混凝土拱橋之拱橋的現(xiàn)狀和發(fā)展

1、混凝土拱橋之拱橋的現(xiàn)狀和發(fā)展1 拱橋的發(fā)展拱橋國外石拱，木拱十八世紀鑄鐵拱十九世紀 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: 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公元 595-605年的趙州橋（如圖1所示，跨徑L=37m）圖1 趙州橋Pont Alexandre III over the Seine in Paris1899Gladesville Bridge in Sydney 1964(305m) 民主橋 江蘇無錫 嵩線橋 河南嵩縣 花魚洞橋 貴州道真縣 圖 4 1932澳大利

2、亞503m悉尼鋼拱橋當代拱橋：結(jié)構(gòu)型式與施工方法的豐富多彩如，97年 建成的重慶萬縣長 江大橋（圖2所示，L=420m）， 廣州丫髻沙特大橋(圖3，L 360m)，1932建成的澳大利亞悉尼鋼拱橋(圖4，L 503m ）及 魯浦大橋（L=550m）。圖2 1997建成的四川萬縣長江大橋 （L=420m)圖3 360m 廣州丫髻沙特大橋。拱橋2、拱橋的受力特點承重結(jié)構(gòu)：主拱支承處不僅產(chǎn)生豎向反力，還產(chǎn)生水 平推力，從而使拱主要受壓同濟大學橋梁系橋梁與道路結(jié)構(gòu)拱式橋3、主要優(yōu)缺點：主要優(yōu)點 跨越能力大；能充分做到就地取材；耐久性好，養(yǎng)護、維修費用小；外形美觀；構(gòu)造較簡單，有利于廣泛采用。主要缺點

3、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； 2）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； 3）上承式拱橋的建筑高度較高。拱橋的缺點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第二節(jié) 拱橋的結(jié)構(gòu)體系及總體布置1、拱橋的基本組成 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。拱橋的基本圖示同濟大學橋梁系橋梁與道路結(jié)構(gòu)拱式橋上承式拱橋的基本

4、組成1-主拱圈2-拱頂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 - 矢跨比同濟大學橋梁系橋梁與道路結(jié)構(gòu)拱式橋2、拱橋的主要類型及其特點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腹式拱橋，空腹式拱橋板拱橋，肋拱橋，雙曲拱橋，箱形拱橋同濟大學橋梁系橋梁與道路結(jié)構(gòu)拱式橋1、簡單體系拱橋拱橋按受力圖式的分類 可以做成上承式，

5、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。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?。粯?gòu)造簡單，施工方便，整體剛度大，實際中使用廣泛。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。（一）按照結(jié)構(gòu)體系分類2、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、中承式和下承式。常用的有以下幾種形式：無推力拱（使用較廣泛）：拱的推力由系桿承

6、受，墩臺不受水平推力。4-1-2有推力拱3、拱片橋同濟大學橋梁系 葉愛君 橋梁與道路結(jié)構(gòu)拱式橋1、板拱橋：主拱圈采用矩形實體截面。構(gòu)造簡單、施工方便，使用廣泛。自重較大，不經(jīng)濟，通常在地基較好的中小跨徑圬工拱橋中采用。2、肋拱橋：肋拱橋由兩條或兩條以上分離式拱肋組成承重結(jié)構(gòu)的拱橋，拱肋之間靠橫向聯(lián)系梁連接成整體而共同受力.這種橋橫截面面積較小，節(jié)省材料,自重輕,跨越能力大，多用于較大跨徑的拱橋?？梢杂蜜毓ぁ摻罨炷?、鋼材建造。（二）按照主拱的截面型式分類同濟大學橋梁系 葉愛君 橋梁與道路結(jié)構(gòu)拱式橋3、雙曲拱橋：主拱圈橫截面由一個或數(shù)個小拱組成 ， 其主拱圈在縱向和橫向均呈曲線形。通常有拱肋、

7、拱波、拱板和橫向聯(lián)系等幾部分。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，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。同濟大學橋梁系 葉愛君 橋梁與道路結(jié)構(gòu)拱式橋4、箱形拱橋：箱形拱橋拱圈橫截面由幾個箱室組成。截面挖空率大，可達全截面的50%-70%，較實體板拱橋可減少圬工用料與自重，適用于大跨度拱橋。截面抗扭剛度大，橫向整體性和穩(wěn)定性好，特別適用于無支架施工。箱形拱閉合箱的構(gòu)造 三、拱橋的總體布置 總體布置確定橋梁長度及分孔確定橋梁的設(shè)計標高和矢跨比正確處理不等分孔問題橋面標高，拱定底面標高，起拱線標高，基礎(chǔ)標高

8、混凝土拱橋矢跨比1/41/8箱型拱橋矢跨比1/61/10采用不同的拱跨結(jié)構(gòu)采用不同的矢跨比采用不同的拱腳標高調(diào)整拱上建筑的重力同濟大學橋梁系 葉愛君 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

9、。橋?qū)?m，雙肋石拱橋，腹拱為9孔13m，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）同濟大學橋梁系 葉愛君 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)思獨特，充分發(fā)揮雙曲拱橋構(gòu)造特點，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、增強雙曲拱在組合過

10、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肋格排，合攏后上面砌筑雙層拱波。1968河南嵩縣前河橋 （L=150m）同濟大學橋梁系 葉愛君 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。在拱頂進行應(yīng)力調(diào)整，改善了拱肋的

11、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 （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

12、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，全橋以簡潔明快的弧形曲線構(gòu)成，與遠山近水相協(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。同濟大學橋梁系 葉愛君 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

13、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寬的邊箱，待轉(zhuǎn)體合攏后吊裝中箱頂、底板，最后組成3室箱。1997四川萬縣長江大橋 L=420m)勁性骨架鋼筋混凝土箱形拱橋同濟大學橋梁系 葉愛君 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。同濟大學橋梁系 葉愛君 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

14、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)制拱片臥置疊澆，分段用浮吊起吊、翻身和吊裝，在三分點處設(shè)臨時支托，澆筑濕接頭混凝土。同濟大學橋梁系 葉愛君 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、施工階段和運營階段的受力趨于一致等優(yōu)點。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

15、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。1995貴州省330米江界河橋同濟大學橋梁系 葉愛君 橋梁與道路結(jié)構(gòu)拱式橋8）鋼管混凝土拱橋 1998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。鋼管拱肋實際上是一種復(fù)合材料，在破壞荷載作用下，鋼管不僅起縱筋的作用，而且對混凝土起螺旋箍筋的作用，以提高構(gòu)件的承載能力。在施工階段，鋼管