拱桥的现状与展望课件.ppt

1、拱桥的现状与展望目录拱桥的基本特点拱桥的分类以及现状介绍世界大跨径拱桥排名 拱桥的展望结语一、拱桥的基本特点拱桥（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。跨越能力较大可节省大量钢材和水泥耐久性好，维护费用少形式多样，外型美观跨径大时，自重较大水平推力的存在增加了下部结构工程量多孔连续拱桥互相影响，需采用复杂措施上承式拱桥建筑高度大，可能增加纵坡 拱桥的缺点正在逐步得到克服：200600m范围内，拱桥仍然是斜拉桥和悬索桥的竞争对手。承重结构：主拱将桥面的竖向荷载转化为部分水平推力，使拱的弯距大大减小，拱主要承受压力，充分发挥圬工材料抗压性能；二、拱桥的分类二、拱桥

2、的分类拱桥的分类以及现状介绍 2.12.1拱桥的分类拱桥的分类小跨径广泛采用大跨径 新形式2.22.2拱桥的现状介绍石拱桥、钢拱桥、钢筋混凝土拱桥和钢管混凝土拱桥 目前,石拱桥、钢拱桥、钢筋混凝土拱桥和钢管混凝土拱桥跨径的世界纪录均在中国石拱桥：主跨径146的山西丹河新桥钢拱桥：主跨径552的朝天门长江大桥钢筋混凝土拱桥：主跨径420的万县长江大桥钢管混凝土拱桥：主跨径530的波司登长江大桥长江大桥百余年来国内外钢拱桥，钢筋混凝土拱桥以及钢管混凝土拱桥的跨度发展概况见下图由图3可知,从建造时间来说,混凝土拱桥自1965年(指跨径突破100 m)以来,修建数量不断上升,尤以19851998年期间

3、发展最为迅速,此后数量增长趋势放缓。钢管混凝土拱桥从1990年以来,短短20年时间修建了300多座,平均每年建造有10座以上,发展速度在这3类拱桥中速度最快,而且增长率较为均匀。钢拱桥在2000年以前发展缓慢,而在2000年以后,有明显的增加,但总量与其他两种拱桥相比,还较少。（1）.在1990年之前,中国虽然混凝土拱桥修建数量较多,但跨径不大,技术水平不高。20世纪90年代以后,中国混凝土拱桥的技术进入快速发展时期,1997年重庆万县长江大桥建成,跨径达420 m,一跃而成为世界第一；1997年之后随着混凝土拱桥建造数量的减小,跨径也没有新的突破。(2)钢管混凝土拱桥发展的时间虽然较短,但其

4、跨径增大的速度一直很快。2005年建成的四川巫山长江大桥,将钢管混凝土拱桥的跨径推到460 m。以及2012年建成的530米的波司登长江大桥。其跨径发展还有相当的空间。（3）对于钢拱桥,1966年攀枝花2号桥(渡口大桥)跨径已达180 m,到1992年九江长江大桥的建成,经过26年的时间跨径增长36 m,跨径增速相对缓慢。2009年建成跨径为552米上海卢浦大桥,增长速度飞快，属于跳跃式发展。根据理论推算,按现有的材料技术水平,钢拱桥的极限跨度可达1 200 m。因此钢拱桥的跨径还有较大的发展空间。2.2.1石拱桥的现状石拱桥用天然石料作为主要建筑材料工业发达国家在十九世纪下半叶和二十世纪上半

5、时大规模修建的铁路中,大量应用了圬工拱桥。此后,随着钢铁、混凝土材料在桥梁中的应用,机械的应用,劳动生产率的提高,圬工拱桥在欧美较少修建。在我国的当代,石拱桥不仅修建的数量较多,而且跨径也不断增大.从606年赵县安济桥的37.4,到1956年完成铁路松树坡桥的38,历经1350年才得以突破.然而,此后石拱桥跨径纪录的改写速度极快,并迅速越过百米大关.1972年建成的四川九溪沟大桥116的跨径保持了18年后,120跨径的乌巢河大桥将其打破.时隔不到10年,146丹河新桥又刷新了记录.山西丹河新桥是晋城山西丹河新桥是晋城焦作高速公路上的一座特大型石拱桥，焦作高速公路上的一座特大型石拱桥，主跨，位列

6、世界同类桥型第一位主跨，位列世界同类桥型第一位在我国的当代，由于石拱桥劳动生产率低、支架费用大、对地质条件要求高、修建时间长等原因,在许多情况下其经济性较其它桥梁已从过去的优势变为劣势,因而在我国石拱桥修建日少,丹河新桥的修建并不具有普遍意义也不代表着拱桥的发展方向。在建的湖南凤凰堤溪大桥倒塌2007年8月13日,事故调查组分析该桥倒塌的原因原因是:由于主拱圈砌筑材料未满足规范和设计要求,拱桥上部构造施工工序不合理,主拱圈砌筑质量差,降低了拱圈砌体的整体性和强度,随着拱上施工荷载的不断增加,造成1号孔主拱圈靠近0号桥台一侧约3-4宽范围内砌体强度达到破坏极限而坍塌,受连拱效应影响,整个大桥迅速

7、坍塌.该桥选择石拱桥本身并不值得质疑.该桥的倒塌是质量事故,并不是桥型本身的问题.在地形地质条件适合的山区,石拱桥仍是一种具有一定经济竞争力的桥型.无论是国内还是国外,对于目前在役的以石拱桥为主的圬工拱桥,全部拆除是不现实也是不必要的.从1995年开始,以欧洲国家为主,每三年举办一次国际拱桥大会主要是关于在役拱桥的检测、维修、加固的内容；而我国2004年西部交通建设科技项目设立了“服役石拱桥服役石拱桥可靠性评估与加固改造技术研究可靠性评估与加固改造技术研究”项目，说明在役圬工拱桥的评估、养护、维修、加固与改造已引起高度重视.2.2.2钢拱桥的现状18世纪英国的工业革命后,钢铁开始被应用于桥梁结

8、构之中.第一座铸铁拱桥是由设计的塞文()桥,建于1779年。钢铁首次大量应用于桥梁的是1874年修建的美国的桥,它是一座三跨(153+158+153)的钢桁肋拱桥。在我国,长期以来钢桥不是发展的重点.在为数不多的钢桥中,大部分都是跨大江大河的铁路桥,公路桥很少。在桥梁结构形式方面,以钢板梁和钢桁梁为主,钢拱桥修建很少.上个世纪我国建成跨径最大的钢拱桥,公路桥为跨径180的攀枝花2号桥与3号桥；铁路桥为九江长江大桥，它的主孔是三跨刚性梁柔性拱,跨径组合为180+216+180.随着我国经济和交通的发展、钢产量的提高,我国陆续修建了一些大跨径钢斜拉桥、钢悬索桥.2009年重庆建成了大跨径的钢拱桥朝

9、天门长江大桥(552),将我国钢拱桥的纪录从200左右一下子跃升到世界第一.钢拱桥的技术进步,从其跨径来看从1874年跨径158.6的桥到1916年跨径298的狱门桥,42年中跨径增加88%;到1931年跨径503.6的培虹桥,15年中又增加了69%;再到1976年跨径518.3的新河谷桥,45年仅增加3%;2009年中国重庆建成跨径达552的朝天门长江大桥,27年跨径增加了6%.不同时期修建的钢拱桥跨径,其中给出的桥名是部分具有代表性的桥梁图2为在各分段跨径范围内钢拱桥建造的数量钢拱桥由于钢材强度较高,使得拱圈自重减小、而且其架设方便,因此较之于石拱桥和混凝土拱桥具有更大的跨越能力局限性：（

10、1）桥梁的跨径在不断地增大,而拱以受压为主,稳定(包括整体稳定与局部稳定)问题成为主要矛盾；（2）主拱在合龙以前并不是拱结构,要有其它辅助措施,施工难度比悬索桥与斜拉桥相比困难；2.2.3.混凝土拱桥的现状1759年波特兰水泥出现后,混凝土开始在拱桥中应用,为拱桥的发展注入了新的生机和活力.1875年,建成了第一座混凝土拱桥-宫殿花园里面的一座步行桥.我国的混凝土拱桥首先在铁路桥梁上出现.解放前修建的跨径最大的是粤汉线株韶段五大拱桥中的碓凯冲桥、省界桥和燕塘桥,为各有一主孔跨径达40的钢筋混凝土拱桥.20世纪六七十年代后,钢筋混凝土拱桥长期成为我国的主导桥型。1980年后,我国修建了许多大跨径

11、的钢筋混凝土箱拱桥和肋拱桥.比较典型的桥梁有1979年建成的跨径150的四川马鸣溪大桥、1982年建成的跨径170的四川攀枝花市宝鼎大桥、1990年建成的跨径200的四川涪陵乌江大桥、1990年建成的跨径240的中承式钢筋混凝土拱桥四川宜宾小南门金沙江大桥、1996年主跨达312的以钢管混凝土为劲性骨架的广西邕宁邕江大桥以及1997年建成的世界上跨径最大的钢筋混凝土拱桥重庆万洲(万县)长江大桥(420).重庆万洲(万县)长江大桥全桥长814814米，宽2323米，桥拱净跨420420米，桥面距江面高140140米。主桥于19941994年5 5月开工建设，19971997年5 5月竣工通车从下

12、图可以发现,我国混凝土拱桥的跨径和数量在2000年以前总体上随时间推移呈增大趋势,但进入21世纪以后数量呈下降趋势,跨径则在1997年重庆万州长江大桥达到峰值点(420 m)之后也呈下降趋势。从图2可以看出,在跨径不小于100 m的混凝土拱桥中,以跨径100160 m的最多,共计174座,占总数的87.9%;跨径161199 m的为16座,占总数的8%;200 m及以上跨径的为8座,占总数的4%,其中200300 m、300400 m的分别为5座和2座,大于400 m的则仅有1座。截止到2003年3月,日本土木学会进行的日本国内跨径不小于100 m混凝土拱桥的调查表明,已建与在建的共38座,跨

13、径100160 m的为27座,占总数的71.1%;161199 m的为5座,占总数的13.1%;200 m及以上跨径的为6座,占总数的15.8%。结论结论：因此,无论是从中国、还是从日本的现状来看,跨径在160 m及以下跨径的混凝土拱桥已有大量的修建,技术已日趋成熟,在山区中有着良好的经济性,是目前混凝土拱桥最具竞争能力的跨径范围。跨径在161199 m时,有一定的技术难度,但也不难克服,是较具竞争能力的跨径范围。跨径在200 m以上时,可以说有相当的技术难度,其竞争力要依具体的工程情况而定。从世界范围看,跨径大于300 m的混凝土拱桥,目前仅有6座(其中3座在中国),其技术还处于发展之中。无

14、论数量还是跨径,我国大跨径混凝土拱桥建设成就均名列世界第一2.2.4.钢管混凝土拱桥的现状钢管混凝土拱桥属于钢混凝土组合结构中的一种。钢管混凝土拱桥是将钢管内填充混凝土，由于钢管的径向约束而限制受压混凝土的膨胀，使混凝土处于三向受压状态，从而显著提高混凝土的抗压强度。1990年,中国第一座钢管混凝土拱桥旺苍东河大桥在四川建成.，跨径115。优点：一方面借助内填混凝土提高钢管壁受压时的稳定性,提高钢管的抗腐蚀性和耐久性,另一方面借助管壁对混凝土的套箍作用,提高了混凝土的抗压强度和延性,将钢材和混凝土有机地组合起来;在施工方面,钢管混凝土可利用空心钢管作为劲性骨架甚至模板,施工吊装重量轻,进度快,

15、施工用钢量省。由于在材料和施工方法上的优越性,将这种结构应用于以受力为主的拱桥是十分合理的 由于钢管混凝土拱桥具有材料强度高、施工方便、造型美观等优点,又适逢我国大规模的交通基础设施建设时期,钢管混凝土拱桥便在我国得到迅速的发展.随着数量的增多,跨径与规模也不断增大,分布区域也越来越广。截止到2005年3月,跨径大于或等于50的钢管混凝土拱桥有230座,其中跨径达100及以上的132座,跨径达200及以上的有33座.调查结果表明,1995年前较少修建跨径大于100的钢管混凝土拱桥.此后,钢管混凝土拱桥的跨径和数量随时间的推移在不断地增大.各个时期具有代表性的桥梁有:1990年建成的四川旺苍东河

16、桥,跨径115;1995年建成的广东南海三山西大桥,跨径200;2000年建成的广东丫髻沙大桥,跨径360;2005年建成的重庆巫山长江大桥,跨径460.20122012年建成年建成波司登长江大桥，波司登长江大桥，跨径跨径530530.钢管混凝土拱桥分类将钢管混凝土拱桥的结构型式分为(有推力)上承式、中承式、(下承式)拱梁组合式、飞鸟式(中承式刚架系杆拱)和下承式刚架系杆拱5大类。5 5种主要结构形式已建成桥梁的跨径纪录分别为种主要结构形式已建成桥梁的跨径纪录分别为上承式拱主跨为288的重庆奉节梅溪河桥,有推力中承式拱主跨为460四川巫山长江大桥,飞鸟式主跨为368的湖南茅草街大桥,下承式拱梁

17、组合拱主跨为190的杭州钱江四桥,下承式刚架系杆拱主跨为280的湖北武汉汉江三桥.重庆奉节梅溪河桥上承式拱主跨 288 m 巫山长江大桥是一座钢管中承式拱桥，大桥桥面净宽19米，双向4车道，主跨492米。大桥引道全长7.4千米，路基宽812米，为山岭重丘二级路。它被称为“渝东门户桥”、“渝东第一桥”。湖南茅草街大桥,主跨368米，为我国同类型桥梁单孔跨径第一，宽跨比为世界第一杭州钱江四桥,190米跨为下承式系杆拱桥和中承式拱桥的组合。湖北武汉汉江三桥，是一座跨径280米的下承式钢管混凝土系杆拱桥序号序号 桥名桥名 主跨主跨(米米)结构形式结构形式 所在国家所在国家 建成年限建成年限 1 朝天门

18、长江大桥552钢桥中国重庆20092 卢浦大桥550钢箱拱中国上海20043 波司登长江大桥530钢管混凝土中国四川20124 新河谷大桥518钢桁架拱美国19765 合江长江大桥（建设中）507钢管混凝土中国四川20156 美国纽约贝永桥504钢桁架拱美国19317 悉尼港桥503钢桁架拱澳大利亚19328 香溪长江大桥（准备中）498钢桥中国湖北9 大瑞铁路怒江大桥（准备中）490钢+混凝土结构中国云南10 田湾大渡河大桥（准备中）466钢管混凝土中国四川11巫山长江大桥460钢管混凝土中国重庆200512明州大桥450钢桥中国浙江201113南广铁路西江大桥450钢桥中国广东201414

19、沪昆高铁北盘江大桥（建设中）445劲性骨架混凝土拱中国贵州201515成贵铁路鸭池河大桥（建设中）436钢混凝土拱中国贵州2018三、世界大跨径拱桥排名 1 朝天门长江大桥 主跨长552米，全长1741米,双层桥面,8车道公路,2006年3月动工，并于2009年4月29日通车,此桥位于重庆市中心朝天门和江北嘴下游，视野极为壮观。2 卢浦大桥 大桥主桥为全钢结构，大桥直线引桥全长3900米，其中主桥长750米，宽28.75米，采用一跨过江，由于主跨直径达550米，居世界同类桥梁之首，被誉为“世界第一钢拱桥”。2000年10月开工建设，2003年6月建成通车。3 波司登长江大桥 主跨530m，世界

20、上跨径最大的最大钢管混凝土拱桥。4 新河峡谷大桥 铁质桥体，长924米，跨径518米，桥面高出峡谷267米。是全美第一高，世界第二高的公路桥，大桥于1974年6月开始建设，1977年10月竣工，共花费370万美元。5 合江长江大桥 主跨507，钢管混凝土拱。6 美国巴约纳大桥 504米，1931年建成，建成时是世界最大拱桥。7 悉尼港大桥 悉尼港大桥号称世界第一单孔拱桥。这座大桥从1857年设计到1932年竣工，是连接港口南北两岸的重要桥梁。8 香溪长江大桥（准备中）香溪长江大桥（准备中）采用主跨中承钢管混泥土拱桥，桥面宽度：23m，双向四车道；主线设计车道：双向4车道。建设工期约36个月。9

21、 大瑞铁路怒江大桥（准备中）大瑞铁路怒江大桥（准备中）世界最大铁路拱桥 桥上建4线火车站，桥面距离怒江水面高约220米，因大瑞铁路是单轨，此桥西端直接连接34.6公里长高黎贡山隧道，两端隧道相连，无法设置车站，单轨铁路必须一定长度内有避让车站，所以不得已将车站建于拱桥之上。这段铁路大体平行于滇缅公路，但穿山架桥顺直很多。10 田湾大渡河大桥（准备中）田湾大渡河大桥（准备中）中央跨度466米，桥面高185米。11 巫山长江大桥 巫山长江大桥是一座钢管中承式拱桥，项目总投资1.96亿元。大桥桥面净宽19米，双向4车道，主跨492米。大桥引道全长7.4千米，路基宽812米，为山岭重丘二级路。它被称为

22、“渝东门户桥”、“渝东第一桥”。12 明州大桥 明州大桥是目前世界最大跨度中承式双肢钢箱系杆提篮拱桥，大桥主桥分为三跨，两边跨径均为100米，主跨跨径达450米；主桥采用全钢、全焊接结构，主体结构钢量达3万余吨。13 南广铁路西江大桥 桥面采用钢纵横梁结合梁体系，大桥全长618.3米，主桥跨径450米，是目前世界铁路同类桥梁最大跨度桥梁，钢箱拱肋截面尺寸为155米，截面高度为世界第一。14 沪昆高铁北盘江大桥 北盘江特大桥为上承式劲性骨架钢筋混凝土拱桥，以一跨形式跨北盘江而过。大桥全长721.25米，其中主桥跨度445米，在目前世界同类型铁路拱桥中跨度最大。15 成贵铁路鸭池河大桥大桥全长97

23、1米，主桥为436米中承式钢-砼结合拱桥，主梁采用单箱三室预应力混凝土梁。四.拱桥的展望（1）钢管混凝土拱桥在使用过程中,出现了一些质量问题.比较突出的主要是索构件的安全性与耐久性问题,如吊杆与系杆的腐蚀锈断.在吊杆与系杆的耐久性、可更换性的构造上有了许多改进.重庆宜宾小南门桥(中承式钢筋混凝土拱)的吊杆拉断事故、广东佛陈大桥的系杆锈断、武汉汉江三桥(晴川大桥)的系杆破断等事故,都产生了巨大的损失,带来极坏的影响,也给钢管混凝土拱桥的结构安全与耐久敲响了警钟.1.钢管混凝土拱桥钢管混凝土拱桥（2）钢管混凝土应用于主拱之中,较之混凝土拱强度大、较之钢拱刚度好,在施工方面优于其它拱桥,因此是合理的

24、.然而,钢管混凝土拱桥在我国的应用发展太快,理论研究相对滞后,迄今还设有专门的设计与施工规范.2.2.石拱桥石拱桥 石拱桥在人类发展进步过程中曾经发挥了巨大的作用，时至今日还有大量的石拱桥在继续发挥交通功能，承载着历史和文化的古老石拱桥。因地制宜、就地取材,修建特大型石拱桥提供了范例。在地形地质条件适合的山区,石拱桥仍是一种具有一定经济竞争力的桥型。3 3.钢钢拱桥拱桥 钢拱桥由于钢材强度较高,使得拱圈自重减小、而且其架设方便,因此较之于石拱桥和混凝土拱桥具有更大的跨越能力.在考虑桥梁建造形式、结构因素以及施工材料等主要技术因素的情况下,根据理论推算，钢拱桥的最大跨径可达跨径可达1200120

25、0.当斜拉桥跨径越过千米后,开展千米级钢拱桥的研究具有理论意义.4.混凝土拱桥混凝土拱桥向大跨径发展要克服的主要问题有减轻自重、结构优化和施工方法的改进.(1)(1)材料材料减轻自重最有效的方法是采用高强的混凝土.在高强混凝土中,活性粉末混凝土(简称)是最具潜力的一种。缺点：（1）是它的养护需采用蒸汽或高温,这增加了施工难度;（2）是它的破坏是脆性的、爆炸性的,材料的延性很差;（3）是造价很高.(2).钢腹板混凝土拱桥新桥型研究 钢腹板混凝土拱桥达到了减小自重、简化施工工序和降低造价的目的。尽管初步分析表明,钢腹杆混凝土组合拱桥是一种具有应用潜力的新桥型,但要使其在实际工程中得到应用,还必须对

26、其进行基本受力机理、抗震性能、节点构造设计以及施工方法等更加深入的研究.(3)(3)施工方法施工方法对于多室箱、分离式肋的拱结构,还可以考虑横向的分阶段施工.对于超大跨径拱桥来说,若能采用分阶段的横向施工,其悬臂结构的自重必然大大减轻,施工过程的横向稳定问题稳定问题更为突出,还有横向结构的连接问题连接问题等。在克罗地亚的1 000拱桥试设计中,就提出了横向分阶段施工的方案.结语在跨径发展方面,石拱桥因其强度低、自重大、施工费用高,向更大跨径发展已无意义.对于钢拱桥来说,理论跨径可达千米以上.当斜拉桥跨径越过千米后,开展千米级钢拱桥的研究具有理论意义.然而,钢拱桥在目前的最大跨径范围除铁路桥外,

27、在公路与市政桥梁中已丧失经济上的竞争力,因此在实际工程应用时,对超越现在的跨径应持慎重的态度,为记录而记录的倾向应该制止.对于混凝土拱桥和钢管混凝土拱桥来说,它们还具备向更大跨径发展的潜力和必要性,关键要在材料、结构和施工方法方面有所创新。参考文献【1】陈宝春,拱桥技术成就与展望C.第二届全国公路科技创新高层论坛论文集,2004.【2】陈宝健,许有胜,陈宝春.日本钢筋混凝土拱桥调查与分析J.中外公路,2005(4).【3】李晓辉,陈宝春.大跨径拱桥的发展J.世界桥梁,2007(1).【4】陈宝春,高婧,吴庆雄.钢拱桥发展概况J.北京交通大学学报,2006(S).【5】罗英,唐寰澄.中国石拱桥研究.北京:人民交通出版社,1993.【6】陈宝春,叶琳.我国混凝土拱桥现状调查与发展方向分析.中外公路,2008,28(2):89-96.【7】陈宝春,王远洋,黄卿维.波形钢腹板混凝土拱桥新桥型构思.世界桥梁,2006(4):10-14.【8】胡曙光,丁庆军.钢管混凝土.北京:人民交通出版社,2007.【9】中国大桥编写组.中国大桥M.北京:人民交通出版社,2003.谢谢观看