第12章拱桥的构造ppt课件.ppt

第十二章 拱桥的构造,【了解】第一节 拱桥的发展及受力特点【重点掌握】第二节 拱桥的组成和主要分类【掌握】第三节 主拱圈的构造【了解】第四节 其他类型拱桥的构造特点【掌握】第五节 拱上建筑的构造【欣赏】拱桥示例(41-72),第一节 拱桥的发展及受力特点一、拱桥的发展 拱桥是我国公路上使用广泛且历史悠久的一种桥梁结构型式，它外形宏伟壮观，且经久耐用。由力学知识知道，拱式结构在竖向荷载作用下，支撑处不仅产生竖向反力，而且还产生水平推力。这样拱的弯距比相同跨径的梁的弯距小的多，而使整个拱主要承受压力。这样就可以充分利用抗压性能较好的的圬工材料来修建。,国内,国外,石拱、木拱,石拱、木拱,拱桥,铸铁拱,双曲拱,钢筋混凝土拱桥,十八世纪,十九世纪,1964年,桁架拱,双曲拱,70年代,80年代,钢筋混凝土拱桥,刚架拱桁式组合拱,钢管拱新型组合体系拱,80年代中,1990年,古代拱桥:拱轴曲线造型的千变万化，其中具有代表意义的是建于公元 595-605年的赵州桥。公元1188-1192年北京宛平卢沟桥。创建于公元1631年的浙江杭州拱宸桥。还有始建与唐代，现存最长的多孔薄拱薄墩连拱的江苏苏州宝带桥。以及颐和园17孔桥。安徽风鸣湖十七孔桥。,中国现存最早，并且保存良好的是隋代赵州安济桥，又称赵州桥。桥为敞间圆弧石拱，拱圈并列28道，净跨37.02m，矢高7.23m，上狭下宽总宽9m。主拱圈等厚1.03m，主拱圈上有护拱石。在主拱圈上两侧，各开两个净跨分别为3.8m和2.85m的小拱，以渲泄拱水，减轻自重。桥面呈弧形，栏槛望柱，雕刻着龙兽，神采飞扬。,北京宛平卢沟桥在北京广安门外30里，跨永定河桥全长212.2m,共11孔，净跨不等，自11.4m至13.45，桥宽9.3m。墩宽自6.5m至7.9m。拱圈接近半圆形。桥墩迎水面有尖端镶有三角铁柱的分水尖，背水面为削角方形。桥面上石栏杆共269个，各个柱头上，雕刻有石狮。,浙江杭州拱宸(che/n)于明崇祯四年（公元1631年），清光绪十一年（公元1885年）重建。中孔净跨15.8m，两边孔各为11.9m。拱圈石厚30cm，为拱跨的1/52.7和1/39.7。中墩厚约1m，为拱跨的1/15.8。,现存最长的多孔薄拱薄墩连拱为江苏苏州宝带桥。桥始建于唐，历代多次重修，现存桥共计53孔，全长316.8m，中间有3孔隆起以通船只，桥宽4.1m。桥头建有石狮、石亭、石塔。,颐和园17孔桥,安徽风鸣湖十七孔桥,当代拱桥：其结构型式与施工方法的丰富多彩如1997年建成的重庆万县长江大桥（L=420m）其主拱长度世界排名第一，广州丫髻沙特大桥（L360m），1932建成的澳大利亚悉尼钢拱桥（L 503m）及上海的庐浦大桥（L=550m）。,四川万县长江大桥,广州丫髻沙大桥,澳大利亚悉尼钢拱桥,庐浦大桥,二、拱桥的特点（一）拱桥主要优点：（1）跨越能力较大；（2）就地取材，节省大量的钢材和水泥；（3）耐久性好，养护维修费用少；（4）外形美观；（5）构造简单。（二）拱桥主要缺点：（1）自重较大，相应的水平推力也较大，增加了下部结构的工程量，对地基要求高；,（2）拱桥采用支架施工，支架和其他辅助设备的费用大大增加，从而增加施工难度，提高桥的造价。施工工序多，建桥周期长。（3）拱桥水平推力较大，需要设置单向推力墩，增加了造价。（4）上承式拱桥的建筑高度较高，使两岸接线的工程量增大或增大了桥面纵坡，增加的造价又对行车不利。随着钢管混凝土在拱桥上的应用，钢管混凝土拱桥克服了拱桥传统的缺点，当跨径在200600m范围内，拱桥仍然是悬索桥和斜拉桥的有利竞争对手。,第二节 拱桥的组成和主要类型,一、拱桥的主要组成 拱桥由上部结构和下部结构两大部分组成。上部结构是由拱圈及其上面的拱上建筑所构成。拱圈是主要承重结构。桥面系包括行车道、人行道及两侧的栏杆或砌筑的矮墙等构造。下部结构由桥墩、桥台及基础等组成。其主要组成部分见图12-1所示。,1-主拱圈 2-拱顶 3-拱脚 4-拱轴线 5-拱腹 6-拱背 7-起拱线 11-拱上建筑L0-净跨径 L-计算跨径 f0-净矢高 f-计算矢高 f/L-矢跨比图12-1 上承式拱桥的基本组成,二、拱桥的主要类型,（一）按拱圈横截面形式分类1、板拱桥 板拱桥主拱圈采用矩形实体截面，它的构造简单、施工方便，因而使用广泛。但其截面形式比其他形式截面抵抗矩小，若获得较大截面抵抗矩必须增加截面尺寸，相应增加了材料用量和结构自重，增加下部负担，通常在地基条件较好的中、小跨径圬工拱桥中采用板拱形式。如图12-2 a）所示。,2、肋板拱 在板拱桥的基础上，将板拱划分成两条（或多条），形成分离的、高度较大的拱肋，肋与肋间用横系梁想连。减小截面尺寸，减小自重，多用于较大跨径的拱桥。如图12-2 b）所示。3、双曲拱桥 主拱圈横截面由一个或数个小拱组成，由于主拱圈在纵向及横向均呈曲线形，故称之为双曲拱桥。双曲拱桥截面抵抗矩大，可节省材料，而且具有装配式梁桥的特点，适合于工业化生产，具有加快施工进度，缩短工期，施工工艺简单等优点，得到广泛推广。如图12-2 c）所示。4、箱形拱 箱形拱截面抵抗矩较大，可节省材料，对于大跨径桥则效果更为显著。特别适用于无支架施工。但箱形截面制作复杂，一般只在跨径在50m以上的拱桥采用箱形截面。如图12-2 d）所示。,图12-2 主拱圈横截面形式a)板拱；b)肋拱；c)双曲拱；d)箱形拱,图12-2 主拱圈横截面形式a)板拱；b)肋拱；c)双曲拱；d)箱形拱,（二）按建筑材料分：圬工拱桥，钢筋混凝土拱桥，钢拱桥（三）按拱上建筑形式分：实腹式拱桥，空腹式拱桥（四）按主拱圈所采用的拱轴线形式分类：圆弧拱桥，抛物线拱桥，悬链线桥（五）按静力体系分类：简单体系拱桥：三铰拱，两铰拱；无铰拱组合体系拱桥：无推力拱桥，有推力拱桥三铰拱：静定结构，在地基差的地区可采用。但构造复杂，施工困难，整体刚度小，主拱圈一般不采用。如图12-3 a）两铰拱：一次超静定结构，介于三铰拱和无铰拱之间。如图12-3 b）无铰拱：三次超静定结构。拱的内力分布较均匀，材料用量较三铰拱省；构造简单，施工方便，整体刚度大，实际中使用广泛。但超静定次数高，会产生附加内力，一般希望修建在地基良好处。跨径增大，附加力影响变小，故钢筋混凝土无铰拱仍是大跨径桥梁的主要型式之一。如图12-3 c）,图12-3 拱圈的静力图式a)三铰拱b)两铰拱c)无铰拱,（六）按桥面位置分：上承式拱桥，中承式拱桥，下承式拱桥。如图12-4 所示：,12-4 拱桥基本图示,第三节 主拱圈的构造,一、板拱 板拱分为：石板拱、混凝土板拱、钢筋混凝土板拱 钢筋混凝土板拱的拱顶厚度采用跨径的1/601/70；拱脚厚度可按下式：dj=dd/cosj其中dd表示拱顶厚度；cosj拱脚处拱轴线的倾角。二、肋拱 肋拱常用截面形式有：矩形截面、工字型截面及箱型截面。矩形截面：肋高为跨径的1/401/60，肋宽为肋高的0.52.0倍；工字型及箱型：肋高为跨径的1/251/35，肋宽为肋高的0.40.5倍；腹板、翼板厚度按构造及抗剪最小尺寸要求0.250.5m;肋拱间必须设横梁、横撑以增强肋拱桥的横向整体稳定性。(如图12-5 所示),图12-5 肋拱桥桥型图,三、箱型拱（如图12-6 所示）,图12-6 箱型拱截面形式,箱型拱特点：适合大跨径拱桥，截面挖空率大，节省材料；形心轴靠中适应主拱正负弯距变化；主拱整体性好，抗扭刚度大，稳定性好；便于预制施工拼装；箱形主拱圈的形式：1、采用闭合箱肋组成的多室箱形截面（如图12-7所示）；2、采用工字形肋组成的多室箱形截面3、采用U形肋组成多室箱形截面4、单室箱形截面箱形拱桥示例:1 2 3 4 5 6 7 8 9 10,图12-7 箱型拱闭和箱的构造,箱形拱构造尺寸：拱圈高度一般为跨径的1/501/70；可采用经验公式：H=L0/100+(m)其中=0.60.8；拱圈宽度满足跨度的1/20；保证横向稳定；,四、双曲拱桥 主拱圈横截面由一个或数个小拱组成，其主拱圈在纵向和横向均呈曲线形。通常有拱肋、拱波、拱板和横向联系等几部分。公路双曲拱桥采用最多的是多肋波的截面形式；对于跨径和荷载较小的单车道桥可采用单波的形式。双曲拱桥施工工序多，组合截面的整体性差，易开裂，适用无支架吊装、起吊重量小情况，因此，只宜在中小跨径桥梁中采用。如图12-8所示。双曲拱桥示例:1 2 3 4 5 6,图12-8 双曲拱拱肋截面形式,第四节 其他类型拱桥的构造要点,一、桁架桥（如图：）（一）上部主要构造：（见图12-9）桁架拱片主要承重结构，由上、下弦杆、腹杆、拱顶实腹段组成；横向联结系拉杆、横系梁、横隔板、剪刀撑桥面系横向微弯板、纵向微弯板和预应力混凝土空心板,图12-9 桁架拱桥的主要组成,（二）桥型特点（1）、拱与桁架组合，共同受力，整体性好，发挥全截面材料的作用；（2）、桁架部分的构件主要承受轴力；（3）、拱的水平推力使跨中弯距减少（4）、节点为刚性连接，易开裂，影响整体刚度及耐久性；（5）整体自重轻，构件可预制，适合软土地基；（三）桁架拱片主要类型：斜腹杆桁架、拱竖腹杆桁架、拱桁架肋桁架拱,二、刚架拱（如图：）刚架拱是在刚架、斜腿刚架等基础上发展而来的一种新桥型，属于有推力的高次超静定结构。（见图12-10）,图12-10 刚架拱桥的基本图示,（一）结构组成 刚架拱片主要承重结构，由跨中实腹段的主梁、空腹段的次梁、主拱腿、次拱腿构成；横向联系可采用预制装配式的横系梁或横隔板形式，其作用使刚架拱片联成整体受力，并保证其横向稳定性。桥面系可由预制微弯板、现浇混凝土填平层、桥面铺装等部分组成，也可采用预制空心板、现浇混凝土层及桥面铺装构成。（二）结构特点及适用性 1、构件小，自重小，适用于软土地基；2、结构变形小，整体结构刚度大；3、施工方便，造价较底；三、钢管混凝土拱桥（如图：）,第五节 拱上建筑的构造,对于普通型上承式拱桥，其主要承重结构主拱圈是曲线，车辆无法通过，需要在桥面系与主拱之间设置传递荷载的构件或填冲物，这些传递荷载的构件或填冲物称为拱上建筑。拱上建筑是拱桥的一部分，依其结构形式的不同而参与主拱共同受力的程度也不同；同时，拱上建筑在一定程度上能约束主拱圈由温度变化及混凝土收缩徐变等引起的变形，而主拱圈变形又使拱上建筑产生附加力。拱上建筑类型分：实腹式拱桥，空腹式拱桥两大类。,一、实腹式拱桥 实腹式拱上建筑构造简单，施工方便，但填料数量较多，恒载较重，小跨径拱桥中多采用实腹式。实腹式拱上建筑由侧墙、拱腹填料、护拱以及变形缝、防水层、泄水管和桥面等部分组成。（如图12-11所示）,图12-11 实腹式拱桥构造图(单位：cm),二、空腹式拱桥 大、中跨径拱桥多采用空腹式。空腹式拱上建筑由多孔腹孔结构和桥面系主成：以利于减小恒载，并使桥梁显得轻巧美观。根据腹孔的结构形式，空腹式拱上建筑又分为拱式和梁式两种。（一）腹孔 布置腹孔应结合主拱的类型、构造、施工方法等综合考虑，如图12-12所示：1、腹孔分拱型腹孔及梁板式腹孔；2、腹孔一般等跨对称布置在主拱圈两侧，腹拱跨径选用2.55.5m,矢跨比1/21/6，不宜大于主拱圈跨径的1/81/15；3、采用梁板式腹孔，减轻重量；,图12-12 桥墩(台)上腹拱的布置方式,（二）腹孔墩：腹孔墩可采用立墙式及立柱式；如图12-13所示。,图12-13 腹孔墩构造形式,三、拱桥的其它细部构造 1、拱上填料（0.3m)、桥面及人行道 2、伸缩缝与变形缝,保证结构的安全性与耐久性，相对变形较大的位置设伸缩缝、相对变形较小处设变形缝；使拱上建筑适应主拱圈的变形；3、铰的设置（1）、采用形式有：弧形铰、平铰及假铰（2）、拱桥需设铰的情况：主拱圈按两铰或三铰拱设计；空腹式腹拱圈按构造设铰、腹孔墩上下端；施工过程中的临时铰；4、排水及防水层 除桥面排水外，应对渗入到拱腹内的积水排除；防水层的质量影响桥梁的耐久性；,岷江大桥位于四川省宜宾市，主桥为钢筋混凝土箱形拱桥，最大桥跨100m。分跨布置为55+2x100+55(m)，另有8x20m石拱桥引孔，全长532.75m。桥面净宽：8+2x2(m)人行道。主拱箱高1.6m，矢跨比1/6。全拱横向分6箱市，纵向分5段预制，缆索吊装施工。中墩基础采用钢丝网水泥薄壁浮运沉井施工。于1973年1月建成。,红旗桥位于云南省施甸县与龙陵县交界处，跨越怒江。主孔为净跨116m钢筋混凝土箱形等截面悬线拱，两岸各为1孔27m石拱，重力式桥台。主拱圈由6根U型肋组成6个封闭箱再连成整体，全宽8.54m，矢跨比1/8,拱圈高1.9m，立拱上设每侧5孔6.5m的装配式钢筋混凝土板拱，桥面净宽7+2x0.75(m)人行道。该桥拱肋分5段预制，缆索吊装最大吊重为360kN，单肋合拢后侧拉就位，每肋拱脚处均设轴承钢铰，待6肋安装完毕形成拱圈后用35号混凝土封闭，于1974年6月竣工。后经龙陵两次7.4级地震考验，至今完好。,闽清桥位于福建省闽清溪口下游横跨闽江。大桥上部构造为8x75m空腹式等截面悬链线钢丝网薄壁组合箱形拱，矢跨比1/7，由6片拱箱组成，每片拱箱分3节预制，首次采用中国制造的公路缆索架桥设备吊装。桥梁全长733.70m，桥宽9+2x1.0(m)人行道。沉井基础，底节钢壳浮运，沉井总高20m。4号墩为圆形防爆墩，可承受单向推力。于1976年12月竣工。,来宾桥位于广西来宾县，跨越红水河。该桥由2孔90m，1孔105m箱型拱、1孔30m双曲拱及1孔5.4m简支板组成，桥长377.56m，桥面宽10+2x2=14(m)。该桥的施工特点是采用无支架缆索吊装，主索使用55n/m的密封式钢丝绳。拱箱预制成闭口箱，105m拱箱分5段吊装，90m拱箱分3段吊装。设计最大箱段重350kN。拱箱采用单条基箱合拢。于1978年竣工通车。,清风桥位于浙江省嵊县，主跨为2孔净跨92m的单室箱形拱，全长222.15m，桥宽为净7+2x0.75(m)，箱宽5.2m，主拱圈拱轴线采用变截面悬链线，拱顶高1.6m，拱脚高2.01m。箱壁厚40cm，所有构件均采用预制装配。,囊谦扎曲河桥位于青康公路湄公河最上游扎曲河香达境内。主跨100m钢筋混凝土箱形拱桥，全长132.24m，桥面宽6+2x0.5(m)。,马鸣溪金沙江大桥位于四川省宜宾市，跨越金沙江，该桥是中国采用缆索吊装施工、跨径最大的钢筋混凝土箱形拱。主孔150m，引道65m，全长245m。桥面为净7+2x1.5(m)人行道。主拱圈箱高2.0m，箱宽7.60m，矢跨比1/7，全拱圈横向分5个箱室（预制组合薄腹单室箱）；纵向分5段预制，缆索吊装就位后再组合整体箱，最大吊重700kN。,黄柏河桥位于湖北省宜昌市葛洲坝库区内，系大坝的附属工程。全桥为7x60钢筋混凝土箱形拱桥，桥净宽9+2x1(m)人行道。设计载重为特种450kN车列。该桥箱拱分三段预制，采用单跨478m缆索吊装，于1981年竣工。,巫山龙门桥位于四川省巫山县，是中国第一座采用无平衡重转体法施工的拱桥。主桥为1孔122m钢筋混凝土箱形拱，全长197m。桥面净宽：净7+2x2(m)人行道。右岸半跨是全宽一次预制，转体箱重4240kN。左岸半跨分成单箱分别在上、下游预制，不对称转体到对称转体再合拢，转体箱重2120kN。于1987年10月建成。,涪陵乌江大桥位于四川省，桥址为V型河谷，水深流急，大桥全长351.83m，桥高84m，主跨为1跨200m钢筋混凝土箱形拱，矢跨比1/4，拱上建筑为13孔15.8m钢筋混凝土简支板，双柱式柔性排架，桥台基础置于岩石上，主拱圈采用3室箱，全宽9m，由厚20cm的40号钢筋混凝土顶底板及腹板组成。,双曲拱桥最早是建造在江苏省无锡县境内，民主桥是无锡县桥梁工程队（现称无锡桥梁工程公司）设计、施工的，构思独特，充分发挥双曲拱桥构造特点，组合拼装成三叉形的双曲拱桥。,红星桥：该桥跨越深谷，桥高达65m，主拱跨径108.45m，副拱跨径分别为24.5m、9m及7m，全长155.8m，桥宽8.2m。该桥设计主拱轴线采用6次抛物线与恒载压力曲线吻合。拱上建筑24.5m的腹拱采用三铰双曲拱，左右采用8次抛物线的不对称拱线。,兰江桥位于浙江省兰溪市，跨越兰江。主桥为10孔净跨36m、拱矢度为1/6的4肋3波外悬两个半波的双曲拱。,龙武桥位于广西龙武至檀圩公路，跨越鸣岢江。主跨为1孔100m石肋双曲拱桥，引桥为15孔双曲拱，全长331.5m。主跨为悬链线无铰拱，拱矢度1/8，矢高12.5m，桥净宽9+2x1.0(m)人行道。拱圈为4肋3全波加两悬半波平背式结构。,罗依溪桥位于湖南省道吉首大庸线上，在罗依溪跨越酉水。因受下游凤滩水电站水位的控制，桥高86m，设计主跨为116m双曲拱桥。,前河桥位于河南省嵩县，为单孔净跨150m上承式无铰空腹拱，是我国跨径最大的双曲拱桥。,溪桥位于浙江省宁海县，跨越百桥港口。此处受潮汐影响，最大潮差达6m多。该桥主孔为净跨75m的预应力混凝土桁架拱，拱矢度为1/9；边孔为净跨40m的双曲拱。,里仁桥位于浙江省余杭县塘栖镇，是首座单跨50m的钢筋混凝土斜拉式桁架拱桥。,三门上叶桥位于浙江省三门县三门至天台、临海的公路上，是一座双孔44m的钢筋混凝土桁架拱桥。,觅渡桥位于江苏省苏州市，跨越京杭大运河。该桥是单跨60m的钢筋混凝土斜拉式桁架拱桥。拱圈矢跨比为1/8，桥面为净10+2x2.5(m)人行道。,元坝桥位于四川省苍溪县，跨越嘉陵江的支流东河，是一座斜拉杆式的预应力混凝土桁架拱桥。全桥分孔为10+3x60+35(m)。其中10m跨为沿河公路的跨线钢筋混凝土板桥。桥面为净7+2x0.75(m)人行道，拱矢度为1/8。,美国新河谷桥是位于美国弗吉尼亚州跨越新河谷的一座桁架拱桥。,永平杨村河桥位于江西省永平铜矿，主跨67m，是矿区输送尾矿砂等过杨村河的渡槽桥。桥上设置渡槽和管道。该桥结合地形采用转体法施工。于1984年6月建成。,金城、金匮与下甸三座拱桥均位于江苏省无锡市近郊，跨越京杭大运河，它们是三座跨径100m的姐妹桥，金城为长，下甸为幼，到目前为止建成于软土地基上国内最大跨径的刚架拱，矢跨比均为1/10。拱肋为工字形，金城、金匮主拱腿为等截面，实腹段为变截面；,金城桥,金匮桥,下甸桥,清远北江大桥位于广东省107国道清远市境内，是一座孔跨为3x45+8x70+4x45(m)、全长1058.04m的刚架拱桥，桥宽为12+2x2(m)。是目前国内较长的多跨连拱大跨径刚架拱桥。,大汾北特大桥位于东莞市万江区大汾北水道三叉交汇口，主桥、引桥全长700米，该桥为单跨128米的下承式钢管混凝土系杆拱桥，工程设计采用目前国内流行的钢管砼系杆拱结构。,云阳桥位于江苏省丹阳市云阳镇东门，跨越京杭大运河。主跨为70m无粘结预应力系杆拱，全长162.5m，4车道，2x2m人行道，全宽24.5m，系杆拱有3根拱肋，矢度1/5，拱轴系数m=1.0，单箱高1.5m，宽1.0m，行车道刚性纵梁和无粘结预应力柔性系杆分开，每根系杆布置22束6x75钢铰线。,旺苍东河桥位于四川省旺苍县，为净跨115m下承式钢管混凝土预应力系杆拱桥，矢度1/6，桥面为净7+2x0.8+2x3+2x0.2(m)，总宽15m，主桥长248m，它是我国目前最大跨径的预应力钢管混凝土拱桥。,建德新安江桥位于浙江省建德市新安江上，跨径为84+120+84(m)的三跨连续中承式钢管混凝土拱桥。,高明桥位于广东省高明县城南，是一座跨越西江的大型公路桥，全长1116m。主通航孔为2x100m，桥型采用中承式钢管混凝土拱，引桥共11孔，系跨径为70m的钢筋混凝土拱肋，桥面宽12m。,