中承式及下承式拱橋

中承式及下承式拱橋作者:一諾

文檔編碼:48jSJjsz-ChinaP7koTJdK-Chinav2edVvDD-China概念與分類010203中承式拱橋的主拱圈位于橋面中部，通過立柱或橫撐與橋面連接，形成上下對稱的空間結構體系。其顯著特征是橋面橫向支撐于拱肋兩側，使荷載能均勻傳遞至拱腳，增強了整體穩(wěn)定性。這種設計適用于跨徑較大和地形復雜的橋梁工程，既能保證行車視線通透，又可通過調整立柱間距優(yōu)化受力性能。該類型拱橋的結構由主拱圈和系桿和橫向聯(lián)結系共同構成，其中系桿通常設置在橋面下方以平衡拱腳水平推力。中承式布局使橋梁具有良好的抗扭剛度，尤其適合軟土地基環(huán)境。其施工多采用分段吊裝或就地澆筑法，通過預應力技術增強結構整體性，同時兼顧美觀需求，常呈現(xiàn)流線型的拱肋造型。與下承式拱橋相比，中承式拱橋將橋面嵌入主拱圈內部，形成'橋在拱中'的空間形態(tài)。這種設計使橋梁橫向抗側力能力更強，在強風或地震作用下表現(xiàn)更穩(wěn)定。典型應用包括跨越峽谷或通航河道時，既能滿足大跨度需求，又可通過調節(jié)立柱高度適應不同水位變化，是現(xiàn)代大跨徑拱橋的主流形式之一。中承式拱橋的定義及結構特征下承式拱橋的定義及結構特征下承式拱橋是指主拱圈位于橋面下方的橋梁結構形式，其主要特征是橋面通過立柱或吊桿直接支撐在主拱上部。這種設計使拱軸線低于橋面標高，形成向下的承重體系，具有良好的抗壓性能和空間通透性，常用于跨越山谷和河流等場景，可減少對下方交通的遮擋，同時便于維護檢修。該類橋梁的核心結構由主拱肋和系桿和橋面板及支座構成。主拱作為主要承重構件承受壓力，通過合理布置立柱將荷載傳遞至基礎；橫向聯(lián)系構件確保整體穩(wěn)定性。下承式設計使拱的推力直接作用于墩臺底部，簡化了傳力路徑，尤其在大跨度場景中可通過預應力技術優(yōu)化受力，提升結構經濟性。相較于上承式拱橋，下承式拱橋因橋面位于主拱上方而具有更開闊的視野和更小的建筑高度，適合城市景觀或自然環(huán)境中應用。其施工通常采用分段澆筑和支架現(xiàn)澆等工藝，便于控制結構精度。典型實例如重慶千廝門大橋，通過下承式系桿拱設計，在保證通行能力的同時實現(xiàn)了與周邊環(huán)境的和諧統(tǒng)一。兩種拱橋的主要區(qū)別對比中承式拱橋在跨中位置設置橫向連接的桁架或橫梁，將兩側主拱圈剛性連接，形成穩(wěn)定的三角形受力體系；下承式拱橋則通過吊桿直接將橋面懸掛在主拱下方，無中間橫向支撐結構。這種差異導致中承式橋面通常位于拱肋內部或上方，而下承式橋面完全置于拱腳與拱頂連線以下，空間布局更緊湊。中承式拱橋通過跨中支承將部分荷載傳遞至兩側拱圈，使主拱內力分布較均勻，對地基承載力要求相對較低；下承式拱橋則依靠懸吊結構將荷載集中傳遞到拱腳，導致拱頂受壓和拱腳受拉的應力狀態(tài)更顯著。前者適合軟土地基或復雜地形，后者因跨度大常用于開闊水域，但需更高強度的地基處理。中承式拱橋施工時需先架設跨中桁架作為臨時支撐，分階段拼裝拱肋，工序較復雜；下承式拱橋多采用纜索吊裝或支架現(xiàn)澆法，主拱與橋面同步施工。前者因結構剛度大，常用于城市立交和跨越峽谷等對穩(wěn)定性要求高的場景；后者憑借簡潔造型和經濟性，在跨江大橋和平原地區(qū)應用廣泛，但需注意風振效應的控制。中承式拱橋常用于城市河流或湖泊上方的交通連接，其流線型拱肋與對稱結構能形成視覺焦點，增強城市景觀。例如跨越較寬水域時，可利用單孔大跨度減少中間支點，避免影響通航或生態(tài)連續(xù)性。此類橋梁多采用輕型材料與裝飾照明設計，在滿足通行需求的同時成為地標性建筑。下承式拱橋因橋面位于拱肋下方，結構自重較輕且施工時對地基要求相對靈活，適合在地質條件復雜和跨度較大的山區(qū)峽谷中應用。其拱腳可依據山體坡度調整落點，減少開挖量與環(huán)境破壞。例如連接兩座高山的公路橋梁，通過優(yōu)化矢跨比提升抗震性能，同時利用自然地形分散荷載壓力。在鐵路干線需跨越深谷或海灣時，中承式拱橋憑借剛度高和整體性好的特點成為優(yōu)選方案。其橫向穩(wěn)定性強，可承受列車高速運行的動態(tài)荷載，并通過箱型拱肋設計增強抗扭能力。例如某跨海鐵路大橋采用雙線中承式結構，在米以上跨度下仍保持行車平順性，兼顧了運營安全與建設經濟性。典型應用場景概述結構組成與受力特點主拱肋是中承式拱橋的核心受力構件，通常采用鋼或混凝土材料制成空間曲線結構。其截面形狀直接影響抗彎與抗扭性能，通過承受豎向荷載產生的軸向壓力，并將力傳遞至橋墩基礎。主拱肋的矢跨比和拱腳約束形式決定橋梁整體穩(wěn)定性，需精確計算內力分布以確保結構安全。橫撐系統(tǒng)包括橫向聯(lián)結系與斜撐，在中承式拱橋中起到平衡拱肋側向力和增強空間剛度的關鍵作用。通常在拱頂和拱腳及/跨處設置多道橫撐，通過鋼管或型鋼構件形成穩(wěn)定框架。其布置間距和強度需根據風荷載和溫度應力進行優(yōu)化設計，防止拱肋發(fā)生平面外變形或扭轉失穩(wěn)。吊桿與橋面系連接體系是中承式拱橋傳遞荷載的核心紐帶，采用高強鋼絞線或平行鋼絲束通過錨具將橋面重量垂直傳遞至主拱肋。吊桿需具備優(yōu)異的抗疲勞性能，并設置防護套管抵御腐蝕；橋面梁格系統(tǒng)則通過橫梁和縱梁形成網格結構分散壓力，其與吊桿節(jié)點處的構造細節(jié)直接影響整體受力效率和耐久性。中承式拱橋的核心構件主拱圈是下承式拱橋的核心受力構件，通常采用混凝土或鋼材建造，呈曲線形跨越兩岸。其截面形式多為板拱和肋拱或箱形結構，通過拱軸線合理設計分散荷載壓力。主拱圈底部直接支撐橋面系，需具備優(yōu)異的抗壓性能和整體穩(wěn)定性，施工時需嚴格控制澆筑工藝與預應力張拉參數以確保長期承載能力。吊桿系統(tǒng)是連接主拱圈與橋面的關鍵傳力部件，由高強度鋼絞線或平行鋼絲束構成。吊桿呈輻射狀布置于拱肋下方，通過錨具將橋面荷載傳遞至主拱?，F(xiàn)代設計中常采用外套PE護套的拉索防腐蝕，并設置阻尼器減少振動影響。定期維護需監(jiān)測索力變化和錨固區(qū)銹蝕情況，確保結構安全冗余度。橋面系包括行車道板和橫梁及橫向聯(lián)系構件，通常采用預制空心板或現(xiàn)澆連續(xù)slab結構。橋面通過吊桿懸掛于主拱下方，需設置伸縮縫適應溫度變形。鋪裝層選用抗磨耗材料，并配置排水系統(tǒng)引導雨水排出。人行道與防撞護欄作為附屬設施，既滿足使用需求又增強整體結構的橫向穩(wěn)定性，施工時需精確控制標高與線形平順度。下承式拱橋的關鍵部件010203中承式拱橋的豎向荷載傳遞路徑中，車輛荷載首先通過橋面系傳遞至橫向聯(lián)結系，再由聯(lián)結系將力分散到兩側拱肋。拱肋承受壓力后將力沿曲線路徑傳至拱腳，同時橫向支撐系統(tǒng)協(xié)同作用，有效平衡拱頂水平推力，最終通過支座將集中力傳遞至基礎結構，形成閉合的力學體系。下承式拱橋的豎向荷載傳遞路徑以系桿為主要受力構件。當荷載作用于橋面時，首先由吊桿或立柱傳至系桿，系桿承受拉力并橫向分布荷載，同時拱肋受壓將力傳導至拱腳支座。此時系桿與拱肋形成共軛作用，通過系桿的彈性變形吸收部分壓力，最終水平推力與豎向反力共同由基礎承擔，實現(xiàn)荷載的有效分解。兩種結構在傳遞路徑上的差異體現(xiàn)于核心受力構件：中承式依賴橫向支撐系統(tǒng)協(xié)調拱肋與系桿的協(xié)同工作，其荷載路徑呈多向分散特征；下承式則以系桿為核心拉壓體系，通過吊桿直接連接橋面與系桿，形成'拱壓-索拉'的對抗平衡。實際設計時需結合地形條件選擇路徑優(yōu)化方案，中承式適合跨越障礙物密集區(qū)域，而下承式在大跨度場景中能更高效地控制變形。兩種結構的豎向荷載傳遞路徑分析

水平推力與抗彎能力差異對比中承式拱橋因橋面位于拱肋中部，其水平推力主要通過支座傳遞至墩臺，拱肋需承受較大的軸向壓力和彎矩；而下承式拱橋橋面置于拱腳下方，荷載分布更集中于拱腳區(qū)域，水平推力相對分散，但拱肋在跨中易產生更大彎矩。兩者差異源于結構幾何布置對內力傳遞路徑的影響，導致抗彎能力需針對性設計。下承式拱橋因橋面貼近基礎，水平推力通過墩臺直接抵消，整體剛度較高且抗彎需求較低；中承式則因橋面處于拱跨中部，荷載引發(fā)的軸向壓力與彎矩疊加效應顯著，需增強拱肋截面或設置拉桿以平衡內力。實際應用中，下承式更適用于地基條件良好場景，而中承式通過優(yōu)化結構可適應復雜地形。水平推力方面，下承式因橋面低垂度大，拱腳反力集中導致水平分力更大；中承式因橋面居中，荷載分布較均勻，水平推力相對分散。抗彎能力上，中承式跨中截面需承受雙向彎矩，設計時需加大截面高度或采用變厚度結構；下承式則通過降低橋面高度減少跨中彎矩，但拱腳區(qū)域仍需加強以抵抗集中荷載與水平推力的聯(lián)合作用。設計原理與技術要點中承式拱橋靜力平衡計算需結合空間分析法與平面桿系模型，通過建立三維坐標系分解荷載方向。首先將恒載和活載按橫向分布規(guī)律分配至各主拱肋，再利用結構力學中的彎矩平衡方程求解支座反力及內力。重點考慮拱腳推力對橋墩的水平壓力，并通過鉸接節(jié)點約束條件確保整體穩(wěn)定性。幾何非線性分析是靜力計算的關鍵環(huán)節(jié)，需引入初始位移法或增量迭代法處理大變形問題。主拱圈在自重作用下產生彈性壓縮，導致軸向壓力與彎矩耦合作用，需通過修正的虛功方程同步求解幾何形狀和內力分布。同時考慮吊桿索力對拱上建筑的約束效應，建立包含空間協(xié)同工作的整體平衡方程組進行數值迭代計算。靜力計算需建立以主拱圈為核心的靜定分析模型，采用虛功原理或有限元法進行荷載效應分析?；钶d按公路-I級標準橫向布置時，需結合杠桿原理確定最不利位置，同時考慮溫度變化和混凝土收縮徐變等次生因素對內力的影響。通過平衡方程聯(lián)立求解拱頂與支座的約束反力，并驗證結構是否滿足強度和剛度要求。中承式拱橋的靜力平衡計算方法下承式拱橋的空間穩(wěn)定性需通過合理設置橫向聯(lián)系構件實現(xiàn)，包括橫撐和桁架腹桿及橋面系剛度強化等措施。應確保拱肋間有效傳遞水平力，在風荷載或地震作用下避免局部失穩(wěn)，并通過有限元模型分析整體結構的變形協(xié)調性，支座設計需限制異常位移以維持體系幾何不變性?？臻g穩(wěn)定性設計需綜合考慮施工階段與運營期的力學行為差異。臨時支架拆除時應分階段加載模擬計算，確保自錨系統(tǒng)受力均衡；對于寬跨比較大的橋梁，需增設空間斜撐或設置抗風纜增強側向剛度。同時要驗算溫度梯度和混凝土收縮徐變引起的次內力，并通過預應力配置抵消不利變形趨勢。空間穩(wěn)定性分析應采用三維殼體單元建立精細化模型，重點考察拱腳約束條件與橋面連續(xù)性的匹配關系。當跨度超過米時，需引入非線性幾何效應評估，確保橫向聯(lián)系構件在大位移狀態(tài)下仍能有效協(xié)同工作。設計中還需設置監(jiān)測點實時跟蹤關鍵部位應力變化，并制定施工期的臨時加固預案以應對突發(fā)荷載沖擊。下承式拱橋的空間穩(wěn)定性設計要求中承式拱橋因跨徑較大，需選用高強度鋼材以抵抗彎矩和軸向力，如Q級鋼可提升整體剛度并減少變形風險；下承式拱橋橋面位于拱肋下方，鋼材需兼顧抗拉與抗壓性能，采用耐候鋼可降低維護成本。兩種結構均需考慮溫度應力對焊接接頭的影響，合理選材能優(yōu)化抗震性和疲勞壽命。中承式拱橋常在拱腳區(qū)域使用高強混凝土，以增強局部抗壓能力并控制截面尺寸；下承式因橋面貼近基礎，可采用輕骨料混凝土減輕自重，但需加強防水層防止?jié)B水侵蝕。材料差異直接影響結構自重分布：中承式側重拱肋強度，下承式更關注整體穩(wěn)定性，需通過配筋率和養(yǎng)護工藝匹配受力需求。碳纖維增強聚合物可用于中承式拱橋的裂縫修補或索鉸節(jié)點加固，提升抗彎性能；下承式則可通過FRP材料替代部分傳統(tǒng)材料，降低維護成本并改善耐腐蝕性。但需注意：復合材料與鋼材連接處易產生應力集中問題，需通過過渡段設計優(yōu)化傳力路徑，兩種結構均應結合環(huán)境條件綜合評估材料性價比。材料選擇對兩種結構的影響抗風設計策略：中承式拱橋因結構高度較大，易受風致渦振影響，設計時需通過流線型拱肋斷面或設置調諧質量阻尼器抑制振動；下承式拱橋因橋面貼近地面，風壓分布較均勻但局部氣漩風險高，常采用翼緣開孔或加設導流板改善繞流。兩者均需結合風洞試驗確定顫振臨界風速，但中承式側重整體氣動穩(wěn)定性，下承式更關注節(jié)點區(qū)域的抗風吸性能?？拐鹪O計差異：中承式拱橋因橋面位于拱肋中部，其豎向剛度較高，在地震作用下更易通過整體結構變形耗能；而下承式拱橋橋面貼近基礎，水平剛度分布均勻，抗震時需加強支座與拱腳節(jié)點的抗剪性能。兩者設計差異源于中承式依賴柔性拱適應位移，下承式則依靠剛性體系分散地震力，需分別通過有限元分析優(yōu)化關鍵部位配筋和阻尼器布置。動力響應控制：抗震設計中，中承式拱橋通過增大矢跨比提升豎向承載冗余度，而下承式則利用剛性系桿形成空間協(xié)同體系分散地震力；抗風設計時兩者差異顯著：中承式需在拱頂增設橫向穩(wěn)定索抑制風致側擺，下承式因結構低矮更注重橋面鋪裝與護欄的氣動優(yōu)化。設計參數如阻尼比和振型參與系數需根據橋梁高度和跨度分別取值，確保滿足抗震規(guī)范的同時避免共振風險。抗震與抗風性能的設計差異施工技術與工藝對比懸臂施工法是中承式拱橋常用的建造工藝，通過從兩岸橋墩向跨中對稱延伸預制節(jié)段或現(xiàn)澆混凝土，逐步形成整體結構。關鍵技術包括分段設計與平衡控制和臨時支架體系穩(wěn)定性分析及線形監(jiān)測技術。需精準計算各階段應力分布，采用掛籃或托架系統(tǒng)實現(xiàn)懸臂推進，并在合龍段設置可調節(jié)裝置以消除溫度和施工誤差影響，確保成橋后幾何線形與力學性能符合設計要求。施工過程中需重點解決大跨度懸臂狀態(tài)下的結構穩(wěn)定性問題。通過BIM技術模擬不同階段的受力狀態(tài)，優(yōu)化預應力筋布置方案，采用智能傳感器實時監(jiān)測索力和位移和應變數據。施工順序嚴格遵循對稱原則，每節(jié)段澆筑后及時張拉臨時錨固體系，防止局部失穩(wěn)。合龍前需進行溫度場分析，在環(huán)境溫度適宜時段實施鎖定，同步解除扣塔反力系統(tǒng)，確保結構線形平順過渡。材料與工藝創(chuàng)新是提升施工質量的關鍵技術支撐。采用高強混凝土和耐腐蝕預應力鋼材，配合真空輔助壓漿工藝保證錨固區(qū)密實度。在節(jié)段連接處設置齒板或剪切鍵增強抗剪性能，應用自動化模板系統(tǒng)實現(xiàn)復雜曲面精準成型。同時建立基于物聯(lián)網的監(jiān)控平臺，整合施工進度和環(huán)境參數與結構響應數據，通過AI算法動態(tài)調整施工參數，有效控制合龍誤差在毫米級范圍內，保障拱橋長期服役安全。中承式拱橋的懸臂施工法及關鍵技術支架現(xiàn)澆施工法：下承式拱橋采用滿堂支架或貝雷架體系作為模板支撐系統(tǒng)，需先進行地基處理并預壓消除沉降風險?；炷练侄螌ΨQ澆筑時嚴格控制標高與平整度，支架卸載前需確保結構強度達標。該方法適用于通航要求低的河谷，施工成本較低但工期較長，需重點監(jiān)測支架變形及混凝土養(yǎng)護質量。轉體施工法：通過在兩岸預制拱肋并臨時固定，利用球鉸裝置實現(xiàn)水平旋轉就位。施工時先澆筑拱腳段形成穩(wěn)定結構，再安裝轉動系統(tǒng)進行平衡配重調試。轉體過程中采用千斤頂分級牽引，實時監(jiān)測應力與轉角數據，最終精調軸線偏差至mm內。此方法可減少高空作業(yè)風險，在復雜地形或繁忙航道中優(yōu)勢顯著。組合施工技術：針對大跨度下承式拱橋常結合支架與轉體工藝，如先用支架澆筑部分拱肋再實施轉體合龍。需精確計算分段重量差和轉動扭矩，設置臨時連接器保證結構整體性。該方法兼顧了現(xiàn)澆的連續(xù)性和轉體的靈活性，施工前需通過BIM模擬驗證各階段受力狀態(tài)，確保關鍵節(jié)點如鉸軸和牽引系統(tǒng)可靠運行。下承式拱橋的支架現(xiàn)澆或轉體施工方法吊桿安裝與張拉控制要點吊桿安裝需嚴格遵循設計順序，采用高精度測力系統(tǒng)實時監(jiān)測索力。安裝前應核對吊桿長度誤差≤mm，確保錨具與拱肋和梁體的垂直度偏差＜°。張拉時分級加載至設計值的%后持荷校驗，避免因初始應力不均導致結構變形異常。吊桿安裝需嚴格遵循設計順序，采用高精度測力系統(tǒng)實時監(jiān)測索力。安裝前應核對吊桿長度誤差≤mm，確保錨具與拱肋和梁體的垂直度偏差＜°。張拉時分級加載至設計值的%后持荷校驗，避免因初始應力不均導致結構變形異常。吊桿安裝需嚴格遵循設計順序，采用高精度測力系統(tǒng)實時監(jiān)測索力。安裝前應核對吊桿長度誤差≤mm，確保錨具與拱肋和梁體的垂直度偏差＜°。張拉時分級加載至設計值的%后持荷校驗，避免因初始應力不均導致結構變形異常。支座位移約束性能與安裝精度直接關聯(lián)：下承式拱橋的板式橡膠支座若安裝偏斜或轉角受限，將削弱結構抗震能力。當溫度變化或活載作用時，可能產生異常剪切變形，導致支座脫空或縱向滑移。需通過壓力試驗機檢測支座豎向承載力，并使用百分表測量安裝后的初始壓縮量以確保力學性能達標。支座安裝精度直接影響下承式拱橋結構受力分布：若支座位置偏差超過規(guī)范允許范圍，將導致局部應力集中，引發(fā)主拱圈與墩臺連接處開裂?？v向偏移可能使鉸接節(jié)點無法自由轉動，長期荷載下易造成結構失穩(wěn)，需通過三維激光掃描實時監(jiān)測安裝偏差并及時調整。支座高程誤差對拱橋線形控制至關重要：下承式拱橋施工中若支座墊石標高存在系統(tǒng)性偏差，會導致成拱后實際軸線偏離設計線形，影響結構內力重分布。尤其在無支架施工法中，單個支座誤差可能引發(fā)整體拱肋下沉不均勻，需采用精密水準儀逐點校核，并結合BIM模型進行誤差模擬分析。支座安裝精度對下承式拱橋的影響工程應用實例分析該橋為中承式鋼箱桁架拱橋，主跨米，采用無支架纜索吊裝工藝建造。其拱肋與橋面通過豎向支撐直接連接，形成穩(wěn)定的三角結構體系，有效分散荷載并提升抗震性能。作為重慶地標性橋梁之一，它解決了復雜地形下的交通銜接問題，同時融入城市景觀設計，展現(xiàn)了現(xiàn)代拱橋在功能與美學上的平衡。雖以斜拉橋聞名，但其北錨碇上方增設的中承式鋼桁架拱橋常被忽視。該拱橋長米，與主橋協(xié)同工作分擔荷載，采用魚腹式截面優(yōu)化材料分布，并通過鉸接節(jié)點適應溫度變化引起的結構位移。這一設計巧妙結合了傳統(tǒng)拱橋與現(xiàn)代橋梁技術，在有限空間內實現(xiàn)了功能擴展，為復合型橋梁系統(tǒng)提供了經典案例參考。這座下承式鋼筋混凝土拱橋跨越密西西比河，主跨米，以獨特的雙肋拱結構著稱。其拱腳采用鉸接設計，適應河流地質沉降需求，同時通過預應力技術增強抗彎能力。作為連接路易斯安那州重要通道，該橋在世紀中期的建造中創(chuàng)新應用了分階段澆筑工藝，成為早期大跨度下承式拱橋的技術典范。國內外典型中承式拱橋案例解析悉尼港大橋是全球著名的下承式鋼桁架拱橋，主跨米，年通車后成為連接市區(qū)與北岸的交通動脈。其橋面位于拱腳之間，形成開闊凈空以適應船舶通行需求。獨特的'魚腹形'拱肋設計既減輕自重又增強抗壓能力，至今仍是悉尼地標性建筑，展現(xiàn)了下承式拱橋在功能與美學上的完美結合。作為重慶市核心交通樞紐，該橋為下承式鋼管混凝土拱橋，主跨米，年建成。其空間桁架結構通過精準計算優(yōu)化材料分布，顯著降低自重并提升抗震性能。橋面位于拱肋下方的設計有效節(jié)省了建設成本，同時兼顧城市景觀需求，成為山城立體交通網絡中的重要節(jié)點。這座下承式鋼管混凝土拱橋是貴廣高鐵的關鍵工程之一，主跨米，于年通車。其拱肋采用變高度設計，適應復雜地形與地質條件，確保高速列車平穩(wěn)通行。橋面嵌入拱腹的結構形式減少