橋涵工程施工 課件單元四-拱橋類型構(gòu)造

項目十三拱橋結(jié)構(gòu)及施工任務1拱橋的類型及構(gòu)造拱橋施工熟悉拱橋的基本特點熟悉拱橋的組成、類型掌握拱橋的基本構(gòu)造要求知識目標能認識各種拱橋能了解常用拱橋類型的構(gòu)造要求技能目標能現(xiàn)場進行拱橋的施工及技術(shù)指導崗位能力目標職業(yè)素養(yǎng)目標

一、任務描述認識各種拱橋，熟悉一般拱橋的結(jié)構(gòu)及特點拱橋施工一、拱橋的基本特點拱橋施工拱橋是我國公路上使用較廣泛的一種橋型，拱式橋的類型也較多。拱式結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下，兩端支承除了有書向反力外，還產(chǎn)生水平推力。水平推力使拱內(nèi)產(chǎn)生軸向壓力，從而大大減小了拱圈的截面彎矩，使之成為偏向受壓構(gòu)件，截面上的應力分布較梁橋均勻（如圖13-1-1所示），因而拱橋可以充分利用主拱截面材料強度，使之跨越能力大大增強。拱橋施工1．拱橋的優(yōu)點（1）具有較大的跨越能力，充分發(fā)揮圬工及其它抗壓材料的性能；（2）構(gòu)造較簡單，受力明確簡潔；（3）形式多樣、外型美觀；2.拱橋的缺點（1）有水平推力的拱橋，對地基基礎要求較高，多孔連續(xù)時，為防止一孔破壞而影響全橋的安全，需要設置單向推力墩等設施，增加造價；（2）自重較大，相應的水平推力也較大，增加了下部結(jié)構(gòu)的工程量；對施工工藝等要求較高；（3）建筑高度較高，對穩(wěn)定不利；同時，在城市立交及平原地區(qū)時，因橋面標高的提高，使兩岸接線長度和工程量增加。斜拉橋與懸索橋施工圖13-1-1拱和梁的應力分布對比拱橋施工二、拱橋的組成上部結(jié)構(gòu)由主拱圈和拱上建筑組成，主拱圈是拱橋的主要承重結(jié)構(gòu)；下部結(jié)構(gòu)由橋墩、橋臺和基礎組成。如圖13-1-2所示。一般把拱圈的上曲面稱為拱背，下曲面稱為拱腹，拱圈截面形心的連線稱為拱軸線。矢跨比f/L是反映拱橋受力特性的重要指標，同樣的條件下，矢跨比大的產(chǎn)生的水平力小。一般將矢跨比大于等于1/5的拱橋成為陡拱，矢跨比小于1/5的稱為坦拱。拱橋施工拱橋施工圖13-1-2

拱橋的組成三、拱橋分類拱橋施工1.按主拱圈使用的建筑材料分：圬工拱橋、鋼拱橋、鋼筋混凝土拱橋、鋼管混凝土拱橋、型鋼混凝土拱橋等；2．按行車道位置分：上承式拱橋、中承式拱橋、下承式拱橋；如圖13-1-3~13-1-5所示。3．按拱軸線形式分：圓弧拱橋、拋物線拱橋、懸鏈線拱橋；4．按拱上結(jié)構(gòu)形式：實腹式拱橋、空腹式拱橋；5．按拱圈橫截面型式分：板拱橋、肋拱橋、箱型拱橋、雙曲拱橋；6.按結(jié)構(gòu)受力圖式：簡單體系拱橋、組合體系拱橋和拱片橋。拱橋施工四、主拱圈構(gòu)造1.簡單體系拱橋拱橋施工下面僅就拱圈的受力圖式和截面型式作簡單介紹。簡單體系拱即不考慮主拱圈與拱上結(jié)構(gòu)（上承式拱橋）或拱下懸吊結(jié)構(gòu)（中、下承式拱橋）的聯(lián)合作用來共同承受橋面荷載，主拱圈以裸拱的型式作為主要承重結(jié)構(gòu)，拱的水平推力由墩臺或基礎承受。簡單體系拱橋均為有推力拱，可以做成上承式、中承式和下承式。簡單體系拱橋按主拱的受力體系可分成三鉸拱、兩鉸拱和無鉸拱；如圖13-1-6所示。拱橋施工圖13-1-6簡單體系拱的三鉸拱、兩鉸拱和無鉸拱拱橋施工三鉸拱屬外部靜定結(jié)構(gòu)，溫度變化、混凝土收縮徐變、支座沉陷等因素引起的變形不會在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生附加內(nèi)力，但結(jié)構(gòu)的整體剛度較小，現(xiàn)已較少采用。兩鉸拱屬一次超靜定結(jié)構(gòu)。無鉸拱屬外部三次超靜定，拱內(nèi)的彎矩分布均勻，整體剛度大、用料省、施工方便；但由于超靜定次數(shù)高，溫度變化等會在拱內(nèi)產(chǎn)生較大的附加內(nèi)力。2.組合體系拱橋拱橋施工組合體系拱橋是將梁和拱兩種基本結(jié)構(gòu)組合起來，充分發(fā)揮梁受彎、拱受壓的特性及其組合作用。組合體系拱橋一般由拱肋、系桿、吊桿（或立柱）、行車道梁（板）及橋面系組成。拱式組合體系橋一般可分為有推力的和無推力的兩種類型。（1）無推力的組合體系拱拱橋施工無推力拱式組合體系橋（也稱系桿拱橋）是外部靜定結(jié)構(gòu)，兼有拱橋的較大跨越能力和簡支梁橋?qū)Φ鼗m應能力強的兩大特點。拱的推力由系桿承受，系桿的含義即一個將兩拱腳聯(lián)系在一起的水平構(gòu)件，墩臺不承受水平推力。根據(jù)拱肋和系桿（梁）相對剛度的大小可分為：具有豎直吊桿的柔性系桿剛性拱拱橋施工（）稱為系桿拱（圖13-1-7a）；具有豎直吊桿的剛性系桿柔性拱(）稱為藍格爾拱（圖13-1-7b）；具有豎直吊桿的剛性系桿剛性拱（）稱為洛澤拱（圖13-1-7c）。在這三種拱中，若用斜吊桿來代替豎直吊桿時，稱為尼爾森拱。（2）有水平推力的組合體系拱拱橋施工此種組合體系拱沒有系桿，由單獨的梁和拱共同受力，拱的推力仍由墩臺承受。剛性梁柔性拱稱為倒藍格爾拱，剛性梁剛性拱稱為倒洛澤拱，如圖13-1-8所示。圖13-1-8有水平推力的組合體系拱3.拱片橋拱橋施工上邊緣與橋面縱向平行，下邊緣是拱形的有推力結(jié)構(gòu)，稱為拱片，在拱片中，行車道系與拱肋剛性聯(lián)成整體；拱片的立面一般被挖空做成桁架形式，拱片由兩片或多片組成，用橫向聯(lián)結(jié)系將各拱片聯(lián)成整體，行車道板支承在拱片上，推力仍由墩臺承受。如圖13-1-9所示。拱橋施工拱橋主拱圈沿拱軸線可做成等截面或變截面的形式。根據(jù)所用材料和跨徑的不同，主拱圈橫截面可做成板拱、肋拱、箱形拱、雙曲拱等。如圖13-1-10所示。拱橋施工

4.板拱橋拱橋施工主拱圈采用矩形實體截面的拱橋稱為板拱橋，其構(gòu)造簡單、施工方便，但在相同截面面積的條件下，實體矩形截面比其他形式截面的抵抗矩小。有石板拱，素混凝土板拱，鋼筋混凝土板拱等，如圖13-1-11所示。拱橋施工5.肋拱橋肋拱橋是在板拱橋的基礎上發(fā)展形成的，為獲得較大的抵抗矩，將板拱分成兩條或多條分離的、高度較大的拱肋，肋與肋間用橫系梁相聯(lián)，肋上設立柱，再加上立柱上由橫梁支承的行車道部分，共同組成肋拱橋的上部結(jié)構(gòu)，如圖13-1-12、圖13-1-13所示。拱肋是主要承重結(jié)構(gòu)，可由混凝土、鋼筋混凝土、鋼管混凝土、勁性骨架混凝土做成。拱肋的截面型式可分為實體矩形、工字形、箱形、管形、勁性骨架混凝土箱形等，如圖13-1-14所示。拱橋施工矩形截面構(gòu)造簡單、施工方便，一般僅用于中小跨徑的肋拱。肋高可取跨徑的1/40~1/60,肋寬為肋高的0.5~2.0倍。工字形截面，常用于大、中跨徑的肋拱橋肋高一般為跨徑的。1/25~1/35,肋寬為肋高的0.4~0.5倍。管形肋拱是指采用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)作為拱肋的拱橋，其肋高與跨徑之比常在1/45~1/65之間。拱橋施工斜拉橋與懸索橋施工6.箱形拱橋

截面挖空率大，節(jié)省材料；形心軸靠中適應主拱正負彎距變化；主拱整體性好，抗扭剛度大，穩(wěn)定性好；便于預制施工拼裝；適合大跨徑拱橋。圖13-1-15為箱形拱拱橋截面示意圖、圖13-1-16為箱形拱閉合箱的構(gòu)造圖。拱橋施工施工準備工作→安裝起重門架→安裝鞍座下格柵→吊裝主鞍、散索鞍→導索過江→安裝貓道→安裝主纜牽引系統(tǒng)→架設主纜→調(diào)整主纜線型及錨跨拉力→擠緊→安裝索夾→轉(zhuǎn)換貓道→安裝吊索→吊裝鋼箱梁并分段調(diào)整索鞍位置→鋼箱梁焊接→橋面系施工→纜索系統(tǒng)纏絲防護→安裝主纜纜套、鞍蓋及檢修道→拆除貓道。斜拉橋與懸索橋施工斜拉橋與懸索橋施工圖13-1-16箱形拱閉合箱構(gòu)造拱橋施工箱形主拱圈的形式有：多條U形肋組成的多室箱形截面、多條工字形肋組成的多室箱形截面、多條閉合箱肋組成的多室箱形截面和整體式單箱多室截面。如圖13-1-17所示。圖13-1-17箱形截面組成方式拱橋施工7.雙曲拱橋雙曲拱橋的主拱圈截面由一個或數(shù)個橫向小拱單元組成，由于主拱圈的縱向和橫向均呈曲線形，故稱之為雙曲拱橋，如圖13-1-18所示。通常由拱肋、拱波、拱板和橫向聯(lián)系幾部分組成。施工時，先將拱圈劃分為拱肋，拱波，拱板及橫向聯(lián)系，并分別預制其中的拱肋、拱波和橫向聯(lián)系，即為化整為零；然后吊裝鋼筋混凝土拱肋成拱并與橫向聯(lián)系構(gòu)件組成拱形框架，在拱肋間安裝拱波，然后澆筑拱板混凝土，形成主拱圈，即集零為整。適用無支架吊裝、起吊重量小情況。拱橋施工拱橋施工8.鋼管混凝土拱橋鋼管混凝土屬于鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)中的一種，它借助于內(nèi)填混凝土增強鋼管壁的穩(wěn)定性，同時又利用鋼管對核心混凝土的套箍作用，使核心混凝土處于三向受壓狀態(tài)，從而使其具有更高的抗壓強度和抵抗變形的能力。如圖13-1-19所示。當然，鋼管混凝土也有自身的缺點：在陽光照射下，外露鋼管膨脹，容易造成鋼管與內(nèi)填混凝土之間出現(xiàn)脫空現(xiàn)象；施工時，泵送管內(nèi)混凝土常出現(xiàn)不能完全飽滿的情況，這會引起拱圈受力不夠明確，安全度降低等情況。斜拉橋與懸索橋施工拱橋施工9.勁性骨架混凝土拱橋勁性骨架混凝土拱橋與普通鋼筋混凝土拱橋的區(qū)別在于，前者是以鋼骨桁架作為受力筋，它可以是型鋼，也可以是鋼管，采用鋼管作勁性骨架的混凝土拱亦稱為內(nèi)填外包型鋼管混凝土拱。他主要解決了大跨度拱橋的“自行架設”問題，即先架設重量較輕的鋼管，在鋼管內(nèi)壓注混凝土，形成鋼管混凝土，再以它為支架外掛模板，澆筑外包混凝土，形成鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。勁性骨架混凝土拱橋跨越能力大、超載潛力大、施工方便，是一種極具發(fā)展前途的拱橋結(jié)構(gòu)形式。拱橋施工我國著名的萬州長江大橋原名萬縣長江大橋，是長江上第一座單孔跨江公路大橋，全橋長814米，寬23米，橋拱凈跨420米，橋面距江面高140米。主拱軸線為懸鏈線，矢跨比1/5，拱軸系數(shù)1.6。拱圈為單箱三室截面，箱高7米，寬16米，拱箱標準段頂、底板各厚0.4米，腹板厚0.3米，拱腳段頂、底板各厚0.8米，腹板厚0.6米。拱上及引橋為同一孔跨貫通布置，共27孔30.668米預應力混凝土T梁，橋面連續(xù)。拱圈采用鋼管混凝土勁性骨架外包C60級高強混凝土復合結(jié)構(gòu)。其中鋼管混凝土勁性骨架先期是施工構(gòu)架，在拱圈形成后它就成為拱圈內(nèi)的勁性鋼筋，是當時世界上跨徑和規(guī)模最大的鋼筋混凝土拱橋。如圖圖13-1-20所示。。斜拉橋與懸索橋施工圖13-1-20萬州長江公路橋拱橋施工10.桁架拱橋整體型上承式拱橋包括桁架拱橋和剛架拱橋。這些橋型進一步減輕了拱橋自重，增強橋梁結(jié)構(gòu)的整體性，充分發(fā)揮裝配式結(jié)構(gòu)工業(yè)化程度高、施工進度快等優(yōu)點，擴大了拱橋的使用范圍。桁架拱橋又稱拱形桁架橋，如圖13-1-21所示。是一種有水平推力的桁架結(jié)構(gòu)，其上部結(jié)構(gòu)由桁架拱片、橫向聯(lián)接系和橋面組成。桁架拱片是主要承重結(jié)構(gòu)，由上、下弦桿、腹桿和實腹段組成。根據(jù)其構(gòu)造不同，桁架拱橋可分為斜（腹）桿式（有三角形腹桿、帶豎桿的三角形桁架拱，如圖13-1-22所示）、豎（腹）桿式、桁肋式和組合式四種。如圖13-1-23、圖13-1-24所示。拱橋施工圖13-1-21桁架拱橋（安城橋，主跨65m的預應力混凝土斜壓桿式桁架拱橋）拱橋施工圖13-1-22斜桿式桁架拱橋a)斜（腹）桿式b)帶豎桿的三角形桁架拱（斜拉桿）c)斜壓桿式拱橋施工圖13-1-23豎桿式和桁肋式拱橋圖13-1-24桁式組合拱橋的組成1-桁架拱部分；2-懸臂桁梁部分拱橋施工圖13-1-25剛架拱橋的組成拱橋施工圖13-1-26剛架拱橋拱橋施工五、拱上建筑拱上建筑是上承式拱橋橋面系與主拱圈間的結(jié)構(gòu)。它的作用是傳遞荷載。根據(jù)拱上建筑采用的構(gòu)造方式不同，可將拱橋分為實腹式和空腹式兩種。實腹式拱上建筑由拱腹填料、側(cè)墻、護拱、變形縫、防水層、泄水管及橋面系等組成。實腹式適用于小跨徑拱橋，恒載較重。如圖13-1-27所示。拱橋施工拱橋施工圖13-1-27實腹式拱橋拱橋施工圖13-1-27空腹式腹式拱橋拱橋施工六、拱橋的其它細部構(gòu)造。1.拱腹填料：拱腹填料的設置可以擴大車輛荷載的支承面積，同時還可以減小車輛荷載對拱圈的沖擊。當拱上填料厚度等于或者大于50cm時，設計計算中不計汽車荷載的沖擊力。拱腹填料有填充式和砌筑式兩種。填充式填料通常采用透水性好的砂礫石等材料，也可采用其他輕質(zhì)材料。2.伸縮縫與變形縫,：為保證結(jié)構(gòu)的安全性與耐久性，相對變形較大的位置設伸縮縫、相對變形較小處設變形縫；使拱上建筑適應主拱圈的變形；如圖13-1-28所示。拱橋施工伸縮縫寬2cm-3cm，其