拱桥拱轴线设计超详细图文解析

理解拱桥拱桥－以拱为承重构造的桥梁反力－在竖向荷载作用下，拱的两端支承处除有竖向反力外，尚有水平推力受力性能－拱重要承受压力，而弯矩、剪力较小建造材料－圬工拱桥、钢筋混凝土拱桥，钢管混凝土拱桥和钢拱桥施工办法－拱架施工法，缆索吊装施工、无支架施工、转体施工以及劲性骨架施工等技术。拱桥特点：拱桥与梁桥外形不同，拱桥在竖向荷载作用下在支承处除了竖向力外，尚有水平力的产生，使得拱内的弯矩大大减小。拱肋中重要是受压的轴力。拱肋截面受压，能够充足发挥全截面材料的性能，从而能较大地高跨越能力。相对于梁式和索式构造，拱桥的变形较小，行车条件好。水平推力的存在使得拱桥对基础条件的规定较高。实腹拱桥构成空腹拱桥构成拱桥分类拱桥的设计计算流程拱桥的总体布置总体布置－拟定桥梁长度、分跨、桥面标高、主拱矢跨比和墩台尺寸等。桥面高程－由线路设计与总体布置及设计综合研究决定。拱顶底面高程－满足拱顶最小填料厚度和主拱拱顶截面高度的规定。起拱线高程－根据拱顶底面标高和桥下净空规定（通航泄洪等）拟定。基础底面高程－根据地基状况决定。矢跨比的拟定矢跨比：矢高与跨度的比值。拱桥的最重要设计控制参数。满足泄洪和通航规定，还应从经济、构造受力、施

工等方面综合分析比较拟定。拱的水平推力同矢跨比成反比。连拱体系中的分跨等跨分孔和不等跨分孔。不平衡水平推力的解决：拱肋的横向布置拱轴线的选择拱轴线选择－形状直接影响主拱截面内力的分布与大小，选择拱轴线的原则，也就是尽量减少由于荷载产生的弯矩值。抱负拱轴线－仅承受压力，无弯矩和剪力作用。合理拱轴线－荷载压力线尽量靠近抱负拱轴线。“五点重叠法”

－采用悬链线时，设计拱轴线与恒载压力线在拱顶、1/4跨和拱脚5处重叠。混凝土拱圈断面的设计选择混凝土拱圈板拱的截面及尺寸板拱是指主拱（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。A.宽度考虑板拱宽度即为拱圈的宽度；板宽略不大于桥面宽度（便于排水）；考虑人行道外挑等因素来减小板宽设立。B.厚度考虑混凝土拱桥肋拱的截面及尺寸肋拱是指用两条或多条分离的平行窄拱圈即拱肋作为主拱圈的拱；肋拱含有自重轻，恒载内力小，的优点，能够充足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。A.（单一）拱肋的截面选择B.（单一）拱肋的轮廓尺寸混凝土拱桥箱拱的截面及尺寸箱拱：主拱圈由多室箱构成的拱，箱形拱普通采用箱式板拱预制拼装施工。A.拱圈的截面尺寸B.箱拱内横隔板设立考虑C.拱箱间的横向连接细节横向接头的作用：保障各预制箱形拱肋形成拱圈时的整体受力性能。D.拱箱的吊装分段及纵向连接细节吊装分段：拱肋肋的纵向分段（3～7段），减小吊装重量；纵向接头：确保拱肋纵向受力的整体性。计算分析内容拱轴线的选择与拟定；成桥状态的内力分析和强度、刚度、稳定验算；施工阶段的内力分析和稳定性验算验算。有限元的分析办法拱轴线的选择与计算拱轴线线形拱轴线的形状直接影响主截面的内力分布与大小，选择拱轴线的原则，是要尽量减少荷载产生的弯矩。最抱负的拱轴线是与拱上多种荷载作用下的压力线相吻合。由于此时每一截面上都只有轴压力而无弯矩与剪力，应力最均匀，材料强度能够得到充足运用。

实际工程中由于活载、主拱圈弹性压缩以及温度、收缩等因素的作用，事实上得不到抱负的拱轴线（压力线与拱轴线不可能是吻合的）。根据混凝土拱桥恒载比重大的特点，在实用中普通采用恒载压力线作为拱轴线，恒载作用愈大，这种选择就愈显得合理。对于活载较大的铁路混凝土拱桥，则可考虑采用恒载加二分之一活载（全桥均布）的压力线作为拱轴线。选择拱轴线时，除了考虑主拱受力有利以外，还应当考虑外形美观、施工简便等因素（一）圆弧线拱：线形最简朴，施工最方便。但圆弧拱轴线普通与恒载压力线偏离较大，使拱圈各截面受力不够均匀。惯用于15~20m下列的小跨径拱桥。园弧线的拱轴方程为：只有当圆弧形上作用满布均布的径向荷载时，其拱轴才与恒载压力线重叠。当f／l较小时，两者出入还不算大，采用圆弧拱并不使恒载内力增大过多；但当f／l靠近1／2时，恒载压力线的两端将位于拱脚截面中心上相称远，为理解决这个问题，实践中常在拱脚处设立护拱，以协助拱圈受力。

（二）抛物线拱在竖向均布荷载作用下，拱的合理拱轴线是二次抛物线。对于恒载集度比较靠近均布的拱桥（如矢跨比较小的空腹式钢筋混凝土拱桥，或钢筋混凝土桁架拱和刚架拱等轻型拱桥），往往能够采用抛物线拱。其拱轴线方程为：为了使拱轴线尽量与恒载压力线相吻合，也常采用高次抛物线（3次、4次抛物线）作为拱轴线的。（三）悬链线拱实腹式拱桥的恒载集度从拱顶到拱脚均匀增加，其压力线是一条悬链线（以下图）。普通采用恒载压力线作为实腹式拱桥的拱轴线。空腹式拱桥的恒载从拱顶到拱脚不再是持续分布的（以下图），其恒载压力线是一条不光滑的曲线，难于用持续函数来体现。现在最普遍的还是采用悬连线作为空腹拱的拱轴线，仅需拱轴线在拱顶、跨径的四分之一点和拱脚初与压力线重叠。二、悬链线的拱轴方程1、拱轴方程的建立如果拱轴线为恒载压力线，由对称性原则，拱顶截面的内力为：为了计算拱轴线（压力线）的普通方程，需首先懂得恒载的分布规律。假定实腹式拱的恒载集度与拱轴坐标成线性关系，其任意截面的恒载能够用下式表达：由悬链线方程能够看出，当拱的跨度和矢高拟定后，拱轴线各点的坐标取决于拱轴系数m。其线线形可用l/4点纵坐标y1/4的大小表达：拱轴系数m值的拟定由上计算m值的公式能够看出，除拱脚倾角φj为未知数外，其他均为已知；在具体计算m值时可采用试算法：（1）空腹式拱m值的拟定空腹式拱桥中，桥跨构造的恒载由两部分构成，即主拱圈承受由实腹段自重的分布力和空腹部分通过腹孔墩传下的集中力（如左图）。由于集中力的存在，拱的压力线为在集中力作用点处有转