拱桥

第39页
桥梁工程施工
第40页
桥梁工程施工
⑵简单体系拱桥的计算（无铰）
• 首先先复习一下，超静定结构的计算。 • 超静定结构的求解思路：欲求解超静定结构，先 选取一个便于计算结构作为基本体系，然后让基 本体系与原结构受力一致，变形一致即完全等价， 通过这个等价条件去建立求解基本未知量的基本 方程。（基本未知量是超静定结构计算中必须首 先求解的关键未知量）。由于求解过程中所选的 基本未知量和基本体系不同，超静定结构的计算 有两大基本方法--力法和位移法。
第14页
桥梁工程施工
第15页
桥梁工程施工
第16页
桥梁工程施工
⑶主拱截面构造
第17页
桥梁工程施工
• 板拱桥通常用于地基条件较好的中、小跨 径的石砌或混凝土预制块砌筑的拱桥或混 凝土和钢筋混凝土拱桥 • 肋拱桥的主拱由两条或两条以上分离的、 高度较大的拱肋组成，拱肋之间由横系梁 相联。与板拱相比，肋拱用较小的截面获 得更大的抗弯能力，较多地减轻了主拱重 量，使拱肋内力中恒载影响减小，而活载 影响增大，并出现较大弯矩，故宜采用钢 筋混凝土结构。肋拱桥跨越能力较大，适 用于大、中线型有： • 圆弧线： 线型最简单，施工最方便，容易掌握。 但拱轴线与恒载压力线偏离较大，使拱圈截面受 力不均匀。圆弧线常用于15～20m以下的小跨径 拱桥。 • 悬链线：实腹式拱桥恒载强度下的拱圈压力线是 一条悬链线。因此实腹式拱桥采用悬链线作拱轴 线。 对于空腹式拱桥，恒载压力线与拱轴线偏离。 但这对拱圈控制载面的内力是有利的。为了设计 方便，空腹式拱桥也广泛采用悬链线作为拱轴线。 悬链线是目前我国大、中跨径拱桥采用最普遍的 拱轴线型。
第37页
桥梁工程施工
第38页
桥梁工程施工
细部设计 • 为了防止不规则裂缝的出现 , 需在相对变形较大的位置设 置伸缩缝 , 在相对变形较小的位置设置变形缝。桥面系均 应在相应位置设置伸缩缝或变形缝，以适应主拱的变形。 目前多将伸缩缝做成直线形。 • 实腹式伸缩缝设在拱脚部位。 • 空腹式拱桥伸缩缝或变形缝，当采用拱式腹孔时 , 并在靠 墩台侧拱铰上方的侧墙内设置伸缩缝。在大跨径拱桥中， 必要时还需将靠近拱顶的腹拱或其它腹拱也做成两铰拱或 三铰拱,拱铰的上方应设置变形缝。 • 当采用梁（板）式腹孔时 , 若边腹孔梁板在与墩台衔接处 使用端立柱 , 则应用伸缩缝与墩台分开；若边腹孔梁板直 接支承在墩台上,则必须同时设置铰支座和伸缩缝。 • 伸缩缝的宽度一般为20mm～30mm；变形缝不留缝宽。
第33页
桥梁工程施工
• 箱形拱
第34页
桥梁工程施工
第35页
桥梁工程施工
• 双曲拱
第36页
桥梁工程施工
拱上建筑设计 • 实腹式拱上建筑由拱腔填料、侧墙、护拱和桥面 系等部分组成。 • 拱背填料一般用来支承桥面，有传递荷载和吸收 冲击力的作用，一般有填充式和砌筑式两种。 • 侧墙承受填料和车辆荷载所产生的侧向压力，一 般用浆砌块石或片石，为了美观可用料石镶面。 实腹式拱桥一般都用片、块石浆砌护拱，以加强 拱脚段的主拱，同时为了便于敷设防水层和排除 渗入拱腔的积水，护拱一般做成斜坡式。
第28页
桥梁工程施工
②简单体系拱桥设计
主拱截面形式设计（板拱） • 根据受力特点，石砌板拱主拱的构造应满足下列要求: ①拱石的受压面应选择较大的平整面，并使拱石的大头向上， 小头向下，受压面的砌缝应在辐射方向上。 ②当拱厚较大时，宜采用2～4 层砌筑，并应纵、横错缝，错 缝间距不小于100mm。 ③砂浆砌缝宽度不应大于20～30mm。 ④拱圈与墩台及空腹式腹拱墩连接处，应采用特制的五角石， 以改善连接处的受力状况。 • 板拱的宽度由桥宽确定，但其宽跨比不应小于1/20； • 板厚由跨径、矢跨比和荷载等级等因素综合确定。
第5 页
桥梁工程施工
2、拱桥的分类
• 按建筑材料分：圬工拱桥、钢筋混凝土拱 桥、预应力混凝土拱桥、钢拱桥； • 按传力结构的形式分：实腹式拱桥、空腹 式拱桥； • 按主拱轴线形式分：圆弧线拱桥、抛物线 拱桥、悬链线拱桥；
第6 页
桥梁工程施工
• 按桥面构造的位置分：上承式拱桥、下承式拱桥、 中承式拱桥； • 按拱脚有无水平推力分：推力拱桥、无推力拱桥； • 按拱桥的结构体系分：简单体系拱桥、组合体系 拱桥； • 按主拱截面形式分：板拱桥、肋拱桥、箱形拱桥、 双曲拱桥； • 按矢跨比的大小分：矢跨比大于或等于1/5 的拱 称为陡拱，矢跨比小于1/5 的拱称为坦拱。
第22页
桥梁工程施工
• 主拱的矢跨比，对于板拱桥、双曲拱桥一 般为1/4～1/6，不宜小于1/8；肋拱桥、箱形 拱桥一般为1/6～1/8，不宜小于1/10；桁架 拱桥一般为1/6～1/10，刚架拱桥一般为 1/7～1/10，桁式组合拱桥一般为1/6～1/9,都 不宜小于1/12；拱式组合体系桥柔性系杆刚 性拱一般为1/4～1/5,刚性系杆柔性拱一般为 1/5～1/7,刚性系杆刚性拱一般为1/5～1/6.5。
第41页
桥梁工程施工
• 力法基本概念：在力法中，以去掉多余约 束得到的静定结构作为力法基本体系，以 多余未知力作为力法的基本未知量，通过 基本体系中沿多余未知力方向的位移应等 于原结构相应的位移来建立力法基本方程， 解方程求出多余未知力；多余未知力求出 以后，其它反力和内力的计算问题就转化 为静定结构的计算问题，可按叠加法或平 衡条件计算
第19页
桥梁工程施工
4、拱桥设计与计算
⑴拱桥的设计
①拱桥的总体设计
• 在通过必要的桥址方案比较，确定了桥位 之后，再根据当地水文、地质等具体情况， 合理地拟定桥梁的长度、跨径、孔数、桥 面标高、主拱圈的矢跨比等，这些是拱桥 总体设计的主要内容。
第20页
桥梁工程施工
确定拱桥的主要设计标高
• 拱桥的标高主要有四个：桥面标高、拱顶底面标 高、起拱线标高和基础底面标高。
第29页
桥梁工程施工
•小跨径石板桥的板厚可根据下列经验公式估算：
h k 3 l0 （等厚度）； hd (1 l0（变厚度） )
式中：h—拱圈的厚度，cm；hd—拱顶的厚度，m； l0—拱圈的净跨径，cm；l0—拱圈的净跨径，m(变 厚度)； —系数，一般为4.5-6.0，取值随矢跨比的减小而增 大。 k—荷载系数，汽-15取1.1，汽-20取1.2，超汽20需试算。 —系数，一般为0.13-0.17，取值随跨径的增大而增 大。
第7 页
桥梁工程施工
3、拱桥的组成与构造
⑴按传力结构形式
第8 页
桥梁工程施工
第9 页
桥梁工程施工
⑵按拱桥的结构体系（简单体系）
第10页
桥梁工程施工
• 简单体系拱是指拱上全部荷载由主拱圈(肋)单独 承担，拱的传力结构不参与受力，只算作荷载的 拱桥结构体系。 • 三铰拱属于外部静定结构。一般用于大、中跨径 空腹式拱上建筑的腹拱，不宜用来作为主拱。在 软土地基或寒冷地区修建拱桥时可以采用三铰拱。 • 两铰拱属外部一次超静定结构，其特性界于三铰 拱与无铰拱之间。因地基条件较差而不易修建无 铰拱时，可考虑采用两铰拱。钢桁架拱通常采用 两铰拱结构形式。 • 无铰拱属外部三次超静定结构。一般在地基条件 良好处修建，是大跨径桥梁的主要桥形之一。
第3 页
桥梁工程施工
• 拱桥的主要优点是： ①跨越能力大。②抗风稳定性强，结构整体 性好。③能充分利用圬工和钢筋混凝土等 材料。④耐久性好，而且养护、维修费用 低。⑤构造简单，有利于广泛应用。⑥建 筑艺术造型简洁美观。
第4 页
桥梁工程施工
• 拱桥的主要缺点是： ①下部结构的工程量大，要求有良好的地 基条件。②对于多孔连续的大、中跨径的 拱桥，需要采用特殊的措施以承受不平衡 的推力，增加了造价。③与梁式桥相比， 上承式拱桥的建筑高度较高，对行车不利。 ④传统的拱桥施工工序多，难度大，费用 高，工期长。
桥梁工程施工
拱桥
第1 页
桥梁工程施工
主要内容
• • • • • 1、拱桥的特点及其适用范围 2、拱桥的分类 3、拱桥的组成与构造 4、拱桥设计与计算 5、拱桥的施工
第2 页
桥梁工程施工
1、拱桥的特点及其适用范围
• 拱桥是桥梁工程中使用广泛且历史悠久的 一种桥梁结构类型。拱桥与梁桥的受力性 能有着本质区别，拱桥可以利用钢筋混凝 土等材料来修建, 也可以利用抗压性能较好 而抗拉性能较差的圬工材料来修建。
第23页
桥梁工程施工
不等跨的处理
• 为了便于施工和平衡桥墩上所承受的推力，多孔 拱桥最好选用等跨分孔方案。在选用不等跨拱桥 时可采取如下措施: • 采用不同的矢跨比，使相邻孔在恒载作用下的不 平衡推力尽量减小。 • 采用不同的拱脚标高，使大跨和小跨的恒载水平 推力对基底产生的弯矩接近平衡。 • 采用不同类型的拱跨结构或材料,以调整大、小跨 由恒载产生的水平推力,使之接近平衡。 • 上述措施可以综合使用，如果仍不能达到完全平 衡恒载推力的目的，则需加大墩台和基础尺寸或 设计成不对称形式。
第11页
桥梁工程施工
⑵按拱桥的结构体系（组合体系） • 组合体系拱桥一般由拱和梁、桁架或 刚架等两种以上的基本结构体系组合 而成，拱桥的传力结构与主拱按不同 的构造方式形成整体结构，以共同承 受荷载，其力学性能和经济指标往往 优于同等设计条件的单一结构体系。
第12页
桥梁工程施工
第13页
桥梁工程施工
第24页
桥梁工程施工
②拱轴线型的选择和拱上建筑的布置
• 拱轴线的形状： 直接影响着拱圈的承载能力； 影响结构耐久性、经济合理性和施工安全性等。 • 合理拱轴线： 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。一般说来，以结构 重力压力线作为设计拱轴线，可以认为基本适宜 的。
第21页
桥梁工程施工
确定拱桥的矢跨比
• ①恒载的水平推力Hg与垂直反力Vg之比值， 随矢跨比的减小而增大。 • ②推力大，拱圈内轴向力也大，对拱圈受 力有利，对墩台基础不利。 • ③无铰拱：拱圈内的附加内力，拱愈坦(即 矢跨比越小)，附加内力越大。 • ④矢跨比过大，拱脚区段过陡，施工困难， 不美观。
第18页
桥梁工程施工
• 箱形拱桥的主拱外形与空心板拱相似。箱形拱与 板拱相比，可节省大量的圬工体积，减轻重量， 降低上、下部结构的造价；中性轴基本居中，能 够较好地适应各截面正负弯矩的变化；闭合箱形 截面的抗弯、抗扭刚度较其它形状截面要大，主 拱的整体性和稳定性好，截面应力比较均匀；预 制箱室的宽度较大，操作安全，易于保证施工质 量。适合于50m 以上的大跨径拱桥。 • 双曲拱桥的主拱是由拱肋、拱波、拱板和横向联 接系等四部分组成，是一种特殊的预制装配式肋 板拱。双曲拱结构存在众多的接缝与接触面，截 面整体性较差。目前在大跨径拱桥中，双曲拱桥 有被箱形拱桥取代的趋势。
第27页
桥梁工程施工
• 抛物线： 在竖向均布荷载作用下，拱的合 理拱轴线是二次抛物线。对于恒载强度接 近均布的拱桥，例如矢跨比较小的空腹式 钢筋混凝土拱桥的拱轴线可用二次抛物线。 钢筋混凝土桁架拱和刚架拱等轻型拱上结 构拱桥的拱轴线也用二次抛物线。大跨径 拱桥如果拱上建筑布置很特殊(腹拱跨径特 别大)，为了使拱轴线与恒载压力线基本吻 合，采用高次抛物线(如四次或六次抛物线) 作为拱轴线的。但计算工作量过大，计算 难度大，很少采用。
第30页
桥梁工程施工
第31页
桥梁工程施工
• 肋拱 肋拱桥由两条或两条以上的分离拱肋、肋间的横 系梁、设置在拱肋上的立柱或吊杆、桥面系纵横 梁等组成
第32页
桥梁工程施工
• 拱肋是肋拱桥的主要承重构件, 其肋的数目、 间距及截面形式等 , 应根据使用要求进行经 济比较后确定。 • 拱肋的截面可选用矩形、工字形或箱形。 工字形或箱形截面的抗弯能力比矩形截面 大 , 常用于大、中跨径的拱桥。对于箱型肋 必须按一定的间距设置内隔板 , 以保证拱肋 截面局部稳定。在立柱支承处必须设内隔 板 。拱肋的钢筋配置按计算确定。 • 在分离的拱肋间,需设置横系梁,以增加肋拱 桥的横向整体稳定性。
第25页
桥梁工程施工
拱轴线应满足四方面的要求 ：
• 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； • 计算方法简便，易为生产人员掌握； • 线型美观，便于施工。