拱式桥桥的构造与设计.ppt

第7章 拱式桥梁的构造与设计,拱桥的现状和发展,古代拱桥:拱轴曲线造型的千变万化，其中最具有代表意义的是建于 公元 595-605年的赵州桥（如图1所示，跨径L=37m）,图1 赵州桥,当代拱桥：结构型式与施工方法的丰富多彩如，97年 建成的重 庆万县长江大桥（图2所示，L=420m），广州丫髻 沙特大桥（图3，L360m），1932建成的澳大利亚 悉尼钢拱桥（图4，L 503m）及正在建设的鲁浦大 桥（L=550m）。,图2 1997建成的四川万县长江大桥（L=420m),图3 360m 广州丫髻沙特大桥。,7.1.1 拱桥的受力特点,图 4 1932澳大利亚503m悉尼钢拱桥,承重结构：主拱,拱桥的基本图示,支承处不仅产生竖 向反力，还产生水平推力，从而使拱主要受压,桥梁与道路结构,拱式桥,、拱桥的基本特点：主要优点跨越能力大；能充分做到就地取材；耐久性好，养护、维修费用小；外形美观；构造较简单，有利于广泛采用。,主要缺点：1）是有推力的结构，而且自重较大，因而水平推力也较大，增加了下部结构的工程量，对地基 要求也高；3）由于水平推力较大，在连续多孔的大、中桥中，为防止一孔破坏而影响全桥的安全，需要采取较复杂的措施，或设置单向推力墩，增加了造价；4）上承式拱桥的建筑高度较高。,拱桥的缺点正在逐步得到改善和克服：200600m范围内，拱桥仍然是悬索桥和斜拉桥的竞争对手,、拱桥的组成 根据行车道的位置，拱桥可以分成：上承式、下承式和中承式三种类型如下图所示：一般上承式拱桥，桥跨结构是由主拱圈、拱上建筑等组成。,拱桥的基本图示,桥梁与道路结构,拱式桥,桥梁与道路结构,拱式桥,、拱桥的主要类型及其特点,桥梁与道路结构,拱式桥,、拱式桥梁的结构体系,拱桥按受力图式的分类,简单体系拱桥：可以做成上承式，中承式，下承式，均为有推力拱。,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。,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。,两铰拱：一次超静定结构，介于三铰拱和无铰拱之间。,7.2 拱桥的结构体系与总体布置,2、组合体系拱桥,组合体系拱桥：在拱式桥跨中，行车系与拱组合，共同受力。同样，组合拱可以做成上承式、中承式和下承式。常用的有以下几种形式：,无推力拱（使用较广泛）：拱的推力由系杆承受，墩台不受水平推力,有推力拱：此种组合体系拱没有系杆，有单独的梁和拱共同受力，拱的水平推力任由墩台承受。,、总体布置,总体布置,确定桥梁长度及分孔,确定桥梁的设计标高和矢跨比,正确处理不等分孔问题,桥面标高，拱顶底面标高，起拱线标高，基础底面标高,混凝土拱桥矢跨比1/41/8箱型拱桥矢跨比1/61/10,采用不同的矢跨比采用不同的拱脚标高调整拱上建筑的重力采用不同的拱跨结构,7.3 主拱圈的构造与尺寸拟定,根据主拱圈截面形式可分为：板拱，肋拱，双曲拱，箱形拱等。,、板拱,板拱是指主拱（圈）采用整体实心矩形截面的拱。按照主拱所采用的材料，可分为石板拱、混凝土板拱和钢筋混凝土板拱等。这部分主要介绍钢筋混凝土板拱,板拱的宽度,拱圈的厚度,拱圈截面的变化规律,截面变化规律,其中 N自拱顶向拱脚逐渐增大，但M变化复杂与结构体系和截面惯性矩I有关，下图为结构体系和截面惯性矩对弯矩的影响。,拱截面正应力,无铰拱通常可用惯性矩从拱顶向拱脚逐渐增大的变化（见下图），计算公式可采用Ritter公式：,上式中：I为任意截面的惯性矩；Id为拱顶截面的惯性矩；为任意截面的拱轴线倾角；n拱厚变化系数，可用拱脚处的边界条件=1求得：,钢筋混凝土板拱的构造,Ij和j分别为拱脚截面的惯性矩和倾角,纵向受力钢筋：最小配筋率0.2%0.4%,2、板肋拱,肋拱：拱圈截面由板和肋组成的拱桥。,、肋拱,肋拱：用两条或多条分离的平行窄拱圈即拱肋作为主拱圈的拱具有自 重轻，恒载内力小，可以充分发挥钢筋混凝土等材料的性能，在 大中型拱桥中得到广泛应用,肋拱截面形式,矩形，肋高h(1/401/60)L，宽b=(0.52.0)h,工字形截面肋高h(1/251/35)L，宽b=(0.40.5)h,管形肋拱,箱形肋拱（后面介绍）,、箱形拱,箱形板拱：主拱圈由多室箱构成的拱，箱形拱通常采用预制拼装 施工。,多条闭合箱肋组成的多室箱形截面,拱圈截面尺寸拟定,拱圈高度,h拱圈高度L0 净跨度 取为0.60.8,拱圈宽度,箱肋宽度,与吊装能力有关，一般1.2m1.7m,顶底板及腹板,顶底板厚度一般为15cm22cm两外腹板一般为12cm15cm内箱腹板一般为4cm5cm为保证安全，应进行压溃及局部应力检算,设置位置：,箱肋接头,作用：保证整体性,钢筋布置：首先满足使用要求，其次满足施工（吊装等）阶段受力要求,桥梁与道路结构,拱式桥,、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，因此，只宜在中小跨径桥梁中采用。,同济大学桥梁系,叶爱君,桥梁与道路结构,拱式桥,拱桥细部构造,桥梁与道路结构,拱式桥,四、拱桥实例介绍,我国公路桥中70%为拱桥。我国多山，石料资源丰富，拱桥取材以石料为主。,1）圬工拱桥（石拱桥以及拱圈不配钢筋的混凝土拱桥，跨越能力较小）,桥梁与道路结构,拱式桥,2）双曲拱桥（中国首创的一种拱桥型式）,桥梁与道路结构,拱式桥,3）肋拱桥,1988广东广州流溪桥（L=90m）钢筋混凝土箱肋中承式拱，拱矢度1/4.5，全桥采用喷塑装修工艺，建筑宏伟壮丽，已成为公园的重要景观。,1983 台湾台北关渡桥（L=165m）中承式5孔连续系杆拱桥，中间孔跨度为165m，两侧孔跨度为143m及44m，拱圈为抛物线。,1990江苏丹阳云阳桥（L=70m）跨越京杭大运河，无粘结预应力系杆拱，3根拱肋，矢度1/5，拱轴系数m=1.0，单箱高1.5m，行车道刚性纵梁和无粘结预应力柔性系杆分开。预制安装法施工.,1992 广东开平三埠桥（L=60m）单拱肋预应力混凝土系杆拱，单拱肋置于车行道中央分隔带上。,1994台湾台北碧潭桥（L=160m）桥面由预制预应力混凝土单箱组成，并配以Y型悬臂拱圈，形成主跨为160m及2x100m无推力拱桥。引桥跨度分别为85m及57m，全桥以简洁明快的弧形曲线构成，与远山近水相协调。,1990四川宜宾小南门桥(=240m)主桥系中承式钢筋混凝土肋拱桥，矢度1/5，是当时国内跨径最大的钢筋混凝土拱桥。该桥采用劲性钢骨架施工法，缆索吊装。,桥梁与道路结构,拱式桥,4）箱 拱桥,1979四川省宜宾市金沙江大桥（L=150m）中国采用缆索吊装施工、跨径最大的钢筋混凝土箱形拱。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；纵向分5段预制，缆索吊装就位后再组合成整体箱。,1989四 川涪陵乌江大桥（L=200m）桥高84m，矢跨比1/4，主拱圈采用3室箱。涪陵乌江大桥采用转体法施工，先在两岸上、下游组成3m宽的边箱，待转体合拢后吊装中箱顶、底板，最后组成3室箱。,1997四川万县长江大桥 L=420m)劲性骨架钢筋混凝土箱形拱桥,桥梁与道路结构,拱式桥,5）刚架拱桥,1989江苏无锡100米下甸桥 变截面，四分点附近截面高度最大，分别向拱脚、跨中减小。取消斜撑，拱上建筑采用23m预应力混凝土简支梁以过渡。,1993江西德兴130米太白桥 采用转体施工。,桥梁与道路结构,拱式桥,6）桁架拱桥,1976浙江宁海75米越溪桥 主孔为净跨75m的预应力混凝土桁架拱，拱矢度1/9；边孔为净孔40m的双曲拱，,1971浙江余杭50米里仁桥 钢筋混凝土斜拉杆式桁架拱桥。拱圈矢跨比为1/8。全桥布置4片拱片，在上弦杆覆盖微弯板混凝土桥面。预制拱片卧置叠浇，分段用浮吊起吊、翻身和吊装，在三分点处设临时支托，浇筑湿接头混凝土。,桥梁与道路结构,拱式桥,7）桁式组合拱桥中国首创的一种桥型，它除保持桁式拱结构用料省、竖向刚度大等特点外，更具有桁梁的特性和可以采用悬臂法施工、施工阶段和运营阶段的受力趋于一致等优点。,1990四川自贡160米牛佛沱桥 桁式组合拱为三室箱形截面，桁架片按节段分件预制，采用人字扒杆悬拼安装。,桥梁与道路结构,拱式桥,8）钢管混凝土拱桥,1998浙江义乌80米宾王桥 单肋钢管混凝土系杆拱桥，中跨矢跨比1/5，矢高15.6m；边跨矢跨比1/4.5，矢高11.87m。,1990四川旺苍115米东河桥 下承式钢管混凝土预应力系杆拱桥，矢度1/6。两片拱肋间用直径800mm横撑连接以保持其稳定性。活载作用下拱脚的水平推力由系杆及桥墩共同承担。钢管拱肋实际上是一种复合材料，在破坏荷载作用下，钢管不仅起纵筋的作用，而且对混凝土起螺旋箍筋的作用，以提高构件的承载能力。在施工阶段，钢管起着劲性骨架的作用。,360m 广州丫髻沙特大桥三跨连续自锚式中承式钢管混凝土拱桥。以高强预应力钢铰线作为系杆，拱座基础只有较小水平推力。主拱采用中承式双肋悬链线无铰拱，矢跨比为1/4.5。每片拱肋由6750钢管混凝土组成，由横向平联板、腹杆连接成为钢管混凝土桁架。边拱采用上承式双肋悬链线半拱，每片拱肋由钢筋混凝土单箱单室截面组成。转体施工法。,桥梁与道路结构,拱式桥,1932澳大利亚503m悉尼钢拱桥,1977美国518.2m New River桥,9）钢拱桥,