第7章拱式橋橋的構(gòu)造與設(shè)計ppt課件

1、第7章 拱式橋梁的構(gòu)造與設(shè)計拱橋的現(xiàn)狀和發(fā)展 拱橋國外：石拱，木拱十八世紀(jì)鑄鐵拱十九世紀(jì) 鋼拱鋼筋混凝土拱國內(nèi)：石拱，木拱雙曲拱桁架拱鋼筋混凝土拱 剛架拱桁式組合拱 鋼管拱新型組合體系拱1964年70年代80年代80年代中古代拱橋古代拱橋: 拱軸曲線造型的千變?nèi)f化，其中最具有代表意義拱軸曲線造型的千變?nèi)f化，其中最具有代表意義的是建于的是建于 公元公元 595-605年的趙州橋如圖年的趙州橋如圖1所示，跨徑所示，跨徑L=37m）圖1 趙州橋當(dāng)代拱橋：結(jié)構(gòu)型式與施工方法的豐富多彩如，當(dāng)代拱橋：結(jié)構(gòu)型式與施工方法的豐富多彩如，97年年 建成的重建成的重 慶萬縣長江大橋圖慶萬縣長江大橋圖2所示，所示，

2、L=420m），）， 廣州丫髻廣州丫髻 沙特大橋圖沙特大橋圖3，L360m），）， 1932建成的澳大利亞建成的澳大利亞 悉尼鋼拱橋圖悉尼鋼拱橋圖4，L 503m ）及正在建設(shè)的魯浦大）及正在建設(shè)的魯浦大 橋橋L=550m）。）。圖2 2019建成的四川萬縣長江大橋 （L=420m)圖3 360m 廣州丫髻沙特大橋。 7.1.1 拱橋的受力特點(diǎn)圖 4 1932澳大利亞503m悉尼鋼拱橋承重結(jié)構(gòu)：主拱拱橋的基本圖示支承處不僅產(chǎn)生豎 向反力，還產(chǎn)生水平推力，從而使拱主要受壓橋梁與道路結(jié)構(gòu)拱式橋7.1.2、拱橋的基本特點(diǎn)：主要優(yōu)點(diǎn)跨越能力大；能充分做到就地取材；耐久性好，養(yǎng)護(hù)、維修費(fèi)用??；外形美觀；

3、構(gòu)造較簡單，有利于廣泛采用。主要缺點(diǎn)：1是有推力的結(jié)構(gòu)，而且自重較大，因而水平推力也較大，增加了下部結(jié)構(gòu)的工程量，對地基 要求也高；3由于水平推力較大，在連續(xù)多孔的大、中橋中，為防止一孔破壞而影響全橋的安全，需要采取較復(fù)雜的措施，或設(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。拱橋的缺點(diǎn)正在逐步得到改善和克服：200600m范圍內(nèi)，拱橋仍然是懸索橋和斜拉橋的競爭對手7.1.3、拱橋的組成 根據(jù)行車道的位置，拱橋可以分成：上承式、下承式和中承式三種類型如下圖所示： 一般上承式拱橋，橋跨結(jié)構(gòu)是由主拱圈、拱上建筑等組成。拱橋的基本圖示橋梁與道路結(jié)構(gòu)拱式橋上承式拱橋的基本組成1-主拱圈2-拱

4、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 - 矢跨比橋梁與道路結(jié)構(gòu)拱式橋7.1.4、拱橋的主要類型及其特點(diǎn)拱橋建橋材料圬工拱橋，鋼筋混凝土拱橋，鋼拱橋拱軸線型式圓弧拱橋，拋物線拱橋，懸鏈線橋橋面位置上承式拱橋，中承式拱橋，下承式拱橋結(jié)構(gòu)體系分簡單體系拱橋：三鉸拱，兩鉸拱，無鉸拱組合體系拱橋：無推力拱橋，有推力拱橋主拱圈截面形式形式拱上建筑形式實(shí)腹式拱橋，空腹式拱橋板拱橋，肋拱橋，雙曲拱橋，箱形拱橋橋梁與道路結(jié)構(gòu)拱式橋7.2.1、拱式橋梁的結(jié)構(gòu)體系、拱式橋梁的結(jié)構(gòu)體系拱橋按受力圖式的分類簡單體系拱橋：可以做成上

5、承式，簡單體系拱橋：可以做成上承式，中承式，下承式，均為有推力拱。中承式，下承式，均為有推力拱。三鉸拱：靜定結(jié)構(gòu)，在地基差的地區(qū)可三鉸拱：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。度小，主拱圈一般不采用。無鉸拱：三次超靜定結(jié)構(gòu)。拱的內(nèi)力分布無鉸拱：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，較均勻，材料用量較三鉸拱?。粯?gòu)造簡單，施工方便，整體剛度大，實(shí)際中使用廣泛。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?？?/p>

6、徑增大，附加希望修建在地基良好處?？鐝皆龃?，附加力影響變小，故鋼筋混凝土無鉸拱仍是大力影響變小，故鋼筋混凝土無鉸拱仍是大跨徑橋梁的主要型式之一。跨徑橋梁的主要型式之一。兩鉸拱：一次超靜定結(jié)構(gòu)，介于三鉸拱和無鉸拱之間。兩鉸拱：一次超靜定結(jié)構(gòu)，介于三鉸拱和無鉸拱之間。 7.2 拱橋的結(jié)構(gòu)體系與總體布置拱橋的結(jié)構(gòu)體系與總體布置2、組合體系拱橋、組合體系拱橋組合體系拱橋：在拱式橋跨中，行車系與拱組合，共組合體系拱橋：在拱式橋跨中，行車系與拱組合，共同受力。同樣，組合拱可以做成上承式、中承式和下同受力。同樣，組合拱可以做成上承式、中承式和下承式。常用的有以下幾種形式：承式。常用的有以下幾種形式：無推力拱

7、使用較廣泛）：拱的推力由系桿承受，墩臺不受水平推力有推力拱：此種組合體系拱沒有系桿，有單獨(dú)的梁和拱共同受力，拱的水平推力任由墩臺承受。7.2.2、總體布置、總體布置 總體布置確定橋梁長度及分孔確定橋梁的設(shè)計標(biāo)高和矢跨比正確處理不等分孔問題橋面標(biāo)高，拱頂?shù)酌鏄?biāo)高，起拱線標(biāo)高，基礎(chǔ)底面標(biāo)高混凝土拱橋矢跨比1/41/8箱型拱橋矢跨比1/61/10采用不同的矢跨比采用不同的拱腳標(biāo)高調(diào)整拱上建筑的重力采用不同的拱跨結(jié)構(gòu)7.3 主拱圈的構(gòu)造與尺寸擬定主拱圈的構(gòu)造與尺寸擬定根據(jù)主拱圈截面形式可分為：板拱，肋拱，雙曲拱，箱形拱等。7.3.1、板拱、板拱板拱是指主拱圈采用整體實(shí)心矩形截面的拱。按照主拱所采用的材

8、料，可分為石板拱、混凝土板拱和鋼筋混凝土板拱等。這部分主要介紹鋼筋混凝土板拱板拱的寬度拱圈的厚度Lhd)70/160/1 (對鋼筋混凝土拱拱頂厚度拱腳厚度jdjhhcos/其中)/2(21Lftgj拱圈截面的變化規(guī)律截面變化規(guī)律等截面常用）變截面構(gòu)造復(fù)雜）IMyAN其中 N自拱頂向拱腳逐漸增大，但M變化復(fù)雜與結(jié)構(gòu)體系和截面慣性矩I有關(guān)，下圖為結(jié)構(gòu)體系和截面慣性矩對彎矩的影響。拱截面正應(yīng)力拱截面正應(yīng)力cos)1 (1nIId無鉸拱通?？捎脩T性矩從拱頂向拱腳逐漸增大的變化見下圖），計算公式可采用Ritter公式：上式中：I為任意截面的慣性矩； Id為拱頂截面的慣性矩； 為任意截面的拱軸線傾角； n

9、拱厚變化系數(shù)，可用拱腳處的邊界條件=1求得： 鋼筋混凝土板拱的構(gòu)造jjdIIncosIj和j分別為拱腳截面的慣性矩和傾角縱向受力鋼筋：最小配筋率0.2%0.4%配筋箍筋，應(yīng)將上下緣主筋連系起來分布鋼筋：應(yīng)設(shè)在主筋內(nèi)側(cè)2、板肋拱肋拱：拱圈截面由板和肋組成的拱橋。7.3.2、肋拱、肋拱肋拱：用兩條或多條分離的平行窄拱圈即拱肋作為主拱圈的拱具有自 重輕，恒載內(nèi)力小，可以充分發(fā)揮鋼筋混凝土等材料的性能，在 大中型拱橋中得到廣泛應(yīng)用肋拱截面形式矩形，肋高h(yuǎn)(1/401/60)L，寬b=(0.52.0)h工字形截面肋高h(yuǎn)(1/251/35)L，寬b=(0.40.5)h管形肋拱箱形肋拱后面介紹）7.3.3、

10、箱形拱、箱形拱箱形板拱：主拱圈由多室箱構(gòu)成的拱，箱形拱通常采用預(yù)制拼裝 施工。主要特點(diǎn)截面挖空率大中性軸居中抗彎和抗扭剛度大，整體性好制作要求高，吊裝設(shè)備多多條閉合箱肋組成的多室箱形截面截面組成方式由多條U形肋組成的多室箱形截面多條工形肋組成的多室箱形截面單箱多室截面拱圈截面尺寸擬定拱圈高度1000Lhh拱圈高度L0 凈跨度 取為0.60.8拱圈寬度一般取橋?qū)挼?.00.6倍一般不小于跨徑的1/20箱肋寬度與吊裝能力有關(guān)，一般1.2m1.7m頂?shù)装寮案拱屙數(shù)装搴穸纫话銥?5cm22cm兩外腹板一般為12cm15cm內(nèi)箱腹板一般為4cm5cm為保證安全，應(yīng)進(jìn)行壓潰及局部應(yīng)力檢算設(shè)置位置：拱箱橫隔

11、板作用：提高抗扭能力，保證箱壁的局部穩(wěn)定性箱肋段端部、吊點(diǎn)、拱上空墩處其余部為每隔3m5m設(shè)一道厚度：6cm8cm箱肋接頭作用：保證整體性橫向聯(lián)結(jié)開口箱肋閉口箱肋鋼筋布置：首先滿足使用要求，其次滿足施工吊裝等階段受力要求橋梁與道路結(jié)構(gòu)拱式橋7.3.4、雙曲拱橋：、雙曲拱橋：主拱圈橫截面由一個或主拱圈橫截面由一個或數(shù)個小拱組成數(shù)個小拱組成 ， 其主拱其主拱圈在縱向和橫向均呈曲圈在縱向和橫向均呈曲線形。通常有拱肋、拱線形。通常有拱肋、拱波、拱板和橫向聯(lián)系等波、拱板和橫向聯(lián)系等幾部分。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，

12、組合截面的整體性差，易開裂，因此，只宜在中小跨徑橋梁中采用。同濟(jì)大學(xué)橋梁系 葉愛君 橋梁與道路結(jié)構(gòu)拱式橋拱橋細(xì)部構(gòu)造橋梁與道路結(jié)構(gòu)拱式橋四、拱橋?qū)嵗榻B我國公路橋中70%為拱橋。我國多山，石料資源豐富，拱橋取材以石料為主。1圬工拱橋石拱橋以及拱圈不配鋼筋的混凝土拱橋，跨越能力較?。┲鞴叭榈冉孛鎽益溇€。拱矢度為1/5，拱圈厚1.7m，拱上建筑對稱布置5個空腹拱，兩邊設(shè)岸孔37m，拱圈厚1.1m。下部結(jié)構(gòu)為重力式石砌墩臺。該橋施工在主孔范圍內(nèi)設(shè)3個臨時墩，上立鋼支架、拱架等，其上砌筑主拱圈。1965廣西南寧都安紅渡橋L: 100m )世界上跨徑最大的石拱橋。橋?qū)?m，雙肋石拱橋，腹拱為9孔13m

13、，南岸引橋3孔13m，北岸引橋1孔15m。主拱圈由兩條分離式矩形石肋和8條鋼筋混凝土橫系梁組成。拱軸線為懸鏈線m=1.543） ，拱矢度1/5，拱肋為等高變寬度。1990湖南鳳凰縣的烏巢河橋 （ L=120m）橋梁與道路結(jié)構(gòu)拱式橋2雙曲拱橋中國首創(chuàng)的一種拱橋型式）結(jié)構(gòu)纖細(xì)輕盈，適宜于軟土地基上建造。1969江蘇無錫衛(wèi)東橋 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。1969江蘇無錫民主橋上承式無鉸空腹拱，是當(dāng)時我國跨徑最大的雙曲拱橋。拱矢度1/10，拱軸線設(shè)計為懸鏈線。為提高橫斷面剛度、增強(qiáng)雙曲拱在組合過程中裸肋的穩(wěn)定性，斷面設(shè)計成高低拱肋，全橋29道橫隔板組成整體性好的拱

14、肋格排，合攏后上面砌筑雙層拱波。1968河南嵩縣前河橋 （L=150m）橋梁與道路結(jié)構(gòu)拱式橋3肋拱橋 1988廣東廣州流溪橋 （L=90m）鋼筋混凝土箱肋中承式拱，拱矢度1/4.5，全橋采用噴塑裝修工藝，建筑宏偉壯麗，已成為公園的重要景觀。中承裝配式鐵路鋼筋混凝土拱，矢高40m，兩片拱肋中心距7.5m。拱軸線采用二次拋物線，拱肋為箱形截面，吊桿為預(yù)應(yīng)力桿件。施工時先架設(shè)鋼拱架，然后在拱架上由下而上分層施工，安裝拱肋底板-腹板-頂板，使先安裝的拱肋底板與鋼拱架共同受力。在拱頂進(jìn)行應(yīng)力調(diào)整，改善了拱肋的受力狀態(tài)。為保證結(jié)構(gòu)的整體性，拱肋與橋面系相交處的一段拱肋在工地現(xiàn)澆。1966北京永定河七號橋

15、（L=150m）1983 臺灣臺北關(guān)渡橋 （L=165m）中承式5孔連續(xù)系桿拱橋，中間孔跨度為165m，兩側(cè)孔跨度為143m及44m，拱圈為拋物線。 1990江蘇丹陽云陽橋L=70m） 跨越京杭大運(yùn)河，無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力系桿拱，3根拱肋，矢度1/5，拱軸系數(shù)m=1.0，單箱高1.5m，行車道剛性縱梁和無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力柔性系桿分開。預(yù)制安裝法施工.1992 廣東開平三埠橋 （L=60m）單拱肋預(yù)應(yīng)力混凝土系桿拱，單拱肋置于車行道中央分隔帶上。 1994臺灣臺北碧潭橋L=160m） 橋面由預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土單箱組成，并配以Y型懸臂拱圈，形成主跨為160m及2x100m無推力拱橋。引橋跨度分別為85m及57m，

16、全橋以簡潔明快的弧形曲線構(gòu)成，與遠(yuǎn)山近水相協(xié)調(diào)。 1990四川宜賓小南門橋 (=240m)主橋系中承式鋼筋混凝土肋拱橋，矢度1/5，是當(dāng)時國內(nèi)跨徑最大的鋼筋混凝土拱橋。該橋采用勁性鋼骨架施工法，纜索吊裝。橋梁與道路結(jié)構(gòu)拱式橋4箱 拱橋 1979四川省宜賓市金沙江大橋 （L=150m）中國采用纜索吊裝施工、跨徑最大的鋼筋混凝土箱形拱。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；縱向分5段預(yù)制，纜索吊裝就位后再組合成整體箱。1989四 川涪陵烏江大橋 （L=200m）橋高84m，矢跨比1/4，主拱圈采用3室箱。 涪陵烏江大橋采用轉(zhuǎn)體法施工，先在兩岸上、下游組成3m寬的邊

17、箱，待轉(zhuǎn)體合攏后吊裝中箱頂、底板，最后組成3室箱。2019四川萬縣長江大橋 L=420m)勁性骨架鋼筋混凝土箱形拱橋橋梁與道路結(jié)構(gòu)拱式橋5剛架拱橋1989江蘇無錫100米下甸橋 變截面，四分點(diǎn)附近截面高度最大，分別向拱腳、跨中減小。取消斜撐，拱上建筑采用23m預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁以過渡。1993江西德興130米太白橋 采用轉(zhuǎn)體施工。橋梁與道路結(jié)構(gòu)拱式橋6桁架拱橋1976浙江寧海75米越溪橋 主孔為凈跨75m的預(yù)應(yīng)力混凝土桁架拱，拱矢度1/9；邊孔為凈孔40m的雙曲拱，1971浙江余杭50米里仁橋 鋼筋混凝土斜拉桿式桁架拱橋。拱圈矢跨比為1/8。全橋布置4片拱片，在上弦桿覆蓋微彎板混凝土橋面。預(yù)制

18、拱片臥置疊澆，分段用浮吊起吊、翻身和吊裝，在三分點(diǎn)處設(shè)臨時支托，澆筑濕接頭混凝土。橋梁與道路結(jié)構(gòu)拱式橋7桁式組合拱橋中國首創(chuàng)的一種橋型，它除保持桁式拱結(jié)構(gòu)用料省、豎向剛度大等特點(diǎn)外，更具有桁梁的特性和可以采用懸臂法施工、施工階段和運(yùn)營階段的受力趨于一致等優(yōu)點(diǎn)。1990四川自貢160米牛佛沱橋 桁式組合拱為三室箱形截面，桁架片按節(jié)段分件預(yù)制，采用人字扒桿懸拼安裝。主跨為組合預(yù)應(yīng)力混凝土桁架拱。全寬13.4m，拱圈高2.7m，寬10.56m，矢跨比為1/6。采用起重量1200KN鋼格構(gòu)人字扒桿和直徑32mm 40Si2MnV級鋼軋絲錨碇體系懸臂拼裝。2019貴州省330米江界河橋橋梁與道路結(jié)構(gòu)拱式橋8鋼管混凝土拱橋 2019浙江義烏80米賓王橋 單肋鋼管混凝土系桿拱橋，中跨矢跨比1/5，矢高15.6m；邊跨矢跨比1/4.5，矢高11.87m 。1990四川旺蒼115米東河橋 下承式鋼管混凝土預(yù)應(yīng)力系桿拱橋，矢度1/6。兩片拱肋間用直徑800mm橫撐連接以保持其穩(wěn)定性?；钶d作用下拱腳的水平推力由系桿及橋墩共同承擔(dān)。鋼管拱