拱桥(archbridge)指的是在竖直平面内以拱作为结构主要承重构件的桥梁。拱桥在容器内的粉料层中如果形成能承受上方粉料的压力而不将此压力传递给下方的面,此面即称为拱桥。拱桥是向上凸起的曲面,其最大主应力沿拱桥曲面作用,沿拱桥垂直方向的最小主应力为零。在重力作用下进行的粉料流出过程中可能反复出现拱桥的形成和崩解过程,此种拱桥称为动拱桥。最早出现的拱桥是石拱桥,借着类似梯形石头的小单位,将桥本身的重量和加诸其上的载重,水平传递到两端的桥墩。各个小单位互相推挤时,同时也增加了桥体本身的强度。近现代的拱桥则更多的使用混凝土或钢材建造。

中国的拱桥始建于东汉中后期,已有一千八百余年的历史。它是由伸臂木石梁桥、撑架桥等逐步发展而成的。在形成和发展过程的外形都是曲的,所以古时常称为曲桥。在古文献中,还用“囷”、“窌”、“窦”、“瓮”等字来表示拱。

拱桥。造型优美,曲线圆润,富有动态感。单拱的如北京颐和园玉带桥,拱券呈抛物线形,桥身用汉白玉,桥形如垂虹卧波。多孔拱桥适于跨度较大的宽广水面,常见的多为三、五、七孔,著名的颐和园十七孔桥,长约150米,宽约6.6米,连接南湖岛,丰富了昆明湖的层次,成为万寿山的对景。河北赵州桥的“敞肩拱”是中国首创,在园林中仿此形式的很多,如苏州东园中的一座。

拱桥特点

我国建造拱桥的历史要比以造拱桥著称的古罗马晚好几百年,但我国的拱桥却独具一格。形式之多,造型之美,世界少有。有驼峰突起的陡拱,有宛如皎月的坦拱,有玉带浮水的平坦的纤道多孔拱桥,也有长虹卧波、形成自然纵坡的长拱桥。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,简称连拱江浙水乡的三、五、七、九孔石拱桥,一般是中孔最大,两边孔径依次按比例递减,桥墩狭薄轻巧,具有划一格局,令人钦佩。

由于桥孔搭配适宜,全桥协调匀称,自然落坡既便于行人上下,又利于各类船只的航运。杭州市城北的拱辰桥是三孔的一例,建于明崇祯四年(1631年)。有的桥孔多达数十孔,甚至超过百孔,如1979年发现的徐州景国桥,就有104孔,估计它是明清桥梁。多跨拱桥又有连续拱和固端拱,固端拱采用厚大桥墩,在华北、西南、华中、华东等地都可见到,连续拱只见于江南水乡。按建拱的材料分有石拱、木拱、砖拱、竹拱和砖石混合拱。

以承受轴向压力为主的拱圈或拱肋作为主要承重构件的桥梁,拱结构由拱圈(拱肋)及其支座组成。拱桥可用砖、石、混凝土等抗压性能良好的材料建造大跨度拱桥则用钢筋混凝土或钢材建造,以承受发生的力矩。

按拱圈的静力体系分为无铰拱、双铰拱、三铰拱。前二者为超静定结构,后者为静定结构。无铰拱的拱圈两端固结于桥台,结构最为刚劲,变形小,比有铰拱经济,结构简单,施工方便,是普遍采用的形式,但修建无铰拱桥要求有坚实的地基基础。双铰拱是在拱圈两端设置可转动的铰支承,结构虽不如无铰拱刚劲,但可减弱桥台位移等因素的不利影响,在地基条件较差和不宜修建无铰拱的地方,可采用双铰拱桥。三铰拱则是在双铰拱的拱顶再增设一铰,结构的刚度更差些,拱顶铰的构造和维护也较复杂,一般不宜作主拱圈。

拱桥按结构形式可分为板拱、肋拱、双曲拱、箱形拱、桁架拱。拱桥为桥梁基本体系之一,一直是大跨径桥梁的主要形式。拱桥建筑历史悠久,20世纪得到迅速发展,50年代以前达到全盛时期。古今中外名桥(如赵州桥、卢沟桥、悉尼港桥、克尔克桥等)遍布各地,在桥梁建筑中占有重要地位,适用于大、中、小跨径的公路桥和铁路桥,更因其造型优美,常用于城市及风景区的桥梁建筑。

单孔石拱桥设计原理

受力:竖向荷载作用下主要承受轴向力,和少量弯矩及剪力,同时拱脚处会产生水平推力(推力的存在减少了截面的弯矩),对地基土要求很高。充分利用了石材的抗压性能拱桥施工分有支架和无支架施工两种,砌体的话很难做到无支架施工吧(与混凝土或钢结构的拱相比)下面是详细的施工过程。

拱圈放样:石拱桥的拱石要按照拱圈的设计尺寸进行加工,为保证其加工尺寸正确,就需要制。作拱石样板。小跨径圆弧等截面拱圈,因截面简单,可按计算确定拱石尺寸后,用木板制作样板,一般不需要实地放出主失圈大样。但大中跨径悬链线拱圈则需要的样台上将拱圈按1:1的比例放出大样,以确定拱块形状尺寸和拱圈分段位置。样台可选择桥位附近较为平坦和宽敞的场所。拱圈和拱架两半孔对称时,只放出半孔即可,两半孔不对称时,顺需放出全孔。砌筑主拱圈的顺序和方法砌筑拱圈时,应根据拱圈的跨径、矢高、厚度以及拱架情况,设计拱圈砌筑顺序。

拱圈砌筑顺序有以下几种:当跨径≤10m的拱圈,采用满布式拱架砌筑,可从两端拱脚按顺序对称砌筑,最后砌拱顶石。当跨径≤10m且采用拱式架砌筑拱圈和跨径为13~20m的拱圈,可采用分段对称砌筑每半跨均应分为三段,从两端拱脚对称砌筑,最后拱顶石合拢。

拱圈合拢:随着跨径和设计要求的不同,拱圈合拢方法分为安砌拱顶石合拢、刹尖封顶合拢和预施压力封顶合拢三种。

拱上结构的砌筑砌筑时间:拱上结构在拱架卸架前砌筑时,应待拱圈合拢砂浆强度达到设计标号30%以上后进行。当松架后砌拱上结构时,应待拱圈合拢砂浆强度达到标号70%以上后进行。采用分环砌筑的拱圈,应待封砂浆强度达到设计标号70%以上后进行。

砌筑方法:拱上结构的砌筑应按照对称、均衡的原则进行。实腹式拱上结构应由拱脚向拱顶对称地的顺序作台阶式砌筑。拱腹填料可随侧墙砌顺序及进行填筑。填料数量较大时,也可在侧墙砌完后分部进行填筑。实腹式拱应在侧墙与桥台间设伸缩缝使二者分开。