型。

1)镀锌薄钢板伸缩缝。在中小跨径的装配式简支梁桥上，当梁的变形量在20—40mm以内时常选用。

2)钢伸缩缝:它的构造比较复杂，只有在温差较大的地区或跨径较大的桥梁上才采用。钢伸缩缝也宜于在斜桥上使用。

3)橡胶伸缩缝。它是以橡胶带作为跨缝材料。这种伸缩缝的构造简单，使用方便，效果好。在变形量较大的大跨度桥上，可以采用橡胶和钢板组合的伸缩缝。

3．人行道、栏杆、灯柱

桥梁上的人行道宽度可选用0．75m、1m，大于1m按0．5m倍数递增。

(1)安全带。不设人行道的桥上，两边应设宽度不小于0．25m，高为0．25-0．35m的护轮安全带。安全带可以做成预制件或与桥面铺装层一起现浇。

(2)人行道。人行道一般高出行车道0．25—0．35m；

人行道在桥面断缝处也必须做伸缩缝。

(3)栏杆、灯柱。照明用灯一般高出车道5m左右。

(二)承载结构

桥梁的承重结构因其结构形式而异。

1．梁式桥

梁式桥是指其结构在垂直荷载作用下，其支座仅产生垂直反力，而无水平推力的桥梁。梁式桥的特点是其桥跨的承载结构由梁组成。梁式桥可分为简支梁式桥、连续梁式桥、悬臂梁式桥。

(1)简支梁式桥。

简支梁桥是静定结构，其各跨独立受力。桥梁工程中广泛采用的简支梁桥有三种类型：

1) 简支板桥。简支板桥主要用于小跨度桥梁。按其施工方式的不同分为整体式简支板桥和装配式简支板桥；

装配式板桥是目前采用最广泛的板桥形式之一。按其横截面形式主要分为实心板和空心板。根据我国交通部颁布的装配式板桥标准图，通常每块预制板宽为1．Om，实心板的跨径范围为1．5-8．Om，主要采用钢筋混凝土材料；钢筋混凝土空心板的跨径范围为6—13m；而预应力混凝土空心板的跨径范围为8-16m。

2)肋梁式简支梁桥(简称简支梁桥)。简支梁桥主要用于中等跨度的桥梁。中小跨径在8-12m时，采用钢筋混凝土简支梁桥；跨径在20-50m时，多采用预应力混凝土简支梁桥。在我国使用最多的简支梁桥的横截面形式是由多片T形梁组成的横截面。

3)箱形简支梁桥。箱形简支梁桥主要用于预应力混凝土梁桥。尤其适用于桥面较宽的预应力混凝土桥梁结构和跨度较大的斜交桥和弯桥。

(2) 连续梁式桥和悬臂梁式桥。连续梁桥相当于多跨简支梁桥在中间支座处相连接贯通，形成整体的、连续的、多跨的梁结构。连续梁桥是大跨度桥梁广泛采用的结构体系之一，一般采用预应力混凝土结构。

悬臂梁桥相当于简支梁桥的梁体越过其支点向一端或两端延长所形成的梁式桥结构。其结构特点是悬臂跨与挂孔跨交替布置，通常为奇数跨布置。

T形刚架桥是由桥跨梁体与桥墩(台)刚接形成的的具有悬臂受力特点的无支座T形梁式桥结构。通常全桥由两个或多个T形刚架通过铰或挂梁相连所组成。其构造特点为：

1) 连续梁桥、悬臂梁桥和T形刚架桥的分孔。

桥梁的分孔取决于桥位处的地形、地质、水文条件、通航的要求以及技术条件。对于连续梁桥、悬臂梁桥的T形刚架桥，在分孔时还必须考虑桥梁相邻跨径的合理比例。连续梁桥连续孔数很少超过五跨。三跨最广泛。

2)横截面形式及主要尺寸。大跨度的连续梁桥、悬臂梁桥和T形刚架桥多采用变截面形式，其桥跨不同部位的梁高是变化的，梁高沿桥纵向的变化曲线可以是抛物线、正弦曲线、三次曲线、圆弧线以及折线。

主梁的截面通常采用箱形截面。

3)预应力筋的布置要点。预应力筋的布置通常根据正负弯矩沿梁纵向分布的变化来确定。

预应力筋宜布置成波浪形曲线但波浪形曲线曲率不宜过大，对于大跨度连续梁桥和悬臂梁桥可利用其变高截面特点较平缓地布置预应力筋曲线。

例题、关于肋梁式简支梁桥正确的是[ ]

A、 可简称为简支梁桥

B、 主要用于中等跨度的桥梁

C、 要用于大跨度的桥梁

D、 跨径在20-50m时，多采用预应力混凝土简支梁桥

E、跨径在20-50m时，采用钢筋混凝土简支梁桥

答案；A、B、D

2．拱式桥

拱式桥的特点是其桥跨的承载结构以拱圈或拱肋为主。

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。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。

例题．设计合理的拱式桥的拱主要承受[ ]

A、拱轴压力

B、拱截面内弯矩

C、拱截面剪力

D、拱轴张力

答案；A

拱桥按其结构体系分为：

(1)简单体系拱桥。在简单体系拱桥中，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。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。

2)拱上建筑构造。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)式腹孔两种形式。腹孔跨径不宜过大，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，在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。

(2)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。

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。

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.

3．刚架桥

刚架桥是由梁式桥跨结构与墩台(支柱、板墙)整体相连而形成的结构体系，其梁 柱结点为刚结。按照其静力结构体系可分为单跨或多跨的刚架桥；也可分为铰支承刚架桥 和固端支承刚架桥。

刚架桥的支柱做成直柱式称门形刚架桥，做成斜柱式称斜腿刚架。

刚架桥的主梁截面形式与梁式桥相同。主梁在纵向的变化可采用等截面、变宽截面和 变高截面等。

刚架桥的支柱有薄壁式和柱式。柱式又分单柱式和多柱式。

例题．刚架桥按照其静力结构体系可分为[ ]的刚架桥。

A、单跨

B、多跨

C、铰支承

D、固端支承

E、柔性支承

答案；A、B

4．悬索桥

悬索桥又称吊桥，是最简单的一种索结构。其特点是桥梁的主要承载结构由桥塔和悬挂在塔上的高强度柔性缆索及吊索、加劲梁和锚碇结构组成。现代悬索桥一般由桥塔、主缆索、锚碇、吊索、加劲梁及索鞍等主要部分组成。

(1)桥塔。桥塔是悬索桥最重要的构件。大跨度悬索桥的桥塔主要采用钢结构和钢筋混凝土结构。其结构形式可分为桁架式、刚架式和混合式三种。

(2)锚碇。锚碇是主缆索的锚固构造。主缆索中的拉力通过锚碇传至基础。

(3)主缆索。主缆索是悬索桥的主要承重构件，可采用钢丝绳钢缆或平行丝束钢缆，大跨度吊桥的主缆索多采用后者。

(4)吊索。吊索也称吊杆，是将加劲梁等恒载和桥面活载传递到主缆索的主要构件。吊索可布置成垂直形式的直吊索或倾斜形式的斜吊索，其上端通过索夹与主缆索相连，下端与加劲梁连接。吊索与主缆索连结有两种方式：鞍挂式和销接式。吊索与加劲梁联结也有两种方式：锚固式和销接固定式。

(5)加劲梁。加劲梁是承受风载和其他横向水平力的主要构件。大跨度悬索桥的加劲梁均为钢结构，通常采用桁架梁和箱形梁。

(6)索鞍。索鞍是支承主缆的重要构件。索鞍可分为塔顶索鞍和锚固索鞍。

5，组合式桥

组合式桥是由几个不同的基本类型结构所组成的桥。

斜拉桥是典型的悬索结构和梁式结构组合的，由主梁、拉索及索塔组成的组合结构体系。这里仅就混凝土斜拉桥介绍其构造特点。

(1)拉索。拉索是斜拉桥的主要承重构件，拉索的造价约占全桥的25％-30％。目前采用较多的有平行钢丝束，钢绞线束和封闭式钢索。

(2)主梁。混凝土斜拉桥常用的主梁结构形式有连续梁、悬臂梁、悬臂和连续刚构等。

(3)索塔。索塔主要承受轴力，有些索塔也承受较大的弯矩。

(三)桥梁支座

桥梁支座是桥跨结构的支承部分，它将桥跨结构的支承反力传递给墩台，并保证桥跨结构在荷载作用下满足变形要求。

支座按其允许变形的可能性分为固定支座、单向活动支座；