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,7.1.2、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,7.1.3、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,7.1.4、拱桥的主要类型及其特点,桥梁与道路结构,拱式桥,7.2.1、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。,7.2.2、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。,7.3.1、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。,7.3.2、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）,7.3.3、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,7.3.4、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