第三章第三～七节 整体型拱桥计算

➢（4）对于变截面拱，一般拱肋截面惯性矩变化
规律取
Id为拱肋顶部的惯性矩
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六、拱式组合体系桥梁计算
1、拱式组合体系桥梁的受力特点与计算模式
（2）刚性系杆柔性拱
➢刚性系杆柔性拱组合体系中， 拱
的推力传给刚性系杆承受，属 外部
静定体系。
➢拱肋与系杆的刚 度比相对小很多，
形成刚性的系 杆和纤细的拱肋。因
第四节 中下承式拱桥计算
第五节 钢管混凝土拱桥计算
第六节 拱式组合体系拱桥计算
第七节整理版墩ppt 台计算
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五、钢管混凝土拱桥计算
1、设计理论概述
➢采用它作为主拱承压用的结构材料。它既可以被 应用到上承式拱桥上，但比较多地被用在中、下 承式地拱桥上。 ➢钢管混凝土拱桥内力计算与施工过程密切相关。 ➢钢管混凝土作为一种钢-混凝土组合材料，一般 采用叠加法(合成法)确定钢管混凝土的基本性能。 ➢我国应用钢管混凝土拱桥全是超静定结构，对于 温度变化、混凝土收缩和徐变产生的次内力尚缺 乏系统的试验和理论研究。
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五、钢管混凝土拱桥计算
2、主拱承载力及变形影响因素分析
➢钢管混凝土拱桥采用自架设施工方法，主拱圈逐 步形成，强度验算有应力叠加法和内力叠加法两 种。在施工 过程中，采用应力叠加法验算钢拱架 的强度与稳定性，并用容许应力法进行验算。当 管内混凝土达到设计强度后，采用内力叠加法计 算内力，并采用极限状态法。 ➢对于钢管混凝土构件，混凝土的裂缝开展受到钢 管 的约束而较迟出现且不发育，弹、塑性性能均 强于钢筋混凝土结构，而且其含筋率较高，因此 可以不考虑折减。
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三、桁架拱的计算要点
（一）桁架拱
2、计算的基本假定: ➢以一片桁架拱作为计算单元，用荷载横向分
布体现横向的影响，将空间简化为平面 。 ➢桁架拱按外部一次超静定结构计算，两端支
座简化为固定铰；赘余力选取拱脚水平推力 ➢假定桁架各节点为理想铰接
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三、桁架拱的计算要点
（一）桁架拱
（1）柔性系杆刚性拱
➢柔性系杆刚性拱组合体系是 将拱 肋的推力传给下弦（即系 杆）承受， 使体系成为外部静 定的结构。 ➢当基础发生不均匀 位移时，结构 内不产生附加内 力。 ➢该体系设计过程中，比普 通下承 式拱桥多设了承受拱肋 推力的受拉 柔性系杆，因而假 设系杆和吊杆均 为柔性杆件， 只承受轴向拉力，基 本不承受 弯矩；拱肋按普通拱桥的 拱肋 一样考虑，视为偏心受压构件。
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六、拱式组合体系桥梁计算
1、拱式组合体系桥梁的受力特点与计算模式 （1）柔性系杆刚性拱
➢计算要点 ➢取系杆拉力H ➢为赘余未知力， ➢原点为拱脚
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六、拱式组合体系桥梁计算
1、拱式组合体系桥梁的受力特点与计算模式
（1）柔性系杆刚性拱 ➢当采用预应力钢筋混凝土系杆时，应在计算中 采用换算的系杆面积。 ➢拱肋和系杆在温度变化、混凝土收缩时不一 致， 可能产生附加内力，计算中应考虑这种因素 对内 力的影响。 ➢系杆的拉压刚度EA趋于无穷大，弯曲刚度EI则 为零。
刚架拱一般采用电算，无条件时也可采用手算法， 计算图式可简化为一次超静定的两铰拱，但拱轴线 并非光滑。仍以拱脚水平推力为赘余力计算。
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三、刚架拱的计算要点
（二）刚架拱 2、结构计算
刚架拱：属高次超静定结构，各构件均为压弯构 件，用有限元法计算内力。
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第一节 概述
第二节 普通型拱桥计算
第一节 概述
第二节 普通型拱桥计算
第三节 整体型拱桥计算
第四节 中下承式拱桥计算
第五节 钢管混凝土拱桥计算
第六节 拱式组合体系拱桥计算
第七节整理版墩ppt 台计算
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三、桁架拱的计算要点
（一）桁架拱
1、桁架拱各部位的受力情况 ➢拱形桁架部分的杆件主要承受轴向力； ➢实腹段部分承受轴向力和弯矩； ➢拱形桁架部分的上弦杆除轴力外，还受弯矩和剪力；
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五、钢管混凝土拱桥计算
1、设计理论概述——极限平衡理论
➢极限平衡理论根据结构处于极限状态时的平衡条 件直接算出极限状态荷载数值的一种方法； ➢绕过了统一理论须考虑的弹塑性阶段，无需确定 材料的本构关系，概念清晰，方法简单； ➢属于承载力叠加法，将钢管和混凝土承载力相叠 加，引入套箍效应； ➢《钢管混凝土结构与施工规程》、《高强混凝土 结构技术规程》。 ➢两种理论结果基本一致，精度相当。
3、荷载横向分布系数
➢对于恒载，各桁架片通常是均匀受力； ➢对活载沿横向各桁架片的分布一般采用偏 心压力法或杠杆法。 ➢当桥由三片组成而宽跨比大致在3以上时， 宜采用偏压法计算横向分布系数；
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三、桁架拱的计算要点
（一）桁架拱
4、结构内力计算 ➢有条件时尽量采用程序电算； ➢常以水平推力作为赘余力，求算水平推力影响线， 通过静力平衡条件求各杆件和实腹段内力影响线。 ➢通过内力影响线按最不利情况布载求结计算
1、拱式组合体系桥梁的受力特点与计算模式 ➢拱式组合体系桥梁结构复杂，多数情况下结构整 体分析需要电算（有限元方法）完成； ➢采用有限元方法的关键是建立合理的有限元计算 模型； ➢建模的基本原则。
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六、拱式组合体系桥梁计算
1、拱式组合体系桥梁的受力特点与计算模式
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五、钢管混凝土拱桥计算
2、主拱承载力及变形影响因素分析
➢钢管混凝土拱桥由于材料强度高，主拱圈的刚度 相对较小，而且桥面系一般均为梁板式结构，活 载横向分布作用明显，而拱上建筑联合作用较弱， 在汽车、人群荷载计算时采用单根拱肋的计算模 型。双肋拱拱肋的荷载横向 分布系数计算一般采 用杠杆法。
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三、桁架拱的计算要点
（一）桁架拱
1、桁架拱桥的主要受力特点有以下几点： ➢拱上建筑参与拱圈的共同作用，使结构各个部分 的材料都能得到充分利用。 ➢拱形桁架部分各杆件主要承受轴向力，这与普通 桁架拱的受力相似；实腹段部分承受轴向力和弯矩， 与拱圈的受力相类似。 ➢桁架部分的上弦杆除了作为整体桁架杆件承受轴 向力外，在运营时还要直接承受局部荷载产生的弯 矩，尤其是第一个节间不但间距大，而且杆件长， 局部荷载产生的弯矩最大，常是控制设计的杆件。
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五、钢管混凝土拱桥计算
2、主拱承载力及变形影响因素分析
➢和龙温度的取值直接影响到钢管混凝土拱桥的承 载力和变形计算； ➢钢管初应力是指在形成钢管混凝土组合材料前， 在钢管中存有初始应力。 ➢钢管初应力对承载力有影响，但是不大，<10%。 ➢钢管对核心混凝土的套箍作用只有当构件处于轴 心或小偏心受压状态，且混凝土进入塑性状态后 才能显现， 对于轴心或小偏心受压构件的承载能 力极限状态验算，可考虑套箍作用的有利影响， 其它情况一概不考虑。
2、拱肋横向稳定性验算
➢对无风撑的中下承式拱桥需要考虑吊杆拉力的 非保向力效应；
➢假定吊杆是不可拉伸
但无拉弯刚度的受拉构
件，吊杆将以其张力的
水 平分力施加到拱肋上，
从 而增强了拱肋的侧向
稳定 性，这个效应被称
之为吊杆的“非保向力
效应”。
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四、中、下承式钢筋混凝土拱桥计算
2、拱肋横向稳定性验算 ➢刚性吊杆铰支承失稳的拱肋临界力为：
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四、中、下承式钢筋混凝土拱桥计算
3、吊杆计算
➢通常分为柔性吊杆和刚性吊杆。 ➢柔性吊杆只承受轴向拉力，而不承受弯矩，按轴 向受拉构件计算；刚性吊杆与拱肋及横梁的联结
一般是刚性联结，吊杆兼受轴力和和弯矩，故按
偏心受拉构件计算。
➢柔性吊杆的计算与桥道系布置有关，当纵梁简支 在吊杆横梁上时，吊杆力按简支梁计算；当纵梁
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五、钢管混凝土拱桥计算
1、设计理论概述——统一理论
➢统一理论把钢管混凝土视为统一体，是钢管和混 凝土组合而成的一种组合材料； ➢其工作性能随材料物理参数、统一体的几何参数 和截面形式，以及应力状态的改变而改变； ➢其材料本构关系包含了套箍效应； ➢《钢－混凝土组合结构设计规程》
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此，
➢可以认 为拱肋只承受轴向压力，
基本不 承受弯矩；而系杆不仅承受
拱的 推力，还要承受弯矩，故它为
拉、 弯组合的梁式构件。该体系以
梁 （系杆）为主要承重结构，柔性
拱肋对梁只起加劲作用。
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六、拱式组合体系桥梁计算
1、拱式组合体系桥梁的受力特点与计算模式
2）刚性系杆柔性拱 ➢桥面系结构自重和拱肋结构自重沿跨度方向的分 布大致均匀，从拱脚到拱顶的荷载集度大致一样， 拱轴线一般采用二次抛物线。 ➢柔性拱肋的拱轴线采用内接二次曲线的曲多边形。 ➢节点刚性连接产生的弯矩比刚性系杆中的弯矩小 得多，且直杆拱肋段中引起的应力也远小于轴力 引起的内力，工程上计算可略去。 ➢附加弯矩仅在精确分析中需要，在工程实用计算 中可 忽略不计 。
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五、钢管混凝土拱桥计算
2、主拱承载力及变形影响因素分析
➢两根和两根以上钢管混凝土组成的拱肋除进行 整体承载力验算外，还需进行组成构件的局部承 载力验算，以防局部破坏。对于桁式断面，还应 对腹杆、平联等进行局部受力验算。 ➢钢管混凝土肋拱面内承载力是二类稳定问题， 它小于一类弹性稳定临界荷载，拱肋整体进行二 类问题的验算。同时，还需进行钢管混凝土肋拱 侧向极限承载力（即横向稳定性）的验算。
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六、拱式组合体系桥梁计算
1、拱式组合体系桥梁的受力特点与计算模式 （1）柔性系杆刚性拱
➢柔性系杆刚性拱计算分析的基本假定如下：
➢（1）系杆只承受拱肋传递的推力，即截面中只
有拉力；
➢（2）拱肋为主要承重构件，由于它的刚度比系
杆大得多，故其截面要承受弯矩、轴力和剪力；
➢（3）桥面系刚度不参与系杆刚度作用；
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四、中、下承式钢筋混凝土拱桥计算
1、钢筋混凝土主拱抗压承载力验算
➢主拱内力计算和截面强度验算与普通型上承式 拱桥并不太区别，但无拱上结构联合作用；
➢进行内力计算和作用效应组合时，在车辆荷载 的内力中须计入荷载横向分布系数；
➢荷载横向分布系数一般采用杠杆原理法和偏心 压力法；
➢主拱采用钢筋混凝土矩形或工字型截面偏心受 压构件的正截面抗压承载力；
5、配筋验算 桁架拱各杆件的内力组合、配筋验算按照规范进行。
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三、桁架拱的计算要点
桁架拱结构和杆件节点计算图式
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三、刚架拱的计算要点
（二）刚架拱
➢两边腹孔梁—受弯构件 ➢其余构件（与拱类似）—压弯构件 1、基本假定及计算图式
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三、刚架拱的计算要点
（二）刚架拱
连续在吊杆横梁上时，吊杆力按弹性支承连续梁
计算。
➢计算汽车和人群荷载时，考虑荷载横向分布系数；
➢吊杆的安全系数不应整理小版p于pt 3.0 。
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四、中、下承式钢筋混凝土拱桥计算
4、桥面系计算 ➢通常包括横梁、纵梁、桥面板等。
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第一节 概述
第二节 普通型拱桥计算
第三节 整体型拱桥计算
➢箱形截面简化为工字型截面。
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四、中、下承式钢筋混凝土拱桥计算
2、拱肋横向稳定性验算 ➢拱肋横向稳定性可用空间程序或采用近似法； ➢近似法按轴心受压强度－稳定验算公式； ➢具有横向风撑联接的肋拱稳定验算
➢无风撑联接且为柔性吊杆的抛物线肋拱稳定验 算
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四、中、下承式钢筋混凝土拱桥计算
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五、钢管混凝土拱桥计算
2、主拱承载力及变形影响因素分析
➢钢管混凝土的收缩徐变不但会引起构件的内力和 应力重分布，还会导致变形增大； ➢钢内混凝土的收缩终值远小于徐变值，内部混凝 土处于封闭状态，无法与大气交换水分； ➢徐变影响因素多，机理复杂，徐变对承载力的影 响的因素不尽相同；混凝土的徐变将导致截面上 原先由混凝土承担的应力部分向钢管转移，使钢 管应力增大。
第三节 整体型拱桥计算
第四节 中下承式拱桥计算
第五节 钢管混凝土拱桥计算
第六节 拱式组合体系拱桥计算
第七节整理版墩ppt 台计算
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四、中、下承式钢筋混凝土拱桥计算
中、下承式钢筋混凝土拱桥计算的主要内容有：
➢主拱内力计算及截面强度验算； ➢主拱纵、横向稳定性验算； ➢吊杆计算； ➢桥面系计算等。
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五、钢管混凝土拱桥计算
3、持久状况承载力极限状态计算 4、正常使用极限状态计算 5、施工阶段的设计与计算
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第一节 概述
第二节 普通型拱桥计算
第三节 整体型拱桥计算
第四节 中下承式拱桥计算
第五节 钢管混凝土拱桥计算
第六节 拱式组合体系拱桥计算
第七节整理版墩ppt 台计算