圬工和钢筋混凝土拱桥.doc

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n 跨越能力大n 就地取材，节约钢材水泥n 耐久性能好，维护费用低n 外形美观、构造简单同时：n 自重大，采用无铰拱时，对地基条件要求较高n 圬工拱桥随着跨径和桥高的增加，总造价增加较多n 连续多跨拱桥推力平衡、建筑高度较高1.2 拱桥的基本组成拱桥Arch Bridge 上部结构 Superstructure 下部结构 Substructure 附属设施 Accessory 主拱圈 Superstructure 拱上建筑 Superstructure 桥墩 Pier 桥台 Abutment 基础 Foundation1.3 拱桥的主要类型n 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n 按拱上建筑形式分：n 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n 按拱上建筑形式分： 实腹式拱桥、空腹式拱桥n 按主拱圈线形分： 圆弧线、悬链线、抛物线n 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n 按拱上建筑形式分： 实腹式拱桥、空腹式拱桥n 按主拱圈线形分： 圆弧线、悬链线、抛物线n 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：l 简单体系拱桥l 组合体系拱桥l 拱片桥简单体系拱桥n 三铰拱n 两铰拱n 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：l 板拱桥l 板肋拱桥l 肋拱桥l 双曲拱桥l 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n 材料: 天然石材（30号） ，砂浆Mu5.07.5 号n 形式：等截面圆弧拱、等截面或变截面悬链线拱。n 细部构造 ：编号和砌筑方法2.1.2 肋拱n 肋拱桥的组成: n 拱肋布置：n 拱肋形式：拱肋形式：矩形截面： 肋高 h = (1/401/60)l ；肋宽 b=(0.52.0)h工字形截面：肋高 h = (1/251/35)l ；肋宽 b=(0.40.5)h 腹板厚 b=3050 cm钢管混凝土肋拱：肋高 h = (1/451/65)l 箱形截面： 肋高 h = (1/401/55)l2.1.3 箱形拱特点：n 截面抗弯、抗扭刚度大，拱圈整体性好；n 单条箱肋稳定性好，能单箱肋成拱， 便于无支架施工；n 箱形截面能适应主拱圈各截面抵抗正负弯矩的需要；n 自重相对较轻；n 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：n 由多条U形肋组成多室箱形截面；n 由多条工字形肋组成多室箱形截面；n 由多条闭合单箱肋肋组成多室箱形截面；n 单箱多室截面。2.1.3 箱形拱箱形拱的高度和宽度n 高 h = (1/551/75)l 或h = l 0 /100+(0.60.8)mn 宽 b=(0.51.0)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。n 腹孔 腹孔构造 A. 拱式拱上建筑 腹孔的布置 l 主拱圈受力的要求：避免荷载过分集中于腹孔墩l 拱桥外形美观的要求： 腹孔的形式：l 圆弧线板式结构： 矢跨比 r=1/21/5l 微弯板或扁壳结构：矢跨比 r=1/101/12 腹拱截面：l 石板拱 30cml 混凝土 15cml 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n 拱上填料、桥面及人行道n 伸缩缝与变形缝n 排水与防水层n 拱桥中铰的设置拱桥中铰的设置n 按两铰拱或三铰拱设计的主拱圈n 腹拱圈因构造需要而设置n 腹空墩上下因构造需要而设置n 施工中为消除部分附加内力而设置的临时铰铰的种类n 弧形铰n 铅垫铰n 平铰n 不完全铰n 钢铰2.4 其它类型拱桥的构造2.4.1. 桁架拱桥特点l 整体工作，拱上结构与主拱圈构成桁架，共同受力；l 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n 设计标高线路纵断面、通航要求桥面标高拱顶填料及拱圈结构高度拱顶底面标高通航、泄洪等要求及经济性起拱线标高n 矢跨比 矢跨比与结构受力矢跨比 f / l 越小 ，Hg / Vg 越大矢跨比 f / l 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n 石、混凝土板拱及双曲拱桥 f / l = 1/4 1/6n 箱形拱桥 f / l = 1/6 1/8n 钢筋混凝土桁架拱桥 f / l = 1/6 1/10n 钢筋混凝土刚架拱桥 f / l = 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：l 采用不同的矢跨比l 采用不同的拱脚标高l 调整拱上建筑的恒载重量l 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l 尽量减少拱圈截面的弯矩， 最好截面上不出现拉应力l 满足施工要求l 线型美观3.2.2. 常用拱轴线型l 圆弧线l 悬链线l 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l 实腹式悬链线拱的拱轴方程l 实腹式悬链线拱的荷载分布l 拱轴系数l 拱轴线方程l 实腹式悬链线拱轴系数的确定l 拱轴系数与悬链线线形的关系y1/4fl1=l/4ABHgl1=l/4y4.1.2. 空腹式悬链线拱五点重合法三铰拱的情形l 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4.1.2. 空腹式悬链线拱l 任意截面的偏离弯矩l 对于拱顶截面l 对于拱脚截面结论：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：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：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：弯矩：剪力：空腹式悬链线拱的恒载内力：轴向力：弯矩： 剪力： 4.2.4. 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I=1.0m4，容重=25kN/m3 。试应用“五点重合法”，n 确定拱桥拱轴系数mn 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）n 计算弹性压缩引起的拱脚截面 和拱顶截面弯矩 确定拱桥拱轴系数mn 取悬臂曲梁为基本结构n 计算拱上建筑恒载对1/4截面和 拱脚截面的弯矩n 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n 计算所有半拱悬臂荷载对1/4截面和拱脚截面的弯矩n 计算拱轴系数mn 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。 计算拱在不考虑弹性压缩时的拱脚反力n 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n 计算半拱悬臂恒载对拱脚截面总的竖向剪力n 按下式计算拱脚截面水平推力n 计算拱脚截面恒载轴力 计算拱考虑弹性压缩引起的Vg、 Hg和 Ngn 根据确定的拱轴系数m计算弹性中心位置n 查表计算弹性中心处的水平拉力Sn 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 计算赘余力影响线n 基本结构：简支曲梁n 典型方程为 绘制内力影响线n 拱中水平推力影响线n 拱脚竖向反力影响线n 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n 早期脱架施工n 无支架施工2. 裸拱的受力特征n 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 n 悬链线拱的几何性质及弹性中心n 恒载作用下拱的内力计算n 活载作用下拱的内力计算n 裸拱的内力计算第3篇第5章 拱桥的施工方法n 有支架施工n 无支架施工5.1 有支架施工5.1.1. 拱架n 拱架的形式与构造满布式拱架n 拱盔 n 卸架设备n 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n 拱架自重n 拱圈重量，可视为活荷载n 施工重量n 横向风力拱架预拱度的计算与设置n 拱架的弹性与非弹性变形n 拱圈在自重、温度变化和墩台位移等因素下的弹性下沉5.2 缆索吊装施工5.2.1.缆索吊装设备n 主索n 起重索n 牵引索n 结索n 扣索n 浪风索（缆风索）n 塔架及索鞍n 地锚n 卷扬机5.2.2.拱肋的预制n 放样n 支模n 分节段浇筑n 养护5.2.3. 拱肋的吊装为了保证吊装的稳定和安全，一般应：n 扣索的设置： 各拱肋段(处最后的拱顶合拢段外)，均应设置一组扣索将拱肋悬挂住n 风缆的设置： 至少保证2根基肋设置固定风缆n 松索的时机： 小跨径的箱形拱，当截面高度(0.009-0.012跨径)和宽度(0.6-1.0肋高)满足一定条件，且横向稳定安全系数不小于4时，单根拱肋成拱后即可松索； 大中跨径的箱形拱，单肋横向稳定安全系数小于4时，先悬扣拱脚段或次拱脚段，然后用横夹木临时将相邻两肋联结，待拱顶单根拱肋合拢成拱后，即可松索； 当拱肋跨径超过80米，应采用双基肋合拢松索成拱方式5.2.4. 拱肋吊装过程中的内力计算n 吊点的位置确定： 避免倾翻，吊点必须在该段拱肋重心以上 从该段拱肋的合理受理确定吊点的位置n 各施工阶段的内力计算： 边段拱肋悬挂时扣索的计算 边段拱肋悬挂时自重内力的计算 中段拱肋搁置于边段拱肋上时内力的计算 中段拱肋安装时的内力的计算 5.3 其它施工方法5.3.1. 悬臂施工方法n 塔架斜拉索法n 斜吊式悬浇法5.3.2. 转体施工方法n 竖向转体施工方法n 平面转体施工方法n 转动机构5.4 钢管混凝土拱桥5.4.1.钢管混凝土的特点n 钢和混凝土的理想结合钢管中混凝土由于受到钢管的约束，抗压强度大体可提高一倍；另一方面由于混凝土对钢管屈曲的约束作用，钢管的屈曲抗力也得以提高，这种互补的效果，是钢管混凝土成为理想的受压构件。5.4.1.钢管混凝土的特点其他优点