(精品)第一 拱桥的概述

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三篇 拱桥,第一章 概述,第一节 拱桥的基本特点及其适用范围,1,、拱桥的发展,拱桥,国,外：,石拱，木拱,十八世纪,铸铁拱,十九世纪,钢拱,钢筋混凝土拱,国内：,石拱，木拱,双曲拱,桁架拱,钢筋混凝土拱,刚架拱,桁式组合拱,钢管拱,新型组合体系拱,1964,年,70,年代,80,年代,80,年代中,古代拱桥,：,拱轴曲线造型的千变万化，其中最具有代表意义的是建于公元,595-605,年的赵州桥（如图,1,所示，跨径,L=37m,）,图1,赵州桥,当代拱桥,：,结构型式与施工方法的丰富多彩，如,97,年 建成的重庆万县长江大桥（图,2,所示，,L=420m,），,广州丫髻沙特大桥（,图3，,L,360m,），,1932,建成的澳大利亚悉尼钢拱桥（图,4,，,L,503m,）,及,2004,年,的,卢浦大桥（,L=550m,）。,图,2 1997,建成的四川万县长江大桥 （,L=420m),图,3 360m,广州丫髻沙特大桥,图,4 1932,澳大利亚,503m,悉尼钢拱桥,2,、拱桥的受力特点,承重结构：主拱,拱桥的基本图示,支承处不仅产生竖 向反力，还产生水平推力，从而使拱主要受压,3,、主要优缺点：,主要优点,跨越能力较大。抗风稳定性强，结构整体性好。能就地取材。可以充分利用当地的圬工和钢筋混凝土等材料，造价较低。耐久性能好，维修、养护费用低。构造较简单，技术容易掌握，有利于广泛应用。建筑艺术造型简洁美观，能与周围环境较好协调。,主要缺点：,1,）是有推力的结构，而且自重较大，因而水平推力也较大，增加了下部结构的工程量，对地基要求也高；,2,）施工方面的缺点多；,3,）由于水平推力较大，在连续多孔的大、中桥中，为防止一孔破坏而影响全桥的安全，需要采取较复杂的措施，或设置单向推力墩，增加了造价；,4,）上承式拱桥的建筑高度较高。,拱桥的缺点正在逐步得到改善和克服,拱桥由于其优点突出，且具有民族特色，符合我国实际情况，故在桥梁设计方案中常被选用。,上承式拱桥的基本组成,1-,主拱圈,2-,拱顶,3-,拱脚,4-,拱轴线,5-,拱腹,6-,拱背,7-,起拱线,8,-,桥台,9-,基础,11-,拱上建筑,L,0,-,净跨径,L-,计算跨径,f,0,-,净矢高,f-,计算矢高,f/L-,矢跨比,第二节 拱桥的组成,根据行车道的位置，拱桥可以分成：上承式、下承式和中承式三种类型如下图所示：,图,3.1.3,（,a,）上承式；（,b,）中承式；（,c,）下承式,上承式拱桥的上部结构是由主拱圈（肋、箱）和拱上建筑（又称拱上结构）组成。主拱圈（肋、箱）是拱桥的主要承重结构，承受桥上的全部荷裁，并通过它把荷载传递给墩台及基础。由于主拱圈是曲线形，一般情况下车辆都无法直接在弧面上行驶，所以在桥面系与主拱圈之间需要有传递荷载的构件或填充物，以使车辆能在平顺的桥道上行驶。桥面系和这些传力构件或填充物统称为拱上结构或拱上建筑。桥面系包括行车道、人行道及两侧的栏杆或砌筑的矮墙等构造。拱上建筑可做成实腹式（图,3-1-2,）或空腹式（图,3-1-3a,），相应称为实腹拱桥或空腹拱桥。,第三节 拱桥的主要类型和选型,拱桥,建桥材料,圬工拱桥，钢筋混凝土拱桥，钢拱桥,拱轴线型式,圆弧拱桥，抛物线拱桥，悬链线桥,桥面位置,上承式拱桥，中承式拱桥，下承式拱桥,结构体系分,简单体系拱桥：三铰拱，两铰拱，无铰拱,组合体系拱桥：无推力拱桥，有推力拱桥,主拱圈截面形式形式,拱上建筑形式,实腹式拱桥，空腹式拱桥,板拱桥，肋拱桥，双曲拱桥，箱形拱桥,一、拱桥的主要类型,1,、简单体系拱桥和组合体系拱桥,拱桥按受力图式的分类,简单体系拱桥,：行车系结构不参与主拱的受力，主拱以裸拱为主要承重结构。,三铰拱,：静定结构，在地基差的地区可采用。但构造复杂，施工困难，整体刚度小，主拱圈一般不采用,。,无铰拱,：三次超静定结构。拱的内力分布较均匀，材料用量较三铰拱省；构造简单，施工方便，整体刚度大，实际中使用广泛。但超静定次数高，会产生附加内力，一般希望修建在地基良好处。跨径增大，附加力影响变小，故钢筋混凝土无铰拱仍是大跨径桥梁的主要型式之一,。,两铰拱,：一次超静定结构，介于三铰拱和无铰拱之间。,（一）按照结构体系分类,2,、组合体系拱桥,组合体系拱桥：,在,拱式桥跨中，行车系与拱组合，共同受力。常用的有以下几种形式：,无推力拱,（使用较广泛）：拱的推力由系杆承受，,墩台不受水平推力。,根据拱肋和系杆（梁）相对刚度的大小及吊杆的布置型式可以分为；具有竖直吊杆的柔性系杆刚性拱,称系杆拱；具有竖直吊杆的刚性系杆柔性拱,称蓝格尔拱；具有竖直吊杆的刚性系杆刚性拱,称洛泽拱,柔性系杆刚性拱组合体系中，系杆的刚度远小于拱肋的刚度，即 ,80,。系杆和吊杆均为柔性杆件，可以忽略系杆承受的弯短，通过张拉系杆以抵消大部分拱的推力。从而能发挥材料的特性，减轻墩台负担，使这种体系能应用于软土地基上。这类桥梁适用跨径为,20m,90m,。,刚性系杆柔性拱，拱肋的刚度与系杆的刚度相比小得多，即 ,1,80,，可以忽略拱肋中的弯矩，认为刚性系杆不仅承受拱的推力，还要承受弯短，为拉弯组合的梁式构件，而拱肋只承受轴向力，故称为柔性拱。刚性系杆柔性拱的适用跨径可达,100m,。,刚性系杆刚性拱介于刚性系杆柔性拱和柔性系杆刚性拱之间，即 在,1,80,80,之间，拱肋和系杆都有一定的抗弯刚度，荷载引起的弯矩在拱肋和系杆之间按刚度分配，它们共同承受纵向力和弯矩，适用于跨径,20,100m,。,以上三种拱，当用斜吊杆来代替竖直吊杆时，称为尼尔森拱，斜吊杆与拱肋和系杆的联结构造稍显复杂，但这种体系与桁架结构相似，与竖吊杆相比，内力分配更均匀，整体刚度更大，可节省材料,10,15,。,大跨度拱桥的多样化,网状拱,Network Arch,Kishiwada,Bridge(Japan),Shinhamadera,Bridge(Japan),Fehmarnsund,Bridge(Germany),Terashima,(Japan),Nagara,Bridge(Japan),有推力拱,：此种组合体系拱没有系杆，有单独的梁和拱共同受力，拱的水平推力任由墩台承受。,3,、拱片桥,1,、板拱桥：,主拱圈采用矩形实体截面。构造简单、施工方便，使用广泛。自重较大，不经济，,通常在地基较好的中小跨径圬工拱桥中采用,。,2,、肋拱桥：,肋拱桥由两条或两条以上分离式拱肋组成承重结构的拱桥，拱肋之间靠横向联系梁连接成整体而共同受力。这种桥横截面面积较小，节省材料，自重轻，跨越能力大，,多用于较大跨径的拱桥。,可以用圬工、钢筋混凝土、钢材建造。,（二）按照主拱的截面型式分类,3,、双曲拱桥：,主拱圈横截面由一个或数个小拱组成，其主拱圈在纵向和横向均呈曲线形。通常有拱肋、拱波、拱板和横向联系等几部分。,公路双曲拱桥采用最多的是多肋波的截面形式；对于跨径和荷载较小的单车道桥可采用单波的形式。,双曲拱桥施工工序多，组合截面的整体性差，易开裂，因此，只宜在中小跨径桥梁中采用。,拱桥细部构造,双曲拱桥,图,3.2.2,3,双曲拱桥主拱圈截面型式,叶爱君,4,、箱形拱桥：,箱形拱桥拱圈横截面由几个箱室组成。截面挖空率大，可达全截面的,50%-70%,，较实体板拱桥可减少圬工用料与自重，,适用于大跨度拱桥,。截面抗扭刚度大，横向整体性和稳定性好，特别适用于无支架施工。,箱形拱闭合箱的构造,5,钢管混凝土拱桥,钢管混凝土拱桥的特点、构造和计算详见第五篇有关内容。,二、拱桥型式的选择,拱桥的型式，应按因地制宜、就地取材、便于施工和养护的原则，并根据桥位处的地形、水文、通航等要求，结合施工设施等条件来选择。达到技术先进、安全可靠、适用耐久、经济合理、外形美观和有利环保的要求。,1.,对小跨拱桥可采用实腹式圆弧拱，大、中跨径拱桥宜采用空腹式悬链线拱。,2.,在盛产砂、石的地区，可充分发挥民间传统工艺，采用石拱桥或混凝土预制块拱桥。,3.,箱型截面拱具有抗扭刚度大、结构稳定性强、整体性能好等优点，宜用于大跨径无支架施工的钢筋混凝土拱桥。,4.,肋拱桥具有材料省、重量轻、能减少下部工程量、外形美观等优点，可用于大、中跨径的钢筋混凝土拱桥。,5.,软土地基上修建无铰拱时，应采取无支架施工或早期脱架施工，使主拱圈随着拱上建筑的修筑，逐步适应地基变形。,第四节 拱桥的总体布置,总体布置,确定桥梁长度及分孔,确定桥梁的设计标高,和矢跨比,正确处理不等分孔问题,桥面标高，拱定底面标高，起拱线标高，基础标高,砖、石、混凝土板拱桥及双曲拱桥,矢跨比,1/4,1/8,箱型拱桥矢跨比,1/6,1/10,钢筋混凝土拱桥的矢跨比一般为,1,6,1,10,采用不同的矢跨比,采用不同的拱脚标高,调整拱上建筑的重力,采用不同的拱跨结构,图,3.1.8,拱桥主要标高及桥下净空示意图,四、拱轴线的选择,选择拱轴线的原则,:,要尽可能降低由于荷载作用产生的拱圈内弯矩数值。最理想的拱轴线是与拱上各种荷载作用下的压力线相吻合，这时拱圈截面只受轴向压力，而无弯矩作用，从而能充分利用圬工材料的抗压性能。,但事实上是不可能获得这样的拱轴线的，因为除了永久作用外，拱圈还要受到汽车、人群荷载等可变作用以及温度变化和材料收缩等因素的影响。当永久作用下的压力线与拱轴线吻合时，在可变作用下就不再吻合。,公路拱桥的结构重力占全部作用的比重较大,以结构重力作用下的压力线作为设计拱轴线，可以认为基本上是适宜的,拱桥设计中所选择的拱轴线应满足以下几方面的要求：尽量减小拱圈截面的弯矩，使主拱圈在计入弹性压缩、均匀温降、混凝土收缩等影响下各主要截面的应力相差不大，且最大限度减小截面拉应力，最好是不出现拉应力；对于无支架施工的拱桥，应能满足各施工阶段的要求，并尽可能少用或不用临时性施工措施；线型美观，便于施工,图,3.1.11,拱桥拱轴线型,拱桥常用的拱轴线型：,1.,圆弧线,在均布径向荷载作用下（如水压力），拱的合理拱轴线为一圆弧线。这类拱桥，线型简单，施工方便。但在一般情况下，圆弧形拱轴线与结构自重压力线偏离较大，使拱圈各截面受力不够均匀。因此圆弧线常用于,20m,以下的小跨径拱桥。,2.,悬链线,实腹式拱桥的永久作用集度（单位长度上的质量），可以看成从拱顶向拱脚是均匀增加的，这种荷载分布图式的拱圈压力线是一条悬链线。因此，实腹式拱桥可以采用悬链线作为拱轴线。在结构自重作用下，当不计拱圈结构自重因弹性压缩产生的影响时，拱圈截面只承受轴力而无弯矩。,3.,抛物线,由结构力学可知，在竖向均布荷载作用下，拱的合理拱轴线是二次抛物线。对于结构自重作用集度比较接近均布的拱桥，往往可以采用二次抛物线作为拱轴线。,综上所述，拱上建筑的型式及其布置，对于合理选择拱轴线型是有密切联系的。在一般情况下，小跨径拱桥可采用实腹式圆弧拱或实腹式悬链线拱；大、中跨径拱桥可采用空腹式悬链线拱；轻型拱桥或矢跨比较小的大跨径拱桥可以采用抛物线拱。,