桥梁工程复习

1、在竖向荷载作用下，梁在支承处将仅受到竖向反力作用，而拱在竖向荷载作用下，支承处 不仅产生竖向反力，还产生水平推力，使拱主要受压，减小拱圈截面弯矩。拱桥优点：跨越能力大；能充分做到就地取材，降低造价；耐以性好，养护、维修 费用小；外形美观；构造较简单，特别是污工拱桥，技术容易被掌握，有利于广泛采 用。拱桥缺点：有推力的结构；自重较大时，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；污工拱桥一般都采用有支架施工，施工较复杂，工期长，费用高； 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；上承式拱桥的建筑高

2、度较高。按主拱圈的建筑材料分为：污工拱桥、钢筋混凝土拱桥、刚拱桥、钢管混凝土拱 桥。按拱上建筑的形式分为：实腹式拱桥、空腹式拱桥。小跨径拱桥多采用实腹式：构造简 单，施工方便，但填料数量较多，恒载较重。大、中跨径拱桥多采用空腹式：利于减小恒 载，使桥梁显得轻巧美观。按主拱圈采用的拱轴线形式分为：圆弧拱桥、抛物线拱桥、悬链线拱桥。按桥面所处的位置分为：上承式拱桥、中承式拱桥、下承式拱桥。按结构受力体系分为：简单体系拱桥：主要承重结构是裸拱，行车系结构不参与主拱一 起受力。组合体系拱桥：主要承重结构是裸拱与行车系结构按不同方式构成的整体。三铰拱：静定结构，在地基差的地区可采用。构造复杂，施工困难，

3、整体刚度小，主拱圈 一般不采用，常用于空腹式拱桥拱上建筑的边腹拱。两铰拱：一次超静定结构，介于三铰拱和无铰拱之间，刚拱采用较多。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，实际中使用最广泛。超静定次数高，会产生附加内力，一般希望修剪 在地基良好处。无推力拱式组合体系拱桥（也称系杆拱桥）是外部静定结构，兼有拱桥的较大跨越能力和 简支梁桥对地基适应能力强的两大特点。拱的推力由系杆承受，因而墩台不承受水平推 力。系杆的含义就是一个将两拱脚相互联系在一起的水平构件。有推力拱式组合体系拱桥：没有系杆，由单独的梁和拱共同受力，拱的受力仍由墩 台承 受

4、。箱型拱桥：拱圈为截面箱型，截面挖空率大，节省材料，减小自重，截面抗弯、抗扭刚度 大，横向整体性和结构稳定性好，特别适用于无支架施工，是大跨径钢筋混 凝土拱桥主拱 圈的基本截面形式。矢跨比：矢高与跨度的比值。拱桥的最重要设计控制参数。矢跨比对结构的影响：拱的水平推力同矢跨比成反比。矢跨比越小，弹性压 缩、温度 变化、收缩徐变以及墩台位移等在拱圈内引起的附加应力越大。拱轴线：其形状直接影响主拱截面内力及应力的分布与大小。选择原则：尽可能降 低由于 荷载产生的弯矩值。五点重合法：采用悬链线时，设计拱轴线与相应三铰拱的恒载压力线在拱顶、跨和拱1/4 脚5处重合。合理拱轴线：圆弧线：适用于均布径向荷载

5、作用的拱桥。线性简单，施工方便，但圆弧 形拱轴线与恒载压力线偏离较大，使拱圈隔截面受力不够均匀。悬链线：适用于荷载集 度从拱顶向拱脚是均匀增加的拱桥。在恒载作用下，当不计拱圈由恒 载弹性压缩产生的影 响时，拱圈截面将只承受轴力而无弯矩。抛物线：适用于恒 载集度比较均匀的拱桥。用于中、下承式简单体系拱桥和组合体系拱桥中。等跨布置特点：恒载水平推力相互抵消。不等跨布置特点：不平衡的恒载水平推力；水平推力对桥墩基底的弯矩。多跨连续拱桥的布置处理方式：采用不同的矢跨比：矢跨比与推力大小成反比关 系，大 跨径用陡拱，小跨径同坦拱。采用不同的拱脚标高：减小大跨与小跨的恒载水平推力对 基地产生的弯矩。调整拱

6、上建筑的恒载重量。采用不同类型的拱跨结构。石砌板拱拱圈砌筑构造要求：错缝；砖砌宽度不能太大；设五角石（不得带锐角）； 现浇混凝土拱座或腹孔墩底梁。双曲拱主拱圈由拱肋、拱波、拱板及横向联系四部分组成。减轻吊装重量：化整 为零： 将主拱圈拆分，预制拱肋、拱波和横向联系。集零为整：吊装拱肋一安装 横向联系一安 装拱波一浇筑拱板混凝土一主拱圈形成。双曲拱桥中拱肋的作用：主拱圈的骨架，参与拱圈共同承受全部恒载和活载；砌筑拱 波和浇筑拱板的支架作用。（设计要求：足够的刚度和强度。）双曲拱桥缺 点：施工工序 多、组合截面整体性较差和易开裂。箱型拱特点：截面挖空率大（50%60%）；中性轴居中；抗弯和抗扭刚度

7、大，整体性好； 单条箱肋刚度较大，稳定性较好，能单箱肋成拱，便于无支架吊装；制作要求高，吊装设 备多。靠近墩台的第一个腹拱应做成三铰拱的原因：由于拱圈受力后变形较大，而墩台变形较小， 容易造成第一个腹拱因拱脚变位而开裂，因而靠近墩台的第一个腹拱应做成三铰拱。需要设置铰的情况：按两铰拱或三铰拱设计的主拱圈；按构造要求需要采用两 铰拱或 三铰拱的腹拱圈；需设铰的矮小腹孔墩；在施工过程中，为消除或减小主拱圈的部分 附加内力，以及对主拱圈内力作适当调整时，需要在拱脚处设置临时 铰。拱上填料特点：扩大车辆荷载作用的面积；减小车辆荷载对拱圈的冲击；缺 点：增 加了恒载重量。中、下承式拱桥传力路径：桥面荷载

8、通过吊杆和桥面系将作用力传递到拱肋上。横向联系位置：两片分离的拱肋间。作用：保证两片拱肋的横向刚度和稳定，以承受作用 在拱肋、桥面及吊杆上的横向水平力。无横向风撑的中、下承式拱桥如何来保证横向稳定？（1）拱脚具有牢靠的刚性固结；（2）中承式拱桥：加强桥面至拱脚处的拱肋间固结 横梁的刚度，并设置K撑或X撑；（3）下承式拱桥：采用半框架式的结构，即采用刚性 吊杆，并与整体式桥面结构或刚度较大的横梁固结，以给拱肋提供足够刚劲的侧向弹性支 承，一承受拱肋上的横向水平力；（4）加大拱肋的宽度，使其本身具有足够的横向刚度和稳定性；（5）柔性吊杆的“非保向力”作用。冈I性吊杆：材料：钢筋混凝土或预应力混凝土

9、。作用：增强拱肋的横向刚度。截面：一般 为矩形。尺寸顺桥向小，横桥向大。缺点：用刚量较大，施工程序多，工 艺复杂。说明： 吊杆两端的钢筋应扣牢在拱肋与横梁中。柔性吊杆：材料：冷轧粗钢筋、高强钢丝或钢绞线等高强钢材。存在的问题：1）耐以 性：钢索易锈蚀。2）短吊杆的设计：相比长吊杆，线刚度EA/L较大，承担 的活载及 活载冲击力大，应力及应力幅均较大。温度变化时，下端随桥面一起水平位移，上、下 锚点易偏离垂直线，形成折角，使吊杆护套破损，钢丝受力不匀，钢丝腐蚀断裂。 解决 方案：前主要用PE热挤索套防护工艺：增大短吊杆的截面面积；可将两端设计成铰结，或采取适当的措施减小短吊杆的水平位移。桁式组合

10、拱：上弦缝断缝，下弦杆连续。常用于100m以上的特大型预应力混凝土拱 桥，设断缝对减小由于日照温差引起的附加内力有好处。桁架拱桥结构特点：桁架拱片在施工期间单独受力，竣工后与桥面板共同受力。下弦杆为拱形，上弦杆一般与桥道结构组合成一整体而共同工作。在荷载作用 下具有 水平推力，使跨中实腹段在恒载作用下弯矩减小，主要承受轴向压力，在活 载作用下将承 受弯矩，成为一偏心受压构件，即具有拱的受力特点。拱上结构与拱肋连成整体，共同 受力，相当于拱圈高度加大，各杆件又主要承受轴力，所以又 具有桁架的受力特点。通 常采用两铰结构，附加内力较小，适合软弱地基需要。但毕竟是有推力结构，跨径过大， 支点反力也大

11、，对地基承载能力的要求较高。应用范围以20m50m的中等跨径为宜。施工中整体性好，除桥面外通常采用预制装配。缺点：节点易开裂。钢架拱桥上部结构由刚加拱片、横向联结系和桥面组成。主梁和主拱腿构成的拱形 结构设 计原则是在恒载作用下弯矩最小。钢架拱桥属于有推力的高次超静定结构，具有构件少、 质量轻、整体性好、刚度大、施工简便、造价低、造型美观等优点，可在软土地基上修 剪，被广泛用于跨径25m70m的桥梁。横向联系：把桁架拱片连成整体，使之共同受力。构造：横拉杆、横系梁、横隔板、剪刀 撑。拱式组合桥的构造：简支梁拱组合式桥梁、连续梁拱组合式桥梁、单悬臂组合式桥梁。系杆设置原则：要考虑系杆与拱肋的连接

12、，保证系杆能很好地与拱肋共同受力；要考虑系杆与行车道之间的相互作用，避免桥梁行车道因阻碍系杆的受拉而遭到 破坏。梁特点：竖向荷载作用下无水平反力；梁以受弯为主。要获得更大跨径需增大梁 高，但受 自重的限制。拱特点：竖向荷载作用下有水平推力，拱圈（肋）受压为 主，弯矩减小。受 压构件易失稳，限制跨度，一般在500m以内可作为比选方案。索特点：受拉的斜拉索 将主梁多点吊起，并将主梁的恒载和车辆等其他荷载传至塔柱，再通过塔柱基础传至地 基。塔柱以受压为主。悬索桥缆索为主要承重结构，在桥面系竖向荷载作用下，通过吊杆使缆索承受很大 的拉 力，缆索锚于悬索桥两端的锚定结构中。优点：缆索承受拉力，不存在失稳

13、问 题，充分利 用材料，跨度大。施工中，缆索形成了一个强大稳定的结构支承系统，减小施工风险。缺点：柔性结构，冈U度小，变形大，抗风稳定性差。斜拉桥的特点：优点：斜拉索的弹性支承一一减小主梁弯矩，减小尺寸，减轻自重，提 高跨越能力。塔柱、拉索和主梁构成稳定的三角形一一提高结构刚度，坑风能力较悬索桥 要好得多。缺点：当跨度很大时，悬臂施工的斜拉桥因主梁悬臂长度过长，承受压力过 大，而风险较大，塔高也过高，外索过长，索垂度的影响使索的刚度大幅下降。斜拉桥与悬索桥一样，是柔性结构，很少采用三塔四跨式或多塔多跨式。原因：多 塔多跨 式中的中间塔的塔顶没有端锚索来有效地限制它的变位。孑L跨布局解决措施：增

14、加主梁的刚度。但会增加桥梁的自重。可将中间塔做成 冈世 索塔，但增加索塔和基础的工程量。用长拉索将中间塔顶分别锚固在两个边塔的塔顶或 塔底加劲，但长索下垂量很大，索的刚度较小，大风有可能将其破坏。加粗尾索并在锚 固尾索的梁端上压重，以增加索的刚度。端锚索：疲劳问题。解决方式：设辅助墩。作用：可以减小拉索应力变幅；提高主跨刚度；又能缓和端支点负反力；有效控制塔顶向中跨的位移；使主跨 或边跨 弯矩、挠度减小。矮塔部分斜拉桥的特点：塔较矮，塔身刚度大，拉索的水平倾角小，对主梁的支 撑作用 减弱，水平压力增大。常规斜拉桥的塔高与跨度之比为1/41/5，而部分斜 拉桥为1/8 1/12。梁的无索区较长，

15、没有端锚索。边跨与主跨的比值较大，一般大于0.5。由于拉索不能提供足够的支承刚度，故要求主梁的刚度较大。拉索对 竖向恒活载的分担率小于30%，受力以梁为主，索为辅。梁高较大，高垮比为1/30 1/40,甚至做成变高度梁。由于梁的刚度大，活载作用下斜拉索的 应力变幅较小，可按 体外预应力索设计。重力刚度：在中小跨度的悬索桥中，为了提高悬索桥的竖向整体刚度，往往是通 过提高 加劲梁抗弯刚度来获得。悬索桥的加劲梁支撑在柔性的主揽上，且随着悬索桥跨度的增大，加劲梁的竖向抗弯刚度提供给整个桥垮结构的刚度仅占次要地位。对于弯曲刚度为0的悬索，重力在悬索中产生了自相平衡的初始拉力并决定了索 的形状。如果恒载

16、相当大，其有恒载决定的几何形状就不会因为相对较小的活 载而改变， 对活载来讲，桥就有了刚度，称之为重力刚度。悬索中初拉力越大，活载拉力增量及变 形量就越小，桥梁刚度就越大。自锚式悬索桥：主揽拉力水平分力直接传递给加劲梁（轴向压力）承受；竖直分力（较小）由端支点承受。适宜：跨度不大、软土地基、城市桥等。地锚式悬索桥：主揽 拉力依靠锚固体（锚定）传递给地基。自锚式：锚于加劲梁，适于较小跨度，施工不便，较少采用。地锚式：广泛采用，承受水 平反力和上拨力，以重力提供的摩擦力来抵抗主揽水平力。桥梁墩台组成：墩（台）帽、墩（台）身和基础。作用：支承桥梁上部结构的荷 载，将 力传给地基基础，承受施工时的临时荷载。桥墩：中间支承结构物，除承受上部结构的 荷载外，还要承受流水压力、风力以及可能出现的冰荷载、船只、排 筏或漂浮物的撞击 力。桥台：一般设置桥梁的两端，除支承桥跨结构外，又是衔接两岸接线路堤的构筑 物，挡土护岸，承受台背