桥梁工程0803拱式组合体系.ppt

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1、模块编号 】 MU-07-03 1 Modular Unit-0703 拱 式 组 合 体 系 【 模块编号 】 MU-07-03 2 主 要 内 容 1、拱式组合体系桥的一般特点 2、主要类型及其特点 3、构造特点 4、 *【 附 】 其他常用类型拱桥简介 【 模块编号 】 MU-07-03 3 1、 拱式组合体系桥的一般特点 1-1、 体系特点： 以梁 、 拱共同作为主要承重结构 ， 具有梁 、 拱两种基 本结构体系的特点 ， 能充分发挥梁受弯 、 拱受压的结 构特性及其组合作用 。 外形与拱桥相同 。 1-2、 体系分类： 按拱 、 梁的联结方式不同 ， 一般分为： 有推力 、 无推力两

2、类 【 模块编号 】 MU-07-03 4 1-3、无推力拱式组合体系 （系杆拱桥） 特点 ： 外部静定 、 内部高次超静定； 兼具 （ 拱桥的 ） 跨越能力强和 （ 简支梁的 ） 桥对地 基适应能力强两大特点 ， 较为常用 。 可划分为： 柔性系杆刚性拱 、 刚性系杆柔性拱 、 刚性系杆刚性拱 。 【 模块编号 】 MU-07-03 5 1-4、尼尔森体系 特点 柔性系杆刚性拱、刚性系杆柔性拱、刚性系杆刚性拱的 竖吊杆， -均可以用斜吊杆来代替 ，即成尼尔森体系。 -由瑞典 O.F.Nelson 首创，故称。 【 模块编号 】 MU-07-03 6 1-5、有推力的拱式组合体系 无系杆； 梁

3、和拱共同受力， 推力仍由墩台承受。 一般可做成 刚性梁柔性拱 或 刚性梁刚性拱 。 【 模块编号 】 MU-07-03 7 2、主要类型及其特点 2-1 柔性系杆刚性拱 假设系杆和吊杆均为柔性杆件 ， 只受轴力而无压力和弯矩； 拱肋视作普通拱桥的拱肋 ， 为偏心受压构件 。 系杆的刚度远小于拱肋的刚度 【 （ EI） 系 /（ EI） 拱 1/80】 时 ， 忽略系杆承受的弯矩是可行的 。 此时认为弯矩均由拱肋承受 ， 系杆只受拉 。 适用跨径为 20m 90m；矢跨比一般为 1/4 1/5； 拱肋高度： 公路桥：一般为跨径的 1/30 1/50； 铁路桥：一般为跨径的 1/25 1/40。

4、随着跨径和荷载的增大 ， 拱肋截面尺寸增大较快 ， 系杆和拱肋的联 结部位更加复杂； 故在大跨、重载条件下较少采用。 【 模块编号 】 MU-07-03 8 2-2刚性系杆柔性拱 拱肋刚度远小于系杆的刚度 【 （ EI） 拱 /（ EI） 系 1/80】 ， 忽略拱肋中的弯矩 。 系杆受拉 、 弯 ， 拱肋只受轴向力 ， 故称柔性拱； 奥地利 Langer首创 ， 故称朗格尔梁 。 该体系相当于把桁架弦杆与梁组合起来 ， 以梁为受力主体 ， 而曲线桁架对梁加劲 ， 形成具有刚性梁的曲线桁架 ， 特点： 内力分配均匀 ， 刚性系杆与吊杆 、 横撑可以组成刚度较大的框架； 在适用跨度内 ， 拱肋不

5、会发生面内 S状变形 ， 拱的稳定性有充分保 证 。 刚性系杆柔性拱的适用跨径可达 100m， 矢跨比通常为 1/5 1/7， 拱肋高度常取跨径的 1/100 1/120， 刚性系杆高度 公路桥：一般为跨径的 1/25 1/35， 铁路桥：一般为跨径的 1/22 1/30。 【 模块编号 】 MU-07-03 9 2-3刚性系杆刚性拱 当 （ EI） 拱 /（ EI） 系 在 1/80 80之间 ， 拱肋和系 杆都有一定的抗弯刚度 ， 二者共同承受纵向力和 弯矩 ， 介于柔性系杆刚性拱和刚性系杆柔性拱之 间 。 该体系为德国 H.Rose首创 ， 故称洛泽梁 （ 拱 ） 。 体系刚度较大 ，

6、适合于设计荷载较大的桥梁 。 拱肋和系杆受力较均匀； 该拱轴线常用二次抛物线； 拱肋高一般为跨径的 1/50 1/80， 拱肋宽一般为 拱肋高 0.8 1.2倍 。 【 模块编号 】 MU-07-03 10 3、构造特点 3-1 拱肋 3-1-1、 柔性系杆刚性拱的拱肋 拱肋构造基本可参考普通的下承式肋拱桥 。 拱肋高度 h （ 1/25 1/50） l, 拱肋宽度 b （ 0.4 0.5） h。 拱肋截面可根据跨径的大小和荷载等级选用矩 形 、 工字形或箱形 。 拱肋纵向受力钢筋一般沿上下缘对称布置 ， 钢 筋数量由计算确定 。 【 模块编号 】 MU-07-03 11 3-1-2、刚性系杆

7、柔性拱的拱肋 高度 h常取 （ 1/100 1/120） l。 但 因刚性系杆柔性拱以梁为受力主体 ， 故拱肋高度还可进一步减小到 （ 1/140 1/160） l， 使其保证一定的强度和稳定性即可 。 拱肋宽度一般采用 b （ 1.5 2.5） h。 拱肋截面常采用宽矮实心矩形断面 。 若采用刚性吊杆 ， 则横向刚度较大的拱肋与吊杆 、 横梁组成 半框架 ， 此时拱肋间一般可不设横撑而做成敞口桥 ， 使视野 开阔些 。 拱轴线通常采用二次抛物线； 为了方便施工 ， 可用折线代替； 拱肋截面内的钢筋可采用普通钢筋 、 型钢及钢管 ， 以缩小拱 肋面积 。 为增强混凝土的承压能力 ， 箍筋可采用

8、螺旋筋 。 【 模块编号 】 MU-07-03 12 3-1-3、刚性系杆刚性拱的拱肋 为便于支承节点处的构造连接 ， 常将拱肋和系杆设计 成相同的截面形式； 多采用工字形截面 。 跨径较大时常采用箱形截面； 拱肋高度 h=（ 1/50 1/80） l， 拱肋宽度 b （ 0.8 1.2） h。 为便于施工，拱肋可采用等高度截面。 【 模块编号 】 MU-07-03 13 3-2系杆 考虑系杆与拱肋的连接 ， 保证系杆能很好地与拱肋 共同受力； 考虑系杆与行车道之间的相互作用 ， 避免行车道因 约束系杆变形而遭到破坏 。 常用的构造措施： 在行车道中设置横向断缝 ， 行车道简支在横梁上 ， 使

9、行 车道不参与系杆的受力 。 系杆采用型钢或扁钢制作 ， 与行车道完全不接触 。 为了防止行车道与系杆受力 ， 一般还要在行车道内 设置横向断缝 。 【 模块编号 】 MU-07-03 14 3-2系杆 （续） 采用独立的钢筋混凝土系杆 。 每个系杆由两部分组成 ， 安放在吊杆两侧 ， 自由地搁置在横梁上 。 采用预应力钢筋混凝土系杆 。 为了方便连接，系杆截面形式与拱肋截面形式一致。 行车道内可设横向断缝，亦可不设； 从行车条件考虑以不设为宜 【 模块编号 】 MU-07-03 15 3、构造特点 系 （续） 3-3 拱肋与系杆的连接构造 拱肋与系杆的连接构造重要 、 复杂； 其构造形式随拱

10、助和系杆截面尺寸的不同而不同 。 3-4 吊杆及其连接构造 吊杆一般为长细构件 ， 通常按轴向受力构件设计 。 吊杆与拱肋的连接通常形式： 当采用钢筋混凝土吊杆 当采用钢吊杆时 ， 当采用高强钢丝束时 【 模块编号 】 MU-07-03 16 3、构造特点 系 （续） 3-5 横向联结系 主要是防止横向失稳 。 截面可设计成矩形 、 T形或箱形 。 在平面上 ， 可布置成 X形 、 K形 ， 或做成简单的与纵向 垂直的 “ 一 ” 字形 。 在顺桥向 ， 可布置成单数或双数 （ 单数居多 ） 即拱顶布置一根 ， 两侧对称布置 。 从受力上看 ， 横向联结以承受轴力和自身恒载为主 ， 配筋可据此

11、进行 。 【 模块编号 】 MU-07-03 4、其他常用类型拱桥简介 .Wel. 4-1、钢管混凝土拱桥 4-1-1、特点 内填混凝土能增强钢管壁的稳定性；而钢管对核心混凝土 又具有套箍作用，使核心混凝土处于三向受压状态。 钢管混凝土刚度大 、 承载能力大 、 质量轻 ， 与桥梁转体施 工工艺相结合 ， 可以解决转体质量大和转体结构的强度 、 刚 度的矛盾 。 钢管混凝土应用的形式： 直接用做主拱结构 -钢管混凝土拱桥 ， 二是以钢管混凝土作为劲性骨架 劲性骨架主要用于大跨度拱桥 。 先用无支架方法架设拱形劲性骨架 ， 然后灌注管内混凝土 。 再围绕骨架浇注外包混凝土； -钢管作为混凝土的钢

12、筋骨架 ， 也称埋入式钢拱架 。 【 模块编号 】 MU-07-03 18 4-1-2、钢管混凝土拱桥的横截面型式 按拱肋横截面可分为： 单肋型、双肢哑铃型、四肢格构型、 三角形格构型、集束型。 【 模块编号 】 MU-07-03 19 4-1-3、套箍指标 套箍指标： 钢管截面积和其抗拉强度设计值的乘积 （ 钢管轴向力 ） 与 核心混凝土截面积和其抗压强度设计值的乘积 （ 砼轴向力 ） 之比 。 套箍指标是钢管混凝土结构的一个重要参数 ， 宜控制在 0.3 3.0之间 ， 以确保钢管混凝土构件在使用荷载作用下处于弹 性工作阶段 ， 且在破坏前具有足够的延性 。 套箍指标小于 0.3：当混凝土

13、等级较高时 ， 将因钢管的套箍能力不 足而引起脆性破坏； 套箍指标大于 3：当混凝土等级过低时 ， 结构会在使用荷载下产生 塑性变形 。 【 模块编号 】 MU-07-03 20 4-2、桁架拱桥 主要构造 桁架拱片 主要承重结构，由上、下 弦杆、腹杆、拱顶实腹段组 成； 横向联结系 拉杆、横系梁、横隔板、 剪刀撑 桥面系 【 模块编号 】 MU-07-03 21 【 属于 4-2】 桁架拱桥的特点 1）拱与桁架组合，共同受力，整体性好，发挥全截面材料 的作用； 2）桁架部分的构件主要承受轴力； 3）拱的水平推力使跨中弯距减少，恒载下主要承受轴力， 活载下承受弯距，为偏心受压构件； 4）节点为

14、刚性连接，易开裂，影响整体刚度及耐久性； 5）整体自重轻，构件可预制，适合软土地基； 【 模块编号 】 MU-07-03 22 4-3、组合桁架拱桥 跨中部分桁架拱桥支撑在两边悬臂桁架上的组合结构体系； 【 模块编号 】 MU-07-03 23 4-3-1、组合桁架拱桥的结构特点 是桁架拱和桁架梁的继承与发展，受力特性介于拱桥和 梁桥之间； 在悬臂桁架梁端部的下弦杆上支承中间部分的桁架拱 ； 悬臂桁架的长度一般为主孔跨径的 0.20.25; 悬臂梁与桁架拱间设断缝； 横向设系梁与隔板； 边跨通常采用连续刚构活桁架结构； 易于无支架悬臂拼装； 推力较大，适合于山谷较深，基岩埋深较浅的山区 【 模

15、块编号 】 MU-07-03 24 【 属于 4-3】 【 模块编号 】 MU-07-03 25 4-3-2、组合桁架拱桥的构造特点 合理的断缝位置设在第 23节间； 节间长度一般在跨径的 1/81/12，近拱脚处可大些，向跨中方 向节间长度逐渐减小； 跨径小于 160米，矢跨比取 1/8；跨径 160米，矢跨比取 1/6为益； 主拱圈的截面高度一般为跨径的 1/1001/120； 合理的上弦杆、下弦杆、实腹段跨中刚度比为 1:1.8:3.0 左右；可充分发挥上弦杆的轴向力； 【 模块编号 】 MU-07-03 26 4-4、刚架拱桥 是在刚架、斜腿刚架等基础上发展而来 【 模块编号 】 MU-07-03 27 4-4-1、结构组成 刚架拱片 主要承重结构； 由跨中实腹段的 主梁、空腹段的次梁、 主拱腿、次拱腿构成； 横向联系及桥面系 【 模块编号 】 MU-07-03 28 4-4-1、特点及适用性 构件小，自重小，适用于软土地基； 结构变形小，整体结构刚度大； 施工方便，造价较底；