第12章拱橋構(gòu)造

第十二章拱橋的構(gòu)造【了解】第一節(jié)拱橋的發(fā)展及受力特點(diǎn)【重點(diǎn)掌握】第二節(jié)拱橋的組成和主要分類【掌握】第三節(jié)主拱圈的構(gòu)造【了解】第四節(jié)其他類型拱橋的構(gòu)造特點(diǎn)【掌握】第五節(jié)拱上建筑的構(gòu)造【欣賞】拱橋示例(41-72)第一節(jié)拱橋的發(fā)展及受力特點(diǎn)一、拱橋的發(fā)展拱橋是我國公路上使用廣泛且歷史悠久的一種橋梁結(jié)構(gòu)型式，它外形宏偉壯觀，且經(jīng)久耐用。由力學(xué)知識知道，拱式結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下，支撐處不僅產(chǎn)生豎向反力，而且還產(chǎn)生水平推力。這樣拱的彎距比相同跨徑的梁的彎距小的多，而使整個拱主要承受壓力。這樣就可以充分利用抗壓性能較好的的圬工材料來修建。國內(nèi)國外石拱、木拱石拱、木拱拱橋鑄鐵拱雙曲拱鋼筋混凝土拱橋十八世紀(jì)十九世紀(jì)1964年桁架拱雙曲拱70年代80年代鋼筋混凝土拱橋剛架拱桁式組合拱鋼管拱新型組合體系拱80年代中1990年古代拱橋:

拱軸曲線造型的千變?nèi)f化，其中具有代表意義的是建于公元595-605年的趙州橋。公元1188-1192年北京宛平盧溝橋。創(chuàng)建于公元1631年的浙江杭州拱宸橋。還有始建與唐代，現(xiàn)存最長的多孔薄拱薄墩連拱的江蘇蘇州寶帶橋。以及頤和園17孔橋。安徽風(fēng)鳴湖十七孔橋。中國現(xiàn)存最早，并且保存良好的是隋代趙州安濟(jì)橋，又稱趙州橋。橋為敞間圓弧石拱，拱圈并列28道，凈跨37.02m，矢高7.23m，上狹下寬總寬9m。主拱圈等厚1.03m，主拱圈上有護(hù)拱石。在主拱圈上兩側(cè)，各開兩個凈跨分別為3.8m和2.85m的小拱，以渲泄拱水，減輕自重。橋面呈弧形，欄檻望柱，雕刻著龍獸，神采飛揚(yáng)。

北京宛平盧溝橋在北京廣安門外30里，跨永定河橋全長212.2m,共11孔，凈跨不等，自11.4m至13.45，橋?qū)?.3m。墩寬自6.5m至7.9m。拱圈接近半圓形。橋墩迎水面有尖端鑲有三角鐵柱的分水尖，背水面為削角方形。橋面上石欄桿共269個，各個柱頭上，雕刻有石獅。

浙江杭州拱宸(che/n)于明·崇禎四年（公元1631年），清·光緒十一年（公元1885年）重建。中孔凈跨15.8m，兩邊孔各為11.9m。拱圈石厚30cm，為拱跨的1/52.7和1/39.7。中墩厚約1m，為拱跨的1/15.8。

現(xiàn)存最長的多孔薄拱薄墩連拱為江蘇蘇州寶帶橋。橋始建于唐，歷代多次重修，現(xiàn)存橋共計53孔，全長316.8m，中間有3孔隆起以通船只，橋?qū)?.1m。橋頭建有石獅、石亭、石塔。

頤和園17孔橋安徽風(fēng)鳴湖十七孔橋

當(dāng)代拱橋：其結(jié)構(gòu)型式與施工方法的豐富多彩如1997年建成的重慶萬縣長江大橋（L=420m）其主拱長度世界排名第一，廣州丫髻沙特大橋（L＝360m），1932建成的澳大利亞悉尼鋼拱橋（L＝503m）及上海的廬浦大橋（L=550m）。

四川萬縣長江大橋廣州丫髻沙大橋澳大利亞悉尼鋼拱橋廬浦大橋二、拱橋的特點(diǎn)（一）拱橋主要優(yōu)點(diǎn)：（1）跨越能力較大；（2）就地取材，節(jié)省大量的鋼材和水泥；（3）耐久性好，養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用少；（4）外形美觀；（5）構(gòu)造簡單。（二）拱橋主要缺點(diǎn)：（1）自重較大，相應(yīng)的水平推力也較大，增加了下部結(jié)構(gòu)的工程量，對地基要求高；（2）拱橋采用支架施工，支架和其他輔助設(shè)備的費(fèi)用大大增加，從而增加施工難度，提高橋的造價。施工工序多，建橋周期長。（3）拱橋水平推力較大，需要設(shè)置單向推力墩，增加了造價。（4）上承式拱橋的建筑高度較高，使兩岸接線的工程量增大或增大了橋面縱坡，增加的造價又對行車不利。隨著鋼管混凝土在拱橋上的應(yīng)用，鋼管混凝土拱橋克服了拱橋傳統(tǒng)的缺點(diǎn)，當(dāng)跨徑在200~600m范圍內(nèi)，拱橋仍然是懸索橋和斜拉橋的有利競爭對手。第二節(jié)拱橋的組成和主要類型一、拱橋的主要組成

拱橋由上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)兩大部分組成。上部結(jié)構(gòu)是由拱圈及其上面的拱上建筑所構(gòu)成。拱圈是主要承重結(jié)構(gòu)。橋面系包括行車道、人行道及兩側(cè)的欄桿或砌筑的矮墻等構(gòu)造。下部結(jié)構(gòu)由橋墩、橋臺及基礎(chǔ)等組成。其主要組成部分見圖12-1所示。1-主拱圈2-拱頂3-拱腳4-拱軸線5-拱腹6-拱背7-起拱線11-拱上建筑L0-凈跨徑L-計算跨徑f0-凈矢高f-計算矢高

f/L-矢跨比圖12-1上承式拱橋的基本組成二、拱橋的主要類型（一）按拱圈橫截面形式分類1、板拱橋

板拱橋主拱圈采用矩形實(shí)體截面，它的構(gòu)造簡單、施工方便，因而使用廣泛。但其截面形式比其他形式截面抵抗矩小，若獲得較大截面抵抗矩必須增加截面尺寸，相應(yīng)增加了材料用量和結(jié)構(gòu)自重，增加下部負(fù)擔(dān)，通常在地基條件較好的中、小跨徑圬工拱橋中采用板拱形式。如圖12-2a）所示。2、肋板拱在板拱橋的基礎(chǔ)上，將板拱劃分成兩條（或多條），形成分離的、高度較大的拱肋，肋與肋間用橫系梁想連。減小截面尺寸，減小自重，多用于較大跨徑的拱橋。如圖12-2b）所示。3、雙曲拱橋主拱圈橫截面由一個或數(shù)個小拱組成，由于主拱圈在縱向及橫向均呈曲線形，故稱之為雙曲拱橋。雙曲拱橋截面抵抗矩大，可節(jié)省材料，而且具有裝配式梁橋的特點(diǎn)，適合于工業(yè)化生產(chǎn)，具有加快施工進(jìn)度，縮短工期，施工工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛推廣。如圖12-2c）所示。4、箱形拱箱形拱截面抵抗矩較大，可節(jié)省材料，對于大跨徑橋則效果更為顯著。特別適用于無支架施工。但箱形截面制作復(fù)雜，一般只在跨徑在50m以上的拱橋采用箱形截面。如圖12-2d）所示。圖12-2主拱圈橫截面形式a)板拱；b)肋拱；c)雙曲拱；d)箱形拱圖12-2主拱圈橫截面形式a)板拱；b)肋拱；c)雙曲拱；d)箱形拱（二）按建筑材料分：圬工拱橋，鋼筋混凝土拱橋，鋼拱橋（三）按拱上建筑形式分：實(shí)腹式拱橋，空腹式拱橋（四）按主拱圈所采用的拱軸線形式分類：圓弧拱橋，拋物線拱橋，懸鏈線橋（五）按靜力體系分類：簡單體系拱橋：三鉸拱，兩鉸拱；無鉸拱組合體系拱橋：無推力拱橋，有推力拱橋三鉸拱：靜定結(jié)構(gòu)，在地基差的地區(qū)可采用。但構(gòu)造復(fù)雜，施工困難，整體剛度小，主拱圈一般不采用。如圖12-3a）兩鉸拱：一次超靜定結(jié)構(gòu)，介于三鉸拱和無鉸拱之間。如圖12-3b）無鉸拱：三次超靜定結(jié)構(gòu)。拱的內(nèi)力分布較均勻，材料用量較三鉸拱??；構(gòu)造簡單，施工方便，整體剛度大，實(shí)際中使用廣泛。但超靜定次數(shù)高，會產(chǎn)生附加內(nèi)力，一般希望修建在地基良好處?？鐝皆龃螅郊恿τ绊懽冃?，故鋼筋混凝土無鉸拱仍是大跨徑橋梁的主要型式之一。如圖12-3c）圖12-3拱圈的靜力圖式a)三鉸拱b)兩鉸拱c)無鉸拱（六）按橋面位置分：上承式拱橋，中承式拱橋，下承式拱橋。如圖12-4所示：12-4拱橋基本圖示第三節(jié)主拱圈的構(gòu)造一、板拱板拱分為：石板拱、混凝土板拱、鋼筋混凝土板拱鋼筋混凝土板拱的拱頂厚度采用跨徑的1/60~1/70；拱腳厚度可按下式：dj=dd/cosφj其中dd表示拱頂厚度；cosφj拱腳處拱軸線的傾角。二、肋拱肋拱常用截面形式有：矩形截面、工字型截面及箱型截面。矩形截面：肋高為跨徑的1/40~1/60，肋寬為肋高的0.5~2.0倍；工字型及箱型：肋高為跨徑的1/25~1/35，肋寬為肋高的0.4~0.5倍；腹板、翼板厚度按構(gòu)造及抗剪最小尺寸要求0.25~~0.5m;肋拱間必須設(shè)橫梁、橫撐以增強(qiáng)肋拱橋的橫向整體穩(wěn)定性。(如圖12-5

所示)圖12-5肋拱橋橋型圖三、箱型拱（如圖12-6所示）圖12-6箱型拱截面形式箱型拱特點(diǎn)：適合大跨徑拱橋，截面挖空率大，節(jié)省材料；形心軸靠中適應(yīng)主拱正負(fù)彎距變化；主拱整體性好，抗扭剛度大，穩(wěn)定性好；便于預(yù)制施工拼裝；箱形主拱圈的形式：1、采用閉合箱肋組成的多室箱形截面（如圖12-7所示）；2、采用工字形肋組成的多室箱形截面3、采用U形肋組成多室箱形截面4、單室箱形截面箱形拱橋示例:1

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10圖12-7箱型拱閉和箱的構(gòu)造箱形拱構(gòu)造尺寸：拱圈高度一般為跨徑的1/50~1/70；可采用經(jīng)驗公式：H=L0/100+?(m)其中?=0.6~0.8；拱圈寬度滿足跨度的1/20；保證橫向穩(wěn)定；四、雙曲拱橋主拱圈橫截面由一個或數(shù)個小拱組成，其主拱圈在縱向和橫向均呈曲線形。通常有拱肋、拱波、拱板和橫向聯(lián)系等幾部分。公路雙曲拱橋采用最多的是多肋波的截面形式；對于跨徑和荷載較小的單車道橋可采用單波的形式。雙曲拱橋施工工序多，組合截面的整體性差，易開裂，適用無支架吊裝、起吊重量小情況，因此，只宜在中小跨徑橋梁中采用。如圖12-8所示。雙曲拱橋示例:1

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6圖12-8雙曲拱拱肋截面形式第四節(jié)其他類型拱橋的構(gòu)造要點(diǎn)一、桁架橋（如圖：１

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５）（一）上部主要構(gòu)造：（見圖12-9）桁架拱片—主要承重結(jié)構(gòu)，由上、下弦桿、腹桿、拱頂實(shí)腹段組成；橫向聯(lián)結(jié)系—拉桿、橫系梁、橫隔板、剪刀撐橋面系—橫向微彎板、縱向微彎板和預(yù)應(yīng)力混凝土空心板圖12-9桁架拱橋的主要組成（二）橋型特點(diǎn)（1）、拱與桁架組合，共同受力，整體性好，發(fā)揮全截面材料的作用；（2）、桁架部分的構(gòu)件主要承受軸力；（3）、拱的水平推力使跨中彎距減少（4）、節(jié)點(diǎn)為剛性連接，易開裂，影響整體剛度及耐久性；（5）整體自重輕，構(gòu)件可預(yù)制，適合軟土地基；（三）桁架拱片主要類型：斜腹桿桁架、拱豎腹桿桁架、拱桁架肋桁架拱二、剛架拱（如圖：１

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剛架拱是在剛架、斜腿剛架等基礎(chǔ)上發(fā)展而來的一種新橋型，屬于有推力的高次超靜定結(jié)構(gòu)。（見圖12-10）圖12-10剛架拱橋的基本圖示（一）結(jié)構(gòu)組成剛架拱片—主要承重結(jié)構(gòu)，由跨中實(shí)腹段的主梁、空腹段的次梁、主拱腿、次拱腿構(gòu)成；橫向聯(lián)系—可采用預(yù)制裝配式的橫系梁或橫隔板形式，其作用使剛架拱片聯(lián)成整體受力，并保證其橫向穩(wěn)定性。橋面系—可由預(yù)制微彎板、現(xiàn)澆混凝土填平層、橋面鋪裝等部分組成，也可采用預(yù)制空心板、現(xiàn)澆混凝土層及橋面鋪裝構(gòu)成。（二）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及適用性1、構(gòu)件小，自重小，適用于軟土地基；2、結(jié)構(gòu)變形小，整體結(jié)構(gòu)剛度大；3、施工方便，造價較底；三、鋼管混凝土拱橋（如圖：１

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５）第五節(jié)拱上建筑的構(gòu)造對于普通型上承式拱橋，其主要承重結(jié)構(gòu)主拱圈是曲線，車輛無法通過，需要在橋面系與主拱之間設(shè)置傳遞荷載的構(gòu)件或填沖物，這些傳遞荷載的構(gòu)件或填沖物稱為拱上建筑。拱上建筑是拱橋的一部分，依其結(jié)構(gòu)形式的不同而參與主拱共同受力的程度也不同；同時，拱上建筑在一定程度上能約束主拱圈由溫度變化及混凝土收縮徐變等引起的變形，而主拱圈變形又使拱上建筑產(chǎn)生附加力。拱上建筑類型分：實(shí)腹式拱橋，空腹式拱橋兩大類。一、實(shí)腹式拱橋

實(shí)腹式拱上建筑構(gòu)造簡單，施工方便，但填料數(shù)量較多，恒載較重，小跨徑拱橋中多采用實(shí)腹式。實(shí)腹式拱上建筑由側(cè)墻、拱腹填料、護(hù)拱以及變形縫、防水層、泄水管和橋面等部分組成。（如圖12-11所示）圖12-11實(shí)腹式拱橋構(gòu)造圖(單位：cm)二、空腹式拱橋大、中跨徑拱橋多采用空腹式?？崭故焦吧辖ㄖ啥嗫赘箍捉Y(jié)構(gòu)和橋面系主成：以利于減小恒載，并使橋梁顯得輕巧美觀。根據(jù)腹孔的結(jié)構(gòu)形式，空腹式拱上建筑又分為拱式和梁式兩種。（一）腹孔布置腹孔應(yīng)結(jié)合主拱的類型、構(gòu)造、施工方法等綜合考慮，如圖12-12所示：1、腹孔分拱型腹孔及梁板式腹孔；2、腹孔一般等跨對稱布置在主拱圈兩側(cè)，腹拱跨徑選用2.5~5.5m,矢跨比1/2~1/6，不宜大于主拱圈跨徑的1/8~1/15；3、采用梁板式腹孔，減輕重量；圖12-12橋墩(臺)上腹拱的布置方式（二）腹孔墩：

腹孔墩可采用立墻式及立柱式；如圖12-13所示。圖12-13腹孔墩構(gòu)造形式三、拱橋的其它細(xì)部構(gòu)造1、拱上填料（﹥0.3m)、橋面及人行道2、伸縮縫與變形縫,保證結(jié)構(gòu)的安全性與耐久性，相對變形較大的位置設(shè)伸縮縫、相對變形較小處設(shè)變形縫；使拱上建筑適應(yīng)主拱圈的變形；3、鉸的設(shè)置（1）、采用形式有：弧形鉸、平鉸及假鉸（2）、拱橋需設(shè)鉸的情況：主拱圈按兩鉸或三鉸拱設(shè)計；空腹式腹拱圈按構(gòu)造設(shè)鉸、腹孔墩上下端；施工過程中的臨時鉸；4、排水及防水層除橋面排水外，應(yīng)對滲入到拱腹內(nèi)的積水排除；防水層的質(zhì)量影響橋梁的耐久性；岷江大橋位于四川省宜賓市，主橋為鋼筋混凝土箱形拱橋，最大橋跨100m。分跨布置為55+2x100+55(m)，另有8x20m石拱橋引孔，全長532.75m。橋面凈寬：8+2x2(m)人行道。主拱箱高1.6m，矢跨比1/6。全拱橫向分6箱市，縱向分5段預(yù)制，纜索吊裝施工。中墩基礎(chǔ)采用鋼絲網(wǎng)水泥薄壁浮運(yùn)沉井施工。于1973年1月建成。

紅旗橋位于云南省施甸縣與龍陵縣交界處，跨越怒江。主孔為凈跨116m鋼筋混凝土箱形等截面懸線拱，兩岸各為1孔27m石拱，重力式橋臺。主拱圈由6根U型肋組成6個封閉箱再連成整體，全寬8.54m，矢跨比1/8,拱圈高1.9m，立拱上設(shè)每側(cè)5孔6.5m的裝配式鋼筋混凝土板拱，橋面凈寬7+2x0.75(m)人行道。該橋拱肋分5段預(yù)制，纜索吊裝最大吊重為360kN，單肋合攏后側(cè)拉就位，每肋拱腳處均設(shè)軸承鋼鉸，待6肋安裝完畢形成拱圈后用35號混凝土封閉，于1974年6月竣工。后經(jīng)龍陵兩次7.4級地震考驗，至今完好。

閩清橋位于福建省閩清溪口下游橫跨閩江。大橋上部構(gòu)造為8x75m空腹式等截面懸鏈線鋼絲網(wǎng)薄壁組合箱形拱，矢跨比1/7，由6片拱箱組成，每片拱箱分3節(jié)預(yù)制，首次采用中國制造的公路纜索架橋設(shè)備吊裝。橋梁全長733.70m，橋?qū)?+2x1.0(m)人行道。沉井基礎(chǔ)，底節(jié)鋼殼浮運(yùn)，沉井總高20m。4號墩為圓形防爆墩，可承受單向推力。于1976年12月竣工。

來賓橋位于廣西來賓縣，跨越紅水河。該橋由2孔90m，1孔105m箱型拱、1孔30m雙曲拱及1孔5.4m簡支板組成，橋長377.56m，橋面寬10+2x2=14(m)。該橋的施工特點(diǎn)是采用無支架纜索吊裝，主索使用Φ55n/m的密封式鋼絲繩。拱箱預(yù)制成閉口箱，105m拱箱分5段吊裝，90m拱箱分3段吊裝。設(shè)計最大箱段重350kN。拱箱采用單條基箱合攏。于1978年竣工通車。

清風(fēng)橋位于浙江省嵊縣，主跨為2孔凈跨92m的單室箱形拱，全長222.15m，橋?qū)挒閮?+2x0.75(m)，箱寬5.2m，主拱圈拱軸線采用變截面懸鏈線，拱頂高1.6m，拱腳高2.01m。箱壁厚40cm，所有構(gòu)件均采用預(yù)制裝配。囊謙扎曲河橋位于青康公路湄公河最上游扎曲河香達(dá)境內(nèi)。主跨100m鋼筋混凝土箱形拱橋，全長132.24m，橋面寬6+2x0.5(m)。

馬鳴溪金沙江大橋位于四川省宜賓市，跨越金沙江，該橋是中國采用纜索吊裝施工、跨徑最大的鋼筋混凝土箱形拱。主孔150m，引道65m，全長245m。橋面為凈7+2x1.5(m)人行道。主拱圈箱高2.0m，箱寬7.60m，矢跨比1/7，全拱圈橫向分5個箱室（預(yù)制組合薄腹單室箱）；縱向分5段預(yù)制，纜索吊裝就位后再組合整體箱，最大吊重700kN。黃柏河橋位于湖北省宜昌市葛洲壩庫區(qū)內(nèi)，系大壩的附屬工程。全橋為7x60鋼筋混凝土箱形拱橋，橋凈寬9+2x1(m)人行道。設(shè)計載重為特種450kN車列。該橋箱拱分三段預(yù)制，采用單跨478m纜索吊裝，于1981年竣工。巫山龍門橋位于四川省巫山縣，是中國第一座采用無平衡重轉(zhuǎn)體法施工的拱橋。主橋為1孔122m鋼筋混凝土箱形拱，全長197m。橋面凈寬：凈7+2x2(m)人行道。右岸半跨是全寬一次預(yù)制，轉(zhuǎn)體箱重4240kN。左岸半跨分成單箱分別在上、下游預(yù)制，不對稱轉(zhuǎn)體到對稱轉(zhuǎn)體再合攏，轉(zhuǎn)體箱重2120kN。于1987年10月建成。涪陵烏江大橋位于四川省，橋址為V型河谷，水深流急，大橋全長351.83m，橋高84m，主跨為1跨200m鋼筋混凝土箱形拱，矢跨比1/4，拱上建筑為13孔15.8m鋼筋混凝土簡支板，雙柱式柔性排架，橋臺基礎(chǔ)置于巖石上，主拱圈采用3室箱，全寬9m，由厚20cm的40號鋼筋混凝土頂?shù)装寮案拱褰M成。

雙曲拱橋最早是建造在江蘇省無錫縣境內(nèi)，民主橋是無錫縣橋梁工程隊（現(xiàn)稱無錫橋梁工程公司）設(shè)計、施工的，構(gòu)思獨(dú)特，充分發(fā)揮雙曲拱橋構(gòu)造特點(diǎn)，組合拼裝成三叉形的雙曲拱橋。

紅星橋：該橋跨越深谷，橋高達(dá)65m，主拱跨徑108.45m，副拱跨徑分別為24.5m、9m及7m，全長155.8m，橋?qū)?.2m。該橋設(shè)計主拱軸線采用6次拋物線與恒載壓力曲線吻合。拱上建筑24.5m的腹拱采用三鉸雙曲拱，左右采用8次拋物線的不對稱拱線。蘭江橋位于浙江省蘭溪市，跨越蘭江。主橋為10孔凈跨36m、拱矢度為1/6的4肋3波外懸兩個半波的雙曲拱。

龍武橋位于廣西龍武至檀圩公路，跨越鳴岢江。主跨為1孔100m石肋雙曲拱橋，引橋為15孔雙曲拱，全長331.5m。主跨為懸鏈線無鉸拱，拱矢度1/8，矢高12.5m，橋凈寬9+2x1.0(m)人行道。拱圈為4肋3全波加兩懸半波平背式結(jié)構(gòu)。

羅依溪橋位于湖南省道吉首大庸線上，在羅依溪跨越酉水。因受下游鳳灘水電站水位的控制，橋高86m，設(shè)計主跨為116m雙曲拱橋。

前河橋位于河南省嵩縣，為單孔凈跨150m上承式無鉸空腹拱，是我國跨徑最大的雙曲拱橋。

溪橋位于浙江省寧?？h，跨越百橋港口。此處受潮汐影響，最大潮差達(dá)6m多。該橋主孔為凈跨75m的預(yù)應(yīng)力混凝土桁架拱，拱矢度為1/9；邊孔為凈跨40m的雙曲拱。

里仁橋位于浙江省余杭縣塘棲鎮(zhèn)，是首座單跨50m的鋼筋混凝土斜拉式桁架拱橋。

三門上葉橋位于浙江省三門縣三門至天臺、臨海的公路上，是一座雙孔44m的鋼筋混凝土桁架拱橋。

覓渡橋位于江蘇省蘇州市，跨越京杭大運(yùn)河。該橋是單跨60m的鋼筋混凝土斜拉式桁架拱橋。拱圈矢跨比為1/8，橋面為凈10+2x2.5(m)人行道。

元壩橋位于四川省蒼溪縣，跨越嘉陵江的支流東河，是一座斜拉桿式的預(yù)應(yīng)力混凝土桁架拱橋。全橋分孔為10+3x60+35(m)。其中10m跨為沿河公