拱橋教學(xué)內(nèi)容

拱橋(gǒngqiáo)第一頁(yè)，共50頁(yè)。主要(zhǔyào)內(nèi)容1、拱橋的特點(diǎn)及其適用范圍2、拱橋的分類3、拱橋的組成與構(gòu)造4、拱橋設(shè)計(jì)(shèjì)與計(jì)算5、拱橋的施工第二頁(yè)，共50頁(yè)。1、拱橋(gǒngqiáo)的特點(diǎn)及其適用范圍拱橋是橋梁工程中使用廣泛且歷史悠久的一種橋梁結(jié)構(gòu)類型。拱橋與梁橋的受力性能有著(yǒuzhe)本質(zhì)區(qū)別，拱橋可以利用鋼筋混凝土等材料來(lái)修建,也可以利用抗壓性能較好而抗拉性能較差的圬工材料來(lái)修建。第三頁(yè)，共50頁(yè)。拱橋的主要優(yōu)點(diǎn)是：①跨越能力大。②抗風(fēng)穩(wěn)定性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)整體性好。③能充分利用圬工和鋼筋混凝土等材料。④耐久性好，而且養(yǎng)護(hù)、維修費(fèi)用低。⑤構(gòu)造簡(jiǎn)單(jiǎndān)，有利于廣泛應(yīng)用。⑥建筑藝術(shù)造型簡(jiǎn)潔美觀。第四頁(yè)，共50頁(yè)。拱橋的主要缺點(diǎn)是：①下部結(jié)構(gòu)的工程量大，要求有良好的地基條件(tiáojiàn)。②對(duì)于多孔連續(xù)的大、中跨徑的拱橋，需要采用特殊的措施以承受不平衡的推力，增加了造價(jià)。③與梁式橋相比，上承式拱橋的建筑高度較高，對(duì)行車不利。④傳統(tǒng)的拱橋施工工序多，難度大，費(fèi)用高，工期長(zhǎng)。第五頁(yè)，共50頁(yè)。2、拱橋(gǒngqiáo)的分類按建筑材料分：圬工拱橋、鋼筋(gāngjīn)混凝土拱橋、預(yù)應(yīng)力混凝土拱橋、鋼拱橋；按傳力結(jié)構(gòu)的形式分：實(shí)腹式拱橋、空腹式拱橋；按主拱軸線形式分：圓弧線拱橋、拋物線拱橋、懸鏈線拱橋；第六頁(yè)，共50頁(yè)。按橋面構(gòu)造的位置分：上承式拱橋、下承式拱橋、中承式拱橋；按拱腳有無(wú)水平推力分：推力拱橋、無(wú)推力拱橋；按拱橋的結(jié)構(gòu)體系分：簡(jiǎn)單體系拱橋、組合體系拱橋；按主拱截面形式(xíngshì)分：板拱橋、肋拱橋、箱形拱橋、雙曲拱橋；按矢跨比的大小分：矢跨比大于或等于1/5的拱稱為陡拱，矢跨比小于1/5的拱稱為坦拱。第七頁(yè)，共50頁(yè)。3、拱橋的組成(zǔchénɡ)與構(gòu)造⑴按傳力結(jié)構(gòu)(jiégòu)形式第八頁(yè)，共50頁(yè)。第九頁(yè)，共50頁(yè)。⑵按拱橋(gǒngqiáo)的結(jié)構(gòu)體系（簡(jiǎn)單體系）第十頁(yè)，共50頁(yè)。簡(jiǎn)單體系拱是指拱上全部荷載由主拱圈(肋)單獨(dú)承擔(dān)，拱的傳力結(jié)構(gòu)不參與受力，只算作荷載的拱橋結(jié)構(gòu)體系。三鉸拱屬于外部(wàibù)靜定結(jié)構(gòu)。一般用于大、中跨徑空腹式拱上建筑的腹拱，不宜用來(lái)作為主拱。在軟土地基或寒冷地區(qū)修建拱橋時(shí)可以采用三鉸拱。兩鉸拱屬外部(wàibù)一次超靜定結(jié)構(gòu)，其特性界于三鉸拱與無(wú)鉸拱之間。因地基條件較差而不易修建無(wú)鉸拱時(shí)，可考慮采用兩鉸拱。鋼桁架拱通常采用兩鉸拱結(jié)構(gòu)形式。無(wú)鉸拱屬外部(wàibù)三次超靜定結(jié)構(gòu)。一般在地基條件良好處修建，是大跨徑橋梁的主要橋形之一。第十一頁(yè)，共50頁(yè)。⑵按拱橋的結(jié)構(gòu)體系(tǐxì)（組合體系(tǐxì)）組合體系拱橋一般由拱和梁、桁架或剛架等兩種以上的基本結(jié)構(gòu)體系組合而成，拱橋的傳力結(jié)構(gòu)與主拱按不同(bùtónɡ)的構(gòu)造方式形成整體結(jié)構(gòu)，以共同承受荷載，其力學(xué)性能和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)往往優(yōu)于同等設(shè)計(jì)條件的單一結(jié)構(gòu)體系。第十二頁(yè)，共50頁(yè)。第十三頁(yè)，共50頁(yè)。第十四頁(yè)，共50頁(yè)。第十五頁(yè)，共50頁(yè)。第十六頁(yè)，共50頁(yè)。⑶主拱截面(jiémiàn)構(gòu)造第十七頁(yè)，共50頁(yè)。板拱橋通常用于地基條件較好的中、小跨徑的石砌(shíqì)或混凝土預(yù)制塊砌筑的拱橋或混凝土和鋼筋混凝土拱橋肋拱橋的主拱由兩條或兩條以上分離的、高度較大的拱肋組成，拱肋之間由橫系梁相聯(lián)。與板拱相比，肋拱用較小的截面獲得更大的抗彎能力，較多地減輕了主拱重量，使拱肋內(nèi)力中恒載影響減小，而活載影響增大，并出現(xiàn)較大彎矩，故宜采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。肋拱橋跨越能力較大，適用于大、中跨拱橋。第十八頁(yè)，共50頁(yè)。箱形拱橋的主拱外形與空心板拱相似。箱形拱與板拱相比，可節(jié)省大量的圬工體積，減輕重量，降低上、下部結(jié)構(gòu)的造價(jià)；中性軸基本居中，能夠較好地適應(yīng)各截面正負(fù)彎矩的變化；閉合箱形截面的抗彎、抗扭剛度較其它形狀截面要大，主拱的整體性和穩(wěn)定性好，截面應(yīng)力比較均勻；預(yù)制箱室的寬度較大，操作安全，易于保證施工質(zhì)量。適合于50m以上的大跨徑拱橋。雙曲拱橋的主拱是由拱肋、拱波、拱板和橫向(hénɡxiànɡ)聯(lián)接系等四部分組成，是一種特殊的預(yù)制裝配式肋板拱。雙曲拱結(jié)構(gòu)存在眾多的接縫與接觸面，截面整體性較差。目前在大跨徑拱橋中，雙曲拱橋有被箱形拱橋取代的趨勢(shì)。第十九頁(yè)，共50頁(yè)。4、拱橋設(shè)計(jì)(shèjì)與計(jì)算⑴拱橋的設(shè)計(jì)①拱橋的總體設(shè)計(jì)在通過(guò)必要的橋址方案比較，確定了橋位之后，再根據(jù)當(dāng)?shù)厮?、地質(zhì)等具體情況，合理地?cái)M定橋梁的長(zhǎng)度、跨徑、孔數(shù)、橋面標(biāo)高、主拱圈(ɡǒnɡquān)的矢跨比等，這些是拱橋總體設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。第二十頁(yè)，共50頁(yè)。確定拱橋的主要設(shè)計(jì)標(biāo)高(biāogāo)拱橋的標(biāo)高(biāogāo)主要有四個(gè)：橋面標(biāo)高(biāogāo)、拱頂?shù)酌鏄?biāo)高(biāogāo)、起拱線標(biāo)高(biāogāo)和基礎(chǔ)底面標(biāo)高(biāogāo)。第二十一頁(yè)，共50頁(yè)。確定拱橋的矢跨比①恒載的水平推力Hg與垂直反力Vg之比值，隨矢跨比的減小而增大。②推力大，拱圈內(nèi)軸向力也大，對(duì)拱圈受力有利(yǒulì)，對(duì)墩臺(tái)基礎(chǔ)不利。③無(wú)鉸拱：拱圈內(nèi)的附加內(nèi)力，拱愈坦(即矢跨比越小)，附加內(nèi)力越大。④矢跨比過(guò)大，拱腳區(qū)段過(guò)陡，施工困難，不美觀。第二十二頁(yè)，共50頁(yè)。主拱的矢跨比，對(duì)于板拱橋、雙曲拱橋一般為1/4～1/6，不宜小于1/8；肋拱橋、箱形拱橋一般為1/6～1/8，不宜小于1/10；桁架拱橋一般為1/6～1/10，剛架拱橋一般為1/7～1/10，桁式組合(zǔhé)拱橋一般為1/6～1/9,都不宜小于1/12；拱式組合(zǔhé)體系橋柔性系桿剛性拱一般為1/4～1/5,剛性系桿柔性拱一般為1/5～1/7,剛性系桿剛性拱一般為1/5～1/6.5。第二十三頁(yè)，共50頁(yè)。不等跨的處理為了便于施工和平衡橋墩(qiáodūn)上所承受的推力，多孔拱橋最好選用等跨分孔方案。在選用不等跨拱橋時(shí)可采取如下措施:采用不同的矢跨比，使相鄰孔在恒載作用下的不平衡推力盡量減小。采用不同的拱腳標(biāo)高，使大跨和小跨的恒載水平推力對(duì)基底產(chǎn)生的彎矩接近平衡。采用不同類型的拱跨結(jié)構(gòu)或材料,以調(diào)整大、小跨由恒載產(chǎn)生的水平推力,使之接近平衡。上述措施可以綜合使用，如果仍不能達(dá)到完全平衡恒載推力的目的，則需加大墩臺(tái)和基礎(chǔ)尺寸或設(shè)計(jì)成不對(duì)稱形式。第二十四頁(yè)，共50頁(yè)。②拱軸線(zhóuxiàn)型的選擇和拱上建筑的布置拱軸線的形狀：直接影響著拱圈的承載能力；影響結(jié)構(gòu)耐久性、經(jīng)濟(jì)合理性和施工安全性等。合理拱軸線：與拱上各種(ɡèzhǒnɡ)荷載作用下的壓力線相吻合，這時(shí)拱圈截面只受軸向壓力，而無(wú)彎矩作用，從而能充分利用圬工材料的抗壓性能。一般說(shuō)來(lái)，以結(jié)構(gòu)重力壓力線作為設(shè)計(jì)拱軸線，可以認(rèn)為基本適宜的。第二十五頁(yè)，共50頁(yè)。拱軸線應(yīng)滿足四方面的要求：盡量減小拱圈截面的彎矩，使主拱圈在計(jì)入彈性壓縮、均勻溫降、混凝土收縮等影響下各主要截面的應(yīng)力相差不大、且最大限度減小截面拉應(yīng)力，最好是不出現(xiàn)拉應(yīng)力；對(duì)于無(wú)支架施工的拱橋(gǒngqiáo)，應(yīng)滿足各施工階段的要求，并盡可能少用或不用臨時(shí)性施工措施；計(jì)算方法簡(jiǎn)便，易為生產(chǎn)人員掌握；線型美觀，便于施工。第二十六頁(yè)，共50頁(yè)。目前常用拱軸線型有：圓弧線：線型最簡(jiǎn)單，施工最方便，容易掌握。但拱軸線與恒載壓力線偏離較大，使拱圈截面受力不均勻(jūnyún)。圓弧線常用于15～20m以下的小跨徑拱橋。懸鏈線：實(shí)腹式拱橋恒載強(qiáng)度下的拱圈壓力線是一條懸鏈線。因此實(shí)腹式拱橋采用懸鏈線作拱軸線。對(duì)于空腹式拱橋，恒載壓力線與拱軸線偏離。但這對(duì)拱圈控制載面的內(nèi)力是有利的。為了設(shè)計(jì)方便，空腹式拱橋也廣泛采用懸鏈線作為拱軸線。懸鏈線是目前我國(guó)大、中跨徑拱橋采用最普遍的拱軸線型。第二十七頁(yè)，共50頁(yè)。拋物線：在豎向均布荷載作用下，拱的合理拱軸線是二次拋物線。對(duì)于恒載強(qiáng)度接近均布的拱橋，例如矢跨比較小的空腹式鋼筋混凝土拱橋的拱軸線可用二次拋物線。鋼筋混凝土桁架拱和剛架拱等輕型拱上結(jié)構(gòu)拱橋的拱軸線也用二次拋物線。大跨徑拱橋如果拱上建筑布置很特殊(腹拱跨徑特別大)，為了使拱軸線與恒載壓力線基本(jīběn)吻合，采用高次拋物線(如四次或六次拋物線)作為拱軸線的。但計(jì)算工作量過(guò)大，計(jì)算難度大，很少采用。第二十八頁(yè)，共50頁(yè)。②簡(jiǎn)單(jiǎndān)體系拱橋設(shè)計(jì)主拱截面形式設(shè)計(jì)（板拱）根據(jù)受力特點(diǎn)，石砌板拱主拱的構(gòu)造應(yīng)滿足下列要求:①拱石的受壓面應(yīng)選擇較大的平整面，并使拱石的大頭向上，小頭向下，受壓面的砌縫應(yīng)在輻射方向上。②當(dāng)拱厚較大時(shí)，宜采用2～4層砌筑，并應(yīng)縱、橫錯(cuò)縫，錯(cuò)縫間距不小于100mm。③砂漿(shājiāng)砌縫寬度不應(yīng)大于20～30mm。④拱圈與墩臺(tái)及空腹式腹拱墩連接處，應(yīng)采用特制的五角石，以改善連接處的受力狀況。板拱的寬度由橋?qū)挻_定，但其寬跨比不應(yīng)小于1/20；板厚由跨徑、矢跨比和荷載等級(jí)等因素綜合確定。第二十九頁(yè)，共50頁(yè)。小跨徑石板橋的板厚可根據(jù)下列經(jīng)驗(yàn)公式估算： （等厚度）；（變厚度）式中：h—拱圈的厚度，cm；hd—拱頂(ɡǒnɡdǐnɡ)的厚度，m；l0—拱圈的凈跨徑，cm；l0—拱圈的凈跨徑，m(變厚度)；—系數(shù)，一般為4.5-6.0，取值隨矢跨比的減小而增大。 k—荷載系數(shù)，汽-15取1.1，汽-20取1.2，超汽-20需試算?！禂?shù)，一般為0.13-0.17，取值隨跨徑的增大而增大。 第三十頁(yè)，共50頁(yè)。第三十一頁(yè)，共50頁(yè)。肋拱肋拱橋由兩條或兩條以上(yǐshàng)的分離拱肋、肋間的橫系梁、設(shè)置在拱肋上的立柱或吊桿、橋面系縱橫梁等組成第三十二頁(yè)，共50頁(yè)。拱肋是肋拱橋的主要承重構(gòu)件,其肋的數(shù)目、間距及截面形式等,應(yīng)根據(jù)使用要求進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較后確定。拱肋的截面可選用矩形、工字形或箱形。工字形或箱形截面的抗彎能力比矩形截面大,常用于大、中跨徑的拱橋。對(duì)于箱型肋必須按一定的間距設(shè)置內(nèi)隔板(ɡébǎn),以保證拱肋截面局部穩(wěn)定。在立柱支承處必須設(shè)內(nèi)隔板(ɡébǎn)。拱肋的鋼筋配置按計(jì)算確定。在分離的拱肋間,需設(shè)置橫系梁,以增加肋拱橋的橫向整體穩(wěn)定性。第三十三頁(yè)，共50頁(yè)。箱形拱第三十四頁(yè)，共50頁(yè)。第三十五頁(yè)，共50頁(yè)。雙曲拱第三十六頁(yè)，共50頁(yè)。拱上建筑設(shè)計(jì)實(shí)腹式拱上建筑由拱腔填料、側(cè)墻、護(hù)拱和橋面系等部分組成。拱背填料一般用來(lái)支承橋面，有傳遞荷載和吸收沖擊力的作用，一般有填充式和砌筑式兩種。側(cè)墻承受填料和車輛(chēliàng)荷載所產(chǎn)生的側(cè)向壓力，一般用漿砌塊石或片石，為了美觀可用料石鑲面。實(shí)腹式拱橋一般都用片、塊石漿砌護(hù)拱，以加強(qiáng)拱腳段的主拱，同時(shí)為了便于敷設(shè)防水層和排除滲入拱腔的積水，護(hù)拱一般做成斜坡式。第三十七頁(yè)，共50頁(yè)。第三十八頁(yè)，共50頁(yè)。細(xì)部設(shè)計(jì)為了防止不規(guī)則裂縫的出現(xiàn),需在相對(duì)變形(biànxíng)較大的位置設(shè)置伸縮縫,在相對(duì)變形(biànxíng)較小的位置設(shè)置變形(biànxíng)縫。橋面系均應(yīng)在相應(yīng)位置設(shè)置伸縮縫或變形(biànxíng)縫，以適應(yīng)主拱的變形(biànxíng)。目前多將伸縮縫做成直線形。實(shí)腹式伸縮縫設(shè)在拱腳部位?？崭故焦皹蛏炜s縫或變形(biànxíng)縫，當(dāng)采用拱式腹孔時(shí),并在靠墩臺(tái)側(cè)拱鉸上方的側(cè)墻內(nèi)設(shè)置伸縮縫。在大跨徑拱橋中，必要時(shí)還需將靠近拱頂?shù)母构盎蚱渌构耙沧龀蓛摄q拱或三鉸拱,拱鉸的上方應(yīng)設(shè)置變形(biànxíng)縫。當(dāng)采用梁（板）式腹孔時(shí),若邊腹孔梁板在與墩臺(tái)銜接處使用端立柱,則應(yīng)用伸縮縫與墩臺(tái)分開(kāi)；若邊腹孔梁板直接支承在墩臺(tái)上,則必須同時(shí)設(shè)置鉸支座和伸縮縫。伸縮縫的寬度一般為20mm～30mm；變形(biànxíng)縫不留縫寬。第三十九頁(yè)，共50頁(yè)。第四十頁(yè)，共50頁(yè)。⑵簡(jiǎn)單體系拱橋(gǒngqiáo)的計(jì)算（無(wú)鉸）首先先復(fù)習(xí)一下，超靜定結(jié)構(gòu)的計(jì)算。超靜定結(jié)構(gòu)的求解思路：欲求解超靜定結(jié)構(gòu)，先選取一個(gè)便于計(jì)算結(jié)構(gòu)作為基本體系，然后讓基本體系與原結(jié)構(gòu)受力一致，變形一致即完全等價(jià)，通過(guò)這個(gè)等價(jià)條件去建立求解基本未知量的基本方程。（基本未知量是超靜定結(jié)構(gòu)計(jì)算中必須首先求解的關(guān)鍵(guānjiàn)未知量）。由于求解過(guò)程中所選的基本未知量和基本體系不同，超靜定結(jié)構(gòu)的計(jì)算有兩大基本方法--力法和位移法。第四十一頁(yè)，共50頁(yè)。力法基本概念：在力法中，以去掉多余約束得