圬工和钢筋混凝土拱桥

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1、第三篇 圬工和钢筋混凝土拱桥第3篇第 1 章 拱桥概述1.1 拱桥的基本特点拱桥与梁桥的区别拱桥的基本特点跨越能力大就地取材，节约钢材水泥 耐久性能好，维护费用低 外形美观、构造简单同时： 自重大，采用无铰拱时，对地基条件要求较高 圬工拱桥随着跨径和桥高的增加，总造价增加较多 连续多跨拱桥推力平衡、建筑高度较高1.2 拱桥的基本组成1.3 拱桥的主要类型按主拱圈所使用建筑材料分：圬工拱桥、钢筋混凝土拱桥、钢拱桥、钢-混凝土组合拱桥 按拱上建筑形式分： 按主拱圈所使用建筑材料分：圬工拱桥、钢筋混凝土拱桥、钢拱桥、钢-混凝土组合拱桥 按拱上建筑形式分：实腹式拱桥、空腹式拱桥 按主拱圈线形分：圆弧线

2、、悬链线、抛物线 按主拱圈所使用建筑材料分：圬工拱桥、钢筋混凝土拱桥、钢拱桥、钢-混凝土组合拱桥 按拱上建筑形式分：实腹式拱桥、空腹式拱桥 按主拱圈线形分：圆弧线、悬链线、抛物线 按桥面的位置分：上承式拱桥、中承式拱桥、下承式拱桥1.3.1 按照结构受力图示分类：简单体系拱桥组合体系拱桥 拱片桥简单体系拱桥三铰拱两铰拱 无铰拱组合体系拱桥由拱肋、系杆、吊杆（或立柱）、行车道梁（板）及桥面系等组成1.3.2 按照主拱圈截面形式分类：板拱桥板肋拱桥 肋拱桥 双曲拱桥 箱形拱桥第3篇第 2章 拱桥的构造2.1 主拱圈的构造2.1.1 板拱 材料: 天然石材（ 30 号） ，砂浆 Mu5.07.5 号

3、 形式：等截面圆弧拱、等截面或变截面悬链线拱。 细部构造 ：编号和砌筑方法2.1.2 肋拱 肋拱桥的组成: 拱肋布置：拱肋形式：拱肋形式：矩形截面： 肋高 h = (1/401/60)l ；肋宽 b=(0.52.0)h 工字形截面：肋高 h = (1/251/35)l ；肋宽 b=(0.40.5)h腹板厚 b=3050 cm钢管混凝土肋拱：肋高 h= (1/451/65)l箱形截面： 肋高 h = (1/401/55)l2.1.3 箱形拱特点： 截面抗弯、抗扭刚度大，拱圈整体性好； 单条箱肋稳定性好，能单箱肋成拱， 便于无支架施工； 箱形截面能适应主拱圈各截面抵抗正负弯矩的需要； 自重相对较轻

4、； 制作要求较高，吊装设备较多， 主要适用于大跨径拱桥箱形拱的组成方式： 由多条 U 形肋组成多室箱形截面； 由多条工字形肋组成多室箱形截面； 由多条闭合单箱肋肋组成多室箱形截面； 单箱多室截面。2.1.3 箱形拱箱形拱的高度和宽度 高 h = (1/551/75)或 h = l 0 /100+(0.60.8)m 宽 b=(0.51.0)x 桥宽2.1.4 双曲拱桥双曲拱桥的组成 主拱圈截面型式2.2 拱上建筑的构造分为实腹式和空腹式两类2.2.1 实腹式拱上建筑构造 组成：拱腹填料、侧墙、护拱、变形缝、防水层、泄水管及桥面系等2.2.2 空腹式拱上建筑构造 空腹式拱除了具有实腹式拱上建筑相同

5、的构造外，还具有腹孔和腹孔 敦。 腹孔腹孔构造A. 拱式拱上建筑腹孔的布置 主拱圈受力的要求：避免荷载过分集中于腹孔墩 拱桥外形美观的要求：腹孔的形式： 圆弧线板式结构： 矢跨比 r=1/21/5 微弯板或扁壳结构：矢跨比 r=1/101/12腹拱截面： 石板拱 30cm 混凝土 15cm 微弯板 14cm （预制6cm+现浇8cm）腹孔的变形缝B. 梁式拱上建筑腹孔墩横墙（立墙）式和立柱式2.3 拱桥的其它细部构造拱上填料、桥面及人行道伸缩缝与变形缝排水与防水层拱桥中铰的设置拱桥中铰的设置按两铰拱或三铰拱设计的主拱圈腹拱圈因构造需要而设置腹空墩上下因构造需要而设置施工中为消除部分附加内力而设

6、置的临时铰铰的种类弧形铰铅垫铰平铰不完全铰钢铰2.4 其它类型拱桥的构造2.4.1. 桁架拱桥特点 整体工作，拱上结构与主拱圈构成桁架，共同受力; 材料省身，重量轻，对软土地基有较好的适用性。 主要构造上部结构由桁架拱片、横向联结系和桥面三部分组成本章回顾2.1 主拱圈的构造板拱、肋拱、箱拱、双曲拱桥2.2 拱上建筑构造实腹式拱上建筑空腹式拱上建筑2.3 其它细部构造拱上填料、桥面及人行道 伸缩缝与变形缝 排水与防水层 拱桥中铰的设置2.4 其它类型拱桥构造桁架拱桥刚架拱桥第3篇第 3章 拱桥的设计3.1 拱桥的总体体布置3.1.1. 拱桥的设计标高和矢跨比设计标高线路纵断面、通航要求桥面标高

7、拱顶填料及拱圈结构高度 拱顶底面标高通航、泄洪等要求及经济性起拱线标高 矢跨比矢跨比与结构受力矢跨比 f / l 越小 ，Hg / Vg 越大矢跨比 f / l 越小 ，附加内力 越大矢跨比与施工方式矢跨比与桥梁美观不同类型拱桥的常用矢跨比石、混凝土板拱及双曲拱桥f / l= 1/4 1/6箱形拱桥f/l=1/6 1/8钢筋混凝土桁架拱桥f / l= 1/6 1/10钢筋混凝土刚架拱桥f / l= 1/6 1/103.1.2.不等跨连续拱的处理方法为减小恒载下由于不等跨产生的不平衡推力，可以采用不同的矢跨比采用不同的拱脚标高调整拱上建筑的恒载重量采用不同类型的拱跨结构3.2 拱轴线的选择和拱上

8、建筑的布置3.2.1. 拱轴线选择的原则 尽量减少拱圈截面的弯矩， 最好截面上不出现拉应力 满足施工要求 线型美观3.2.2. 常用拱轴线型 圆弧线悬链线抛物线本章回顾第3篇第 4章 拱桥的计算4.1悬链线拱的几何性质及弹性中心4.1.1. 实腹式悬链线拱 实腹式悬链线拱的拱轴方程d2y 1 d 2Mg1 二x 二 X-dx 2Hdx 2Hgg 实腹式悬链线拱的荷载分布 拱轴系数 拱轴线方程 实腹式悬链线拱轴系数的确定 拱轴系数与悬链线线形的关系gd4.1.2. 空腹式悬链线拱五点重合法三铰拱的情形工 M = 0 HAg工M = 0By 工Ml 4 i 4厂乙Mjjf工ML4yi 4l卞4拱轴

9、系数m的求解1）假定初始的 m0；2）根据已知的矢跨比和拱轴系数，查得相应的半拱悬臂自重对 1/4截面 和拱脚截面的弯矩，进一步计算整个拱上建筑对 1/4 截面和拱脚截面的 弯矩；3）由下式计算新的拱轴系数m,并与m0比较。相差不大，则可。无铰拱的情形AJdsAX ip -H一1 5g dT11s IA J 空 dsAX -亠H2 5 22 g J 沦s -4.1.2. 空腹式悬链线拱 任意截面的偏离弯矩AMAX i-AX 2 y+Mp对于拱顶截面AM 二AX -AX y 0j 1 2 s结论：空腹式无铰拱的拱轴线，采用悬链线比恒 载压力线更合理4.2 恒载作用下拱的内力计算4.2.1. 不考

10、虑弹性压缩的恒载内力实腹式悬链线拱的恒载内力H = kgggdl2m - 1m 2 一 1k=g2ln（m +、；m2 一 1）k = g 4k=111 g dx = k g l0 x g dHN =g-cos申空腹式悬链线无铰拱的恒载内力： 直接根据静力平衡条件写出：工MH = jg fV =工PgHN = 一cos申由于拱轴线与恒载压力线有偏离，故还要叠加偏离产生的附加内力。中 小跨径空腹式拱可偏安全地不考虑偏离弯矩的影响。4.2.2. 考虑弹性压缩引起的内力在恒载产生的压力作用下，拱沿轴线方向会产生弹性压缩。由此将在超静定结构上产生内力。水平赘余力为：4.2.3. 恒载作用下拱圈各截面的

11、总内力实腹式悬链线拱的内力：轴向力：N = H cospcos p 1 +卩 g弯矩：M =-H (y y )1 +卩 g s 1剪力：Q = + i H sin p1 + g空腹式悬链线拱的恒载内力：轴向力：N = - + AX cosp _h-(H +AX )cospcos p 21 +yg 2弯矩： M =-1-(H +AX )(y y ) + AM1 +g2 s 1剪力： Q = + 1(H + AX )sin p + AX sin p1 +y g 224.2.4. 计算实例如图所示无铰拱，计算跨径l=80m，主拱圈及拱上建筑恒载见图，主 拱圈截面面积A=5.0m2，截面惯性矩I=1.

12、0m4，容重y =25kN/m3。试 应用“五点重合法”，确定拱桥拱轴系数 m计算拱脚处竖向力、水平推力以及恒载轴力考虑拱的弹性压缩） 计算弹性压缩引起的拱脚截面和拱顶截面弯矩 确定拱桥拱轴系数 m 取悬臂曲梁为基本结构 计算拱上建筑恒载对 1/4 截面和拱脚截面的弯矩假定初始拱轴系数m=2.514，查拱桥表，得半拱悬臂自重对1/4截面和拱脚截面的弯矩 计算所有半拱悬臂荷载对1/4截面和拱脚截面的弯矩 计算拱轴系数 m 比较前后两个拱轴系数 m， 相差大于半级，须计算拱轴 系数m。重复上述计算过程，直至满足要求。 计算拱在不考虑弹性压缩时的拱脚反力 根据确定的拱轴系数 m， 查表计算得半拱悬臂

13、自重对拱脚截面的竖向剪力 计算半拱悬臂恒载对拱脚截面总的竖向剪力 按下式计算拱脚截面水平推力 计算拱脚截面恒载轴力 计算拱考虑弹性压缩引起的Vg、Hg和Ng根据确定的拱轴系数m计算弹性中心位置查表计算弹性中心处的水平拉力S计算Vg、Hg和Ng4.3 活载作用下拱的内力计算4.3.1. 不考虑弹性压缩影响的活载内力 计算赘余力影响线 基本结构：简支曲梁 典型方程为X8 +A =01 111 PX 8 +A =02 22 2 PX 8 +A =03 333 P=X =-加i 811X A n X = -p 2 822XAn X = 3P3833 绘制内力影响线 拱中水平推力影响线 拱脚竖向反力影响

14、线 任意截面弯矩影响线4.4 裸拱的内力计算1. 计算的必要性 早期脱架施工 无支架施工2. 裸拱的受力特征 实际拱轴系数比拱轴线 采用的要小，导致拱顶和拱铰一般都产生正弯矩。本章小结悬链线拱的几何性质及弹性中心恒载作用下拱的内力计算 活载作用下拱的内力计算 裸拱的内力计算第 3 篇第 5章 拱桥的施工方法有支架施工无支架施工5.1 有支架施工5.1.1. 拱架 拱架的形式与构造满布式拱架 拱盔 卸架设备 拱架下部支架拱式拱架5.1.2. 拱架的计算拱架的计算荷载 拱架自重 拱圈重量，可视为活荷载 施工重量 横向风力拱架预拱度的计算与设置 拱架的弹性与非弹性变形 拱圈在自重、温度变化和墩台位移

15、等因素下的弹性下沉5.2 缆索吊装施工5.2.1. 缆索吊装设备主索 起重索 牵引索 结索 扣索 浪风索（缆风索） 塔架及索鞍 地锚 卷扬机5.2.2. 拱肋的预制 放样 支模 分节段浇筑 养护5.2.3. 拱肋的吊装为了保证吊装的稳定和安全，一般应： 扣索的设置： 各拱肋段（处最后的拱顶合拢段外），均应设置一组 扣索将拱肋悬挂住 风缆的设置： 至少保证 2 根基肋设置固定风缆 松索的时机：小跨径的箱形拱，当截面高度（0.009-0.012 跨径）和宽度（0.6-1.0 肋高） 满足一定条件，且横向稳定安全系数不小于 4 时，单根拱肋成拱后即可 松索；大中跨径的箱形拱，单肋横向稳定安全系数小于

16、4 时，先悬扣拱脚段 或次拱脚段，然后用横夹木临时将相邻两肋联结，待拱顶单根拱肋合拢 成拱后，即可松索；当拱肋跨径超过 80 米，应采用双基肋合拢松索成拱方式5.2.4. 拱肋吊装过程中的内力计算吊点的位置确定：避免倾翻，吊点必须在该段拱肋重心以上 从该段拱肋的合理受理确定吊点的位置 各施工阶段的内力计算：边段拱肋悬挂时扣索的计算 边段拱肋悬挂时自重内力的计算 中段拱肋搁置于边段拱肋上时内力的计算 中段拱肋安装时的内力的计算5.3 其它施工方法5.3.1. 悬臂施工方法 塔架斜拉索法 斜吊式悬浇法5.3.2. 转体施工方法 竖向转体施工方法 平面转体施工方法 转动机构5.4 钢管混凝土拱桥5.

17、4.1.钢管混凝土的特点钢和混凝土的理想结合钢管中混凝土由于受到钢管的约束，抗压强度大体可提高一倍；另一方 面由于混凝土对钢管屈曲的约束作用，钢管的屈曲抗力也得以提高，这 种互补的效果，是钢管混凝土成为理想的受压构件。5.4.1. 钢管混凝土的特点其他优点 钢管作为耐侧压的模板，可省去支模、拆模等工序 钢管本身是劲性骨架，节省施工用脚手架，减少施工用场地，加快施工进度。5.4.2. 钢管混凝土拱桥的组成上承式钢管混凝土拱桥5.4.3. 钢管混凝土拱桥的施工5.4.3. 钢管混凝土拱桥的应注意的问题 钢管外露受外界日照影响明显 钢管内混凝土密实性问题混凝土顶升灌注方法微膨胀混凝土技术5.4.4. 内填外包型钢管混凝土拱桥主要用于大跨度拱桥 形成钢管拱骨架 管内浇筑混凝土，形成钢管混凝土 在钢管混凝土骨架上，外挂模板浇筑外包混凝土