《混凝土拱桥》PPT课件.ppt

第五章 混凝土拱桥,第一节 拱桥的现状和发展 第二节 拱桥的结构体系及总体布置 第三节 钢管混凝土拱桥 第四节 拱桥的设计及计算 第五节 拱桥施工,第一节 拱桥的现状和发展,1. 拱桥的发展 2. 拱桥的受力特点 3. 主要优缺点,1. 拱桥的发展,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）,当代拱桥：结构型式与施工方法的丰富多彩。1997年 建成的重庆万县长江大桥（图2，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，L503m ）。,四川万县长江大桥,广州丫髻沙特大桥,1932年，澳大利亚，悉尼钢拱桥跨度503m,2. 拱桥的受力特点,主拱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。 上承式、中承式、下承式拱桥图式：,3. 主要优缺点 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，对地基要求高； ）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； ）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。,第二节 拱桥的结构体系及总体布置,1. 拱桥的基本组成 2. 拱桥的主要类型及其特点 3. 拱上结构 4. 拱桥墩台,1. 拱桥的基本组成 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。 一般上承式拱桥，桥跨结构是由主拱圈、拱上建筑等组成。,上承式实腹拱桥,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-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 f/L - 矢跨比,上承式空腹拱桥,2. 拱桥的主要类型及其特点,2.1.1 简单体系拱桥,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。,2.1 按照结构体系分类,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。,2.1.2 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。,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。,柔性系杆刚性拱系杆拱 刚性系杆柔性拱蓝格尔拱 刚性系杆刚性拱洛泽拱 用斜吊杆来代替竖直吊杆时称为尼尔森拱。,系杆拱,蓝格尔拱,洛泽拱,尼尔森系杆拱,尼尔森蓝格尔拱,尼尔森洛泽拱,有推力拱：此种组合体系拱没有系杆，由单独的梁和拱共同受力，拱的水平推力由墩台承受。,刚性梁柔性拱 （倒蓝格尔拱）,刚性梁刚性拱 （倒洛泽拱）,2.1.3 拱片桥,2.1.4 刚架拱桥,2.2.1 板拱桥 主拱圈采用矩形实体截面。构造简单、施工方便，使用广泛。自重较大，不经济，通常在地基较好的中小跨径圬工拱桥中采用。,2.2.2 肋拱桥 肋拱桥由两条或两条以上分离式拱肋组成承重结构的拱桥，拱肋之间靠横向联系梁连接成整体而共同受力.这种桥横截面面积较小，节省材料,自重轻,跨越能力大，多用于较大跨径的拱桥。可以用圬工、钢筋混凝土、钢材建造。,2.2 按照主拱的截面型式分类,2.2.3 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。,2.2.4 箱形拱桥 箱形拱桥拱圈横截面由几个箱室组成。截面挖空率大，达全截面的50%-70%，较实体板拱桥可减少圬工用料与自重，适用于大跨度拱桥。截面抗扭刚度大，横向整体性和稳定性好，特别适用于无支架施工。,3. 拱上结构,3.1 桥面系与立柱 桥面系：板梁、肋梁、刚架式 连续梁或简支梁 立柱（横墙）：支承在主拱上。,3.2 拱上结构的伸缩缝、变形缝 伸缩缝：避免拱上结构受到墩台的约束不能自由变形而在两者间设置的贯通缝。 变形缝：避免拱上结构与主拱共同作用而设置的断缝，一般无缝宽。,3.3 铰 （1）弧形铰,（2）铅垫铰,（3）平铰,（4）不完全铰,（5）钢铰,4. 拱桥墩台,4.1 桥墩型式 从抵抗恒载水平力的能力来看，拱桥桥墩可分为普通墩和单向推力墩。 普通墩除了承受相邻两跨结构传来的垂直反力外，一般不承受恒载水平推力，或者当相邻孔不相同时只承受经过互相抵消后消除的不平衡推力。 单向推力墩又称制动墩它的主要作用是在它的一侧的桥孔因某种原因遭到毁坏时，能承受住单向的恒载水平推力，以保证另一侧的拱桥不致遭到倾坍。,4.1.1 重力式桥墩 也称实体式桥墩，它主要靠自身的重量来平衡外力而保持其稳定，由墩帽、墩身和基础三部分组成。,4.1.2 柱式桥墩,4.1.3 单向推力墩 （1）悬臂墩 （2）斜撑墩 （3）重力式墩,单向推力墩,4.2 桥台型式 重力式U形桥台 齿槛式桥台 空腹式（L）桥台 组合式桥台 轻型桥台,4.2.1 重力式U形桥台,4.2.2 齿槛式桥台,4.2.3 空腹式桥台,4.2.4 组合式桥台,4.2.5 轻型桥台,第三节 钢管混凝土拱桥,1. 钢管混凝土拱桥特点 2. 主拱结构,1. 钢管混凝土拱桥特点 （1）钢管与混凝土共同工作，钢管对混凝土起套箍作用，提供混凝土的抗压强度及延性； （2）混凝土提供了钢管壁受压时稳定性及其抗腐蚀性能； （3）空心钢管作为劲性骨架和模板，施工吊装重量轻，进度快，便于无支架吊装或转体施工； （4）对钢管制作安装要求高，钢管内混凝土需注意其密实性； （5）钢管外表面要作防锈处理。,强度增大系数：,钢管混凝土套箍指标：,钢管混凝土刚度为混凝土和钢管的刚度叠加。,2. 主拱结构,2.1 钢管混凝土分类 （1）钢管内灌混凝土 （2）内灌外包混凝土 2.2 截面型式,第四节 拱桥的设计及计算,1. 拱桥的总体布置 2. 拱轴线形式 3. 实腹拱拱轴线 4. 空腹拱拱轴线 5. 主拱截面变化规律 6. 拱内力计算 7. 拱稳定的近似计算,1. 拱桥的总体布置,桥面标高：由两岸线路的纵断面设计来控制；要保证桥下净空能满足泄洪或通航的要求。 拱顶底面标高：由桥面标高推算。 起拱线标高：一般宜选择低拱脚的设计方案。 基础底面标高：地基、水文条件和上部结构。,矢跨比： 板拱桥：矢跨比可采用1/31/7，不宜超过1/8。 混凝土拱桥：矢跨比多在1/5 1/8间，以1/6居多。 钢管混凝土拱桥矢跨比：1/41/5之间，以1/5最多。 钢拱桥常用的矢跨比为1/51/10，有推力拱中1/5 1/6最为常用。,2. 拱轴线形式,（1）圆弧线 （2）抛物线 （3）悬链线 （4）其他：高次抛物线（四次、六次）,3. 实腹拱拱轴线,任一x截面的荷载集度：,拱脚截面：,因此，,m为拱轴系数：,拱轴线与恒载压力线重合，与截面上合力方向与拱脚相切，即：成,由于：,因此，,利用边界条件解微分方程，得到,式中：,根据选定的m值，可以确定拱轴线方程及拱顶、拱脚荷载集度：,计算步骤： （1）拟定拱圈与拱上结构各部分尺寸； （2）计算拱顶荷载集度； （3）拟定m值，计算拱脚荷载集度； （4）计算m值，若与拟定的m值不符，则修正m值，直到小于容许误差。,4. 空腹拱拱轴线,“五点重合法” 在1/4L处，=1/2,拱轴系数m与竖坐标yr有以下关系：,因为,所以,（a）,计算步骤： （1）拟定拱圈与拱上结构各部分尺寸； （2）计算主拱及拱上结构各部分重量； （3）计算yr； 所有作用力对拱脚力矩为零的条件，有：,按作用力对拱1/4L点力矩为零的条件，有：,（4）然后利用（a）式计算m值，如计算的m与拟定的m值不符，则修正m值重新计算，直到两者误差小于容许值。,5. 主拱截面变化规律,拱轴线可做成等截面和变截面。变截面有两种方式：变高度、变宽度。,6. 拱内力计算,6.1 查表法 （1）恒载内力计算 （a）拱的弹性中心； （b）不计拱弹性压缩的恒载内力； （c）拱弹性压缩引起的恒载内力； （2）活载内力的计算； （3）温度、收缩产生的内力。 6.2 电算方法,7. 拱稳定的近似计算,拱的稳定从失稳形态分： 面内、面外； 分枝点失稳、极值点失稳； 材料性能：线弹性稳定、非线性非弹性问题； 几何方面：小挠度和大挠度问题。,7.1 纵向稳定性验算 将拱圈或拱肋换算为相当稳定计算长度的压杆，以验算抗压承载力的形式验算其稳定性；也就是将拱等效成梁柱，计算其稳定极限承载力，而不是计算其弹性临界荷载。,7.2 横向稳定性验算 B/L小于等于1/20时，需进行横向稳定性验算。,第五节 拱桥施工,1.有支架施工 2.无支架施工,1.有支架施工 1.1 备料 1.2 拱圈及拱架的放样,1.3 拱架 1.3.1 拱架形式 （1）满布式木拱架 （2）撑架式拱架 （3）三铰桁架式木拱架 （4）钢拱架,1-弓形木；2-立柱；3-斜撑；4-卸架设备；5-水平拉杆；6-斜夹木；7-水平夹木；8-桩木,撑架式拱架,1.3.2 拱架计算 1.3.3 拱架制作与安装 1.3.4 拱架的卸落 1.4 拱圈及拱上建筑施工,2. 无支架施工 2.1 缆索吊装施工 （1）拱箱预制 （2）拱箱移运和吊装 （3）主拱圈安装