圬工和钢筋混凝土拱桥.docx

第三篇圬工和钢筋混凝土拱桥第3篇第1章拱桥概述1.1拱桥的基本特点拱桥与梁桥的区别拱桥的基本特点■跨越能力大■就地取材，节约钢材水泥■耐久性能好，维护费用低■外形美观、构造简单同时：■自重大，采用无铰拱时，对地基条件要求较高■圬工拱桥随着跨径和桥高的增加，总造价增加较多■连续多跨拱桥推力平衡、建筑高度较高1.2拱桥的基本组成1.3拱桥的主要类型■按主拱圈所使用建筑材料分：圬工拱桥、钢筋混凝土拱桥、钢拱桥、钢-混凝土组合拱桥■按拱上建筑形式分：■ 按主拱圈所使用建筑材料分：圬工拱桥、钢筋混凝土拱桥、钢拱桥、钢-混凝土组合拱桥■ 按拱上建筑形式分：实腹式拱桥、空腹式拱桥■按主拱圈线形分：圆弧线、悬链线、抛物线■ 按主拱圈所使用建筑材料分：圬工拱桥、钢筋混凝土拱桥、钢拱桥、钢-混凝土组合拱桥■ 按拱上建筑形式分：实腹式拱桥、空腹式拱桥■ 按主拱圈线形分：圆弧线、悬链线、抛物线■按桥面的位置分：上承式拱桥、中承式拱桥、下承式拱桥1.3.1按照结构受力图示分类：•简单体系拱桥•组合体系拱桥•拱片桥简单体系拱桥■三铰拱■两铰拱■ 无铰拱组合体系拱桥由拱肋、系杆、吊杆（或立柱）、行车道梁（板）及桥面系等组成1.3.2按照主拱圈截面形式分类：•板拱桥•板肋拱桥• 肋拱桥•双曲拱桥•箱形拱桥第3篇第2章拱桥的构造2.1主拱圈的构造2.1.1 板拱■ 材料：天然石材（30号），砂浆Mu5.0〜7.5号■形式：等截面圆弧拱、等截面或变截面悬链线拱。

■细部构造：编号和砌筑方法2.1.2肋拱■肋拱桥的组成：■拱肋布置：■拱肋形式：拱肋形式：矩形截面： 肋高 h = (1/40~1/60)l ；肋宽 b=(0.5~2.0)h工字形截面：肋高h = (1/25~1/35)l ；肋宽b=(0.4〜0.5)h腹板厚 b’=30~50 cm钢管混凝土肋拱：肋高h = (1/45~1/65)l箱形截面： 肋高h = (1/40~1/55)l2.1.3箱形拱特点：■截面抗弯、抗扭刚度大，拱圈整体性好；■单条箱肋稳定性好，能单箱肋成拱，便于无支架施工；■箱形截面能适应主拱圈各截面抵抗正负弯矩的需要；■自重相对较轻；■制作要求较高，吊装设备较多，主要适用于大跨径拱桥箱形拱的组成方式：■由多条U形肋组成多室箱形截面；■由多条工字形肋组成多室箱形截面；■由多条闭合单箱肋肋组成多室箱形截面；■单箱多室截面2.1.3 箱形拱箱形拱的高度和宽度■ 高 h = (1/55~1/75)l 或 h = 10 /100+(0.6~0.8)m■宽 b=(0.5~1.0)x 桥宽2.1.4双曲拱桥双曲拱桥的组成主拱圈截面型式2.2拱上建筑的构造分为实腹式和空腹式两类2.2.1实腹式拱上建筑构造组成：拱腹填料、侧墙、护拱、变形缝、防水层、泄水管及桥面 系等2.2.2空腹式拱上建筑构造空腹式拱除了具有实腹式拱上建筑相同的构造外，还具有腹孔和腹孔 敦。

■ 腹孔腹孔构造A.拱式拱上建筑腹孔的布置• 主拱圈受力的要求：避免荷载过分集中于腹孔墩• 拱桥外形美观的要求：腹孔的形式：• 圆弧线板式结构： 矢跨比r=1/2~1/5• 微弯板或扁壳结构：矢跨比r=1/10〜1/12腹拱截面：• 石板拱30cm• 混凝土 15cm• 微弯板 14cm （预制6cm+现浇8cm）腹孔的变形缝B.梁式拱上建筑腹孔墩横墙（立墙）式和立柱式2.3拱桥的其它细部构造■ 拱上填料、桥面及人行道■伸缩缝与变形缝■排水与防水层■拱桥中铰的设置拱桥中铰的设置■ 按两铰拱或三铰拱设计的主拱圈■ 腹拱圈因构造需要而设置■ 腹空墩上下因构造需要而设置■ 施工中为消除部分附加内力而设置的临时铰铰的种类■ 弧形铰■ 铅垫铰■ 平铰■ 不完全铰■ 钢铰2.4其它类型拱桥的构造2.4.1. 桁架拱桥特点• 整体工作，拱上结构与主拱圈构成桁架，共同受力;• 材料省身，重量轻，对软土地基有较好的适用性主要构造上部结构由桁架拱片、横向联结系和桥面三部分组成本章回顾2.1主拱圈的构造板拱、肋拱、箱拱、双曲拱桥2.2拱上建筑构造实腹式拱上建筑空腹式拱上建筑2.3其它细部构造拱上填料、桥面及人行道伸缩缝与变形缝排水与防水层拱桥中铰的设置2.4其它类型拱桥构造桁架拱桥刚架拱桥第3篇第3章拱桥的设计3.1拱桥的总体体布置3.1.1. 拱桥的设计标高和矢跨比■设计标高线路纵断面、通航要求一一桥面标高一一拱顶填料及拱圈结构高度一一拱顶底面标高一一通航、泄洪等要求及经济性一一起拱线标高■矢跨比＞矢跨比与结构受力矢跨比f /1越小，Hg/Vg越大矢跨比f/1越小，附加内力 越大＞矢跨比与施工方式＞矢跨比与桥梁美观不同类型拱桥的常用矢跨比■ 石、混凝土板拱及双曲拱桥 f/1 = 1/4〜1/6■ 箱形拱桥 f/l =1/6 〜1/8■ 钢筋混凝土桁架拱桥 f /1 = 1/6〜1/10■ 钢筋混凝土刚架拱桥 f /1 = 1/6〜1/103.1.2. 不等跨连续拱的处理方法为减小恒载下由于不等跨产生的不平衡推力，可以：•采用不同的矢跨比•采用不同的拱脚标高•调整拱上建筑的恒载重量•采用不同类型的拱跨结构3.2拱轴线的选择和拱上建筑的布置3.2.1. 拱轴线选择的原则•尽量减少拱圈截面的弯矩，最好截面上不出现拉应力•满足施工要求•线型美观3.2.2. 常用拱轴线型• 圆弧线• 悬链线• 抛物线本章回顾第3篇第4章拱桥的计算4.1悬链线拱的几何性质及弹性中心4.1.1.实腹式悬链线拱• 实腹式悬链线拱的拱轴方程d 2 j _ 1 d 2M _ gdx 2 H dx 2 Hg g•实腹式悬链线拱的荷载分布•拱轴系数• 拱轴线方程•实腹式悬链线拱轴系数的确定•拱轴系数与悬链线线形的关系m =gd4.1.2.空腹式悬链线拱五点重合法三铰拱的情形切 Ma = 0 H切 Mb = 0 Hy Z M-L-4 = 14f Z MjZ m jfZ mL4七4-2 -1 I %4 J•拱轴系数m的求解1） 假定初始的m0；2） 根据已知的矢跨比和拱轴系数，查得相应的半拱悬臂自重对1/4截面 和拱脚截面的弯矩，进一步计算整个拱上建筑对1/4截面和拱脚截面的 弯矩； 3）由下式计算新的拱轴系数m，并与m0比较。

相差不大，则可无铰拱的情形f Ay d AX =-|1p = -H ^-I—L1 6 g I dsAX =-*H 乏2 6 g I y 2 ds22 \rr~4.1.2.空腹式悬链线拱•任意截面的偏离弯矩AM=ax 1-AX 2 y+M•对于拱顶截面AM’ =AX 1 -AX2y< 0•对于拱脚截面AM =AX 1 +AX 2( f - y )> 0结论：空腹式无铰拱的拱轴线，采用悬链线比恒 载压力线更合理4.2恒载作用下拱的内力计算4.2.1. 不考虑弹性压缩的恒载内力实腹式悬链线拱的恒载内力m — 1 ~Ak~V = j ‘1 g dx = k' g lg 0 x g dHN = —g-cos中[ \：m 2 — 1k' = g 2[ln(m + m 2 — 1)]空腹式悬链线无铰拱的恒载内力：直接根据静力平衡条件写出：h £ M气 f 'v =£ pHN = —g-cos中由于拱轴线与恒载压力线有偏离，故还要叠加偏离产生的附加内力中 小跨径空腹式拱可偏安全地不考虑偏离弯矩的影响4.2.2.考虑弹性压缩引起的内力在恒载产生的压力作用下，拱沿轴线方向会产生弹性压缩由此将在超静定结构上产生内力。

水平赘余力为:S = H -t- g 1 + ^4.2.3.恒载作用下拱圈各截面的总内力实腹式悬链线拱的内力：轴向力：N = -H^ —-h-H cos甲 cos 甲 1 + h g弯矩：M =-h^H (y — y )1 + h g s 1剪力：Q = +1 hi H sin 中空腹式悬链线拱的恒载内力：轴向力：N = -H^ + AX cos甲—_b_(H +AX )cos甲cos 甲 2 1 +h g 2弯矩：M =-^^(H +AX )(y — y ) + AM1 + h g 2 s 1剪力：Q =干一^―(H +^ )sin中 + AX sin中1 + h g 2 24.2.4 .计算实例如图所示无铰拱，计算跨径l=80m，主拱圈及拱上建筑恒载见图，主 拱圈截面面积A=5.0m2，截面惯性矩/=1.0m4，容重y =25kN/m3试 应用“五点重合法”，确定拱桥拱轴系数m■计算拱脚处竖向力、水平推力以及恒载轴力（考虑拱的弹性压缩）■计算弹性压缩引起的拱脚截面和拱顶截面弯矩① 确定拱桥拱轴系数m■取悬臂曲梁为基本结构■计算拱上建筑恒载对1/4截面和拱脚截面的弯矩■假定初始拱轴系数m=2.514，查《拱桥》表，得半拱悬臂 自重对1/4截面和拱脚截面的弯矩■计算所有半拱悬臂荷载对1/4截面和拱脚截面的弯矩■计算拱轴系数m■比较前后两个拱轴系数m，相差大于半级，须计算拱轴 系数m。

重复上述计算过程，直至满足要求② 计算拱在不考虑弹性压缩时的拱脚反力■根据确定的拱轴系数m，查表计算得半拱悬臂自重对拱脚截面的竖向剪力■计算半拱悬臂恒载对拱脚截面总的竖向剪力■按下式计算拱脚截面水平推力■ 计算拱脚截面恒载轴力③ 计算拱考虑弹性压缩引起的Vg、Hg和Ng■根据确定的拱轴系数m计算弹性中心位置■查表计算弹性中心处的水平拉力S■计算Vg、Hg和Ng4.3活载作用下拱的内力计算4.3.1. 不考虑弹性压缩影响的活载内力①计算赘余力影响线■基本结构：简支曲梁■典型方程为XR+常=0X 28 22 + 气 p = 0X 38 33 +A 3 p = 011A^^ X 一 一 2 P2 822A n X 一 ——3P3 833②绘制内力影响线■拱中水平推力影响线 ■拱脚竖向反力影响线 ■任意截面弯矩影响线4.4裸拱的内力计算1. 计算的必要性■早期脱架施工■无支架施工2. 裸拱的受力特征■实际拱轴系数比拱轴线采用的要小，导致拱顶和拱铰一般都产生正弯矩本章小结■悬链线拱的几何性质及弹性中心■恒载作用下拱的内力计算■活载作用下拱的内力计算■裸拱的内力计算第3篇第5章拱桥的施工方法■有支架施工■无支架施工5.1有支架施工5.1.1. 拱架■拱架的形式与构造满布式拱架■拱盔■卸架设备■拱架下部支架拱式拱架5.1.2. 拱架的计算拱架的计算荷载■拱架自重■拱圈重。