《道路与桥隧工程》课件：第八章 拱桥.ppt

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1、,第八章 拱桥,了解拱桥的特点与基本构造,学习要求,熟悉拱桥施工方法与施工工艺,了解拱桥类型与特点,熟悉拱桥的基本构造与拱桥的组成,掌握拱桥的各种施工工艺与流程,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,8.1 拱桥的构造,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）鲁浦大桥（L=550m）。,图2 1997建成的四川万县长江大桥（L=420m),图3

2、360m 广州丫髻沙特大桥,8.1 拱桥的构造,图 4 1932澳大利亚503m悉尼钢拱桥,8.1 拱桥的构造,2、拱桥的受力特点：,承重结构：主拱,拱桥的基本图示,在竖向荷载的作用下，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。,8.1 拱桥的构造,由于这个水平推力的存在，使拱体内的弯矩大为减小，主拱是以受压为主的压弯构件，可以利用材料的抗压强度。,可用以钢，钢筋混凝土，混凝土，石，砖等材料修建。,圬工拱桥：用砖、石、混凝土等圬工材料修建的拱桥,8.1 拱桥的构造,3、主要优缺点：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

3、泛采用。,8.1 拱桥的构造,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；2)圬工拱桥不能采用机械化和工业化的施工方法，需要较多的劳动力，施工工期长；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,8.1 拱桥的构造,一、拱桥的基本组成 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

4、结构是由主拱圈、拱上建筑等组成。,拱桥的基本图示,8.1 拱桥的构造,8.1 拱桥的构造,二、拱桥的主要类型及其特点,8.1 拱桥的构造,1990湖南凤凰县的乌巢河桥（L=120m）,8.1 拱桥的构造,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。,8.1 拱桥的构造,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，,8.1 拱桥的构造,1、简单体系拱桥和组合体系拱桥,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

5、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。,（一）按照结构体系分类,8.1 拱桥的构造,1、板拱桥：主拱圈采用矩形实体截面。构造简单、施工方便，使用广泛。自重较大，不经济，通常在地基较好的中小跨径圬工拱桥中采用。,2、肋拱桥：肋拱桥由两条或两条以上分离式拱肋组成承重结构的拱桥，拱肋之间靠横

6、向联系梁连接成整体而共同受力.这种桥横截面面积较小，节省材料,自重轻,跨越能力大，多用于较大跨径的拱桥。可以用圬工、钢筋混凝土、钢材建造。,（二）按照主拱的截面型式分类,8.1 拱桥的构造,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。,8.1 拱桥的构造,3、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

7、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。,双曲拱桥（中国首创的一种拱桥型式）,8.1 拱桥的构造,4、箱形拱桥：箱形拱桥拱圈横截面由几个箱室组成。截面挖空率大，可达全截面的50%-70%，较实体板拱桥可减少圬工用料与自重，适用于大跨度拱桥。截面抗扭刚度大，横向整体性和稳定性好，特别适用于无支架施工。,箱形拱闭合箱的构造,8.1 拱桥的构造,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

8、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,8.1 拱桥的构造,主拱圈的构造,一、板拱二、肋拱三、箱形拱四、桁架拱五、刚架拱桥六、钢管混凝土拱桥,8.1 拱桥的构造,一、板拱：,1、拱圈截面：实体的矩形截面；2、拱轴线的类型：圆弧拱和悬链线拱；3、石料规格：料石拱，块石拱和片石拱；石料强度等级不得小于300MPa；,8.1 拱桥的构造,4、砌筑要求：(1)砌缝应是辐射方向，与拱轴线相垂直，且

9、成通缝；(2)多层砌筑时要求垂直于受压面的顺桥向砌缝错开，间距不小于10cm；,8.1 拱桥的构造,(3)横截面内，竖向砌缝应当错开，错开宽度至少10cm；增加砌体的抗剪强度和整体性。(4)砌缝的缝宽不应大于2cm。,8.1 拱桥的构造,(5)主拱圈与墩台连接处，应采用五角石，以改善连接处的受力状况。,8.1 拱桥的构造,二、肋拱：,组成：由两条或多条分离的平行拱肋，以及立柱、横梁、行车道。适用：大、中跨径的拱桥。,8.1 拱桥的构造,三、箱形拱：,在横向将拱圏截面划分成一些箱肋，在纵向箱肋分段，采用预制装配施工方法，拼装成拱后，再浇筑混凝土连成整体。,8.1 拱桥的构造,主要特点：(1)截面

10、挖空率大，可达全截面的50%-70%，可大量节省圬工体积，减轻重量；(2)中性轴大致居中，对于抵抗正负变矩具有几乎相等的能力，能够适应各截面正负弯矩变化的情况；(3)闭合空心截面，抗弯抗扭刚度大，拱圈的整体性好；(4)单根箱肋的刚度大，稳定性好，便于无支架吊装；(5)预制箱肋的宽度较大，施工操作方便，易于保证质量；(6)制作要求高，起吊设备多；,8.1 拱桥的构造,四、桁架拱桥：,20世纪80年代开始发展，在中小跨径上运用；90年代，路径逐步增大，最大达到330m；,8.1 拱桥的构造,特点：外形轻巧美观，在结构上兼有桁架和拱的特点，各部件截面尺寸较小，重力较轻，节省材料，整体性能好，装配化程

11、度高，施工程序少。组成：桁架拱片、横向联系和桥面系；其中：桁架拱片是主要承构件；,8.1 拱桥的构造,1、桁架拱片：上弦杆、下弦杆、腹杆(斜杆和竖杆)。,8.1 拱桥的构造,2、横向联系：目的：为了将各桁架拱片连成整体，使之共同受力，并保证横向的稳定性，需要在桁架拱片之间设置横向联系；类型：横系梁、横隔板和剪力撑。,3、桥面：横向微弯板、纵向微弯板和预应力混凝土空心板。4、桁架拱与墩台的连接：悬臂式、过梁式、伸入式；,8.1 拱桥的构造,五、刚架拱桥：,特点：有推力的高次超静定结构，具有构件少、自重轻、整体性好、刚度大、施工简便、经济指标较先进，造型美观等优点。组成：刚架拱片、横向联系和桥面系

12、等部分组成。,8.1 拱桥的构造,刚架拱片：主要承重结构。实腹段主梁、空腹段的次梁、主拱腿、次拱腿等构成。,8.1 拱桥的构造,六、钢管混凝土拱桥：,1、优点：一方面：提高了材料的强度；减轻了拱圈的自重；另一方面：主拱圈自成为自架设体系，劲性骨架便于无支架施工；2、主拱圈构造：(1)单管截面；(2)哑铃形断面；(3)桁架拱肋；(4)箱形拱肋；,1997建成的四川万县长江大桥（L=420m),8.1 拱桥的构造,3、横向联系：中承式拱桥，桥面下，采用刚度较大的K式或X式横撑，以加强拱脚段的横向刚度；桥面上，考虑行车高度后，设置钢管焊接；,1990四川旺苍115米东河桥,8.1 拱桥的构造,4、桥

13、面系：梁板式结构；减轻自重，方便施工；5、立柱与吊杆：传力结构；立柱：用于上承式和中承式拱桥上承部分；吊杆：中、下承式拱桥；,8.1 拱桥的构造,嵊州大桥长563.8m，桥面宽36m，设计荷载为：城A级，人群3.5KN/m2，设计车速：50Km/h。其中主桥采用2136m(计算跨径为132m)跨径的下承式钢管砼系杆拱桥，南北引桥均为322 m+326m跨径的预应力砼连续箱梁，全桥下部结构均采用钻孔灌注桩基础。主桥连接方式为外部静定内部高次超静定的简支方式。缆索吊体系：缆索吊跨度设计为320m，塔架为双柱式门架，高度66m。,8.1 拱桥的构造,嵊州大桥：,8.1 拱桥的构造,嵊州大桥：,8.1

14、 拱桥的构造,嵊州大桥：,嵊州大桥：,8.1 拱桥的构造,嵊州大桥：,8.1 拱桥的构造,嵊州大桥：,嵊州大桥：,8.1 拱桥的构造,嵊州大桥：,8.1 拱桥的构造,一、实腹式拱上建筑；二、空腹式拱上建筑；三、其它细部构造；,拱上建筑的构造,8.1 拱桥的构造,拱上建筑类型分实腹式拱桥，空腹式拱桥两大类,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

15、等引起的变形，而主拱圈变形又使拱上建筑产生附加力。,8.1 拱桥的构造,（一）、实腹式拱上建筑：,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。,8.1 拱桥的构造,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。,（二）、空腹式拱桥,1、拱形腹拱：,8.1 拱桥的构造,（1）、腹拱的跨径：（2）、腹拱的矢跨比：（3）、腹拱的拱轴线：（4）、腹拱圈的厚度：（5）、腹拱在墩台处的支承形式：,拱形腹拱,8.1 拱桥的构造,2、梁式腹拱：,8.1

16、 拱桥的构造,3、腹孔墩：,（1）、横墙（立墙）式：通常用石料或混凝土预制块砌筑；（2）、立柱式：由立柱和盖梁组成的钢筋混凝土排架结构；,8.1 拱桥的构造,（1）拱上填料、桥面及人行道：拱上填料作用：能起到扩大车辆荷载分布面积的作用的同时，还能减少车辆荷载的冲击作用；石拱桥：厚度不小于50cm；双曲拱桥：厚度不小于30cm；当填土厚度超过上述值时，可不计汽车荷载冲击力的作用。拱桥的行车道和人行道的桥面铺装与梁桥的基本相同。,（三）、其它细部构造,（2）伸缩缝与变形缝：作用：使拱上建筑适应主拱圈的变形，设置伸缩缝使拱上建筑与墩台分离，并使拱上建筑和主拱圈一起自由的变形，避免引起腹拱、腹孔墩及侧

17、墙的开裂。相对变形大的位置设置伸缩缝；相对变形小的位置设置变形缝；,8.1 拱桥的构造,伸缩缝与变形缝：实腹式：伸缩缝通常设置在拱脚的上方；拱式拱上结构的空腹式，一般在靠近第一个腹孔圈做成三铰拱，并在靠近拱铰上方的侧墙上，相应地设置伸缩缝；其余设置变形缝；,8.1 拱桥的构造,（3）桥面排水和防水措施：,顺桥纵坡排水；拱腹填料透水；防水层截水；泄水管泄水；盲沟引水；,8.1 拱桥的构造,防水层的类型：石灰三合土或胶泥防水层：沥青麻布防水层：,8.1 拱桥的构造,（4）拱脚：,（三）、其它细部构造,设置拱脚的情形：主拱圈设计为两铰拱或三铰拱时；空腹式拱桥腹拱圈设计为两铰拱或三铰拱时；施工过程中，

18、设置的临时铰；前二者，永久使用，构造较为复杂，造价高；后者，构造简单，施工方便。,弧形铰,8.1 拱桥的构造,铅垫铰,平铰,8.1 拱桥的构造,不完全铰,8.1 拱桥的构造,拱架形式,常备式钢拱架,墩架式拱架,满布式拱架,工字梁拱式拱架,桁架拱式拱架,拱架的构造,8.2 拱桥的施工,（1）满布式拱架,支架基础要稳固。基础为石质时，将表土挖去，立柱根部岩面应凿低、凿平。基础为密实土时，如果施工期不会被流水冲刷，则采用枕木或铺砌石块做支架基础；基础为松软土质时，需采用桩基、框架结构或其他加固措施施工,8.2 拱桥的施工,（2）墩架式拱架,墩架式拱架的构造,8.2 拱桥的施工,大跨度拱现浇支架的构造

19、,8.2 拱桥的施工,（3）常备式钢拱架 1）工字梁拱式拱架,工字梁拱式拱架的构造,工字梁拱架的拼装,8.2 拱桥的施工,2）桁架拱式拱架,桁架拱式拱架的构造,东岗镇黄河桥施工钢拱架,8.2 拱桥的施工,逐根安装 半孔吊装 悬臂法逐节拼装 半孔旋转法安装,拱架的制作与安装,8.2 拱桥的施工,悬臂法逐节拼装,8.2 拱桥的施工,半孔旋转法安装,8.2 拱桥的施工,1.拱圈的施工,（1）基本要求（2）连续灌筑法（3）分段灌筑法（4）分环灌筑法（5）钢管混凝土灌注,拱圈灌筑顺序,拱圈及拱上建筑的施工,8.2 拱桥的施工,2.拱上建筑的施工 3.拱架卸落与拆除（1）落架设备 木楔、砂筒、千斤顶,卸落

20、设备,8.2 拱桥的施工,（2）落架设备的布置（3）拱架的拆除,8.2 拱桥的施工,缆索起重机采用万能杆件作支架，钢丝绳作为承重索及运行轨道，配以牵引系统和起重系统进行水平和竖直运输的大型吊装设备。,拱桥拼装施工,8.2 拱桥的施工,8.2 拱桥的施工,本缆索起重机主要有固定式钢塔架（万能杆件）、索鞍滑道、滑移式索鞍、承重索导挠系统、牵引导挠系统、起重索导挠系统、运行小车、定滑轮和动滑轮组、U形吊钩系，悬链式支索机构、承重索平衡机构、动力源(80KN单筒卷扬机4台、250KN双筒卷扬机4台)，电控柜、防雷、防空灯系、各缆风绳和地锚系等十八个系组成单跨二索制(主索2800KN)。,8.2 拱桥的

21、施工,主地锚基础,8.2 拱桥的施工,主塔架是整个缆索起重机的支撑结构，共分两部分：塔架滑道和塔身。塔架滑道是缆索起重机的基础结构和滑移系统，采用36b槽钢作为滑道，2根40b工字钢为滑体构成，U型钢筋卡住滑道并与基础预埋件连接。,8.2 拱桥的施工,塔身,塔身为门式结构，净高96m，立柱中心距20m，上中下设四道连系梁。结构采用万能杆件进行组装，其特点是构件重量小、组装方便、强度较高。在塔架顶部使用万能杆件制作一门式支架，进行索鞍机构的吊装。塔架前侧悬挑一操作平台，便于运行小车的安装和检修。,8.2 拱桥的施工,索鞍机构共分六部分：索鞍滑道、索鞍台车、前侧支架、牵引索转向卧轮、张紧过渡轮及牵

22、引、起重导向轮。,8.2 拱桥的施工,图1 索鞍台车、索鞍滑道、起重 牵引导向轮、牵引索转向卧轮、前侧支架,图2 牵引索转向卧轮,图3 张紧过渡轮,图1,图2,图3,工作索,为保证6根承重索在使用中均匀受力和垂度的调整，在承重索后部安装了滑轮组机构，使其在受力后自行调整并可随时调整承重索的垂度。,8.2 拱桥的施工,牵引导绕系统,牵引导绕系统是对运行小车沿承重索进行水平行走的动力设备。动力设备采用“一进一出双线”制28T双筒卷扬机，配以42钢丝绳经过各导向滑轮与运行小车两侧连接。,8.2 拱桥的施工,图1 牵引系统的动力设备，25T双筒摩擦式卷扬机,图2 塔架下部转向机构,图3 塔架顶部索鞍机

23、构转向滑轮,图1,图3,图2,起重导绕系统,起重导绕系统是缆索起重机对构件进行竖直运输的控制系统。它采用8T单筒卷扬机配以26mm不旋转钢丝绳，经过各导向滑轮与运行小车下部动、定滑轮组缠绕，形成起重设备。,8.2 拱桥的施工,图1 起重系统的动力设备，特制大容绳量的8T单筒卷扬机，最大容绳量为1700m。,图2 起重索在塔架下部的导向滑轮,图1,图2,8.2 拱桥的施工,图3 侧缆风绳与塔架连接,后背索是平衡承重索张力、保证支架竖直度的重要平衡体系。侧缆风是在支架安装过程中起到抵抗台风保证支架稳定及在缆索起重机使用过程中辅助后背索平衡整个缆索起重机体系。,图1 后背索缆风绳,图2 36m、64

24、m、96m侧缆风绳,图1,图3,图2,在河流的两岸或适当位置，利用地形或使用简便的支架先将半桥预制完成，然后以桥梁本身为转动体，使用一些机具设备，分别将两个半桥转动到桥的轴线位置合龙成桥的施工方法。可应用在拱桥、梁桥、斜拉桥、斜腿刚架等桥型的上部结构施工。,转体施工,8.2 拱桥的施工,转体施工可采用平面转体、竖向转体或平竖结合转体以下将以平竖结合转体为例介绍转体施工的主要步骤。背景工程为广州丫髻沙大桥转体施工,8.2 拱桥的施工,1.进行两岸主墩及边墩桩基承台施工 2.进行转盘滑道 3.两岸分别搭设主拱肋及边拱肋劲性骨架拼装施工,第一步：,8.2 拱桥的施工,第二步：,1.安装边拱劲性骨架，

25、主拱肋及横撑 2.安装拱座索塔 3.灌注边拱及索塔钢管砼，浇筑边拱横 隔板，端横梁及拱肋压重砼,8.2 拱桥的施工,第三步：,1.安装边转扣及其张拉设备,8.2 拱桥的施工,第四步：,1.同步张拉各扣索将主拱肋竖转至设计标高,8.2 拱桥的施工,第五步：,1.安装平转牵引索及张拉设备 2.拆除边拱支架 3.将两岸转动体结构分别平转到位 4.进行主拱跨中瞬时合拢,8.2 拱桥的施工,第六步：,1.焊接主拱合拢段 2.封固拱座上、下转盘 3.恢复边拱支架 4.浇筑边拱肋及端横梁砼,8.2 拱桥的施工,第七步：,1.放松并拆除扣索,8.2 拱桥的施工,第八步：,1.固结主拱脚 2.拆除索塔,8.2

26、拱桥的施工,本章介绍了拱桥的基本组成、主要特点、分类、主拱圈的构造以及拱上建筑的构造、拱上填料的作用、桥面铺装的类型、伸缩缝与变形缝等内容。介绍了在拱桥施工过程中常采用的方法，譬如:有支架施工、装配式施工（缆索吊装施工）、转体施工、悬臂施工等方法，以及每种施工方法的施工工艺、过程、注意事项、要点等。,2007年湖南凤凰桥垮塌事故应引起我们桥梁建设者尤其是设计者反省：对于高墩连拱拱桥而言，即便是理论计算上可行，仍然要充分考虑施工过程的风险，以确保人民生命财产安全。,1、拱桥一般由哪些材料建成?2、按照静力图式拱桥分为哪几种类型?3、按照桥面所处空间位置，拱桥又可以分为几类?4、主拱圈的截面形式有

27、哪几种?5、箱形拱桥有哪些特点?6、钢管混凝土拱桥具有哪些优点和缺点?7、劲性骨架混凝土拱桥有哪些特点?8、箱形截面拱的组成方式有哪几种?9、上承式拱桥的拱上建筑主要有哪几种构造方式?10、空腹式拱上建筑梁式腹孔有哪几种形式?11、空腹式拱上建筑的拱式腹孔拱圈可采用哪几种形式?12、实腹式拱上建筑的拱背填料做法有哪两种形式?13、空腹式拱上建筑的腹孔墩主要有哪两种形式?14、拱桥一般在哪些部位设置伸缩缝或变形缝?两者有何区别？15、拱桥有支架施工的工艺过程？拱架的分类、特点、制作与安装、卸架设备？16、拱桥装配式施工的特点？17、拱桥转体施工法的分类、工艺过程？18、拱桥悬臂施工法的施工要点？,