圬工和鋼筋混凝土拱橋

1、第三篇 圬工和鋼筋混凝土拱橋第3 篇第 1 章 拱橋概述1.1 拱橋的基本特點(diǎn)拱橋與梁橋的區(qū)別拱橋的基本特點(diǎn)跨越能力大就地取材，節(jié)約鋼材水泥耐久性能好，維護(hù)費(fèi)用低外形美觀、構(gòu)造簡(jiǎn)單同時(shí)：自重大，采用無(wú)鉸拱時(shí)，對(duì)地基條件要求較高圬工拱橋隨著跨徑和橋高的增加，總造價(jià)增加較多 連續(xù)多跨拱橋推力平衡、建筑高度較高1.2 拱橋的基本組成1.3 拱橋的主要類(lèi)型按主拱圈所使用建筑材料分：圬工拱橋、鋼筋混凝土拱橋、鋼拱橋、鋼-混凝土組合拱橋按拱上建筑形式分：按主拱圈所使用建筑材料分：圬工拱橋、鋼筋混凝土拱橋、鋼拱橋、鋼-混凝土組合拱橋按拱上建筑形式分：實(shí)腹式拱橋、空腹式拱橋按主拱圈線形分:-混凝土組合拱橋圓弧

2、線、懸鏈線、拋物線 按主拱圈所使用建筑材料分： 圬工拱橋、鋼筋混凝土拱橋、鋼拱橋、鋼 按拱上建筑形式分：實(shí)腹式拱橋、空腹式拱橋按主拱圈線形分：圓弧線、懸鏈線、拋物線按橋面的位置分：上承式拱橋、中承式拱橋、下承式拱橋1.3.1 按照結(jié)構(gòu)受力圖示分類(lèi)：簡(jiǎn)單體系拱橋組合體系拱橋拱片橋簡(jiǎn)單體系拱橋三鉸拱兩鉸拱無(wú)鉸拱組合體系拱橋由拱肋、系桿、吊桿（或立柱） 、行車(chē)道梁（板）及橋面系等組成1.3.2 按照主拱圈截面形式分類(lèi)：板拱橋板肋拱橋肋拱橋雙曲拱橋箱形拱橋第3篇第 2 章 拱橋的構(gòu)造2.1 主拱圈的構(gòu)造2.1.1 板拱7.5 號(hào) 形式：等截面圓弧拱、等截面或變截面懸鏈線拱。 細(xì)部構(gòu)造 ：編號(hào)和砌筑方法

3、2.1.2 肋拱肋拱橋的組成 :拱肋布置：拱肋形式：拱肋形式：矩形截面： 肋高 h = (1/401/60)l ；肋寬 b=(0.52.0)h 工字形截面：肋高 h = (1/251/35)l ；肋寬 b=(0.40.5)h 腹板厚 b ' =3050 cm鋼管混凝土肋拱：肋高 h = (1/451/65)l箱形截面：肋高 h = (1/401/55)l2.1.3 箱形拱特點(diǎn)：截面抗彎、抗扭剛度大，拱圈整體性好； 單條箱肋穩(wěn)定性好，能單箱肋成拱， 便于無(wú)支架施工； 箱形截面能適應(yīng)主拱圈各截面抵抗正負(fù)彎矩的需要； 自重相對(duì)較輕；制作要求較高，吊裝設(shè)備較多， 主要適用于大跨徑拱橋箱形拱的組

4、成方式：由多條 U 形肋組成多室箱形截面；由多條工字形肋組成多室箱形截面； 由多條閉合單箱肋肋組成多室箱形截面； 單箱多室截面。2.1.3 箱形拱箱形拱的高度和寬度高 h = (1/551/75)1 或 h = l 0/100+(0.60.8)m寬 b=(0.51.0)x 橋?qū)?.1.4 雙曲拱橋雙曲拱橋的組成主拱圈截面型式2.2 拱上建筑的構(gòu)造分為實(shí)腹式和空腹式兩類(lèi)2.2.1 實(shí)腹式拱上建筑構(gòu)造 組成：拱腹填料、側(cè)墻、護(hù)拱、變形縫、防水層、泄水管及橋面系等2.2.2 空腹式拱上建筑構(gòu)造 空腹式拱除了具有實(shí)腹式拱上建筑相同的構(gòu)造外，還具有腹孔和腹孔 敦。腹孔腹孔構(gòu)造A. 拱式拱上建筑腹孔的布置

5、主拱圈受力的要求：避免荷載過(guò)分集中于腹孔墩拱橋外形美觀的要求：腹孔的形式：圓弧線板式結(jié)構(gòu)： 矢跨比 r=1/21/5微彎板或扁殼結(jié)構(gòu)：矢跨比 r=1/101/12腹拱截面：石板拱 30cm混凝土 15cm微彎板 14cm （預(yù)制 6cm+ 現(xiàn)澆 8cm ）腹孔的變形縫B. 梁式拱上建筑腹孔墩橫墻（立墻）式和立柱式2.3 拱橋的其它細(xì)部構(gòu)造拱上填料、橋面及人行道伸縮縫與變形縫排水與防水層拱橋中鉸的設(shè)置拱橋中鉸的設(shè)置按兩鉸拱或三鉸拱設(shè)計(jì)的主拱圈腹拱圈因構(gòu)造需要而設(shè)置腹空墩上下因構(gòu)造需要而設(shè)置施工中為消除部分附加內(nèi)力而設(shè)置的臨時(shí)鉸鉸的種類(lèi)弧形鉸鉛墊鉸平鉸不完全鉸鋼鉸2.4 其它類(lèi)型拱橋的構(gòu)造2.4.

6、1. 桁架拱橋特點(diǎn)整體工作，拱上結(jié)構(gòu)與主拱圈構(gòu)成桁架，共同受力； 材料省身，重量輕，對(duì)軟土地基有較好的適用性。主要構(gòu)造 上部結(jié)構(gòu)由桁架拱片、橫向聯(lián)結(jié)系和橋面三部分組成 本章回顧2.1 主拱圈的構(gòu)造板拱、肋拱、箱拱、雙曲拱橋2.2 拱上建筑構(gòu)造實(shí)腹式拱上建筑空腹式拱上建筑2.3 其它細(xì)部構(gòu)造拱上填料、橋面及人行道 伸縮縫與變形縫 排水與防水層拱橋中鉸的設(shè)置2.4 其它類(lèi)型拱橋構(gòu)造桁架拱橋剛架拱橋第 3 篇第 3 章 拱橋的設(shè)計(jì)3.1 拱橋的總體體布置3.1.1. 拱橋的設(shè)計(jì)標(biāo)高和矢跨比設(shè)計(jì)標(biāo)高線路縱斷面、通航要求橋面標(biāo)高拱頂填料及拱圈結(jié)構(gòu)高度拱頂?shù)酌鏄?biāo)高通航、泄洪等要求及經(jīng)濟(jì)性起拱線標(biāo)高矢跨比?

7、 矢跨比與結(jié)構(gòu)受力矢跨比f(wàn) /I越小，Hg / Vg越大矢跨比 f / l 越小， 附加內(nèi)力越大? 矢跨比與施工方式? 矢跨比與橋梁美觀不同類(lèi)型拱橋的常用矢跨比石、混凝土板拱及雙曲拱橋 f / l = 1/4 1/6 箱形拱橋 f / l = 1/6 1/8鋼筋混凝土桁架拱橋 f / l = 1/6 1/10鋼筋混凝土剛架拱橋 f / l = 1/6 1/103.1.2. 不等跨連續(xù)拱的處理方法為減小恒載下由于不等跨產(chǎn)生的不平衡推力，可以：采用不同的矢跨比采用不同的拱腳標(biāo)高調(diào)整拱上建筑的恒載重量采用不同類(lèi)型的拱跨結(jié)構(gòu)3.2 拱軸線的選擇和拱上建筑的布置3.2.1. 拱軸線選擇的原則盡量減少拱圈

8、截面的彎矩， 最好截面上不出現(xiàn)拉應(yīng)力滿足施工要求線型美觀3.2.2. 常用拱軸線型圓弧線懸鏈線拋物線本章回顧第3篇第4章拱橋的計(jì)算4.1.1. 實(shí)腹式懸鏈線拱實(shí)腹式懸鏈線拱的拱軸方程實(shí)腹式懸鏈線拱的荷載分布 拱軸系數(shù) 拱軸線方程實(shí)腹式懸鏈線拱軸系數(shù)的確定 拱軸系數(shù)與懸鏈線線形的關(guān)系4.12空腹式懸鏈線拱三鉸拱的情形A五點(diǎn)重合法拱軸系數(shù) m 的求解1）假定初始的 m0 ；2 ）根據(jù)已知的矢跨比和拱軸系數(shù)，查得相應(yīng)的半拱懸臂自重對(duì) 1/4 截 面和拱腳截面的彎矩， 進(jìn)一步計(jì)算整個(gè)拱上建筑對(duì) 1/4 截面和拱腳截面 的彎矩；3）由下式計(jì)算新的拱軸系數(shù) m ，并與 m0 比較。相差不大， 則可。 無(wú)鉸

9、拱的情形4.1.2. 空腹式懸鏈線拱任意截面的偏離彎矩對(duì)于拱頂截面對(duì)于拱腳截面結(jié)論：空腹式無(wú)鉸拱的拱軸線，采用懸鏈線比恒 載壓力線更合理。4.2 恒載作用下拱的內(nèi)力計(jì)算4.2.1. 不考慮彈性壓縮的恒載內(nèi)力實(shí)腹式懸鏈線拱的恒載內(nèi)力 空腹式懸鏈線無(wú)鉸拱的恒載內(nèi)力： 直接根據(jù)靜力平衡條件寫(xiě)出：由于拱軸線與恒載壓力線有偏離，故還要疊加偏離產(chǎn)生的附加內(nèi)力。中小跨徑空腹式拱可偏安全地不考慮偏離彎矩的影響。4.22 考慮彈性壓縮引起的內(nèi)力在恒載產(chǎn)生的壓力作用下，拱沿軸線方向會(huì)產(chǎn)生彈性壓縮。由此將在超靜定結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生內(nèi)力。水平贅余力為：實(shí)腹式懸鏈線拱的內(nèi)力:軸向力：NHgcosH a cos1彎矩：M 1 1

10、 Ha(ys yi)剪力：Q嚴(yán)HgSin空腹式懸鏈線拱的恒載內(nèi)力:軸向力：NHgcosX2 cos1(HgX2)cos彎矩：M11(HgX2)(ysyjM剪力：Q11(HgX 2)si nX2sin計(jì)算實(shí)例如圖所示無(wú)鉸拱， 計(jì)算跨徑l=80m，主拱圈及拱上建筑恒載見(jiàn)圖，主 拱圈截面面積 A=5.0m2，截面慣性矩l=1.0m4，容重丫=25kN/m3 試應(yīng)用“五點(diǎn)重合法”，確定拱橋拱軸系數(shù) m計(jì)算拱腳處豎向力、水平推力以及恒載軸力（考慮拱的彈性壓縮）計(jì)算彈性壓縮引起的拱腳截面和拱頂截面彎矩 確定拱橋拱軸系數(shù) m取懸臂曲梁為基本結(jié)構(gòu)計(jì)算拱上建筑恒載對(duì) 1/4 截面和拱腳截面的彎矩假定初始拱軸系數(shù)

11、 m=2.514 ，查拱橋表，得半拱懸 臂自重對(duì) 1/4 截面和拱腳截面的彎矩 計(jì)算所有半拱懸臂荷載對(duì) 1/4 截面和拱腳截面的彎矩 計(jì)算拱軸系數(shù) m比較前后兩個(gè)拱軸系數(shù) m ， 相差大于半級(jí)，須計(jì)算拱軸 系數(shù) m 。重復(fù)上述計(jì)算過(guò)程，直至滿足要求。 計(jì)算拱在不考慮彈性壓縮時(shí)的拱腳反力根據(jù)確定的拱軸系數(shù) m ， 查表計(jì)算得半拱懸臂自重對(duì)拱腳截面的豎向剪力計(jì)算半拱懸臂恒載對(duì)拱腳截面總的豎向剪力 按下式計(jì)算拱腳截面水平推力 計(jì)算拱腳截面恒載軸力 計(jì)算拱考慮彈性壓縮引起的 Vg 、 Hg 和 Ng 根據(jù)確定的拱軸系數(shù) m 計(jì)算彈性中心位置 查表計(jì)算彈性中心處的水平拉力 S 計(jì)算 Vg、 Hg 和 N

12、g4.3 活載作用下拱的內(nèi)力計(jì)算4.3.1. 不考慮彈性壓縮影響的活載內(nèi)力 計(jì)算贅余力影響線基本結(jié)構(gòu)：簡(jiǎn)支曲梁典型方程為 繪制內(nèi)力影響線拱中水平推力影響線拱腳豎向反力影響線任意截面彎矩影響線4.4 裸拱的內(nèi)力計(jì)算1. 計(jì)算的必要性早期脫架施工無(wú)支架施工2. 裸拱的受力特征實(shí)際拱軸系數(shù)比拱軸線 采用的要小，導(dǎo)致拱頂和拱鉸一般都產(chǎn) 生正彎矩。本章小結(jié)懸鏈線拱的幾何性質(zhì)及彈性中心恒載作用下拱的內(nèi)力計(jì)算活載作用下拱的內(nèi)力計(jì)算裸拱的內(nèi)力計(jì)算第3篇第 5 章拱橋的施工方法有支架施工無(wú)支架施工5.1 有支架施工5.1.1. 拱架拱架的形式與構(gòu)造滿布式拱架拱盔卸架設(shè)備拱架下部支架拱式拱架5.1.2. 拱架的計(jì)

13、算拱架的計(jì)算荷載拱架自重 拱圈重量，可視為活荷載 施工重量橫向風(fēng)力拱架預(yù)拱度的計(jì)算與設(shè)置拱架的彈性與非彈性變形拱圈在自重、溫度變化和墩臺(tái)位移等因素下的彈性下沉5.2 纜索吊裝施工主索起重索牽引索結(jié)索扣索浪風(fēng)索（纜風(fēng)索） 塔架及索鞍地錨卷?yè)P(yáng)機(jī)放樣支模分節(jié)段澆筑養(yǎng)護(hù)5.2.3. 拱肋的吊裝 為了保證吊裝的穩(wěn)定和安全，一般應(yīng)： 扣索的設(shè)置： 各拱肋段 （處最后的拱頂合攏段外 ），均應(yīng)設(shè)置一組 扣索將拱肋懸掛住風(fēng)纜的設(shè)置： 至少保證 2 根基肋設(shè)置固定風(fēng)纜松索的時(shí)機(jī)：小跨徑的箱形拱，當(dāng)截面高度 （0.009-0.012 跨徑）和寬度 （0.6-1.0 肋高） 滿足一定條件，且橫向穩(wěn)定安全系數(shù)不小于 4

14、 時(shí)，單根拱肋成拱后即可 松索；大中跨徑的箱形拱，單肋橫向穩(wěn)定安全系數(shù)小于 4 時(shí)，先懸扣拱腳段 或次拱腳段，然后用橫夾木臨時(shí)將相鄰兩肋聯(lián)結(jié)，待拱頂單根拱肋合攏 成拱后，即可松索；當(dāng)拱肋跨徑超過(guò) 80 米，應(yīng)采用雙基肋合攏松索成拱方式5.2.4. 拱肋吊裝過(guò)程中的內(nèi)力計(jì)算吊點(diǎn)的位置確定： 避免傾翻，吊點(diǎn)必須在該段拱肋重心以上 從該段拱肋的合理受理確定吊點(diǎn)的位置各施工階段的內(nèi)力計(jì)算：邊段拱肋懸掛時(shí)扣索的計(jì)算邊段拱肋懸掛時(shí)自重內(nèi)力的計(jì)算中段拱肋擱置于邊段拱肋上時(shí)內(nèi)力的計(jì)算中段拱肋安裝時(shí)的內(nèi)力的計(jì)算5.3 其它施工方法5.3.1. 懸臂施工方法塔架斜拉索法斜吊式懸澆法5.3.2. 轉(zhuǎn)體施工方法豎向轉(zhuǎn)體施工方法平面轉(zhuǎn)體施工方法轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)5.4 鋼管混凝土拱橋鋼和混凝土的理想結(jié)合鋼管中混凝土由于受到鋼管的約束，抗壓強(qiáng)度大體可提高一倍；另一方 面由于混凝土對(duì)鋼管屈曲的約束作用，鋼管的屈曲抗力也得以提