拱桥 arch bridge

以承受轴向压力为主的主拱圈作为主要承重结构的桥梁。拱桥在垂直荷载作用下，拱脚处不仅产生竖向反力，还产生水平推力，因此一般适用于地基良好的场合。

拱桥是最古老的桥型之一，广泛应用于各种跨径的桥梁，尤宜跨越峡谷，又因其造型美观，亦常用于城市和风景区的桥梁。

1. 分类

①按拱圈（肋）结构的材料分：有石拱桥、钢拱桥、混凝土拱桥、钢筋混凝土拱桥（图1）。

②按拱圈（肋）的静力图式分：有无铰拱、双铰拱、三铰拱。前二者属超静定结构，后者为静定结构。无铰拱的拱圈两端固结于桥台（墩），结构最为刚劲，变形小，比有铰拱经济，但要求有坚实的地基基础。双铰拱是在拱图两端设置可转动的铰支承，铰可允许拱圈在两端有少量转动的可能。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。三铰拱则是在双铰拱顶再增设一铰，结构的刚度更差些，但可避免各种因素对拱圈受力的不利影响。

③按拱上建筑构造形式分：实腹式拱上建筑和空腹式拱上建筑，相应的拱桥称为实腹拱桥和空腹拱桥。实腹式拱上建筑是将主拱圈以上至桥面系间以填料填实，多用于小跨径拱桥。空腹式拱上建筑则在主拱圈以上设有模桥向贯通的腹孔，腹孔形式主要有拱式和梁（板）式，一般用于大，中跨径拱桥。

2. 拱轴线线型

对拱图截面的弯矩大小有直接影响。一般应尽量使拱轴线与荷载作用下的拱圈压力线相吻合，以减小截面弯矩。由于公路拱桥的恒载占总荷载的比例较大（跨径大时尤如此），因此一般可以恒载压力线作为设计拱轴线。常用的拱轴线型主要有悬链线、抛物线和圆弧线。

2.1. 悬链线

是实腹拱桥的恒载压力线，因此实腹拱桥均采用悬链线作拱轴线。对于大、中跨径的空腹拱桥，由于其恒载压力线与悬链线型拱轴线的偏离对拱圈控制截面的内力有利，且悬链线对各种空腹式拱上建筑的适应性较强，为设计方便计，亦多采用悬链线作拱轴线。

2.2. 抛物线

在竖向均布荷载作用下，拱的合理拱轴线是二次抛物线。故对于恒载接近均布的拱桥，如矢跨比较小的空腹拱桥及轻型拱片桥（桁架拱桥和刚架拱桥），常可采用二次抛物线作拱轴线。

2.3. 圆弧线

线型最简单，便于施工。但一般与恒载压力线偏离较大，使拱圈受力不均匀，故多用于小跨径拱桥。大、中跨径拱桥力简化施工，有时也采用圆弧形拱轴线。

3. 拱圈截面

有等截面和变截面两类变化形式。等截面拱圈的截面尺寸沿拱轴线保持不变，构造简单，施工方便，因而采用较普遍。变截面拱圈的截面尺寸由拱脚向拱顶逐渐变化，通常有两种方式，一种是变厚度而不变宽度，一种是变宽度而厚度不变，一般较多采用前者，后者可用于大跨径窄桥。按拱圈横截面形式分有板拱、肋拱、双曲拱和箱形拱（图2）。

3.1. 板拱桥

拱圈为整块矩形实体截面（图2a）。横向整体性较好，截面高度小，构造简单，施工方便，但截面抗弯惯矩较小，一般用于地基条件较好的中小跨径拱桥。

板拱桥多用圬工及钢筋混凝土材料建造，圬工拱桥中又以石拱桥居多。施工方法多采用在拱架（或拱胎）上砌筑（或浇筑）拱圈的有支架施工。石拱桥由于具有就地取材、节省钢材和水泥、构造简单、施工方便、承载潜力大和养护费用少等优点，石拱桥不仅在桥梁建筑史上有过辉煌成就，至今亦仍在发挥一定作用（尤其在山区）。但因自重大而跨径有限，使其应用受到限制。

中国古代石拱桥曾取得杰出成就。如建于605年左右的赵州桥，净跨37.02米，是世界最早的空腹拱桥，迄今仍然完好。

赵州桥

世界跨度最大的石拱桥是1946年瑞典建成的绥依纳松特桥（主跨155米）。

中国已建成百米以上跨径的石拱桥近10座。如1961年建成的云南省南盘江长虹桥（主跨112.5米），1972年建成的重庆丰都九溪沟大桥（主跨116米），1990年建成的湖南省乌巢河大桥（主跨120米），2000年建成的山西省晋城丹河大桥（主跨146米）为目前跨径最大者（图3）。

丹河大桥

3.2. 肋拱桥

拱圈由两条或多条分离的、高度较大的肋形截面组成，肋间以横系梁相联，以保证其横向稳定性和整体性（图2b）。其抗弯惯矩较大，用料较省，故广泛用于大、中跨径拱桥。拱肋的截面形式有矩形、工字形、箱形、管形（钢管混凝土肋拱）和桁架形（钢管混凝土桁架肋拱、钢桁架肋拱）等，其中矩形、工字形和箱形拱肋多用钢筋混凝土或钢制作，亦可用圬工材料建造。

1959年中国建成太焦线丹河桥主跨88米的上承式铁路拱桥和8孔跨径60米的上承式公路拱桥——湖南省湘潭湘江桥，均采用钢筋混凝土工字形拱肋。

①钢管混凝土拱桥。

采用钢管混凝土结构作为拱肋。其截面形式一般有单管式、双管式（哑铃形）、三管式（三角形）和四管式（矩形、梯形）等，其中四管格构式钢管桁架拱肋结构合理、施工荷载小、便于悬臂拼装、造价经济，是大跨径钢管拱桥常用的形式。钢管本身就是钢筋，既能受压又能受拉，节省材料，它还具有塑性好、耐疲劳和冲击、美观（钢管油漆）等优点，因而近年来得到迅速发展，已成为大跨径拱桥的主要型式之一。

20世纪30年代，苏联用钢管混凝土建造了跨度101米的公路拱桥和跨度140米的铁路拱桥。

中国于1990年建成第一座钢管混凝土拱桥——四川省旺苍东河桥，为跨度115米的下承式系杆拱桥。

此后这种桥型在中国得到广泛应用，迄今已建成和在建的达200多座。在中国目前17座跨径200米以上的拱桥中，钢管混凝土拱桥就占12座。

如1999年建成的广州丫髻沙大桥为主跨360米的三跨连续自锚中承式钢管桁架系杆拱桥，是当时世界跨度最大的钢管混凝土公路拱桥。

2000年建成的重庆奉节梅溪河大桥是上承式钢管混凝土桁架式无铰拱桥，跨径288米，在当时中国同类桥型中居第一位。

2000年建成的湖北省武汉晴川大桥，主跨280米，为下承式钢管混凝土桁架无铰系杆拱桥，是当时世界最大跨径的下承式系杆拱桥。

2001年建成的贵州省六盘水水柏铁路北盘江大桥为主跨236米的上承式钢管桁架提篮式拱桥，当时世界同类型铁路桥梁第一位。

2004年建成的重庆巫山长江大桥，为主跨460米的中承式钢管桁架拱桥，在当时同类桥梁中跨径为世界第一。

此外，钢管混凝土拱肋亦可作为施工时的劲性骨架，外包钢筋混凝土即成劲性骨架混凝土箱形拱桥，而不需强劲的支架和强大的吊装能力，使修建特大跨径混凝土拱桥成力可能。

如主跨420米的重庆万县（今万州区）长江大桥（1997年）及主跨312米的广西邕宁邕江大桥（1996年）均采用此法建成。

②钢桁架肋拱桥。采用钢桁架结构作为拱肋。

1874年美国建成第一座钢桁肋拱桥——圣路易斯桥，系主跨158.6米的铁路无铰拱桥。

1931年美国建成的主跨503.6米的贝永桥和1932年澳大利亚建成的主跨503米的悉尼港桥，均为中承式两铰钢桁拱桥。

1977年建成的美国新河峡谷大桥是此类桥型世界跨度最大者，为上承式钢桁两铰公路拱桥，主跨518.2米，桥面离谷底达267米（图4）。

中国修建钢桁拱桥甚少，最大跨度为1969年建成的主跨180米的四川省渡口密地公路桥。

新河峡谷大桥

3.3. 双曲拱桥

20世纪60年代中国首创的一种桥型，因拱圈纵、横向均呈拱形而得名（图2c）。主拱圈由拱肋、拱波、拱板和横向联系等构成横向一个或数个小拱。多用于中小跨径拱桥。其截面抵抗矩较板拱大，结构轻巧，节省钢材；构件小，吊重轻，可以不用拱架或仅需简单支架，施工简便，因而曾一度广泛使用。但截面的整体性较差、受力复杂，易开裂，使其承载能力降低，故现已很少使用。

1969年建成的跨径150米的河南省嵩县前河大桥，拱圈采用6肋双层高低波，矢跨比为1/10，是中国跨度最大的双曲拱桥。

1972年建成的湖南省长沙湘江公路桥，有8孔跨径76米的双曲拱。

3.4. 箱形拱桥

拱圈横截面为整体多室箱（箱形板拱）或分离式单（多）室箱肋（箱形肋拱），可用钢筋混凝土、钢材或混凝土建造（图2d）。截面挖空率高，自重轻，抗弯、抗扭性能及整体性、横向稳定性好，可承受正负弯矩，且应力分布较均匀，因此尤适用于无支架施工的大、中跨径拱桥。但施工较复杂，中小跨度时不经济。

①箱形板拱桥。钢筋混凝土箱形板拱常采用预制拼装施工，即在横向划分成多条箱肋，分段预制箱肋后安装成拱，再现浇各箱肋间的填缝混凝土而形成主拱圈。

1979年中国采用缆索吊装施工法建成跨径150米的四川省宜宾马鸣溪公路桥。

1980年南斯拉夫建成主路390米、副跨244米的克尔克桥，系上承式钢筋混凝土公路、管道两用桥。

1989年中国建成主跨200米的重庆涪陵乌江大桥。

1997年建成主跨420米的重庆万县长江公路大桥，为上承式箱形拱桥，拱圈采用60号混凝土等截面三室箱，是世界跨度最大的钢筋混凝土拱桥。

②箱形肋拱桥。较箱形板拱节省混凝土数量，自重轻，墩台圬工量也少。

澳大利亚于1964年建成跨径304.8米的悉尼港格莱兹维尔桥。

1996年中国建成主跨312米的广西邕宁邕江大桥，是世界跨度最大的中承式钢筋混凝土拱桥。

钢箱肋拱桥建造不多。

1962年美国建成跨径304.8米的刘易斯顿-昆斯顿桥（无铰拱）。

1967年捷克斯洛伐克建成主路330米的兹达科夫桥（两铰拱）。

中国在1966年建成跨径180米的四川省渡口金沙江桥。

2003年建成世界跨度最大的钢拱桥主路550米的上海卢浦大桥，为三跨连续中承提篮式系杆公路拱桥。

4. 组合体系拱桥

拱、梁组合体系桥常分为无推力和有推力两类。

4.1. 无推力组合体系拱桥

拱的水平推力由梁（常称系杆）承受，墩台仅承受竖向力，统称系杆拱桥。属外部静定结构，适应地基能力强，故应用较广泛。根据系杆和拱圈相对刚度的大小常可分为：

①柔性系杆刚性拱，习称系杆拱，是系杆拱的最早形式。

②刚性系杆柔性拱，称蓝格尔拱，系杆为主要承重构件（弯拉组合）。

③刚性系杆刚性拱，称洛泽拱，整体刚度较大，拱和系杆内力分配均匀。若以斜吊杆代替竖直吊杆时，则称为尼尔森拱，与竖直吊杆体系相比，可节省一定材料。

4.2. 有推力组合体系拱桥

由单独的梁和拱共同受力，拱的水平推力仍由墩台承担。常用的型式有：刚性梁柔性拱（称倒蓝格尔拱）和刚性梁刚性拱（称倒洛泽拱）。

1992年建成的九江长江大桥是中国跨度最大的公铁两用钢桁架梁、拱组合体系桥，主孔是中跨216米3跨1联的由连续刚性钢桁梁与柔性钢加劲拱组成的梁、拱组合结构。主跨550米的中国上海卢浦大桥是世界跨度最大的系杆拱桥。

5. 拱片桥

以整体式拱片作为主要承重结构，其下缘是拱形的有推力结构，上缘与桥面平行（图5）。拱片之间用横向联结系连成整体，属轻型拱桥，多用钢筋混凝土或预应力混凝土建造。主要类型有桁架拱桥和刚架拱桥。

5.1. 桁架拱桥

又称拱形桁架桥，分普通桁架拱桥和桁式组合拱桥两种。

①普通桁架拱桥。桁架拱片由上下弦杆、腹杆和跨中实腹段组成，兼有桁架和拱的受力特点（图5a）。拱与拱上结构共同受力，桁架杆件主要承受轴向力。中国跨度最大的预应力混凝土桁架拱桥为1976年建成的浙江省宁海越溪公路桥，系主跨75米的斜拉式桁架拱。

②桁式组合拱桥。是将普通桁架拱两端支承于和墩（台）固结的悬臂桁梁上，而形成的一种拱、梁组合体系桥（图5b）。由于经济性较好，常用于大跨径预应力混凝土拱桥。

如1985年中国建成的主跨150米的贵州省剑河大桥和1995年建成的主跨330米的贵州省江界河大桥，均为预应力混凝土桁式组合拱桥，后者是世界上此类桥型的最大跨度。

5.2. 刚架拱桥

在桁架拱桥、斜腿刚架桥等基础上发展起来的一种桥型，刚架拱片由跨中实腹段的主梁、空腹段的次梁、主拱腿（主斜撑）和次拱腿（次斜撑）等组成（图5c）。由于具有整体性好、刚度大、自重轻、构件少、便于装配化施工、造型美观、适合于软土地基等优点，因而常被用于中小跨径拱桥。

1993年建成的主跨130米的江西省太白桥，是中国跨度最大的钢筋混凝土箱肋刚架拱桥。

推荐书目

顾安邦. 桥梁工程. 北京：人民交通出版社，2000.

范立础. 桥梁工程. 北京：人民交通出版社，2001.

项海帆. 中国大桥. 北京：人民交通出版社，2003.

徐伟，苏宏阳，金福安. 土木工程施工手册：下册. 北京：中国计划出版社，2003.

摘自：《中国大百科全书（第2版）》第7册，中国大百科全书出版社，2009年