在拱橋拱圈上腹部兩側填實土壤或粒料後鋪裝路面，這種拱橋稱為實腹拱橋。小跨徑的磚，石，混凝土拱常採用這種構造形式。實腹式圬工拱橋的承載潛能大、路橋連線順暢、養護維修費用低、抗損壞性能好以及施工方便等優點，相比其它橋型優點明顯。
基本介紹
- 中文名：實腹拱橋
- 外文名：filled spandrel arch bridge
- 優點：承載潛能大、路橋連線順暢等
- 材料：石，混凝土
- 分析：強度、剛度、穩定和動力分析
- 所屬學科：土木工程
背景,簡介,特點,材料特點,結構特點,拱橋聯合作用,
背景
隨著科學技術水平的發展，各種新技術新材料開始在橋樑建設中廣泛套用，隨著交通發展變化，橋樑也開始逐漸往輕型化、大跨徑化的方向發展，同時造型不一、特點不一的新型橋型也不斷湧現出來，例如桁架橋、斜拉橋、懸索橋等，這樣使得圬工拱橋的發展受到了限制。但是石拱橋並沒有被完全淘汰，由於經濟發展相對滯後及歷史原因，在我國特別是西南地區仍有大量中小跨徑的實腹式拱橋在服役。
簡介
由於石拱橋具有取材方便、造型優美、耐久性強等特點，使其在整個橋樑結構中具有重要地位。當橋樑結構受到外部荷載作用時，主拱圈的拱腳不僅在豎向產生支撐反力，同時水平方向也產生水平推力。由於拱橋拱圈既有豎向反力又有水平推力，這樣可減小主拱圈各個截面的彎矩，而且還使主拱圈各個截面基本上以受壓為主，從而降低了主拱圈產生的拉應力，這樣使得抗拉性能較差，但抗壓性能較強的材料可以被充分利用。因此圬工拱橋具有跨越能力較大、承載能力較高、取材方便、造價低廉、養護維修成本低、造型優美等特點。同時，實腹式圬工拱橋的承載潛能大、路橋連線順暢、養護維修費用低、抗損壞性能好以及施工方便等優點，相比其它橋型優點明顯。在石拱橋建設發展的過程中，國內外均取得了輝煌的成績。
特點
實腹式拱橋大多為中小跨徑橋樑，但自身具備非常鮮明的特點。首先為結構上的特點，橋面系與拱上填料直接接觸，在外部荷載作用下，兩者共同傳遞荷載；拱上側牆及填料又與拱圈直接接觸，因此結構受力特點為拱上側牆及填料與拱圈的聯合作用。其次為材料特點，圬工砌體、填料、橋面材料構成了圬工拱橋的主要三種材料，這些材料均為非線性材料，影響因素較多，很難實現比較精確的模擬。
材料特點
圬工拱橋主要用到的材料是砌體材料、填料、橋面鋪裝材料，均為非線性材料，其力學性能相對比較複雜且受外部環境影響較大，旨在研究拱上填料對主拱圈的受力影響，故對砌體、填料的材料性質重點介紹，至於橋面鋪裝材料，大多採用混凝土鋪裝層，此類材料資料很多，故此處不再做介紹。
磚體或者塊體採用砂漿將其連線而成的整體結構就是砌體。一般實腹式圬工拱橋採用的都是石材砌體結構，砌體又可以分為料石砌體、毛石砌體，上部結構拱圈、拱上側牆材料大都採用毛石砌體或者料石砌體，橋台、橋墩、基礎等下部結構大都採用毛石砌體。石材和砂漿是實腹式圬工拱橋結構用到的主要材料，相關的文獻資料對石材以及砂漿的分類並未完全統一，磚體或者塊體採用砂漿將其連線而成的整體結構就是砌體。一般實腹式圬工拱橋採用的都是石材砌體結構，砌體又可以分為料石砌體、毛石砌體，上部結構拱圈、拱上側牆材料大都採用毛石砌體或者料石砌體，橋台、橋墩、基礎等下部結構大都採用毛石砌體。石材和砂漿是實腹式圬工拱橋結構用到的主要材料，相關的文獻資料對石材以及砂漿的分類並未完全統一。
土體發生剪下破壞的主要表現為：剪應力作用下，土體內部產生滑動面，土體產生相對滑動，進而土破壞。所以能使土體內部產生滑動面的剪應力就是土的抗剪強度。為了明確的闡釋土的抗剪強度，科學家們做了許多研究。
結構特點
圖為實腹式圬工拱橋的結構示意圖，可以看出上部結構組成部分主要為拱上建築部分、主拱圈，下部結構為橋台、基礎部分，拱上側牆與主拱圈剩餘部分則用填土進行填充，橋台內部也為填土。通常以主拱圈的受力情況來評判整橋的承載能力，拱上建築部分則是作為固定荷載作用於拱圈上，拱上填料緊密包圍著拱圈，與拱圈直接接觸，是恆載的主要來源，同時拱上建築與拱圈會產生接觸的相互作用，因此僅考慮裸拱圈的受力是不合理的，應合理的考慮拱上填料與拱圈的共同作用。實腹式圬工拱橋的結構特點與受力特點，與岩土工程相關的受力特點有點類似，拱形結構與隧道等地下空間結構相似，填料部分則與地下空間的岩體或者土體相類似，因此根據這些結構特點，進一步說明僅考慮裸拱圈的受力的計算方法比較片面，可結合地下空間的岩體或土體與結構的相互作用的模式來考慮聯合作用。
拱橋聯合作用
拱橋聯合作用在拱橋總體布置、細部尺寸、施工方案等確定後，需進行成橋狀態強度、剛度、穩定驗算和必要的動力分析，以及施工階段結構分析與驗算。 不論是空腹式拱橋還是實腹式拱橋，通常都是多次超靜定的空間結構，拱上建築會不同程度地參與主拱圈受力，通常把這種現象稱之為聯合作用。由於橋面和填料的擴散作用，當荷載作用於橋面時，無論是不是在橋樑的中心線位置，在作用位置處的橫斷面上，均會產生不同程度的應力，這就是荷載的橫向分布。 實際工程和相關理論研究均發現，拱上建築的構造型式、材料的性質對聯合作用的影響較大，梁式拱橋的拱上建築對聯合作用效應的影響較小，一般都忽略不計，而拱式拱上建築對橋樑的受力影響較大，影響因素較多，比如材料的剛度的影響，材料剛度越大，其聯合作用效果越明顯；對於空腹式拱橋，腹拱的矢跨比越小，其水平方向的推力越大，這樣聯合作用也越明顯。對於同一橋樑來說，不同截面的聯合作用程度也是不一樣的，一般採用最不利荷載位置的聯合作用情況反映橋樑整體的聯合作用情況。
聯合作用與施工順序有關。例如，有支架施工中，若在主拱合龍後即落架，然後再施工拱上建築，由於支架的撤離，拱上建築部分的自重以及材料的收縮徐變所產生的力均由拱圈承受，此時聯合作用較小，可忽略不計，只有之後恆載（如腹孔拱上恆載）、活載以及溫度變化等影響時才存在聯合作用；若拱架是在拱上建築完成後才拆除，則在所有影響力作用下都存在聯合作用。
因此，在拱圈計算時，應根據拱上建築聯合作用的大小和施工順序，選擇不同的計算圖式進行受力分析。對梁式拱上建築可選擇不計聯合作用的裸拱圈作為計算圖式；而對於其他型式的拱上建築，應選擇拱圈與拱上結構聯合受力的圖式。多孔連續拱橋計算時還應計入連拱作用的影響。由於主拱圈在不計拱上建築聯合作用的時候是偏安全的，所以，多數情況下都以裸拱為計算對象。但拱上建築的計算則不同，不考慮聯合作用（即不考慮主拱變形對其產生影響）是不合理的、不安全的，必須以共同受力的圖式進行拱上結構分析。
與聯合作用類似，活載的橫向分布同樣受許多條件影響，橋樑橫向構造布局為其主要的影響因素。例如，對石拱橋、混凝土板拱橋、箱型拱橋，一般可忽略活荷載分布的影響，認為活載由主拱圈全寬均勻承擔。但事實上，拱圈不同截面的荷載橫向分布也不相同，在拱頂位置考慮荷載的橫向分布，是有利於橋樑的承載力，但在拱腳截面、1/4 截面處考慮荷載的橫向分布，是偏不利於橋樑的安全。對由多個構件組成的肋拱、桁架拱、鋼架拱等，必須考慮活載的橫向分布影響，一般簡化為平面結構進行計算，也可進行空間分析。對橋樑恆載橫向分布不均勻時，也需考慮其分布的影響。
