桥梁工程(下册)7-10章课件

桥梁工程(下)目录第7章拱式桥梁的构造与设计第8章拱式桥梁的计算第9章拱式桥梁的施工第10章缆索承重桥梁的分类与构造要点第11章缆索承重桥梁的计算与施工简介第12章桥梁支座第13章墩台与基础构造第14章墩台计算第7章拱式桥梁的构造与设计图7.1

三铰拱内力计算图式7.1拱式桥梁的组成与分类7.1.1拱桥的受力特点拱圈内任意截面D的内力为：

Mx=VA·x-P1(x-a)-HA·y=M0-HA·y

(7.1)

Hx=HAVx=VA-P1

(7.2)轴向力：Nx=Hxcosφ+Vxsinφ

(7.3)剪力：Qx=Hxsinφ-Vxcosφ

(7.4)7.1.2拱桥的基本特点拱桥的优点：跨越能力较大，能就地取材，造价是较低的，拱桥外形美观，构造简单，有利于推广。

缺点：自重较大，增大了下部构造工程量，拱桥的施工，是影响拱桥发展和造价的重要因素。7.1.3拱桥的组成图7.2a)上承式;b)中承式;c)下承式图7.3实腹式拱桥1—主拱圈；2—拱顶；3—拱脚；4—拱轴线；5—拱腹；6—拱背；7—起拱线；8—桥台；9—桥台基础；10—锥坡；11—拱上建筑；L0—净跨径；L—计算跨径；f0—净矢高；f—计算矢高7.1.4拱桥的主要分类7.2拱式桥梁的结构体系与总体布置7.2.1拱式桥梁的结构体系(1)简单体系的拱桥1)三铰拱2)两铰拱3)无铰拱(2)组合体系的拱桥1)无推力的组合体系拱图7.4拱圈的静力图式2)有推力的组合体系拱7.2.2总体布置图7.5无推力的组合体系拱a)系杆拱；b)蓝格尔拱；c)洛泽拱；d),e),f)尼尔森拱图7.6有推力的组合体系拱a)倒蓝格尔拱；b)倒洛泽拱(1)确定拱桥的设计标高和矢跨比图7.7拱桥标高及桥下净空图(2)矢跨比确定通常，对砖、石、混凝土双曲拱桥，矢跨比一般

为1/4～1/8，不宜小于1/8；箱形拱桥的矢跨比，一般为1/6～1/10，但拱桥的最小矢跨比不宜小于1/12。一般将矢跨比大于或等于1/5的拱称为陡拱，矢跨比小于1/5的称为坦拱。(3)不等跨分孔的处理图7.8不等跨分孔1)采用不同的矢跨比2)采用不同的拱脚标高3)调整拱上建筑的质量4)采用不同类型的拱跨结构图7.9大跨与小跨的拱脚标高7.3主拱圈的构造与尺寸拟订7.3.1板拱(1)石板拱构造图7.10

采用不同类型的拱跨结构

图7.11拱石砌筑

图7.12拱石的错缝要求(2)板拱截面宽度与厚度确定对等厚度的小跨径石板拱桥，初拟厚度时，可按下式估算：(7.5)图7.13拱圈与墩台及腹孔墩联结图7.14板拱宽度对变厚度的小跨径石板拱，其拱顶厚度可按下式估算：(7.6)7.3.2肋拱图7.15肋拱桥图7.17石肋拱拱圈截面示意图7.16肋拱拱肋截面形式7.3.3箱形拱(1)箱形拱的主要特点(2)箱形拱截面的组成方式图7.18箱形肋拱横系梁布置形式a)工字形；b)桁片；c)箱形图7.20箱壁横隔板联结示意图7.19箱形截面的组合方式(3)箱形拱截面尺寸的拟订1)拱圈的高度H(7.7)图7.21单箱多室箱形截面2)拱圈的宽度3)箱肋的宽度B4)顶底板及腹板尺寸(4)箱形拱的横隔板及横向联结图7.22横隔板构造图7.23箱肋的纵向钢筋和横向联结a)闭口箱的横向联结；b)开口箱的横向联结(5)箱肋接头(6)钢筋布置图7.24箱肋的接头7.3.4双曲拱图7.25双曲拱主拱圈的截面形式a),b),c)为多肋多波；d)双肋单波7.3.5拱的截面变化规律图7.26变截面拱图7.27跨径126m的肋拱弯矩图1—惯性矩自拱顶向拱脚增大的无铰拱；2—惯性矩自拱顶向拱脚减小的无铰拱；3—两铰拱；4—三铰拱李特(Ritter)公式:或(7.8)(7.9)

(7.10)图7.28变截面拱圈的截面变化规律图任意截面的高度h：(7.11)图7.29工字形及箱形截面尺寸7.4拱上建筑的构造7.4.1实腹式拱上建筑图7.30实腹式拱桥构造图图7.31空腹式拱桥构造图7.4.2空腹式拱上建筑(1)拱式拱上建筑1)腹孔图7.32拱式拱上建筑a)带实腹段的空腹拱；b)全空腹拱a)b)图7.33横墙式腹孔墩图7.34排架式腹孔墩2)腹孔墩3)腹孔与墩台的联结图7.35腹孔与墩(台)的联结(2)梁式拱上建筑图7.36梁式腹孔图7.37简支腹孔的布置1)简支腹孔2)连续腹孔3)框架腹孔图7.38连续腹孔布置图7.39框架腹孔布置图7.40立柱现浇接头(3)拱上立柱与主拱圈、盖梁的联结7.4.3其他细部构造(1)拱上填料、桥面铺装及人行道图7.41立柱预制拼装接头(2)伸缩缝与变形缝图7.42实腹式拱的伸缩缝图7.43拱式腹孔的伸缩缝与变形缝设置(3)排水及防水层图7.44桥面雨水的排除图7.45渗入水的排出图7.46铸铁泄水管图7.47伸缩缝(或变形缝)上防水层的构造(4)拱铰1)弧形铰图7.48弧形铰图7.49铅垫铰2)铅垫铰3)平铰4)不完全铰5)钢铰图7.50平铰图7.51不完全铰图7.52钢铰7.5中、下承式钢筋混凝土拱桥图7.53中承式和下承式拱桥图7.54飞燕式拱桥7.5.1中、下承式拱桥的适用场合图7.55下承式钢筋混凝土拱桥的总体布置7.5.2总体布置图7.56中承式钢筋混凝土拱桥的总体布置a)提篮式拱;b)敝口式拱;c)带上横联拱7.5.3中、下承式拱桥的构造(1)拱肋当l0≤100m时：当l0≥100m时：(2)吊杆(3)横梁(7.12)(7.13)图7.57预应力混凝土刚性吊杆构造图图7.58高强钢丝吊杆构造图(4)行车道板与纵梁(5)拱上刚架7.6钢管混凝土拱桥和劲性骨架混凝土拱桥7.6.1钢管混凝土拱桥(1)钢管混凝土拱桥的组成(2)钢管混凝土拱桥的各部构造1)钢管混凝土拱肋2)横向联系3)吊杆(3)钢管混凝土拱肋构件的联结1)拱肋弦杆联结构造图7.59钢管混凝土拱肋横截面形式图7.60拱肋吊杆锚具布置2)拱肋弦杆与拱座的联结图7.61拱肋弦杆联结构造7.62腹杆布置7.6.2劲性骨架混凝土拱桥(1)拱箱截面构造拱箱外箱高度Hx图7.63腹杆与弦(腹)杆的联结构造(7.16)图7.64劲性骨架拱桥拱顶截面高度H和宽度B与净跨径L0的相关曲线(7.17)(2)钢骨拱桁架构造(3)钢筋布置图7.65弦杆节点构造图(尺寸单位：mm)7.7桁架拱桥与刚架拱桥的构造简介7.7.1桁架拱桥(1)普通桁架拱(2)桁式组合拱图7.66桁架拱桥的主要组成图7.67斜腹杆式桁架拱桥a)斜压杆式；b)斜拉杆式；c)三角形式；d)带竖杆的三角形式图7.68竖杆式桁架拱图7.69桁架拱桥节点构造示意图7.70拱片横向联系图7.71微弯板桥面与上弦杆联结图7.72上部结构与桥台联结a)深入式；b)过梁式图7.73上部结构与桥墩联结全桥下弦杆总面积(7.18)图7.74桁式组合拱桥图7.75刚架拱桥的基本图式(2)桁式组合拱7.7.2刚架拱桥7.76刚架拱桥上部构造图第8章拱式桥梁的计算8.1拱轴线选择与拱轴系数的确定8.1.1拱轴线(ArchAxis)的选择(1)圆弧线拱轴方程:(8.1)(8.2)(2)抛物线(3)悬链线图8.1圆弧拱轴线图8.3悬链线拱桥a)空腹式拱；b)实腹式拱(8.3)8.1.2悬链线拱轴方程图8.4悬链线拱轴计算图式(8.4)(8.5)(8.6)(8.11)(8.10)(8.9)(8.8)(8.7)令:则:图8.5拱跨1/4点纵坐标与m的关系(8.13)(8.12)

拱轴线方程8.1.3拱轴系数的确定(1)实腹式拱轴系数m的确定拱顶和拱脚的恒载集度:(2)空腹式拱轴系数m的确定(8.14)(8.15)图8.6空腹式悬链线拱轴计算图式(8.16a)(8.16b)荷载作用在基本结构上引起弹性中心的赘余力：(8.17)(8.18)(8.19)(8.20)任意截面的偏离弯矩为：对于拱顶、拱脚截面，Mp=0，偏离弯矩为：8.1.4拱轴线的水平倾角φ悬链线拱任意截面拱轴切线的水平倾角φ(8.21)(8.22)(8.23a)对抛物线拱，拱轴方程y1=ξ2f，水平倾角:8.1.5基本结构与弹性中心弹性中心距拱顶之距离(8.23b)图8.7拱的弹性中心(8.24)(8.25)(8.26)8.2拱桥的内力计算8.2.1恒载内力计算等截面拱，EI为常数，则拱的弹性中心位置：(1)不考虑弹性压缩的恒载内力1)实腹式拱恒载水平推力式中：在恒载作用下，拱脚的竖向反力为半拱的恒载质量(8.27)(8.28)主拱圈各截面的轴向力可按下式计算，而恒载弯矩和剪力均为零。2)空腹式拱(8.29)

拱的恒载推力Hg和拱脚竖向反力Vg(8.30)(2)恒载作用下弹性压缩引起的内力图8.8弹性压缩引起的拱轴缩短(8.31)(8.32)考虑轴向力影响所产生的水平位移:(8.35)(8.34)(8.33)(8.36)(8.37)(8.38)(8.39)(8.40)图8.9弹性压缩产生的内力(8.41)(8.42)8.2.2活载内力计算(1)不考虑弹性压缩影响的活载内力1)赘余力影响线图8.10活载内力计算基本结构作用在弹性中心的赘余力(8.43)如暂不考虑轴向力对变位的影响，也不计剪力和曲率对变位的影响，则：(8.44)(8.45)图8.11将荷载分解为正、反对称2)支点反力和内力影响线①水平推力影响线②拱脚竖向反力影响线③任意截面的内力影响线图8.12赘余力影响线任意截面的内力:(8.46)图8.13拱任意截面内力影响线轴向力N和剪力Q:3)活载内力计算(8.47)(8.48)由弹性压缩引起的内力:图8.15(8.49)(8.50)8.2.3温度变化、混凝土收缩和拱脚变位的内力计算(1)温度变化产生的附加内力计算典型方程：(8.51)图8.16温差内力计算图式由温度变化引起拱中任意截面的附加内力为：(2)混凝土收缩引起的内力计算(3)拱脚变位引起的内力计算1)拱脚相对水平位移引起的内力拱中任意截面的内力：(8.52)(8.53)2)拱脚相对垂直位移引起的内力拱中任意截面的内力：图8.17拱脚水平位移引起内力计算图式图8.18拱脚垂直位移引起内力计算图式(8.54)3)拱脚相对转角位移引起的内力(8.55)图8.19拱脚相对转角引起内力计算图式(8.56)图8.20拱脚相对角变引起各截面的内力拱脚相对转角位移引起任意截面的内力:(8.57)(8.58)8.2.4裸拱内力计算任意截面i的恒载集度gi:(8.59)图8.21拱圈自重作用下的内力计算图由静力平衡条件，得任意截面i的弯矩和轴向力：(8.60)(8.61)8.2.5假载法计算内力(1)实腹式拱图8.22实腹式拱假载法计算内力图式(单位：kN/m)设计拱轴系数(2)空腹式拱(8.62)(8.63)不计弹性压缩的恒载水平推力Hg8.2.6应力调整(1)悬链线拱调整拱轴系数法(2)临时铰法(8.64)图8.23临时铰安装位置8.3主拱的强度与稳定性验算8.3.1内力组合8.3.2主拱强度验算(8.65)(1)拱圈正截面强度计算正截面强度(8.66)截面尺寸：强度计算公式(8.67)(8.68)8.3.3拱圈稳定性验算(1)纵向稳定性验算图8.24拱圈纵向稳定验算(2)横向稳定性验算(8.71)图8.25肋拱稳定计算图式式8.4连拱计算8.4.1连拱作用的特点图8.26连拱计算图8.27连拱内力影响线——按连拱计算的影响线；----按固定拱计算的影响线8.4.2符号规定(1)内力符号(2)变位符号图8.28连拱的符号规定8.4.3连拱作用的简化计算(1)计算简图(2)内力计算图8.29连拱作用引起的附加内力(8.73)桥墩承受的水平力：8.5其他类型拱桥的计算特点8.5.1桁架拱的计算特点(1)桁架拱桥的横向分布系数(2)基本假定及计算图式(8.74)图8.30桁架拱桥的计算图式(3)桁架拱内力计算1)赘余力(水平推力)的计算(8.75)(8.76)2)恒载内力计算3)活载内力计算8.5.2刚架拱的计算特点(1)基本假定与计算图式(2)内力计算1)恒载内力计算水平推力H:(8.77)图8.31按施工程序拟订的结构图式(8.78)图8.32裸拱自重作用下的计算图式a)原结构;b)基本结构2)活载内力计算8.5.3钢管混凝土拱的计算要点(1)计算方法和计算图式图8.33双肋拱横向分布计算图式(2)强度验算①轴心受压构件长细比λ按下式计算：②轴心受拉(8.79)(8.80)(8.81)③钢管混凝土拉弯构件的承载力计算2)格构式钢管混凝土构件承载力计算①格构式钢管混凝土轴心受压计算(8.82)②格构式钢管混凝土轴心受压构件的腹杆所受剪力计算③格构式钢管混凝土构件承受压、弯、剪及其共同作用时平面内的整体稳定承载力计算(8.83)(8.84)3)缀条或缀板的计算(3)稳定性验算(8.85)第9章拱式桥梁的施工9.1有支架施工9.1.1拱架构造及安装(1)木拱架1)木拱架的主要形式2)拱架的构造3)支架基础4)拱架的制作及安装图9.1拱石编号图9.2排架式木拱架图9.3撑架式木拱架图9.4扇形拱架图9.5

三铰木桁拱架(L=40~60

m)注：下弦风钩未示出图9.6满布式木拱架节点构造1—模板；2—横梁；3—填木；4—斜撑；5—螺栓；6—铁(木)板；7—弓形木；8—拉梁；9—卸架设备；10—立柱；11—水平夹木；12—垫木；13—纵梁；14—托梁；15—夹板；16—键；17—砂筒；18—夹板；19—帽木；20—桩或柱；21—框架立柱(2)工字梁钢拱架图9.7工字梁活用钢拱架(3)钢桁架拱架1)结构类型①常备拼装式桁架型拱架②装配式公路钢桥桁节拼装拱架③万能杆件拱架④万能杆件桁架、装配式公路钢桥桁架或军用梁与木拱盔组合拱架⑤万能杆件桁架、装配式公路钢桥桁架或军用梁与钢管脚手架组合拱架⑥斜拉贝雷平梁拱架图9.8工字梁钢拱架吊装示意a)活动扒杆吊装；b)缆索及人字摇头扒杆联合吊装图9.9常备拼装式桁架型拱架a)常备拼装式；b)标准节；c)拱脚节；d)拱顶节图9.10装配式公路钢桥桁节拼装拱架(单位：cm)a)桁节联结；b)拱架横向联结；c)钢铰接头平面图9.11丹河大桥拱架图9.12组合拱架2)钢桁架拱架的安装①半拱旋转法②竖立安装法③浮运安装法④悬臂拼装法图9.13斜拉贝雷平梁拱架图9.14钢拱架浮运安装就位示意9.1.2拱架的设计计算(1)拱架的计算荷载(2)有中间支架的拱架计算1)拱块重力的分解2)杆件受力情况3)杆件内力分析(9.1)(9.2)(9.3)图9.15拱块重力作用计算图式图9.16拱架顶部节点受力图式(3)工字钢拱架的计算1)荷载的分布2)内力计算9.1.3施工预拱度(1)拱圈施工时和卸架后会产生下列弹性挠度及下沉变形(2)拱圈脱架后所产生的弹性挠度(下沉)值的估算①(9.4)②按拱的平均受力计算：③经验公式计算：2)拱圈因温度变化所产生的拱顶弹性挠度值δ2(9.5)(9.6)(9.7)3)墩台水平位移产生的拱顶弹性挠度值δ34)混凝土拱圈因混凝土硬化收缩产生的拱顶下沉值δ4(9.8)(9.9)或(3)立柱式(或排架式)及撑架式拱架和支架在设计荷载作用下于拱顶处产生的弹性及非弹性下沉1)拱架和支架在受载后的弹性压缩δ5对于斜拉平梁式拱架，可取：(9.10)(9.11)2)拱架和支架在受载后的非弹性压缩δ6对于斜拉平梁式拱架，可取：3)砂筒的非弹性压缩δ7一般20t压力砂筒为4mm，40t压力砂筒为6mm，砂子未预压紧者为10mm。4)支架基础在受载后的非弹性压缩δ10(9.12)其值一般可估计为：枕梁在砂土上，5～10mm；枕梁在粘土上，10～20mm；打入砂土之桩在极限荷载或低于极限荷载时，5mm；打入粘土之桩，10mm。(4)拱式拱架的挠度及下沉δ8、δ91）拱式拱架的弹性挠度值δ82）拱架受载后的非弹性下沉δ9(9.13)(9.14)3)其他弹性及非弹性下沉(5)预拱度的设置计入预拱度后的拱轴线放样计算式为：(9.15a)(9.15b)9.1.4拱架、拱圈施工放样(1)放样平台的铺设(2)拱圈和拱肋放样方法图9.17预拱度分配图9.18拱圈坐标法放样图图9.19多心圆弧计算图式9.1.5拱架的卸落和拆除(1)卸架时间(2)卸架设备1)木楔2)砂筒3)螺旋千斤顶(3)满布式拱架的卸落(9.16)图9.20卸落用设备a)对鞘木楔；b)组合木楔；c)砂筒图9.21跨度10～25m拱桥钢拱架卸落1,2,3,4—轨束图9.22钢桁架拱架拱脚卸落设备1—垫木；2—木楔；3—混凝土三角垫；4—斜拉杆；5—砂筒；6、7—支架(4)工字钢拱架的卸落(5)钢桁架拱架的卸落及拆除1)卸落量的计算2)卸落方法3)浮船落拱架4)利用拱体卸落拱架图9.23拼装式拱架拆除9.1.6砖石拱圈及拱上结构的砌筑(1)拱圈的砌筑1)拱圈按顺序对称砌筑2)拱圈三分法砌筑①分段砌筑图9.24分段砌筑(跨径小于25m)②分环砌筑③分阶段砌筑图9.2530m单层拱圈分阶段砌筑3)预加压力砌筑图9.2665m石拱圈分阶段砌筑实例4)分段支撑图9.27分段支撑a)支撑支顶在下一拱段；b)三角支撑支顶在模板上5)拱圈合拢6)拱上砌体的砌筑图9.28砌筑实腹式拱的拱上砌体9.1.7钢筋混凝土拱圈就地浇注(1)浇注程序1)上承式拱桥2)下、中承式拱桥3)系杆拱桥(2)拱部浇注1)连续浇注2)分段浇注3)箱形截面拱圈或拱肋的浇注4)拱肋联结系浇注5)拱圈和拱肋钢筋的绑扎图9.29中承式钢筋混凝土拱桥的浇注程序a)安装吊杆钢丝束，拱助浇注，图中数字为浇注顺序；b)拆除拱架，浇注刚架混凝土，安装桥面系支架；c)浇注桥面系，浇注吊杆混凝土；d)吊杆预加压力，拆除支架图9.30箱形拱圈分环分段浇注(尺寸单位：m)(3)拱上建筑1)钢筋与模板2)混凝土浇注9.2无支架施工9.2.1缆索吊装施工(1)缆索吊装设备1)主索(承重索)2)起重索3)牵引索4)扣索5)安全索图9.31缆索吊装布置示意6)风缆7)横移索8)跑车(天线滑车、骑马滑车)9)塔架10)索鞍11)塔架基础12)锚碇13)电动卷扬机及手摇绞车14)其他附属设备图9.32扣索形式(图中单位：cm)a)墩扣；b)塔扣；c)天扣；d)通扣图9.33索鞍形式a)多转轮式；b)双转轮式；c)单滑轮式；d)上滚筒式；e)下滚筒式；f)弧形钢板滑动式1—钢索；2—转轮或滑轮；3—滚筒；4—弧形钢板图9.34简易塔脚铰图1—钢铰；2—预埋螺栓；3—基础混凝土图图9.35简易锚碇构造如各种倒链葫芦、花篮螺栓、钢丝卡子(钢丝轧头)、千斤绳等。(2)拱箱(肋、骨架)的预制、加工1)钢筋混凝土拱箱(肋)的预制2)钢管拱骨架的加工①施工详图绘制②放样③钢管接长④弯管图9.36弯管1—模架台座；2—模架；3—反力架；4—螺杆；5—销钉孔；6—销钉；7—拟变钢管(3)吊装方法和施工加载程序1)吊装方法2)施工加载程序图9.37加载程序3)施工加载内力计算4)施工加载挠度计算(9.17)(4)拱肋(箱)吊运过程中的内力计算1)吊点(搁置点)位置确定及吊运时内力计算吊环离中线的距离la(9.18)图9.38拱段吊环位置2)边段拱肋悬挂的内力计算扣索的拉力：图9.39分三段吊装拱肋的安装图示(9.19)图9.40边段拱肋的悬挂及扣索计算图9.41边段拱肋悬挂时自重内力的计算(5)主拱圈裸拱状态下的内力计算(6)主拱圈裸拱稳定性计算9.2.2转体施工图9.42中段拱肋对边肋的作用图9.43中段拱肋的计算图式图9.44有平衡重转体体系构造示意(1)平面转体1)有平衡重转体2)无平衡重转体(2)竖向转体(3)平竖结合转体(4)转体施工设计计算内容图9.45转动装置图9.46转动牵引驱动系统1—上转盘；2—底盘；3—球铰；4—钢铰线图9.47无平衡重转体施工体系示意图9.48位控系统图9.49竖向转体9.2.3劲性骨架施工(1)劲性骨架法施工步骤(2)劲性骨架施工特点(3)重庆万州长江大桥劲性骨架法施工图9.50劲性骨架吊装(重庆万县长江大桥)图9.51水箱调载示意图9.52斜拉扣挂千斤顶调载示意图9.53万州长江大桥布置图9.54拱圈混凝土横向浇注程序9.2.4悬臂法与塔架法施工简介(1)悬臂法施工1)悬臂浇注施工2)悬臂拼装施工(2)塔架法施工图9.55悬臂浇注施工程序图9.56江界河桥悬臂拼架施工图9.57塔架施工第10章缆索承重桥梁的分类与构造要点10.1概述10.1.1斜拉桥10.1.2悬索桥图10.1缆索承重桥梁a)斜拉桥；b)悬索桥图10.2斜拉桥立面布置a)双塔三跨式；b)独塔双跨式表10.1跨径1000m以上的悬索桥简表10.2斜拉桥10.2.1斜拉桥的总体布置(1)总体布置1)索塔布置2)跨径布置①双塔三跨式②独塔双跨式③辅助墩及外边孔3)索塔高度图10.3斜拉桥辅助墩设置图10.4塔的高度(2)斜拉索布置1)斜拉索在空间的布置形式图10.5斜拉索在空间的布置2)斜拉索在索面内的布置形式图10.6斜拉索在索面内的布置形式①辐射形②竖琴形③扇形3)斜拉索索距4)斜拉索倾角(3)主梁布置图10.7主梁布置为连续体系a)塔梁固结、梁墩分离；b)塔墩固结、塔梁分离；c)塔、梁、固结；d)梁体连续的延伸；Δ—固定支座；Δ—活动支座1)主梁为连续体系2)主梁为非连续体系3)主梁的高跨比10.2.2结构体系(1)由梁、索、塔、墩的不同结合构成的4