第四篇--拱桥(交工)讲义课件.ppt

第四篇 圬工和钢筋混凝土拱桥,我国拱桥的发展,拱桥在我国具有悠久的历史，现代公路拱桥的发展，可粗略地分为四个阶段。,第一阶段是20世纪50年代到60年代中绝大多数是中小石拱桥，当时也研究过片石混凝土拱桥等，但未能推广。,第二阶段是20世纪60年代中至70年代，主导桥型是低配筋双曲拱桥。当时也研究混凝土预制块拱和两铰拱等少筋拱。,第三阶段是20世纪70年代末到80年代，主导桥型是大中跨预制钢筋混凝土箱(肋)型拱桥。,第四阶段以1990年建成的四川宜宾南门金沙江大桥为标志。该桥系中承式劲性骨架混凝土肋拱桥，跨度240m。居当时中 承式拱桥世界第一。,我国拱桥的发展,石拱桥山西丹河大桥，146米，2000,钢筋混凝土拱桥万县长江大桥，420米，1997,钢管砼拱桥重庆巫山长江大桥，492米，2004,钢桁架拱桥重庆朝天门大桥，552米，2008,4,1,2,3,第一章 概述,第二章 拱桥的设计与构造,第三章 拱桥的计算,第四篇 圬工和钢筋混凝土拱桥,5,第一章 概述,01,02,第一节 拱桥的基本特点及其适用范围,第二节 拱桥的组成及主要类型,第一节 拱桥的基本特点及其适用范围,一、拱桥的基本特点,1、优点,（1）跨越能力大,（2）就地取材,（3）耐久性好,（4）外形美观,（5）构造简单，施工技术易掌握,（1）自重大,（3）连拱桥设置单向推力墩,（4）上承式拱桥建筑高度大,（5）机械化施工程度低,（2）有支架施工，费用高,2、缺点,第一节 拱桥的基本特点及其适用范围,二、适用范围,1、地质条件良好,2、公路桥梁,第一节 拱桥的基本特点及其适用范围,9,拱桥的组成,拱桥的主要类型,内容,1,2,第二节 拱桥的组成及主要类型,一、拱桥的组成,1、组成,（1）桥跨结构(主拱圈）,（2）桥墩桥台,（10）拱上填料、构件,（5）桥面铺装,（3）基础,（6）排水系统,第二节 拱桥的组成及主要类型,（7）伸缩缝,（8）人行道、栏杆,（9）照明系统,桥面系,拱上建筑,（4）行车道板（梁）,拱桥上不设支座，但设置拱座,2、有关术语及尺寸,拱背,拱轴线,拱顶,拱脚,拱腹,起拱线,（1）拱顶：主拱圈跨中断面,（2）拱脚：主拱圈与墩台的幅向接触面,（3）拱轴线：所有幅向截面形心的连线,（4）拱腹：主拱圈的下曲面,（5）拱背：主拱圈的上曲面,（6）起拱线：起拱面与拱腹的交线,（7）净跨径：两起拱线之间的水平净距,（8）计算跨径：两拱脚截面形心间的水平距离,（9）标准跨径：指净跨径,（10）净矢高：拱顶下缘到两起拱线连线间的垂直距离,（11）计算矢高：拱顶形心到两拱脚截面形心连线间的垂直距离,（12）净矢跨比：,（13）计算矢跨比：,第二节 拱桥的组成及主要类型,二、拱桥的主要类型,拱桥,建桥材料,圬工拱桥，钢筋砼拱桥，钢拱桥，钢管砼拱桥,拱轴线型式,圆弧拱桥，抛物线拱桥，悬链线桥,桥面位置,上承式拱桥，中承式拱桥，下承式拱桥,结构体系分,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,主拱圈截面形式,拱上建筑形式,实腹式拱桥，空腹式拱桥,板拱桥，肋拱桥，双曲拱桥，箱形拱桥,第二节 拱桥的组成及主要类型,(一）按结构体系分,1、简单体系拱桥,（1）行车系不参与受力，主拱圈单独承载,（2）水平推力由墩台承受,第二节 拱桥的组成及主要类型,静定结构；刚度小变形大，内力分布不均匀，施工复杂,三铰拱桥,无铰拱桥,三次超静定结构，有附加内力；刚度大，内力分布均匀，施工方便；,两铰拱桥,一次超静定结构，介于三铰拱与两铰拱之间,第二节 拱桥的组成及主要类型,2、组合体系拱桥,：行车系与主拱圈共同承受荷载,第二节 拱桥的组成及主要类型,（1）无推力组合体系拱桥,-拱的推力由系杆承受,第二节 拱桥的组成及主要类型,柔性系杆刚性拱系杆拱,刚性系杆柔性拱朗格尔拱,刚性系杆刚性拱洛泽拱,按照系杆与拱的相对刚度，可分为：,第二节 拱桥的组成及主要类型,（2）有推力的组合体系拱,水平推力由墩台承受,刚性梁柔性拱倒朗格尔拱,刚性梁刚性拱倒洛泽拱,第二节 拱桥的组成及主要类型,3、拱片桥,桁架拱片桥,第二节 拱桥的组成及主要类型,3、拱片桥,刚架拱片桥,第二节 拱桥的组成及主要类型,（二）按主拱圈的截面形式分,优点：构造简单，施工方便,1、板拱桥,缺点：自重大，不经济，截面抵抗矩小,适合于地质条件良好的中小跨径拱桥,第二节 拱桥的组成及主要类型,2、肋拱桥,第二节 拱桥的组成及主要类型,优点：材料省、自重轻，截面抵抗矩大,适用于较大跨径的拱桥,材料：混凝土、钢筋混凝土、钢材、石材、钢管砼,第二节 拱桥的组成及主要类型,第二节 拱桥的组成及主要类型,3、双曲拱桥,优点：材料用量少、自重轻，截面抵抗矩大,缺点：施工复杂，组合截面整体性差，易开裂,适用于中小跨径拱桥,第二节 拱桥的组成及主要类型,4、箱型拱桥,优点：截面抗弯和抗扭惯矩大；有足够面积承受正负弯矩,缺点：施工复杂,适用于跨径大于50m的无支架施工的钢筋混凝土拱桥,第二节 拱桥的组成及主要类型,拱 桥,按结构体系,按截面形式,简单体系拱,组合体系拱,拱片桥,板拱,肋拱,箱拱,三铰拱,两铰拱,无铰拱,有推力拱,无推力拱,双曲拱,第二节 拱桥的组成及主要类型,28,1,掌握拱桥的组成及各部分的作用,3,掌握拱桥的主要类型（结构体系、截面形式）,本 章 小 结,2,掌握拱桥的主要尺寸及名称术语,29,第二章 拱桥的设计与构造,01,02,第一节 拱桥的总体布置,第二节 简单体系拱桥的构造,02,第三节 组合体系拱桥的构造,第一节 拱桥的总体布置,31,设计标高和矢跨比的确定,多跨连续拱桥的布置,内容,1,2,第一节 拱桥的总体布置,拱轴线的选择,3,一、设计标高和矢跨比的确定,1、桥面标高,（1）由两岸线路的纵断面设计控制,（2）桥面标高由桥下净空决定,（一）设计标高的确定,第一节 拱桥的总体布置,2、拱顶底面标高,桥面标高-拱顶填料厚度（0.30.5m）-主拱圈厚度,第一节 拱桥的总体布置,3、起拱线标高,低拱脚的设计方案,第一节 拱桥的总体布置,有铰拱桥：起拱线高出设计水位不小于0.25m,无铰拱桥：起拱线湮没深度不大于2/3倍的净矢高,无（有）铰拱桥：起拱线高出最高流冰水位不小于0.25m,拱顶底面高出设计洪水位不小于1m,避免就地起拱,4、基础底面标高,（1）冲刷深度基础要置于最低冲刷线以下,（2）地基的承载能力基础要置于持力层上,第一节 拱桥的总体布置,（3）土的冻深基础要置于最大冻深线以下,（二）矢跨比的确定,根据拱顶和拱脚标高及选定的计算跨径确定矢跨比,（1）随矢跨比减小而增大,（2）随矢跨比减小而增大,（3）附加内力随矢跨比减小而增大,第一节 拱桥的总体布置,二、多跨连续拱桥的布置,第一节 拱桥的总体布置,二、多跨连续拱桥的布置,1、采用不同的矢跨比,2、采用不同的拱脚标高,3、调整拱上建筑的重量,4、采用不同的拱跨结构,第一节 拱桥的总体布置,5、采用制动墩,三、拱轴线的选择,1、压力线,拱各个截面内力的合力作用点的连线，称为该拱在所给荷载作用下的压力线。,2、合理拱轴线,拱圈截面只受轴向压力而无弯矩作用的拱轴线,对于实际的拱桥，理想的合理拱轴线是不可能获得的,第一节 拱桥的总体布置,荷载压力线随荷载的变化而变化,使拱轴线尽量与恒载压力线相吻合,三、拱轴线的选择,尽可能减小拱圈截面弯矩;使各主要截面应力相差不大,满足各施工阶段要求,少用或不用临时性施工措施,计算方法简单,线型美观，便于施工,拱轴线应满足四个方面的要求：,第一节 拱桥的总体布置,1、圆弧线,适用于20m以下的矢跨比小的拱桥,拱桥常用的拱轴线型,第一节 拱桥的总体布置,径向均布荷载,2、抛物线,适用于恒载分布比较均匀的拱桥,拱桥常用的拱轴线型,第一节 拱桥的总体布置,竖向均布荷载,3、悬链线,拱桥常用的拱轴线型,第一节 拱桥的总体布置,从拱顶到拱脚连续分布、逐渐变大,3、悬链线,实腹式悬链线拱桥,拱桥常用的拱轴线型,第一节 拱桥的总体布置,3、悬链线,拱桥常用的拱轴线型,空腹式悬链线拱桥,第一节 拱桥的总体布置,3、悬链线,拱桥常用的拱轴线型,实腹式拱桥：采用恒载压力线（悬链线）作为拱轴线空腹式拱桥：采用悬链线（不是恒载压力线）作为 拱轴线，压力线与拱轴线五点重合。悬链线是大中跨径拱桥最常采用的拱轴线,第一节 拱桥的总体布置,47,拱圈的构造,拱上建筑的构造,内容,1,2,第二节 简单体系拱桥的构造,第二节 简单体系拱桥的构造,（一）板拱桥,一、拱圈的构造,第二节 简单体系拱桥的构造,（一）板拱桥,主拱圈材料：石材、素混凝土、钢筋混凝土,主拱圈截面形式：等截面和变截面,1、拱圈截面变化规律,第二节 简单体系拱桥的构造,变截面,等宽变厚,等厚变宽,截面变化与内力变化相适应,构造简单，便于设计、施工,拱圈截面从拱顶到拱脚逐渐增大,拱圈截面变化规律,（1）轴向力从拱顶到拱脚逐渐变大,（2）弯矩变化复杂，但拱脚弯矩大于拱顶弯矩,第二节 简单体系拱桥的构造,与等截面拱相比：,1、材料用量低，自重轻,2、设计和施工麻烦,结论：,1、一般情况下，宜采用等截面拱,2、大跨径拱桥可采用变截面拱,第二节 简单体系拱桥的构造,2、拱圈的构造,1）石板拱的构造,石材：未经风化的，标号不低于MU40，按规格可分为料石、块石、片石,砂浆：大中跨径拱桥：不低于M10；小跨径拱桥：不低于M7.5,第二节 简单体系拱桥的构造,工程中越来越多的采用小石子混凝土代替砂浆,石板拱圈构造应满足以下要求：,（1）拱石受压面砌缝应作成幅向的，即与拱轴线垂直,可做成通缝。,（2）垂直于受压面的顺桥向砌缝错开，错开间距不 小0.1m。,第二节 简单体系拱桥的构造,（3）横断面内拱石的竖向砌缝错开，错开间距不小0.1m,（5）拱圈与墩台、腹孔墩与拱圈相连接处，采用特制的 五角石以改善连接处的受力状况。,（4）砌缝的缝宽不应大于2cm,第二节 简单体系拱桥的构造,2、拱圈的构造,2）钢筋混凝土板拱的构造,第二节 简单体系拱桥的构造,横向可采用整体式板拱或分离式板拱；,拱圈纵向配置拱形的受力钢筋(主筋)，最小配筋 率为0.2-0.4，且上、下缘对称通长布置，以适应沿拱圈各截面弯矩的变化。,（二）肋拱桥,横梁,第二节 简单体系拱桥的构造,1、材料,混凝土、钢筋混凝土、钢材、石材、钢管混凝土,2、拱肋的间距和数目,根据桥梁的使用要求（跨径、桥宽、肋型、材料性 能、荷载等级、施工条件）确定。,为保证横向稳定，两外侧拱肋外缘间距1/15跨径,在吊装能力满足要求的情况下，宜采用少肋型式,第二节 简单体系拱桥的构造,3、拱肋的截面形式,（1）矩形：构造简单、施工方便，经济 性差，适用于小跨径拱桥,（2）工字形：材料用量低，自重轻，截面抵 抗矩大，适用于大中跨径的钢筋混凝土 拱桥，但横向刚度小,第二节 简单体系拱桥的构造,（3）箱型：节省材料，刚度大，适用于 跨径大，桥面宽的拱桥。但构造和 施工复杂。,第二节 简单体系拱桥的构造,（4）哑铃型：抗压性能好，自重轻，性塑 及耐疲劳性能好，用于大跨径拱桥,4、横系梁,高度取0.81.0倍拱肋高，,宽度取0.60.8倍拱肋高,截面形式：矩形和工字型,第二节 简单体系拱桥的构造,第二节 简单体系拱桥的构造,5、配筋特点,（1）按受力及构造要求配置主筋，采用无铰拱时，纵向钢筋伸入墩台，并达到锚固长度。,（2）按受压构件布置箍筋，拱脚加密,（3）横系梁按构造要求布置钢筋，不少于4根，并 用箍筋形成骨架。,（三）双曲拱桥,特点：先“化整为零”，再“集零为整”,第二节 简单体系拱桥的构造,（2）单波的形式：跨径和载重 量小的单车道桥梁,1、主拱圈横截面形式,（1）多肋多波形式：多用,第二节 简单体系拱桥的构造,2、拱肋,（1）作用,主拱圈的骨架，主要承载结构,砌筑拱波、现浇拱板时，起支架作用,（2）要求：满足刚度、强度、稳定性要求,第二节 简单体系拱桥的构造,（3）截面形式,有利于拱肋、拱波、拱板之间的组合，增强主拱,满足承载要求,保证施工简单、施工安全,圈的整体性,第二节 简单体系拱桥的构造,（4）拱肋的分段,接头布置在自重作用下弯矩较小的地方,每一段长度50倍肋宽,跨径在30m以下时，拱肋整根预制吊装.,跨径大于30m时，分段预制.,第二节 简单体系拱桥的构造,3、拱波,参与主拱圈共同承载,现浇拱板时起模板作用,（1）作用,（2）一般用混凝土预制成圆弧形（不低于C20）,第二节 简单体系拱桥的构造,4、拱板,（1）作用：主拱圈的组成部分、起集零为整的作用,（2）现浇混凝土（不低于C20，按构造或受力要求配筋）,平板形,折线形,波形,（3）截面形式,第二节 简单体系拱桥的构造,5、横向连接构件,作用,位置,加强主拱圈的整体稳定性，使各拱肋在荷载作用下均匀受力,主拱圈受力不利处（拱顶、腹孔墩下、分段接头处），间距35m。,形式,横系梁：小跨径拱桥横隔板：大中跨径拱桥和宽桥,第二节 简单体系拱桥的构造,横隔板,横系梁,横隔板,第二节 简单体系拱桥的构造,第二节 简单体系拱桥的构造,（四）箱型拱桥,第二节 简单体系拱桥的构造,（1）U形肋多室箱组合截面（P316）,优点：不需顶模,缺点：现浇混凝土量大，盖板作用不大,第二节 简单体系拱桥的构造,（2）工字形肋多室箱组合截面（P316）,短翼板：不需设顶模和底模，但工字型肋的稳定性差,第二节 简单体系拱桥的构造,（2）工字形肋多室箱组合截面（P316）,长翼板：不需现浇混凝土，但底板与横隔板的焊接连 接麻烦,第二节 简单体系拱桥的构造,（3）闭合箱肋组合截面（P315）,优点：箱壁卧浇，质量好 闭合箱肋抗弯、抗扭刚度较开口大,第二节 简单体系拱桥的构造,二、拱上建筑的构造,实腹式拱桥,空腹式拱桥,（一）实腹式拱上建筑,侧墙拱腹填料护拱防水层泄水管变形缝桥面系,第二节 简单体系拱桥的构造,2、侧墙：挡住填料，并承受侧向推力,1、拱腹填料：填充式和砌筑式,3、护拱：便于敷设防水层和排水，加强主拱圈,第二节 简单体系拱桥的构造,（二）空腹式拱上建筑,第二节 简单体系拱桥的构造,腹孔,腹孔墩,（二）空腹式拱上建筑,1、腹孔,跨径一般在2.55.5m，不大于主跨径的1/8 1/15,（1）拱式腹孔,圬工拱桥，外形笨重，对地基承载要求高,腹拱宜等跨布置，对腹拱墩的受力有利,第二节 简单体系拱桥的构造,腹孔的布置范围：建筑高度所允许的范围内,第二节 简单体系拱桥的构造,（1）拱式腹孔,腹拱圈形式及材料,采用石砌、混凝土预制或现浇,圆弧板拱：矢跨比 1/21/6,双曲拱：矢跨比 1/41/8,微弯板：矢跨比 1/101/12,腹拱圈的厚度，与拱圈的形式及跨径有关。,第二节 简单体系拱桥的构造,靠桥墩的腹孔有两种做法：一是直接支承在桥墩 上，二是跨过墩顶，两侧的腹孔相连,（2）梁式腹孔,第二节 简单体系拱桥的构造,腹孔的结构形式,跨径小于10米，采用钢筋混凝土简支空心或实心板。,跨径在10-20米，采用预应力混凝土简支空心板。,跨径大于20米，采用预应力混凝土简支T梁。,第二节 简单体系拱桥的构造,（2）梁（板）式腹孔,采用简支结构时，除墩台支承处设伸缩缝外，一 般可采桥面连续。,腹孔梁采用活动性好的支座。,伸缩缝,伸缩缝,2、腹孔墩,（1）横墙式,可采用石料、混凝土预制块 砌筑或现浇混凝土,横墙可在横向挖空,厚度：石料砌筑：不小于0.6m 现浇混凝土：大于腹拱圈厚度的一倍,构造简单，节省钢材，适用地基好及有漂流物的情况,第二节 简单体系拱桥的构造,2、腹孔墩,（2）立柱式,立柱较高时，立柱间设置 横系梁，上下间距不大于6m,立柱尽量采用预制安装，保证连接牢固,厚度：纵向2540cm 横向：大于纵向厚度，一般5090cm,侧面做成竖直，以方便施工,第二节 简单体系拱桥的构造,88,1,掌握拱桥设计标高、矢跨比的确定,2,掌握多跨连续拱桥的布置,本 章 小 结,及矢跨比对内力的影响,3,掌握拱轴线的形式及适用情况,4,掌握拱圈截面变化规律,5,熟悉主拱的构造（双曲拱桥、箱型拱桥）,6,熟悉拱上建筑的构造,