《拱桥的概述》PPT课件

1、第三篇 拱桥,第一章 概述,第一节 拱桥的基本特点及其适用范围 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）,图1 赵州桥,当代拱桥：结构型式与施工方法的丰富多彩，如97年 建成的重庆万县长江大桥（图2所示，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，L 503m ）及2004年的卢浦大桥（L=550m）。,图2 1997建成的四川万县长江大桥 （L=420m),图3 360m 广州丫髻沙特大桥,图 4 1932澳大利亚503m悉尼钢拱桥,2、拱桥的

2、受力特点,承重结构：主拱,拱桥的基本图示,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,3、主要优缺点： 主要优点 跨越能力较大。抗风稳定性强，结构整体性好。能就地取材。可以充分利用当地的圬工和钢筋混凝土等材料，造价较低。耐久性能好，维修、养护费用低。构造较简单，技术容易掌握，有利于广泛应用。建筑艺术造型简洁美观，能与周围环境较好协调。,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，对地基要求也高； 2）施工方面的缺点多； 3）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

3、墩，增加了造价； 4）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 拱桥由于其优点突出，且具有民族特色，符合我国实际情况，故在桥梁设计方案中常被选用。,第二节 拱桥的组成,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如下图所示：,图3.1.3 （a）上承式；（b）中承式；（c）下承式,上承式拱桥的上部结构是由主拱圈（肋、箱）和拱上建筑（又称拱上结构）组成。主拱圈（肋、箱）是拱桥的主要承重结构，承受桥上的全部荷裁，并通过它把荷载传递给墩台及基础。由于主拱圈是曲线形，一般情况下车辆都无法直接在弧面上行驶，所以在桥面系与主拱圈之间需要有传递荷载的构件或填充物，以使车

4、辆能在平顺的桥道上行驶。桥面系和这些传力构件或填充物统称为拱上结构或拱上建筑。桥面系包括行车道、人行道及两侧的栏杆或砌筑的矮墙等构造。拱上建筑可做成实腹式（图3-1-2）或空腹式（图3-1-3a），相应称为实腹拱桥或空腹拱桥。,第三节 拱桥的主要类型和选型,一、拱桥的主要类型,1、简单体系拱桥和组合体系拱桥,拱桥按受力图式的分类,简单体系拱桥：行车系结构不参与主拱的受力，主拱以裸拱为主要承重结构。,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

5、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。,（一）按照结构体系分类,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。常用的有以下几种形式：,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。,根据拱肋和系杆（梁）相对刚度的大小及吊杆的布置型式可以分为；具有竖直吊杆的柔性系杆刚性拱称系杆拱；具有竖直吊杆的刚性系杆柔性拱称蓝格尔拱；具有竖直吊杆的刚性系杆刚性拱称洛泽拱,柔性系杆刚性拱组合体系中，系杆的刚度远小于拱肋

6、的刚度，即 80。系杆和吊杆均为柔性杆件，可以忽略系杆承受的弯短，通过张拉系杆以抵消大部分拱的推力。从而能发挥材料的特性，减轻墩台负担，使这种体系能应用于软土地基上。这类桥梁适用跨径为20m90m。 刚性系杆柔性拱，拱肋的刚度与系杆的刚度相比小得多，即 180，可以忽略拱肋中的弯矩，认为刚性系杆不仅承受拱的推力，还要承受弯短，为拉弯组合的梁式构件，而拱肋只承受轴向力，故称为柔性拱。刚性系杆柔性拱的适用跨径可达100m。,刚性系杆刚性拱介于刚性系杆柔性拱和柔性系杆刚性拱之间，即 在 18080之间，拱肋和系杆都有一定的抗弯刚度，荷载引起的弯矩在拱肋和系杆之间按刚度分配，它们共同承受纵向力和弯矩，

7、适用于跨径20100m。 以上三种拱，当用斜吊杆来代替竖直吊杆时，称为尼尔森拱，斜吊杆与拱肋和系杆的联结构造稍显复杂，但这种体系与桁架结构相似，与竖吊杆相比，内力分配更均匀，整体刚度更大，可节省材料1015。,大跨度拱桥的多样化,网状拱 Network Arch,Kishiwada Bridge (Japan),Shinhamadera Bridge (Japan),Fehmarnsund Bridge (Germany),Terashima (Japan),Nagara Bridge (Japan),有推力拱：此种组合体系拱没有系杆，有单独的梁和拱共同受力，拱的水平推力任由墩台承受。,3、拱

8、片桥,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、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。,（二）按照主拱的截面型式分类,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。

9、,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。,拱桥细部构造,双曲拱桥,图3.2.23 双曲拱桥主拱圈截面型式,叶爱君,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，可达全截面的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。,箱形拱闭合箱的构造,5 钢管混凝土拱桥 钢管混凝土拱桥的特点、构造和计算详见第五篇有关内容。,二、拱桥型式的选择 拱桥的型式，应按因地制宜、就地取材、便于施工和养护的原则，并根据桥位处的地形、水文、通航等要求，结合施工设施等条件来选择。达

10、到技术先进、安全可靠、适用耐久、经济合理、外形美观和有利环保的要求。 1. 对小跨拱桥可采用实腹式圆弧拱，大、中跨径拱桥宜采用空腹式悬链线拱。 2. 在盛产砂、石的地区，可充分发挥民间传统工艺，采用石拱桥或混凝土预制块拱桥。 3. 箱型截面拱具有抗扭刚度大、结构稳定性强、整体性能好等优点，宜用于大跨径无支架施工的钢筋混凝土拱桥。 4. 肋拱桥具有材料省、重量轻、能减少下部工程量、外形美观等优点，可用于大、中跨径的钢筋混凝土拱桥。 5. 软土地基上修建无铰拱时，应采取无支架施工或早期脱架施工，使主拱圈随着拱上建筑的修筑，逐步适应地基变形。,第四节 拱桥的总体布置,总体布置,确定桥梁长度及分孔,确

11、定桥梁的设计标高 和矢跨比,正确处理不等分孔问题,桥面标高，拱定底面标高，起拱线标高，基础标高,砖、石、混凝土板拱桥及双曲拱桥矢跨比1/41/8 箱型拱桥矢跨比1/61/10 钢筋混凝土拱桥的矢跨比一般为16110,采用不同的矢跨比 采用不同的拱脚标高 调整拱上建筑的重力 采用不同的拱跨结构,图3.1.8 拱桥主要标高及桥下净空示意图,四、拱轴线的选择 选择拱轴线的原则:要尽可能降低由于荷载作用产生的拱圈内弯矩数值。最理想的拱轴线是与拱上各种荷载作用下的压力线相吻合，这时拱圈截面只受轴向压力，而无弯矩作用，从而能充分利用圬工材料的抗压性能。 但事实上是不可能获得这样的拱轴线的，因为除了永久作用

12、外，拱圈还要受到汽车、人群荷载等可变作用以及温度变化和材料收缩等因素的影响。当永久作用下的压力线与拱轴线吻合时，在可变作用下就不再吻合。,公路拱桥的结构重力占全部作用的比重较大 以结构重力作用下的压力线作为设计拱轴线，可以认为基本上是适宜的 拱桥设计中所选择的拱轴线应满足以下几方面的要求：尽量减小拱圈截面的弯矩，使主拱圈在计入弹性压缩、均匀温降、混凝土收缩等影响下各主要截面的应力相差不大，且最大限度减小截面拉应力，最好是不出现拉应力；对于无支架施工的拱桥，应能满足各施工阶段的要求，并尽可能少用或不用临时性施工措施；线型美观，便于施工,图3.1.11 拱桥拱轴线型,拱桥常用的拱轴线型： 1. 圆弧线 在均布径向荷载作用下（如水压力），拱的合理拱轴线为一圆弧线。这类拱桥，线型简单，施工方便。但在一般情况下，圆弧形拱轴线与结构自重压力线偏离较大，使拱圈各截面受力不够均匀。因此圆弧线常用于20m以下的小跨径拱桥。,2. 悬链线 实腹式拱桥的永久作用集度（单位长度上的质量），可以看成从拱顶向拱脚是均匀增加的，这种荷载分布图式的拱圈压力线是一条悬链线。因此，实腹式拱桥可以采用悬链线作为拱轴线。在结构自重作用下，当不计拱圈结构自重因弹性压缩产生的影响时，拱