桥梁课件第四章 拱桥56h

第四章第四章 拱拱 桥桥桥梁工程桥梁工程土木学院桥梁系土木学院桥梁系 张彦玲张彦玲第四章第四章 拱拱 桥桥桥梁工程桥梁工程1.1.概述概述2.2.拱桥构造拱桥构造3.3.拱桥设计拱桥设计4.4.拱桥计算拱桥计算5.5.拱桥施工拱桥施工第四章第四章 拱桥拱桥第四章第四章 拱拱 桥桥桥梁工程桥梁工程第一节第一节 概述概述 拱桥的基本特点及优缺点拱桥的基本特点及优缺点 拱桥的组成和分类拱桥的组成和分类拱桥的主要组成拱桥的主要组成拱桥的分类拱桥的分类 拱桥的发展史拱桥的发展史 拱桥实例介绍拱桥实例介绍第四章第四章 拱拱 桥桥桥梁工程桥梁工程 拱桥的主要承重结构是拱圈拱桥的主要承重结构是拱圈(肋肋)，在桥面竖向移动荷载，在桥面竖向移动荷载作用下桥墩或桥台不仅产生竖向反力而且产生水平推力。作用下桥墩或桥台不仅产生竖向反力而且产生水平推力。拱桥的基本特点拱桥的基本特点第四章第四章 拱拱 桥桥桥梁工程桥梁工程 跨越能力大；能充分做到就地取材；耐久性好，养护、维修费用跨越能力大；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。小；外形美观；构造较简单，有利于广泛采用。(1)自重较大自重较大，有推力有推力，增加了下部结构的工程量，对地基要求高；增加了下部结构的工程量，对地基要求高；(2)施工方法相对复杂，费用高，施工时间长施工方法相对复杂，费用高，施工时间长(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；了造价；(4)上承式拱桥的建筑高度较高上承式拱桥的建筑高度较高。主要优点：主要优点：主要缺点主要缺点：拱桥的优缺点拱桥的优缺点第四章第四章 拱拱 桥桥桥梁工程桥梁工程拱桥的主要组成拱桥的主要组成1-1-主拱圈主拱圈拱桥也是由上部结构（桥跨结构）和下部结构两大部分组成。拱桥也是由上部结构（桥跨结构）和下部结构两大部分组成。2-2-拱顶拱顶3-3-拱脚拱脚4-4-拱轴线拱轴线 5-5-拱腹拱腹6-6-拱背拱背7-7-起拱线起拱线8-8-桥台桥台9-9-基础基础10-10-护坡护坡11-11-拱上建筑拱上建筑第四章第四章 拱拱 桥桥桥梁工程桥梁工程 按材料：按材料：拱桥的分类拱桥的分类 位于浙江绍兴县沈家溇村，单孔马蹄型石拱桥，建于明正德六年位于浙江绍兴县沈家溇村，单孔马蹄型石拱桥，建于明正德六年(1511)十一十一月。拱圈为纵联分节并列砌置，每节用五块拱石，桥跨径月。拱圈为纵联分节并列砌置，每节用五块拱石，桥跨径4米，长米，长8米，宽米，宽3米，米，拱圈弧度为拱圈弧度为220。龙门石上有莲花浮雕、桥栏板、望柱等，造型别致。龙门石上有莲花浮雕、桥栏板、望柱等，造型别致。圬工拱桥圬工拱桥第四章第四章 拱拱 桥桥桥梁工程桥梁工程钢筋混凝土拱桥钢筋混凝土拱桥第四章第四章 拱拱 桥桥桥梁工程桥梁工程钢拱桥钢拱桥第四章第四章 拱拱 桥桥桥梁工程桥梁工程 按拱上建筑的形式：按拱上建筑的形式：实腹式实腹式第四章第四章 拱拱 桥桥桥梁工程桥梁工程空腹式空腹式第四章第四章 拱拱 桥桥桥梁工程桥梁工程 按桥面位置：按桥面位置：上承式上承式第四章第四章 拱拱 桥桥桥梁工程桥梁工程中承式中承式第四章第四章 拱拱 桥桥桥梁工程桥梁工程下承式下承式第四章第四章 拱拱 桥桥桥梁工程桥梁工程 按拱轴线：按拱轴线：涪陵乌江大桥位于四川省，桥址为涪陵乌江大桥位于四川省，桥址为V型河谷，水深流急，大桥全长型河谷，水深流急，大桥全长351.83m，桥高，桥高84m。主跨为。主跨为1跨跨200m钢筋混凝土箱形拱，拱上建筑为钢筋混凝土箱形拱，拱上建筑为13孔孔15.8m钢筋钢筋混凝土简支板，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，室箱，全宽全宽9m，由厚，由厚20cm的的40号钢筋混凝土顶底板及腹板组成。号钢筋混凝土顶底板及腹板组成。圆弧拱桥圆弧拱桥第四章第四章 拱拱 桥桥桥梁工程桥梁工程 红星桥位于湖南省酃县至郴县上，公路通过该线接上红星桥位于湖南省酃县至郴县上，公路通过该线接上106国道线。该桥跨越国道线。该桥跨越深谷，桥高达深谷，桥高达65m，主拱跨径，主拱跨径108.45m。主拱轴线采用。主拱轴线采用6次抛物线，左右采用次抛物线，左右采用8次抛物线的不对称拱线。次抛物线的不对称拱线。抛物线拱桥抛物线拱桥第四章第四章 拱拱 桥桥桥梁工程桥梁工程 洛阳龙门桥在河南省洛阳市南洛阳龙门桥在河南省洛阳市南12km处，跨越伊河，处于龙门石窟游览点入处，跨越伊河，处于龙门石窟游览点入口位置上。跨径为口位置上。跨径为60+90+60(m)的石拱桥，桥宽的石拱桥，桥宽12.6m，拱矢度，拱矢度1/8，主拱圈为，主拱圈为等截面悬链线。等截面悬链线。悬链线拱桥悬链线拱桥第四章第四章 拱拱 桥桥桥梁工程桥梁工程 按有无水平推力：按有无水平推力：成昆线一线天成昆线一线天桥石拱桥位于成昆桥石拱桥位于成昆铁路线上，桥位处铁路线上，桥位处两岸悬崖峭壁，沟两岸悬崖峭壁，沟深深200余米，宽余米，宽50余余米，拱桥两端紧接米，拱桥两端紧接隧道。该桥跨径隧道。该桥跨径54m，全长，全长63.14m，为，为中国目前跨径最大中国目前跨径最大的铁路石拱桥。的铁路石拱桥。有推力拱桥有推力拱桥第四章第四章 拱拱 桥桥桥梁工程桥梁工程 成昆线迎水河桥位于云南省境内，此地形表层为砂粘土夹碎石成昆线迎水河桥位于云南省境内，此地形表层为砂粘土夹碎石角砾，下为岩面。桥全长角砾，下为岩面。桥全长203.4m，主跨为，主跨为112m栓焊刚性梁柔性拱，栓焊刚性梁柔性拱，拱跨为拱跨为96m。无推力拱桥无推力拱桥第四章第四章 拱拱 桥桥桥梁工程桥梁工程 按主拱的截面形式：按主拱的截面形式：板拱截面板拱截面第四章第四章 拱拱 桥桥桥梁工程桥梁工程板拱截面板拱截面第四章第四章 拱拱 桥桥桥梁工程桥梁工程箱型截面箱型截面第四章第四章 拱拱 桥桥桥梁工程桥梁工程 按结构体系：按结构体系：简单体系拱简单体系拱、组合体系拱组合体系拱第四章第四章 拱拱 桥桥桥梁工程桥梁工程 桥面系结构不与主拱一起受力，主拱以裸拱的形式桥面系结构不与主拱一起受力，主拱以裸拱的形式作为主要承重结构。作为主要承重结构。三铰拱三铰拱简单体系拱简单体系拱两铰拱两铰拱无铰拱无铰拱第四章第四章 拱拱 桥桥桥梁工程桥梁工程外部静定结构。外部静定结构。优点：由于温度变化、混凝土的收缩、基础的不均匀优点：由于温度变化、混凝土的收缩、基础的不均匀沉降等原因引起的变形不会在拱内产生附加内力，计沉降等原因引起的变形不会在拱内产生附加内力，计算时无需考虑体系的弹性变形。算时无需考虑体系的弹性变形。缺点：铰的构造复杂、维护费工；拱的挠度曲线不匀缺点：铰的构造复杂、维护费工；拱的挠度曲线不匀顺，在铰处有明显转折，会引起活载的附加冲动，对顺，在铰处有明显转折，会引起活载的附加冲动，对行车不利；另外其刚度也小，降低了抗震能力。行车不利；另外其刚度也小，降低了抗震能力。适用：小跨径公路桥。适用：小跨径公路桥。三铰拱三铰拱第四章第四章 拱拱 桥桥桥梁工程桥梁工程瑞士萨尔基那山谷桥（瑞士萨尔基那山谷桥（Salginatobel Brcke）罗伯特罗伯特.梅拉尔特（梅拉尔特（Robert Maillart）于）于1930年设计建造，跨越阿尔年设计建造，跨越阿尔卑斯山萨尔基那峡谷，是一种很经济的混凝土镰刀形上承式三铰拱桥，卑斯山萨尔基那峡谷，是一种很经济的混凝土镰刀形上承式三铰拱桥，跨径跨径90米，已成为世界名桥。米，已成为世界名桥。“在桥上漫步是一种真正的精神上的享受。你和高山、白云、蓝天那在桥上漫步是一种真正的精神上的享受。你和高山、白云、蓝天那么靠近，它构成了阿尔卑斯山的一幅美妙的风景画。么靠近，它构成了阿尔卑斯山的一幅美妙的风景画。”“该桥的所有部该桥的所有部分都恰到好处，无可挑剔。分都恰到好处，无可挑剔。”“这是真正的艺术和桥梁结合的精品。这是真正的艺术和桥梁结合的精品。”第四章第四章 拱拱 桥桥桥梁工程桥梁工程外部一次超静定结构。外部一次超静定结构。特点：结构整体刚度比三铰拱大。基础的竖直不均匀特点：结构整体刚度比三铰拱大。基础的竖直不均匀沉降或墩台转动，对它的内力没有影响，混凝土收缩、沉降或墩台转动，对它的内力没有影响，混凝土收缩、徐变和温度变化所产生的附加力也比无铰拱小。徐变和温度变化所产生的附加力也比无铰拱小。适用：基础可能发生位移之处或平坦的拱桥中。适用：基础可能发生位移之处或平坦的拱桥中。两铰拱两铰拱第四章第四章 拱拱 桥桥桥梁工程桥梁工程 法国跨越洛特河的克拉雷克桥，是一座三跨双铰拱桥，法国跨越洛特河的克拉雷克桥，是一座三跨双铰拱桥，其月牙形的坦拱形态优美、轻盈、空透。其月牙形的坦拱形态优美、轻盈、空透。第四章第四章 拱拱 桥桥桥梁工程桥梁工程外部三次超静定结构。外部三次超静定结构。优点：构造简单，刚度大而活载内力较小，维修费用优点：构造简单，刚度大而活载内力较小，维修费用省，必要时还可将拱脚浸没在水中以获得较大的矢跨省，必要时还可将拱脚浸没在水中以获得较大的矢跨比。比。缺点：由于混凝土收缩、徐变、温度变化和基础不均缺点：由于混凝土收缩、徐变、温度变化和基础不均匀沉降所产生的附加变形，特别当矢跨比较小时，将匀沉降所产生的附加变形，特别当矢跨比较小时，将发生不可忽视的附加内力。发生不可忽视的附加内力。适用：气温变化剧烈和地质不良地方不宜采用。适用：气温变化剧烈和地质不良地方不宜采用。无铰拱无铰拱第四章第四章 拱拱 桥桥桥梁工程桥梁工程无推力的组合体系拱无推力的组合体系拱拱的推力由系杆承受，墩台不受水平推力。拱的推力由系杆承受，墩台不受水平推力。有推力的组合体系拱有推力的组合体系拱 此种组合体系拱没有系杆，有单独的梁和此种组合体系拱没有系杆，有单独的梁和拱共同受力，拱的水平推力由墩台承受拱共同受力，拱的水平推力由墩台承受。组合体系拱组合体系拱第四章第四章 拱拱 桥桥桥梁工程桥梁工程柔性系杆刚性拱柔性系杆刚性拱系杆拱系杆拱无推力的拱梁组合桥无推力的拱梁组合桥刚性系杆柔性拱刚性系杆柔性拱朗格尔拱朗格尔拱刚性系杆刚性拱刚性系杆刚性拱洛泽拱洛泽拱用斜吊杆来代替竖直吊杆时称用斜吊杆来代替竖直吊杆时称为尼尔森拱。为尼尔森拱。第四章第四章 拱拱 桥桥桥梁工程桥梁工程系杆的刚度远小于拱肋的刚度，可以假定忽略系杆承受系杆的刚度远小于拱肋的刚度，可以假定忽略系杆承受的弯矩。此时认为弯矩均由拱肋承受，系杆只受拉。的弯矩。此时认为弯矩均由拱肋承受，系杆只受拉。柔性系杆刚性拱：柔性系杆刚性拱：假设系杆和吊杆均为柔性杆件，只受轴力而无压力和假设系杆和吊杆均为柔性杆件，只受轴力而无压力和弯矩；拱肋视作普通拱桥的拱肋，为偏心受压构件。弯矩；拱肋视作普通拱桥的拱肋，为偏心受压构件。第四章第四章 拱拱 桥桥桥梁工程桥梁工程适用跨度适用跨度20-30m；矢跨比一般为；矢跨比一般为1/4-1/5。拱肋高度：公路桥一般为跨径的拱肋高度：公路桥一般为跨径的1/301/50；铁路桥一般为跨径的铁路桥一般为跨径的1/251/40。随着跨径和荷载的增大，拱肋截面尺寸增大较快，系随着跨径和荷载的增大，拱肋截面尺寸增大较快，系杆和拱肋的联接部位更加复杂，故在大跨、重载条件杆和拱肋的联接部位更加复杂，故在大跨、重载条件下较少采用。下较少采用。第四章第四章 拱拱 桥桥桥梁工程桥梁工程拱肋的刚度远小于系杆的刚度，可以假定忽略拱肋承受拱肋的刚度远小于系杆的刚度，可以假定忽略拱肋承受的弯矩，此时系杆受拉、弯，拱肋只受轴向力，故称柔的弯矩，此时系杆受拉、弯，拱肋只受轴向力，故称柔性拱。性拱。刚性系杆柔性拱：刚性系杆柔性拱：奥地利奥地利Langer首创，故称朗格尔梁。首创，故称朗格尔梁。第四章第四章 拱拱 桥桥桥梁工程桥梁工程该体系相当于把桁架弦杆与