《桥梁工程》讲义第十九讲-拱桥的构造

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+ 刚架拱桥的上部结构由刚架拱片、横向联 结系和桥面板等部分组成。
特点:
①拱上建筑即传递荷载,又承受荷载;
②在横桥向,通过加腋板或微弯板将拱肋与现 浇桥面组成整体的受力结构。
③恒载推力较常规拱桥要小。为控制桥梁建筑 高度,一般将矢跨比选择在l/7~1/10之 间取值。
刚架拱片是由跨中实腹段的主梁、空腹段 的次梁、主拱腿(主斜撑)、次拱腿(斜撑)等 构成。
※按照静力图式可分为无铰拱、两铰拱、三铰拱。 ※按照主拱所用的建筑材料划分,板拱又可分为石
板拱、混凝土板拱和钢筋砼板拱等。 板拱主要用于中、小跨径拱桥
1.石板拱
※砌筑石板拱主拱圈的石料主要有料石、块 石、片石和砖石等。
※石料强度等级不得低于MU50
※等截面圆弧拱的拱石规格少,编号比较简 单;变截面拱圈的拱石类型较多,编号较 复杂,施工不便。有的石拱桥也采用等截 面或变截面的悬链线作为拱轴线,此时拱 石的编号更为复杂,因此,目前大多采用 等截面石拱桥。
4、伸缩缝与变形缝
在温度变化影响下,主拱将下降或上升,拱 上结构也将随着下降或上升。拱上结构自 身也要伸缩。如果将墩台与拱上结构之间 不设断缝,拱上结构将受到墩台的约束不 能自由变形,导致拱上结构开裂。为避免 这种不良的影响,应该把墩台和拱上结构 用一条横向的贯通缝完全隔离开来,断缝 有宽度时叫伸缩缝(一般为2~3cm),无 宽度或宽度较小(<1cm)的叫变形缝。
一般在刚架拱片的跨中、主次梁端部等处 设置横系梁。
思考题:
1、板拱、肋拱、双曲拱和箱形拱主拱圈的组成。
2、石板拱主拱圈根据受力的需要,在构造上应 满足哪些要求?
3、若主拱圈采用分段预制拼装施工,分段数目 和长度应根据什么条件来确定?接头宜设在 什么位置?为什么?
4、什么是变形缝、伸缩缝,两者的区别?
一般情况下,小跨径拱桥多采用实 腹式,大、中跨径拱桥多采用空腹式, 以利于减小恒载,并使桥梁显得轻巧 美观。
1、实腹式拱上建筑构造
实腹式拱上建筑由侧墙、拱肩填料、护 拱以及变形缝、防水层、泄水管和桥面等 部分组成。
+ 拱肩填料的做法,可分为填充和砌筑两 种方式。
+ 在多孔拱桥中,为了便于敷设防水层和 排除积水,又设置了护拱。
2、分类 根据构造不同,桁架拱可以分为斜(腹)杆式、
竖(腹)杆式、桁肋式和组合式四种。 (1)斜(腹)杆式
三角形腹杆
斜压杆
斜拉杆
节点:
桁架拱与墩台的连接:
(2)竖(腹)杆式 适用于荷载小、跨径较小的桥梁。
(3)桁肋式
这种形式实质上为普通型上承式拱,仅是将 主拱圈改为桁架结构。桁肋高度小,吊装 方便,适宜于无支架施工。
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变截面拱圈的拱石编号
在砌筑料石拱圈时,根据受力的需要,构 造上应满足以下几点要求:
(1)拱石受压面的砌缝应是辐射方向,即与 拱轴线相垂直。这种辐向砌缝一般可做成 通缝,不必错缝。
(2)当拱圈厚度不大时,可采用单层拱石砌筑, 当拱厚较大时可采用多层拱石砌筑,对此要 求垂直于受压面的顺桥向砌缝错开,其错缝 间距≥10cm。
(4)桁式组合拱
桁式组合拱与普通桁架拱的主要区别在于上 弦杆断点位置不同。优化断点位置,一般 在(0.5~0.6)处。桁式组合拱常用于100m 以上跨径的特大型预应力混凝土拱桥。
目前已建成的贵州江界河大桥,跨径达330m, 居世界首位。见P427页详述。
(三)刚架拱桥(P342)
+ 刚架拱桥是在桁架拱桥、斜腿刚架桥等基 础上发展起来的另一种新桥型,属于有推 力的高次超静定结构。被广泛用于跨径 25~70m的桥梁。
③空腹式拱上建筑中高度较小的腹孔墩上、 下端与顶梁、底梁连接处。——不完全铰 (假铰)
(2)临时性铰
①施工中在拱顶或拱脚设置的临时铰。——铅 垫铰或钢铰
②为消除或减少主拱的部分附加内力,以及对 主拱内力做适当调整时在拱脚或拱顶设的铰。 临时性铰在施工结束后要将其封固。
2、拱顶填料、桥面铺装及人行道 3、排水及防水层
已较少采用。 (2)多条I形肋组成的多室箱形截面。一般较
少采用。 (3)由多条闭合箱肋组成的多室箱形截面。 (4)单箱多室截面。这种截面形式主要用于
(特)大跨径混凝土拱桥中。
矩形
I形
(L≤40m) (40m<L≤90m)
箱形 (L>100m)
(三)肋拱
拱圈由两条或多条分离的拱肋组成的拱桥叫 肋拱桥。
+ 护拱:实腹实圆弧拱中,拱脚附近往往 会产生较大的弯矩,为了加强拱脚段而 用混凝土或块石、片石砌筑的拱脚扩大 部分称作护拱。
2、空腹式拱上建筑构造 空腹式拱上建筑除具有实腹式拱上建筑相 同的构造外,还具有腹拱和腹孔墩。
(1)桥面系和立柱 空腹式拱上结构由桥面系与横墙或立柱构成。
(2)腹孔
根据腹孔结构的不同可分为拱式腹孔和梁 式腹孔。
拱式腹孔:拱上建筑构造简单,外形美观, 但质量较大,一般用于圬工拱桥。
梁式腹孔:拱上建筑可使桥梁造型轻巧美观, 减轻拱上重力和地基承压力,因此大跨径 拱桥一般都采用梁式腹孔拱上建筑。梁式 腹孔的桥道体系可以做成简支、连续和框 架式等多种形式。
(3)腹孔墩
腹孔墩由底梁、墩身和墩帽组成,墩身又可分为横 墙式和立柱式两种。
桥宽≤20m时,可采用双肋式, 桥宽>20m时,可采用分离的双幅双肋拱 拱肋的间距: 上、下游拱肋最外缘的间距一般不宜小于跨 径的l/20,以保证拱肋的横向整体稳定性。 拱肋的截面形式: 矩形、I形、箱形、管形和劲性骨架砼箱形 矩形截面:一般仅用于中、小跨径的肋拱 箱形截面:用于跨径大、桥面宽时
(四)双曲拱
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(a)等截面单层 拱石砌筑
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(b)等截面多层 拱石砌筑
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(3)由于是闭合空心截面,抗弯、抗扭刚度大, 拱圈的整体性好,应力分布比较均匀。
(4)单根箱肋的刚度较大,稳定性较好,能单片 成拱,便于无支架吊装。
(5)预制拱箱的宽度较大,施工操作安全,易 保证施工质量。
(6)制作要求较高,起吊设备较多,主要用于 大跨径拱桥。
2.主拱圈箱形截面的组成方式 (1)由多条U形肋组成的多室箱形截面。目前
其每条拱肋相对来说窄而高,抗弯惯矩大。
上承式肋拱桥包括横隔梁、立柱和有横梁支 撑的行车道部分;下承式肋拱桥则将吊杆 锚固在肋拱背上。
肋拱质量轻,恒载内力减小,相应活载内力 的比重增大,可充分发挥钢筋等材料的性 能,具有较好的经济性,现已在大、中型 拱桥中广泛使用,并逐渐取代板拱。
拱肋材料:砼、钢筋砼、钢管砼、劲型骨架砼 拱肋的肋数:
横墙式:腹孔墩墩身,一般采用圬工材料砌筑或现 浇砼做成实体墙,施工简便。为了便于维修、减 轻重量,可在横向挖一个或几个孔(又称过人 洞)。多用于砖、石拱桥中。
立柱式:腹孔墩是由立柱和盖梁组成的钢筋砼排架 结构。为了使立柱传递给主拱圈的压力不至于过 分集中,通常在立柱下面设置底梁。立柱一般由2 根或多根钢筋混凝土立柱组成,立柱较高时应在 各立柱间设置横系梁,以确保立柱的稳定。在河 流有漂流物或流冰时,如果拱圈会被部分淹没, 就不宜采用立柱式腹孔墩。
(二)箱形拱
主拱圈截面由单室箱或多室箱构成的拱 称为箱形拱,又由于箱形拱主拱截面外观 如同板拱,所以也称箱板拱。
1、箱形拱的主要特点
(1)截面挖空率大。挖空率可达全截面的50%~ 70%,与板拱相比,可大量节省圬工体积减 轻重量。
(2)箱形截面的中性轴大致居中,对抵抗正、负 弯矩具有几乎相等的能力,能较好地适应各 截面正、负弯矩变化的情况。
2.混凝土板拱
(1)素混凝土板拱
主要用于缺乏合格天然石料的地区,可以 采用整体现浇,也可以预制砌筑。
(2)钢筋混凝土板拱
钢筋混凝土板拱根据桥宽需要可做成单条 整体拱圈或多条平行板(肋)拱圈(拱圈之间 可不设横向联系),拱圈纵向配置拱形的受 力钢筋(主筋),最小配筋率为0.5%,且上、 下缘对称通长布置,以适应沿拱圈各截面 弯矩的变化。
双曲拱桥主拱圈通常由拱肋、拱波、拱板和 横向联系等几部分组成。由于拱圈在纵、 横向均呈曲线形而得名。
1、双曲拱主拱圈的截面形式
2、拱肋截面形式: 矩形、倒T形、L形、I形、槽形、开口箱等
(五)拱上建筑的构造
桥面系与传力构件或填充物统称为 拱上建筑。
按照拱上建筑采用的不同构造方式, 可将拱桥分为实腹式和空腹式两种。
56、桁架拱与刚架拱的构造组成是什么?
二、组合体系拱桥的构造
(一)整体式拱桥的特点(P336) 1、构造特点 ①主拱与拱上结构为一整体结构; ②为上承式钢筋混凝土组合式拱桥; ③跨中部分为实腹段,实腹段两侧为空腹段; ④拱上结构各杆件交点采用刚性固结设计。
2、受力特点 ①实腹段:“永久作用”作用下主要承受轴向压力;
“永久作用+可变作用”作用下为偏心受压。 ②空腹段:主拱与拱上建筑共同受力。 ③为有推力结构 3、结构特点 ①结构轻巧、受力合理、整体性强、节省材料等; ②交接点易开裂,维修养护困难,影响结构的整体刚
(六)其他细部构造
1、拱桥中铰的设置
+ 拱铰按其作用,可分为永久性铰和临 时性铰两种。
+ 拱铰按其所处的位置、作用、受力大 小、使用材料等条件综合考虑,常有 弧形铰、铅垫铰、平铰、不完全铰 (假铰)、钢铰。
(1)永久性铰主要用在:
①主拱圈按有铰拱(三铰拱或两铰拱体系) 设计时;——弧形铰
②空腹式拱上建筑中腹拱圈按构造要求需要 采用的两铰拱或三铰拱时;——平铰或不 完全铰(假铰)
度和耐久性; ③适用于软土地基,一般应用于中等跨径桥梁。
(二)桁架拱桥(P337~P341)
1、组成
+ 桁架拱桥又称拱形桁架桥。其上部结构由 桁架拱片、横向联结系和桥面板三部分组 成。桁架拱片是主要的承重结构,是由上 下弦杆、腹杆以及跨中由上下弦杆靠近而 形成的实腹段所组成的桁架拱片。
+ 桁架拱的拱上结构与拱肋融为一体共同受 力,各节点均为刚性连接,整体性好。适 合软土地基上采用。桁架拱桥的应用范围 以20~50m的中等跨径为宜。
第四篇 第二章拱桥的设计与构造 一、简单体系拱桥的构造 二、组合体系拱桥的构造 三、拱桥的设计方法
一、简单体系拱桥的构造
(一)板拱 主拱圈采用矩形板状截面的拱称为板拱。
※拱圈宽度和桥宽大体相当,截面高度由受力计算 确定,通常要比其宽度小很多,中、小跨径板拱 通常为实心截面。
※根据拱轴线形,板拱可以是等截面圆弧拱,等截 面或变截面悬链线拱以及其他拱轴形式。
(3)在拱圈的横截面内,拱石的竖向砌缝应当 错开,其错开宽度≥10cm,见下图中的Ⅰ-Ⅰ 截面及Ⅱ-Ⅱ截面。这样,在纵向或横向剪力 作用下,可以避免剪力单纯由砌缝内的砂浆 承担,从而可以增大砌体的抗剪强度和整体 性。
(4)砌缝的缝宽不应大于2cm。——因为 砂浆强度较低
(5)拱圈与墩台、空腹式拱上建筑的腹 孔墩与拱圈相连接处,应采用特制的五 角石,以改善连接处的受力状况。五角 石不得带有锐角,以免施工时易破坏和 被压碎。为了简化施工,也常采用现浇 混凝土拱座及腹孔墩底梁来代替制作复 杂的五角石。
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