單孔石拱橋設計原理

拱橋（archbridge）指的是在豎直平面內以拱作為結構主要承重構件的橋樑。拱橋在容器內的粉料層中如果形成能承受上方粉料的壓力而不將此壓力傳遞給下方的面，此面即稱為拱橋。拱橋是向上凸起的曲面，其最大主應力沿拱橋曲面作用，沿拱橋垂直方向的最小主應力為零。在重力作用下進行的粉料流出過程中可能反覆出現拱橋的形成和崩解過程，此種拱橋稱為動拱橋。最早出現的拱橋是石拱橋，藉著類似梯形石頭的小單位，將橋本身的重量和加諸其上的載重，水平傳遞到兩端的橋墩。各個小單位互相推擠時，同時也增加了橋體本身的強度。近現代的拱橋則更多的使用混凝土或鋼材建造。

中國的拱橋始建於東漢中後期，已有一千八百餘年的歷史。它是由伸臂木石樑橋、撐架橋等逐步發展而成的。在形成和發展過程的外形都是曲的，所以古時常稱為曲橋。在古文獻中，還用“囷”、“窌”、“竇”、“甕”等字來表示拱。

拱橋。造型優美，曲線圓潤，富有動態感。單拱的如北京頤和園玉帶橋，拱券呈拋物線形，橋身用漢白玉，橋形如垂虹臥波。多孔拱橋適於跨度較大的寬廣水面，常見的多為三、五、七孔，著名的頤和園十七孔橋，長約150米，寬約6.6米，連線南湖島，豐富了昆明湖的層次，成為萬壽山的對景。河北趙州橋的“敞肩拱”是中國首創，在園林中仿此形式的很多，如蘇州東園中的一座。

拱橋特點

我國建造拱橋的歷史要比以造拱橋著稱的古羅馬晚好幾百年，但我國的拱橋卻獨具一格。形式之多，造型之美，世界少有。有駝峰突起的陡拱，有宛如皎月的坦拱，有玉帶浮水的平坦的纖道多孔拱橋，也有長虹臥波、形成自然縱坡的長拱橋。拱肩上有敞開的（如大拱上加小拱，現稱空腹拱）和不敞開的（現稱實腹拱）。拱形有半圓、多邊形、圓弧、橢圓、拋物線、蛋形、馬蹄形和尖拱形，可說應有盡有。

孔數上有單孔與多孔，多孔以奇數為多，偶數較少，多孔拱橋，如果當某孔主拱受荷時，能通過橋墩的變形或拱上結構的作用將荷載由近及遠的傳遞到其它孔主拱上去，這樣的拱橋稱為連續拱橋，簡稱連拱江浙水鄉的三、五、七、九孔石拱橋，一般是中孔最大，兩邊孔徑依次按比例遞減，橋墩狹薄輕巧，具有劃一格局，令人欽佩。

由於橋孔搭配適宜，全橋協調勻稱，自然落坡既便於行人上下，又利於各類船隻的航運。杭州市城北的拱辰橋是三孔的一例，建於明崇禎四年（1631年）。有的橋孔多達數十孔，甚至超過百孔，如1979年發現的徐州景國橋，就有104孔，估計它是明清橋樑。多跨拱橋又有連續拱和固端拱，固端拱採用厚大橋墩，在華北、西南、華中、華東等地都可見到，連續拱只見於江南水鄉。按建拱的材料分有石拱、木拱、磚拱、竹拱和磚石混合拱。

以承受軸向壓力為主的拱圈或拱肋作為主要承重構件的橋樑，拱結構由拱圈(拱肋)及其支座組成。拱橋可用磚、石、混凝土等抗壓效能良好的材料建造大跨度拱橋則用鋼筋混凝土或鋼材建造，以承受發生的力矩。

按拱圈的靜力體系分為無鉸拱、雙鉸拱、三鉸拱。前二者為超靜定結構，後者為靜定結構。無鉸拱的拱圈兩端固結於橋臺，結構最為剛勁，變形小，比有鉸拱經濟，結構簡單，施工方便，是普遍採用的形式，但修建無鉸拱橋要求有堅實的地基基礎。雙鉸拱是在拱圈兩端設定可轉動的鉸支承，結構雖不如無鉸拱剛勁，但可減弱橋臺位移等因素的不利影響，在地基條件較差和不宜修建無鉸拱的地方，可採用雙鉸拱橋。三鉸拱則是在雙鉸拱的拱頂再增設一鉸，結構的剛度更差些，拱頂鉸的構造和維護也較複雜，一般不宜作主拱圈。

拱橋按結構形式可分為板拱、肋拱、雙曲拱、箱形拱、桁架拱。拱橋為橋樑基本體系之一，一直是大跨徑橋樑的主要形式。拱橋建築歷史悠久，20世紀得到迅速發展，50年代以前達到全盛時期。古今中外名橋(如趙州橋、盧溝橋、悉尼港橋、克爾克橋等)遍佈各地，在橋樑建築中佔有重要地位，適用於大、中、小跨徑的公路橋和鐵路橋，更因其造型優美，常用於城市及風景區的橋樑建築。

受力：豎向荷載作用下主要承受軸向力，和少量彎矩及剪力，同時拱腳處會產生水平推力（推力的存在減少了截面的彎矩），對地基土要求很高。充分利用了石材的抗壓效能拱橋施工分有支架和無支架施工兩種，砌體的話很難做到無支架施工吧（與混凝土或鋼結構的拱相比）下面是詳細的施工過程。

拱圈放樣：石拱橋的拱石要按照拱圈的設計尺寸進行加工，為保證其加工尺寸正確，就需要制。作拱石樣板。小跨徑圓弧等截面拱圈，因截面簡單，可按計算確定拱石尺寸後，用木板製作樣板，一般不需要實地放出主失圈大樣。但大中跨徑懸鏈線拱圈則需要的樣臺上將拱圈按1:1的比例放出大樣，以確定拱塊形狀尺寸和拱圈分段位置。樣臺可選擇橋位附近較為平坦和寬敞的場所。拱圈和拱架兩半孔對稱時，只放出半孔即可，兩半孔不對稱時，順需放出全孔。砌築主拱圈的順序和方法砌築拱圈時，應根據拱圈的跨徑、矢高、厚度以及拱架情況，設計拱圈砌築順序。

拱圈砌築順序有以下幾種：當跨徑≤10m的拱圈，採用滿布式拱架砌築，可從兩端拱腳按順序對稱砌築，最後砌拱頂石。當跨徑≤10m且採用拱式架砌築拱圈和跨徑為13～20m的拱圈，可採用分段對稱砌築每半跨均應分為三段，從兩端拱腳對稱砌築，最後拱頂石合攏。

拱圈合攏：隨著跨徑和設計要求的不同，拱圈合攏方法分為安砌拱頂石合攏、剎尖封頂合攏和預施壓力封頂合攏三種。

拱上結構的砌築砌築時間：拱上結構在拱架卸架前砌築時，應待拱圈合攏砂漿強度達到設計標號30％以上後進行。當鬆架後砌拱上結構時，應待拱圈合攏砂漿強度達到標號70％以上後進行。採用分環砌築的拱圈，應待封砂漿強度達到設計標號70％以上後進行。

砌築方法：拱上結構的砌築應按照對稱、均衡的原則進行。實腹式拱上結構應由拱腳向拱頂對稱地的順序作臺階式砌築。拱腹填料可隨側牆砌順序及進行填築。填料數量較大時，也可在側牆砌完後分部進行填築。實腹式拱應在側牆與橋臺間設伸縮縫使二者分開。