第7章 拱式橋橋的構(gòu)造與設(shè)計

1、第7章 拱式橋梁的構(gòu)造與設(shè)計,拱橋的現(xiàn)狀和發(fā)展,古代拱橋: 拱軸曲線造型的千變?nèi)f化，其中最具有代表意義的是建于 公元 595-605年的趙州橋（如圖1所示，跨徑L=37m）,圖1 趙州橋,當(dāng)代拱橋：結(jié)構(gòu)型式與施工方法的豐富多彩如，97年 建成的重 慶萬縣長江大橋（圖2所示，L=420m）， 廣州丫髻 沙特大橋（圖3，

2、L＝360m）， 1932建成的澳大利亞 悉尼鋼拱橋（圖4，L＝ 503m ）及正在建設(shè)的魯浦大 橋（L=550m）。,圖2 1997建成的四川萬縣長江大橋 （L=420m),圖3 360m 廣州丫髻沙特大橋。,,7.1.1 拱橋的受力特點,圖 4 1932澳大利亞503m悉尼鋼拱橋,?承重結(jié)構(gòu)：主拱,拱橋的基本圖示,?支承處不僅產(chǎn)生

3、豎 向反力，還產(chǎn)生水平推力，從而使拱主要受壓,,橋梁與道路結(jié)構(gòu),,拱式橋,7.1.2、拱橋的基本特點：?主要優(yōu)點跨越能力大；能充分做到就地取材；耐久性好，養(yǎng)護、維修費用??；外形美觀；構(gòu)造較簡單，有利于廣泛采用。,?主要缺點：1）是有推力的結(jié)構(gòu)，而且自重較大，因而水平推力也較大，增加了下部結(jié)構(gòu)的工程量，對地基 要求也高；3）由于水平推力較大，在連續(xù)多孔的大、中橋中，為防止一孔破壞而影響全橋的安全，需要采取較復(fù)雜的措施，或設(shè)置單向

4、推力墩，增加了造價；4）上承式拱橋的建筑高度較高。,?拱橋的缺點正在逐步得到改善和克服：200~600m范圍內(nèi)，拱橋仍然是懸索橋和斜拉橋的競爭對手,7.1.3、拱橋的組成 根據(jù)行車道的位置，拱橋可以分成：上承式、下承式和中承式三種類型如下圖所示： 一般上承式拱橋，橋跨結(jié)構(gòu)是由主拱圈、拱上建筑等組成。,拱橋的基本圖示,,,橋梁與道路結(jié)構(gòu),拱式橋,,橋梁與道路結(jié)構(gòu),拱式橋,7.1.4、拱橋的主要類

5、型及其特點,,橋梁與道路結(jié)構(gòu),拱式橋,7.2.1、拱式橋梁的結(jié)構(gòu)體系,拱橋按受力圖式的分類,簡單體系拱橋：可以做成上承式，中承式，下承式，均為有推力拱。,三鉸拱：靜定結(jié)構(gòu)，在地基差的地區(qū)可采用。但構(gòu)造復(fù)雜，施工困難，整體剛度小，主拱圈一般不采用。,無鉸拱：三次超靜定結(jié)構(gòu)。拱的內(nèi)力分布較均勻，材料用量較三鉸拱?。粯?gòu)造簡單，施工方便，整體剛度大，實際中使用廣泛。但超靜定次數(shù)高，會產(chǎn)生附加內(nèi)力，一般希望修建在地基良好處。跨徑增大，附加力影響變

6、小，故鋼筋混凝土無鉸拱仍是大跨徑橋梁的主要型式之一。,兩鉸拱：一次超靜定結(jié)構(gòu)，介于三鉸拱和無鉸拱之間。,7.2 拱橋的結(jié)構(gòu)體系與總體布置,2、組合體系拱橋,組合體系拱橋：在拱式橋跨中，行車系與拱組合，共同受力。同樣，組合拱可以做成上承式、中承式和下承式。常用的有以下幾種形式：,無推力拱（使用較廣泛）：拱的推力由系桿承受，墩臺不受水平推力,有推力拱：此種組合體系拱沒有系桿，有單獨的梁和拱共同受力，拱的水平推力任由墩臺承受。,7.2.2、

7、總體布置,總體布置,,,,確定橋梁長度及分孔,確定橋梁的設(shè)計標(biāo)高和矢跨比,正確處理不等分孔問題,,橋面標(biāo)高，拱頂?shù)酌鏄?biāo)高，起拱線標(biāo)高，基礎(chǔ)底面標(biāo)高,混凝土拱橋矢跨比1/4～1/8箱型拱橋矢跨比1/6～1/10,,,采用不同的矢跨比采用不同的拱腳標(biāo)高調(diào)整拱上建筑的重力采用不同的拱跨結(jié)構(gòu),7.3 主拱圈的構(gòu)造與尺寸擬定,根據(jù)主拱圈截面形式可分為：板拱，肋拱，雙曲拱，箱形拱等。,,7.3.1、板拱,板拱是指主拱（圈）采用整體實心矩形截

8、面的拱。按照主拱所采用的材料，可分為石板拱、混凝土板拱和鋼筋混凝土板拱等。這部分主要介紹鋼筋混凝土板拱,板拱的寬度,,,?拱圈的厚度,,?拱圈截面的變化規(guī)律,截面變化規(guī)律,其中 N自拱頂向拱腳逐漸增大，但M變化復(fù)雜與結(jié)構(gòu)體系和截面慣性矩I有關(guān)，下圖為結(jié)構(gòu)體系和截面慣性矩對彎矩的影響。,拱截面正應(yīng)力,無鉸拱通?？捎脩T性矩從拱頂向拱腳逐漸增大的變化（見下圖），計算公式可采用Ritter公式：,上式中：I為任意截面的慣性矩；

9、 Id為拱頂截面的慣性矩； ?為任意截面的拱軸線傾角； n拱厚變化系數(shù)，可用拱腳處的邊界條件?=1求得：,鋼筋混凝土板拱的構(gòu)造,Ij和?j分別為拱腳截面的慣性矩和傾角,縱向受力鋼筋：最小配筋率0.2%~0.4%,2、板肋拱,肋拱：拱圈截面由板和肋組成的拱橋。,7.3.2、肋拱,肋拱：用兩條或多條分離的平行窄拱圈?即拱肋作為主拱圈的拱具有自 重

10、輕，恒載內(nèi)力小，可以充分發(fā)揮鋼筋混凝土等材料的性能，在 大中型拱橋中得到廣泛應(yīng)用,肋拱截面形式,,,,矩形，肋高h(yuǎn)＝(1/40~1/60)L，寬b=(0.5~2.0)h,,工字形截面肋高h(yuǎn)＝(1/25~1/35)L，寬b=(0.4~0.5)h,,管形肋拱,,箱形肋拱（后面介紹）,,,7.3.3、箱形拱,箱形板拱：主拱圈由多室箱構(gòu)成的拱，箱形拱通常采用預(yù)制拼裝 施工。,

11、多條閉合箱肋組成的多室箱形截面,,,拱圈截面尺寸擬定,,,,拱圈高度,,h?拱圈高度L0 ?凈跨度? ?取為0.6~0.8,拱圈寬度,,箱肋寬度,,與吊裝能力有關(guān)，一般1.2m~1.7m,,,頂?shù)装寮案拱?,,頂?shù)装搴穸纫话銥?5cm~22cm兩外腹板一般為12cm~15cm內(nèi)箱腹板一般為4cm~5cm為保證安全，應(yīng)進行壓潰及局部應(yīng)力檢算,設(shè)置位置：,,箱肋接頭,,作用：保證整體性,鋼筋布置：首先滿足使用要求，其次滿足施工（吊

12、裝等）階段受力要求,,橋梁與道路結(jié)構(gòu),拱式橋,7.3.4、雙曲拱橋：主拱圈橫截面由一個或數(shù)個小拱組成 ， 其主拱圈在縱向和橫向均呈曲線形。通常有拱肋、拱波、拱板和橫向聯(lián)系等幾部分。,,公路雙曲拱橋采用最多的是多肋波的截面形式；對于跨徑和荷載較小的單車道橋可采用單波的形式。,雙曲拱橋施工工序多，組合截面的整體性差，易開裂，因此，只宜在中小跨徑橋梁中采用。,,同濟大學(xué)橋梁系,葉愛君,橋梁與道路結(jié)構(gòu),拱式橋,拱橋細(xì)部構(gòu)造,,橋梁與道路結(jié)構(gòu),

13、拱式橋,四、拱橋?qū)嵗榻B,我國公路橋中70%為拱橋。我國多山，石料資源豐富，拱橋取材以石料為主。,1）圬工拱橋（石拱橋以及拱圈不配鋼筋的混凝土拱橋，跨越能力較小）,,橋梁與道路結(jié)構(gòu),拱式橋,2）雙曲拱橋（中國首創(chuàng)的一種拱橋型式）,,橋梁與道路結(jié)構(gòu),拱式橋,3）肋拱橋,1988廣東廣州流溪橋 （L=90m）鋼筋混凝土箱肋中承式拱，拱矢度1/4.5，全橋采用噴塑裝修工藝，建筑宏偉壯麗，已成為公園的重要景觀。,1983 臺灣臺北關(guān)渡橋 （L

14、=165m）中承式5孔連續(xù)系桿拱橋，中間孔跨度為165m，兩側(cè)孔跨度為143m及44m，拱圈為拋物線。,1990江蘇丹陽云陽橋（L=70m） 跨越京杭大運河，無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力系桿拱，3根拱肋，矢度1/5，拱軸系數(shù)m=1.0，單箱高1.5m，行車道剛性縱梁和無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力柔性系桿分開。預(yù)制安裝法施工.,1992 廣東開平三埠橋 （L=60m）單拱肋預(yù)應(yīng)力混凝土系桿拱，單拱肋置于車行道中央分隔帶上。,1994臺灣臺北碧潭橋（L=160m）

15、 橋面由預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土單箱組成，并配以Y型懸臂拱圈，形成主跨為160m及2x100m無推力拱橋。引橋跨度分別為85m及57m，全橋以簡潔明快的弧形曲線構(gòu)成，與遠(yuǎn)山近水相協(xié)調(diào)。,1990四川宜賓小南門橋 (=240m)主橋系中承式鋼筋混凝土肋拱橋，矢度1/5，是當(dāng)時國內(nèi)跨徑最大的鋼筋混凝土拱橋。該橋采用勁性鋼骨架施工法，纜索吊裝。,,橋梁與道路結(jié)構(gòu),拱式橋,4）箱 拱橋,1979四川省宜賓市金沙江大橋 （L=150m）中國采用纜

16、索吊裝施工、跨徑最大的鋼筋混凝土箱形拱。主拱圈箱高2.0m，箱寬7.60m，矢跨比1/7，全拱圈橫向分5個箱室；縱向分5段預(yù)制，纜索吊裝就位后再組合成整體箱。,1989四 川涪陵烏江大橋 （L=200m）橋高84m，矢跨比1/4，主拱圈采用3室箱。 涪陵烏江大橋采用轉(zhuǎn)體法施工，先在兩岸上、下游組成3m寬的邊箱，待轉(zhuǎn)體合攏后吊裝中箱頂、底板，最后組成3室箱。,1997四川萬縣長江大橋 L=420m)勁性骨架鋼筋混凝土箱形拱橋,,橋梁與

17、道路結(jié)構(gòu),拱式橋,,5）剛架拱橋,1989江蘇無錫100米下甸橋 變截面，四分點附近截面高度最大，分別向拱腳、跨中減小。取消斜撐，拱上建筑采用23m預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁以過渡。,1993江西德興130米太白橋 采用轉(zhuǎn)體施工。,,橋梁與道路結(jié)構(gòu),拱式橋,6）桁架拱橋,1976浙江寧海75米越溪橋 主孔為凈跨75m的預(yù)應(yīng)力混凝土桁架拱，拱矢度1/9；邊孔為凈孔40m的雙曲拱，,1971浙江余杭50米里仁橋 鋼筋混凝土斜拉桿式桁架拱橋。

18、拱圈矢跨比為1/8。全橋布置4片拱片，在上弦桿覆蓋微彎板混凝土橋面。預(yù)制拱片臥置疊澆，分段用浮吊起吊、翻身和吊裝，在三分點處設(shè)臨時支托，澆筑濕接頭混凝土。,,橋梁與道路結(jié)構(gòu),拱式橋,7）桁式組合拱橋中國首創(chuàng)的一種橋型，它除保持桁式拱結(jié)構(gòu)用料省、豎向剛度大等特點外，更具有桁梁的特性和可以采用懸臂法施工、施工階段和運營階段的受力趨于一致等優(yōu)點。,1990四川自貢160米牛佛沱橋 桁式組合拱為三室箱形截面，桁架片按節(jié)段分件預(yù)制，采用人字扒桿

19、懸拼安裝。,,橋梁與道路結(jié)構(gòu),拱式橋,8）鋼管混凝土拱橋,1998浙江義烏80米賓王橋 單肋鋼管混凝土系桿拱橋，中跨矢跨比1/5，矢高15.6m；邊跨矢跨比1/4.5，矢高11.87m 。,1990四川旺蒼115米東河橋 下承式鋼管混凝土預(yù)應(yīng)力系桿拱橋，矢度1/6。兩片拱肋間用直徑800mm橫撐連接以保持其穩(wěn)定性。活載作用下拱腳的水平推力由系桿及橋墩共同承擔(dān)。鋼管拱肋實際上是一種復(fù)合材料，在破壞荷載作用下，鋼管不僅起縱筋的作用，而

20、且對混凝土起螺旋箍筋的作用，以提高構(gòu)件的承載能力。在施工階段，鋼管起著勁性骨架的作用。,360m 廣州丫髻沙特大橋三跨連續(xù)自錨式中承式鋼管混凝土拱橋。以高強預(yù)應(yīng)力鋼鉸線作為系桿，拱座基礎(chǔ)只有較小水平推力。主拱采用中承式雙肋懸鏈線無鉸拱，矢跨比為1/4.5。每片拱肋由6?750鋼管混凝土組成，由橫向平聯(lián)板、腹桿連接成為鋼管混凝土桁架。邊拱采用上承式雙肋懸鏈線半拱，每片拱肋由鋼筋混凝土單箱單室截面組成。轉(zhuǎn)體施工法。,,橋梁與道路結(jié)構(gòu),拱式