第七章大跨度拱橋

1、第第 7 章章 大跨度拱橋大跨度拱橋大跨度橋梁設(shè)計(jì)大跨度橋梁設(shè)計(jì)本章的主要內(nèi)容本章的主要內(nèi)容l 7.1 拱橋的基本組成和受力特點(diǎn)拱橋的基本組成和受力特點(diǎn)l 7.2 拱橋的結(jié)構(gòu)體系拱橋的結(jié)構(gòu)體系l 7.3 拱橋的總體構(gòu)思與構(gòu)造拱橋的總體構(gòu)思與構(gòu)造l 7.4 拱橋的計(jì)算拱橋的計(jì)算l 7.5 拱橋的施工拱橋的施工l 7.6 工程實(shí)例工程實(shí)例 7.1 拱橋的基本組成和受力特點(diǎn)拱橋的基本組成和受力特點(diǎn)7.1.1 拱橋的基本組成拱橋的基本組成u上部結(jié)構(gòu)：上部結(jié)構(gòu)：（1）主拱圈：主要承重構(gòu)件）主拱圈：主要承重構(gòu)件（2）拱上建筑：橋面系和傳力構(gòu)件或填充物）拱上建筑：橋面系和傳力構(gòu)件或填充物u下部結(jié)構(gòu)：下部結(jié)構(gòu)

2、：橋墩、橋臺、基礎(chǔ)橋墩、橋臺、基礎(chǔ)l0 - 凈跨徑凈跨徑l -計(jì)算跨徑計(jì)算跨徑f0 - 凈矢高凈矢高f -計(jì)算矢高計(jì)算矢高f/l - 矢跨比矢跨比（即拱軸線兩端點(diǎn)之間的平距即拱軸線兩端點(diǎn)之間的平距） 7.1 拱橋的基本組成和受力特點(diǎn)拱橋的基本組成和受力特點(diǎn)7.1.1 拱橋的基本組成拱橋的基本組成 7.1 拱橋的基本組成和受力特點(diǎn)拱橋的基本組成和受力特點(diǎn)7.1.1 拱橋的基本組成拱橋的基本組成拱橋分類拱橋分類建橋材料建橋材料圬工拱橋，鋼筋混凝土拱橋，鋼拱橋圬工拱橋，鋼筋混凝土拱橋，鋼拱橋拱軸線型式拱軸線型式圓弧拱橋，拋物線拱橋，懸鏈線橋圓弧拱橋，拋物線拱橋，懸鏈線橋橋面位置橋面位置上承式拱橋，中

3、承式拱橋，下承式拱橋上承式拱橋，中承式拱橋，下承式拱橋結(jié)構(gòu)體系分結(jié)構(gòu)體系分簡單體系拱橋：三鉸拱，兩鉸拱，無鉸拱簡單體系拱橋：三鉸拱，兩鉸拱，無鉸拱組合體系拱橋：無推力拱橋，有推力拱橋組合體系拱橋：無推力拱橋，有推力拱橋主拱圈截面形式主拱圈截面形式拱上建筑形式拱上建筑形式實(shí)腹式拱橋，空腹式拱橋?qū)嵏故焦皹?，空腹式拱橋板拱橋，肋拱橋，雙曲拱橋，箱形拱橋板拱橋，肋拱橋，雙曲拱橋，箱形拱橋 7.1 拱橋的基本組成和受力特點(diǎn)拱橋的基本組成和受力特點(diǎn)7.1.1 拱橋的基本組成拱橋的基本組成 根據(jù)行車道的位置，拱橋可以分成：上承式、下承式和根據(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。中承式

4、三種類型。拱橋的基本圖示上承式拱橋上承式拱橋1989四四 川涪陵烏江大橋川涪陵烏江大橋 （L=200m）橋高橋高84m，矢跨比，矢跨比1/4，主拱圈采用，主拱圈采用3室室箱。箱。 涪陵烏江大橋采用轉(zhuǎn)體法施工，先涪陵烏江大橋采用轉(zhuǎn)體法施工，先在兩岸上、下游組成在兩岸上、下游組成3m寬的邊箱，待轉(zhuǎn)寬的邊箱，待轉(zhuǎn)體合攏后吊裝中箱頂、底板，最后組成體合攏后吊裝中箱頂、底板，最后組成3室箱。室箱。1997四川萬縣長江大橋四川萬縣長江大橋 L=420m)勁性骨架鋼筋混凝土箱形拱橋勁性骨架鋼筋混凝土箱形拱橋上承式拱橋上承式拱橋巫山巫峽長江大橋巫山巫峽長江大橋丫髻沙大橋丫髻沙大橋中承式拱橋中承式拱橋上海盧浦大

5、橋上海盧浦大橋 2003.6 建成，主橋長建成，主橋長750m，為全鋼結(jié)構(gòu)，其中主跨直徑達(dá)，為全鋼結(jié)構(gòu)，其中主跨直徑達(dá)550m，居世界同類橋梁之首，被譽(yù)為，居世界同類橋梁之首，被譽(yù)為“世界第一鋼拱橋世界第一鋼拱橋”。武漢江漢三橋武漢江漢三橋橋長橋長989.75米，主跨米，主跨302.93米，米，為跨徑為為跨徑為280米的下承式鋼管混米的下承式鋼管混凝土系桿拱橋。凝土系桿拱橋。浙江省嵊州大橋浙江省嵊州大橋主橋采用下承式鋼管混泥土單桿拱橋。主橋采用下承式鋼管混泥土單桿拱橋。兩跨，跨徑長兩跨，跨徑長136米。米。下承式拱橋下承式拱橋 7.1 拱橋的基本組成和受力特點(diǎn)拱橋的基本組成和受力特點(diǎn)7.1.2

6、 拱橋的受力特點(diǎn)拱橋的受力特點(diǎn)u支座處存在水支座處存在水平推力平推力 拱內(nèi)拱內(nèi)產(chǎn)生軸向壓力產(chǎn)生軸向壓力 彎矩減少彎矩減少 偏心受壓偏心受壓應(yīng)力應(yīng)力較均勻。較均勻。u300800m范范圍內(nèi)，可以與斜圍內(nèi)，可以與斜拉橋競爭。拉橋競爭。 7.2 拱橋的結(jié)構(gòu)體系拱橋的結(jié)構(gòu)體系7.2.1 簡單體系拱橋簡單體系拱橋簡單體系拱橋構(gòu)造簡單、受力明確，全部荷載由拱肋承受。簡單體系拱橋構(gòu)造簡單、受力明確，全部荷載由拱肋承受。按照拱圈的靜力體系分為：按照拱圈的靜力體系分為：三鉸拱：三鉸拱：靜定，無附加應(yīng)力，鉸構(gòu)造復(fù)雜，少用。靜定，無附加應(yīng)力，鉸構(gòu)造復(fù)雜，少用。無鉸拱：無鉸拱：三次超靜定，剛度大，構(gòu)造簡單，附加應(yīng)力大

7、，混三次超靜定，剛度大，構(gòu)造簡單，附加應(yīng)力大，混凝土拱多采用無鉸拱。凝土拱多采用無鉸拱。兩鉸拱：兩鉸拱：介于二者之間，鋼拱采用較多。介于二者之間，鋼拱采用較多。 7.2 拱橋的結(jié)構(gòu)體系拱橋的結(jié)構(gòu)體系7.2.2 組合體系拱橋組合體系拱橋 荷載一部分由縱梁承擔(dān)，一部荷載一部分由縱梁承擔(dān)，一部分通過吊桿傳遞給主拱肋承擔(dān)。分通過吊桿傳遞給主拱肋承擔(dān)。柔性系桿剛性拱（系桿拱）柔性系桿剛性拱（系桿拱）剛性系桿柔性拱（藍(lán)格爾拱）剛性系桿柔性拱（藍(lán)格爾拱）剛性系桿剛性拱（洛澤拱）剛性系桿剛性拱（洛澤拱）用斜吊桿時(shí)稱為尼爾森拱用斜吊桿時(shí)稱為尼爾森拱l(fā)無推力組合體系拱橋無推力組合體系拱橋 7.2 拱橋的結(jié)構(gòu)體系拱

8、橋的結(jié)構(gòu)體系7.2.2 組合體系拱橋組合體系拱橋l多跨無推力組合體系拱橋多跨無推力組合體系拱橋 7.2 拱橋的結(jié)構(gòu)體系拱橋的結(jié)構(gòu)體系7.2.2 組合體系拱橋組合體系拱橋l部分有推力組合體系拱橋部分有推力組合體系拱橋 拱腳在中墩處固結(jié)，拱、梁通過立柱和拱頂實(shí)體段連接共拱腳在中墩處固結(jié)，拱、梁通過立柱和拱頂實(shí)體段連接共同承受荷載。同承受荷載。應(yīng)用交廣泛。應(yīng)用交廣泛。u在恒載作用下，通過張拉系桿來平衡主拱的水平力；在恒載作用下，通過張拉系桿來平衡主拱的水平力；u成橋后，由于拱腳固結(jié)，水平位移被約束，在活載及其他荷成橋后，由于拱腳固結(jié)，水平位移被約束，在活載及其他荷載作用下，拱腳產(chǎn)生水平推力，形成部分

9、有推力拱橋體系。載作用下，拱腳產(chǎn)生水平推力，形成部分有推力拱橋體系。 7.2 拱橋的結(jié)構(gòu)體系拱橋的結(jié)構(gòu)體系7.2.2 組合體系拱橋組合體系拱橋l有推力組合體系拱橋有推力組合體系拱橋梁和拱共同受力，拱的推力完全由墩臺承擔(dān)。梁和拱共同受力，拱的推力完全由墩臺承擔(dān)。梁分擔(dān)一部分荷載，拱腳推力小于簡單體系拱橋。梁分擔(dān)一部分荷載，拱腳推力小于簡單體系拱橋。 7.2 拱橋的結(jié)構(gòu)體系拱橋的結(jié)構(gòu)體系7.2.2 組合體系拱橋組合體系拱橋拱肋與縱梁連接方式拱肋與縱梁連接方式p中承式梁拱組合體系中承式梁拱組合體系u中邊跨縱梁在拱中邊跨縱梁在拱肋連接處斷開；肋連接處斷開；u邊跨梁與拱肋固邊跨梁與拱肋固結(jié)，中跨梁與拱肋

10、結(jié)，中跨梁與拱肋連接處斷開；連接處斷開；u拱梁完全剛性連拱梁完全剛性連接，共同承擔(dān)荷載。接，共同承擔(dān)荷載。 7.2 拱橋的結(jié)構(gòu)體系拱橋的結(jié)構(gòu)體系7.2.2 組合體系拱橋組合體系拱橋拱肋與縱梁連接方式拱肋與縱梁連接方式p下承式梁拱組合體系下承式梁拱組合體系u拱梁固結(jié)；拱梁固結(jié)；u拱梁鉸接；拱梁鉸接；u梁以體外索的形梁以體外索的形式錨固在拱的兩端，式錨固在拱的兩端，橋面系通過橫梁與橋面系通過橫梁與吊桿連接，將橋面吊桿連接，將橋面荷載傳遞給拱肋。荷載傳遞給拱肋。 7.3 拱橋的總體思路與構(gòu)造拱橋的總體思路與構(gòu)造7.3.1 拱橋的總體構(gòu)思拱橋的總體構(gòu)思 1）上承式拱橋的總體構(gòu)思）上承式拱橋的總體構(gòu)思u

11、有推力拱橋；有推力拱橋；u 拱圈是主要受力構(gòu)件；拱圈是主要受力構(gòu)件；u 橋面系不參與拱圈的整體受力，而作為局部受力構(gòu)件設(shè)計(jì)。橋面系不參與拱圈的整體受力，而作為局部受力構(gòu)件設(shè)計(jì)。 7.3 拱橋的總體思路與構(gòu)造拱橋的總體思路與構(gòu)造7.3.1 拱橋的總體構(gòu)思拱橋的總體構(gòu)思（1）橋長及分孔）橋長及分孔u(yù)按照水文計(jì)算、通航要求以及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)確定，可采用按照水文計(jì)算、通航要求以及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)確定，可采用單跨拱橋或多跨拱橋形式；單跨拱橋或多跨拱橋形式；u 為避開深水區(qū)或不良地質(zhì)地段，可采用不等跨布置；為避開深水區(qū)或不良地質(zhì)地段，可采用不等跨布置；u 一般采用單跨拱橋來跨越高山峽谷、水流急的河道。一般采用單

12、跨拱橋來跨越高山峽谷、水流急的河道。 1）上承式拱橋的總體構(gòu)思）上承式拱橋的總體構(gòu)思 7.3 拱橋的總體思路與構(gòu)造拱橋的總體思路與構(gòu)造7.3.1 拱橋的總體構(gòu)思拱橋的總體構(gòu)思（2）橋梁設(shè)計(jì)高程）橋梁設(shè)計(jì)高程u橋面高程：橋面高程：由總體路線設(shè)計(jì)確定。由總體路線設(shè)計(jì)確定。u 拱頂高程：拱頂高程：橋面高程橋面高程- -拱頂處的建筑高度。拱頂處的建筑高度。u 起拱線高程：起拱線高程：為減輕墩底偏心彎矩，宜采用較低的起拱為減輕墩底偏心彎矩，宜采用較低的起拱線高程。線高程。 有鉸拱橋：起拱線一般高于設(shè)計(jì)洪水位有鉸拱橋：起拱線一般高于設(shè)計(jì)洪水位0.25m0.25m；嚴(yán)寒地區(qū)；嚴(yán)寒地區(qū)橋梁，起拱線不應(yīng)低于流冰

13、水位橋梁，起拱線不應(yīng)低于流冰水位0.25m0.25m； 無鉸拱橋：防止漂浮物撞擊，拱圈不宜淹沒太多；無鉸拱橋：防止漂浮物撞擊，拱圈不宜淹沒太多； 美觀角度，拱座一般露出地面一定高度。美觀角度，拱座一般露出地面一定高度。u 基礎(chǔ)底面高程：基礎(chǔ)底面高程：根據(jù)沖刷深度、地基承載力等計(jì)算確定。根據(jù)沖刷深度、地基承載力等計(jì)算確定。 1）上承式拱橋的總體構(gòu)思）上承式拱橋的總體構(gòu)思 7.3 拱橋的總體思路與構(gòu)造拱橋的總體思路與構(gòu)造7.3.1 拱橋的總體構(gòu)思拱橋的總體構(gòu)思（3）跨徑布置）跨徑布置u三跨拱橋，理想的邊中跨比值應(yīng)使中墩在恒載作用下的水三跨拱橋，理想的邊中跨比值應(yīng)使中墩在恒載作用下的水平推力平衡。則

14、邊中跨比為：平推力平衡。則邊中跨比為： 1）上承式拱橋的總體構(gòu)思）上承式拱橋的總體構(gòu)思 7.3 拱橋的總體思路與構(gòu)造拱橋的總體思路與構(gòu)造7.3.1 拱橋的總體構(gòu)思拱橋的總體構(gòu)思（4）拱軸線的選擇）拱軸線的選擇u圓弧線：線形簡單，施工方便。主要用于圓弧線：線形簡單，施工方便。主要用于20m20m以下的拱橋。以下的拱橋。u拋物線：可采用二次拋物線；為使拱軸線與恒載壓力線吻拋物線：可采用二次拋物線；為使拱軸線與恒載壓力線吻合，可采用高次拋物線。合，可采用高次拋物線。u懸鏈線：最常采用的拱軸線。懸鏈線：最常采用的拱軸線。 1）上承式拱橋的總體構(gòu)思）上承式拱橋的總體構(gòu)思 7.3 拱橋的總體思路與構(gòu)造拱橋

15、的總體思路與構(gòu)造7.3.1 拱橋的總體構(gòu)思拱橋的總體構(gòu)思（5）矢跨比）矢跨比u矢跨比：拱肋的矢高與跨徑的比值。矢跨比減小，拱橋水矢跨比：拱肋的矢高與跨徑的比值。矢跨比減小，拱橋水平推力增加，反之推力減小。平推力增加，反之推力減小。u矢跨比影響拱橋整體剛度。矢跨比在矢跨比影響拱橋整體剛度。矢跨比在1/41/6之間時(shí)，拱之間時(shí)，拱橋剛度較大。橋剛度較大。 1）上承式拱橋的總體構(gòu)思）上承式拱橋的總體構(gòu)思 2）中、下承式拱橋的總體構(gòu)思）中、下承式拱橋的總體構(gòu)思 2）中、下承式拱橋的總體構(gòu)思）中、下承式拱橋的總體構(gòu)思 中、下承式拱橋的橋跨結(jié)構(gòu)一般由拱肋、橫向聯(lián)系和中、下承式拱橋的橋跨結(jié)構(gòu)一般由拱肋、橫向

16、聯(lián)系和懸掛結(jié)構(gòu)三部分組成。懸掛結(jié)構(gòu)三部分組成。u拱肋：主要受力構(gòu)件，可采用鋼筋混凝土、鋼管混凝土或拱肋：主要受力構(gòu)件，可采用鋼筋混凝土、鋼管混凝土或鋼箱結(jié)構(gòu)，常用矢跨比為鋼箱結(jié)構(gòu)，常用矢跨比為1/71/4。u橫向聯(lián)系：設(shè)置在兩片拱肋之間，增加橫向穩(wěn)定性。包括橫向聯(lián)系：設(shè)置在兩片拱肋之間，增加橫向穩(wěn)定性。包括一字型橫撐、對角橫撐、一字型橫撐、對角橫撐、K形橫撐等。形橫撐等。u懸掛結(jié)構(gòu)：包括吊桿和橋面系等。剛性吊桿：混凝土材料；懸掛結(jié)構(gòu)：包括吊桿和橋面系等。剛性吊桿：混凝土材料；柔性吊桿：平行鋼絲或鋼絞線。吊桿間距一般柔性吊桿：平行鋼絲或鋼絞線。吊桿間距一般48m。 7.3 拱橋的總體思路與構(gòu)造拱

17、橋的總體思路與構(gòu)造7.3.1 拱橋的總體構(gòu)思拱橋的總體構(gòu)思（1）柔性系桿剛性拱）柔性系桿剛性拱 3）梁拱組合體系拱橋的總體構(gòu)思）梁拱組合體系拱橋的總體構(gòu)思 系桿的剛度相對于拱肋的剛度較小，系桿只承受拉力，拱系桿的剛度相對于拱肋的剛度較小，系桿只承受拉力，拱肋按偏心受壓構(gòu)件考慮。肋按偏心受壓構(gòu)件考慮。u跨徑：跨徑：2090m；矢跨比：；矢跨比：1/51/4；拱肋高度（；拱肋高度（1/501/30）L。 7.3 拱橋的總體思路與構(gòu)造拱橋的總體思路與構(gòu)造7.3.1 拱橋的總體構(gòu)思拱橋的總體構(gòu)思（2）剛性系桿柔性拱）剛性系桿柔性拱 3）梁拱組合體系拱橋的總體構(gòu)思）梁拱組合體系拱橋的總體構(gòu)思 拱肋的剛度

18、相對于系桿的剛度較小，剛性系桿承受拉力和拱肋的剛度相對于系桿的剛度較小，剛性系桿承受拉力和彎矩，按彎拉構(gòu)件考慮。彎矩，按彎拉構(gòu)件考慮。u跨徑：跨徑：100m；矢跨比：；矢跨比：1/51/7；拱肋高度（；拱肋高度（1/1201/100）L。 7.3 拱橋的總體思路與構(gòu)造拱橋的總體思路與構(gòu)造7.3.1 拱橋的總體構(gòu)思拱橋的總體構(gòu)思（3）剛性系桿剛性拱）剛性系桿剛性拱 3）梁拱組合體系拱橋的總體構(gòu)思）梁拱組合體系拱橋的總體構(gòu)思拱肋和系桿均承擔(dān)一定的彎矩，體系整體剛度大。拱肋和系桿均承擔(dān)一定的彎矩，體系整體剛度大。u拱肋高度（拱肋高度（1/501/80）L。 7.3 拱橋的總體思路與構(gòu)造拱橋的總體思路

19、與構(gòu)造7.3.2 主拱的構(gòu)造主拱的構(gòu)造 1）板拱）板拱u主拱圈截面采用矩形實(shí)體截面的拱橋稱板拱橋。主拱圈截面采用矩形實(shí)體截面的拱橋稱板拱橋。u在中、小跨徑的圬工拱橋中采用。在中、小跨徑的圬工拱橋中采用。u在較薄的拱板上增設(shè)縱向肋以提高拱圈抗彎剛度，即構(gòu)成在較薄的拱板上增設(shè)縱向肋以提高拱圈抗彎剛度，即構(gòu)成 板肋拱。板肋拱。板拱 7.3 拱橋的總體思路與構(gòu)造拱橋的總體思路與構(gòu)造7.3.2 主拱的構(gòu)造主拱的構(gòu)造 2）肋拱）肋拱u肋拱橋肋拱橋是將板拱劃分成多條分離的、截面高度較大的拱肋，是將板拱劃分成多條分離的、截面高度較大的拱肋，肋間用橫系梁聯(lián)結(jié)。肋間用橫系梁聯(lián)結(jié)。u這種形式以較小的截面面積獲得較大

20、的截面抵抗矩，減輕這種形式以較小的截面面積獲得較大的截面抵抗矩，減輕了結(jié)構(gòu)自重，多用于了結(jié)構(gòu)自重，多用于大大、中跨徑中跨徑的拱橋。的拱橋。 7.3 拱橋的總體思路與構(gòu)造拱橋的總體思路與構(gòu)造7.3.2 主拱的構(gòu)造主拱的構(gòu)造 2）肋拱）肋拱拱肋截面拱肋截面（1）矩形：構(gòu)造簡單、施工方便）矩形：構(gòu)造簡單、施工方便（2）工字形：）工字形： 適用：大、中跨徑適用：大、中跨徑（3）箱型：）箱型： 適用：跨徑大，橋面寬適用：跨徑大，橋面寬（4）管形：）管形： 適用：鋼管混凝土拱橋適用：鋼管混凝土拱橋鋼管混凝土拱橋簡介鋼管混凝土拱橋簡介鋼管混凝土拱肋立柱（或吊桿）橫撐行車道系下部構(gòu)造 7.3 拱橋的總體思路與

21、構(gòu)造拱橋的總體思路與構(gòu)造7.3.2 主拱的構(gòu)造主拱的構(gòu)造 3）箱形拱）箱形拱u箱形拱橋主拱圈截面挖空，以較少的材料可獲得較大的截箱形拱橋主拱圈截面挖空，以較少的材料可獲得較大的截面抵抗矩，減輕自重，節(jié)省材料。面抵抗矩，減輕自重，節(jié)省材料。u箱形截面抗扭剛度很大，整體性和穩(wěn)定性都較好，但施工箱形截面抗扭剛度很大，整體性和穩(wěn)定性都較好，但施工制作較復(fù)雜。適用于大跨徑拱橋。制作較復(fù)雜。適用于大跨徑拱橋。 7.3 拱橋的總體思路與構(gòu)造拱橋的總體思路與構(gòu)造7.3.2 主拱的構(gòu)造主拱的構(gòu)造 3）箱形拱）箱形拱 可為單室箱或多室箱，每一閉合箱又由箱壁、頂板、底可為單室箱或多室箱，每一閉合箱又由箱壁、頂板、底

22、板及橫隔板組成板及橫隔板組成多條U形肋多條工字形肋多條閉合箱肋單箱多室截面 7.4 拱橋的計(jì)算拱橋的計(jì)算u 拱橋計(jì)算的主要內(nèi)容拱橋計(jì)算的主要內(nèi)容拱拱橋橋的的計(jì)計(jì)算算拱軸線的選擇與確定拱軸線的選擇與確定成橋狀態(tài)的內(nèi)力分析和強(qiáng)度、成橋狀態(tài)的內(nèi)力分析和強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定驗(yàn)算剛度、穩(wěn)定驗(yàn)算施工階段的內(nèi)力分析和驗(yàn)算施工階段的內(nèi)力分析和驗(yàn)算恒載內(nèi)力恒載內(nèi)力溫度、收縮徐變溫度、收縮徐變拱腳變位拱腳變位活載內(nèi)力活載內(nèi)力內(nèi)力調(diào)整內(nèi)力調(diào)整拱上建筑的計(jì)算拱上建筑的計(jì)算 7.4 拱橋的計(jì)算拱橋的計(jì)算u 拱軸線的選擇與確定拱軸線的選擇與確定u拱軸線的形狀直接影響主截面的內(nèi)力分布與大小，選擇拱軸線的形狀直接影響主截面的內(nèi)力

23、分布與大小，選擇拱軸線的原則，是要拱軸線的原則，是要盡可能降低荷載產(chǎn)生的彎矩盡可能降低荷載產(chǎn)生的彎矩。u最理想的拱軸線是與拱上各種荷載作用下的壓力線相吻最理想的拱軸線是與拱上各種荷載作用下的壓力線相吻合，合，使拱圈截面只受壓力，而無彎矩及剪力的作用，截使拱圈截面只受壓力，而無彎矩及剪力的作用，截面應(yīng)力均勻面應(yīng)力均勻，能充分利用圬工材料的抗壓性能，能充分利用圬工材料的抗壓性能u實(shí)際上由于活載、主拱圈彈性壓縮以及溫度、收縮等因?qū)嶋H上由于活載、主拱圈彈性壓縮以及溫度、收縮等因素的作用，得不到理想的拱軸線。素的作用，得不到理想的拱軸線。一般以恒載壓力線作一般以恒載壓力線作為設(shè)計(jì)拱軸線。為設(shè)計(jì)拱軸線。u

24、圓弧線、拋物線和懸鏈線圓弧線、拋物線和懸鏈線 7.4 拱橋的計(jì)算拱橋的計(jì)算u 強(qiáng)度驗(yàn)算強(qiáng)度驗(yàn)算u利用內(nèi)力包絡(luò)圖進(jìn)行主拱強(qiáng)度驗(yàn)算，拱腳、拱頂、拱跨利用內(nèi)力包絡(luò)圖進(jìn)行主拱強(qiáng)度驗(yàn)算，拱腳、拱頂、拱跨3l/8、l/4是主要控制截面，根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理和橋規(guī)進(jìn)行驗(yàn)算。是主要控制截面，根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理和橋規(guī)進(jìn)行驗(yàn)算。拱圈強(qiáng)度拱圈強(qiáng)度驗(yàn)算驗(yàn)算: :公路圬工橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范公路圬工橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG D61-2005） 無鉸拱和雙鉸拱的計(jì)算可不考慮拱上建筑與主拱圈的聯(lián)合作用。無鉸拱和雙鉸拱的計(jì)算可不考慮拱上建筑與主拱圈的聯(lián)合作用。 計(jì)算由車道荷載引起的拱的計(jì)算由車道荷載引起的拱的正彎矩正彎矩時(shí)，拱頂，拱跨時(shí)，拱頂

25、，拱跨1/4應(yīng)乘以應(yīng)乘以折減系數(shù)折減系數(shù)0.7，拱腳應(yīng)乘以，拱腳應(yīng)乘以0.9，中間各個(gè)截面的正彎矩折減，中間各個(gè)截面的正彎矩折減系數(shù)，可用直線插人法確定。系數(shù)，可用直線插人法確定。 一般無鉸拱橋，一般無鉸拱橋，拱腳拱腳和和拱頂拱頂是主要控制截面；大跨度拱橋應(yīng)驗(yàn)是主要控制截面；大跨度拱橋應(yīng)驗(yàn)算算拱頂拱頂、拱跨拱跨3l/8、拱跨拱跨l/4和和拱腳拱腳四個(gè)截面；對于中、小跨四個(gè)截面；對于中、小跨徑拱橋，徑拱橋，拱跨拱跨l/4截面可不驗(yàn)算截面可不驗(yàn)算；特大跨徑拱橋，除以上四個(gè)；特大跨徑拱橋，除以上四個(gè)截面外，需視截面配筋情況，另行選擇截面進(jìn)行驗(yàn)算。截面外，需視截面配筋情況，另行選擇截面進(jìn)行驗(yàn)算。011

26、12()(,)mnkdGiGiKQQ KcQjQjkddijmRSSSSRSd 作用效應(yīng)的組合設(shè)計(jì)值作用效應(yīng)的組合設(shè)計(jì)值Rd構(gòu)件承載能力設(shè)計(jì)值構(gòu)件承載能力設(shè)計(jì)值0結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù)，按下列要求取值結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù)，按下列要求取值ad幾何參數(shù)設(shè)計(jì)值，當(dāng)無可靠數(shù)據(jù)時(shí)，可采用幾何參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值幾何參數(shù)設(shè)計(jì)值，當(dāng)無可靠數(shù)據(jù)時(shí)，可采用幾何參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值ak 7.4 拱橋的計(jì)算拱橋的計(jì)算u 穩(wěn)定驗(yàn)算穩(wěn)定驗(yàn)算拱的穩(wěn)定性驗(yàn)算分為縱向拱的穩(wěn)定性驗(yàn)算分為縱向( (面內(nèi)面內(nèi)) )和橫向和橫向( (面外面外) )兩方面。兩方面。 大、中跨徑拱橋是否驗(yàn)算縱、橫向穩(wěn)定與施工過程有關(guān)：大、中跨徑拱橋是否驗(yàn)算縱、橫向穩(wěn)定與施工過程有關(guān)

27、：有支架施工，其穩(wěn)定與落架時(shí)間有關(guān)，拱上建筑砌筑完后有支架施工，其穩(wěn)定與落架時(shí)間有關(guān)，拱上建筑砌筑完后落架，可不驗(yàn)算縱向穩(wěn)定落架，可不驗(yàn)算縱向穩(wěn)定; ; 當(dāng)主拱圈寬度較大（如大于跨度的當(dāng)主拱圈寬度較大（如大于跨度的1/20），則可不驗(yàn)算拱），則可不驗(yàn)算拱的橫向穩(wěn)定性；的橫向穩(wěn)定性； 隨拱橋所用材料性能隨拱橋所用材料性能的改善和施工技術(shù)的提高，拱橋跨徑的改善和施工技術(shù)的提高，拱橋跨徑不斷增大，主拱的長細(xì)比越來越大，施工和成橋運(yùn)營狀態(tài)不斷增大，主拱的長細(xì)比越來越大，施工和成橋運(yùn)營狀態(tài)穩(wěn)定問題非常突出。穩(wěn)定問題非常突出。 7.4 拱橋的計(jì)算拱橋的計(jì)算u 縱向穩(wěn)定縱向穩(wěn)定 對于長細(xì)比不大，且對于長細(xì)比

28、不大，且 f/l 在在0.3以下的拱，其縱向穩(wěn)定性驗(yàn)算一般以下的拱，其縱向穩(wěn)定性驗(yàn)算一般可以表達(dá)為強(qiáng)度校核的形式可以表達(dá)為強(qiáng)度校核的形式:00.9 ()dcdsdsNf Af A 7.4 拱橋的計(jì)算拱橋的計(jì)算u 橫向穩(wěn)定橫向穩(wěn)定 拱的橫向穩(wěn)定性驗(yàn)算，目前尚無成熟的計(jì)算辦法，工拱的橫向穩(wěn)定性驗(yàn)算，目前尚無成熟的計(jì)算辦法，工程上常用與縱向穩(wěn)定相似的公式來驗(yàn)算拱的橫向穩(wěn)定性：程上常用與縱向穩(wěn)定相似的公式來驗(yàn)算拱的橫向穩(wěn)定性：LjmNN NL拱橫向失穩(wěn)時(shí)的平均臨界軸力；拱橫向失穩(wěn)時(shí)的平均臨界軸力；Nj按承載能力極限狀態(tài)組合計(jì)算的平均軸力；按承載能力極限狀態(tài)組合計(jì)算的平均軸力；m橫向穩(wěn)定安全系數(shù)，一般取

29、值為橫向穩(wěn)定安全系數(shù)，一般取值為45。 7.4 拱橋的計(jì)算拱橋的計(jì)算u 橫向穩(wěn)定橫向穩(wěn)定l 板拱或采用單肋合龍時(shí)的拱肋板拱或采用單肋合龍時(shí)的拱肋: :221/cos,cos,814()yLLmmLEINHHKflfl臨界荷載系數(shù)臨界荷載系數(shù)K2值表值表f/l0.10.20.3K228.040.036.5 理論與實(shí)踐證明：理論與實(shí)踐證明：無鉸拱的臨界荷載比有鉸拱大得多無鉸拱的臨界荷載比有鉸拱大得多。懸鏈。懸鏈線無鉸拱的橫向穩(wěn)定，精確的方法是作空間有限元電算分析，線無鉸拱的橫向穩(wěn)定，精確的方法是作空間有限元電算分析，手算時(shí)，手算時(shí)，可偏安全地采用兩鉸拱的計(jì)算公式可偏安全地采用兩鉸拱的計(jì)算公式，或者

30、近似采用，或者近似采用圓弧無鉸拱的公式圓弧無鉸拱的公式計(jì)算臨界軸向力。計(jì)算臨界軸向力。 7.4 拱橋的計(jì)算拱橋的計(jì)算u 有限元法在拱橋計(jì)算中的應(yīng)用有限元法在拱橋計(jì)算中的應(yīng)用 有限元方法是為能夠求解彈性力學(xué)的偏微分方程組（有限元方法是為能夠求解彈性力學(xué)的偏微分方程組（15個(gè)方個(gè)方程：程：3個(gè)平衡微分方程，個(gè)平衡微分方程，6個(gè)幾何方程和個(gè)幾何方程和6個(gè)物理方程個(gè)物理方程）而發(fā)）而發(fā)展的一種數(shù)值方法，隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展而得到迅速進(jìn)步；展的一種數(shù)值方法，隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展而得到迅速進(jìn)步； 用有限元方法計(jì)算三維空間的橋梁結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)多種非線用有限元方法計(jì)算三維空間的橋梁結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)多種非線性影響的計(jì)算，

31、例如，性影響的計(jì)算，例如，幾何非線性、材料非線性、動(dòng)力問題幾何非線性、材料非線性、動(dòng)力問題及穩(wěn)定問題等。及穩(wěn)定問題等。 有限元程序有限元程序?qū)ｉT程序：專門程序：大型通用程序大型通用程序SAPADINANASTRANANSYS橋梁博士橋梁博士, MIDAS 7.4 拱橋的計(jì)算拱橋的計(jì)算u 有限元法在拱橋計(jì)算中的應(yīng)用有限元法在拱橋計(jì)算中的應(yīng)用數(shù)據(jù)準(zhǔn)備及計(jì)算分析簡介：數(shù)據(jù)準(zhǔn)備及計(jì)算分析簡介： 結(jié)構(gòu)離散結(jié)構(gòu)離散( (單元?jiǎng)澐謫卧獎(jiǎng)澐? ) 組織數(shù)據(jù)文件：組織數(shù)據(jù)文件：節(jié)點(diǎn)信息（節(jié)點(diǎn)編號和節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)）、單節(jié)點(diǎn)信息（節(jié)點(diǎn)編號和節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)）、單元信息（單元編號及單元與節(jié)點(diǎn)關(guān)系）、荷載信息（位元信息（單元編號及單

32、元與節(jié)點(diǎn)關(guān)系）、荷載信息（位置、類型及大?。?、材料信息、截面特性信息、邊界條置、類型及大?。?、材料信息、截面特性信息、邊界條件信息等；數(shù)據(jù)檢查，圖形顯示。件信息等；數(shù)據(jù)檢查，圖形顯示。 計(jì)算結(jié)果及分析計(jì)算結(jié)果及分析（后處理）：判斷各種工況計(jì)算結(jié)果及（后處理）：判斷各種工況計(jì)算結(jié)果及其總體計(jì)算結(jié)果。其總體計(jì)算結(jié)果。 7.4 拱橋的計(jì)算拱橋的計(jì)算u 有限元法在拱橋計(jì)算中的應(yīng)用有限元法在拱橋計(jì)算中的應(yīng)用1、支架施工、支架施工2、轉(zhuǎn)體施工、轉(zhuǎn)體施工3、纜索吊裝施工、纜索吊裝施工4、頂推施工、頂推施工5、懸臂施工、懸臂施工 7.5 拱橋的施工拱橋的施工 7.5 拱橋的施工拱橋的施工7.5.1 支架施工支

33、架施工u支架施工分為支架施工分為支架就地澆筑和支架拼裝主拱施工支架就地澆筑和支架拼裝主拱施工。u支架就地澆筑支架就地澆筑是指在拱圈位置采用鋼材或木材搭設(shè)拱架，是指在拱圈位置采用鋼材或木材搭設(shè)拱架，形成拱胎，然后在拱胎上澆筑，最后落架完成拱圈施工。形成拱胎，然后在拱胎上澆筑，最后落架完成拱圈施工。常常用用的的拱拱架架形形式式 7.5 拱橋的施工拱橋的施工7.5.1 支架施工支架施工u支架拼裝主拱：支架拼裝主拱：對中等跨度范圍的鋼管混凝土拱橋或鋼箱對中等跨度范圍的鋼管混凝土拱橋或鋼箱拱橋，拱肋離地面不高且節(jié)段重量不大，可搭設(shè)臨時(shí)墩進(jìn)拱橋，拱肋離地面不高且節(jié)段重量不大，可搭設(shè)臨時(shí)墩進(jìn)行拱肋拼裝。行拱

34、肋拼裝。 7.5 拱橋的施工拱橋的施工7.5.2 轉(zhuǎn)體施工轉(zhuǎn)體施工 轉(zhuǎn)體施工法轉(zhuǎn)體施工法是指將橋梁結(jié)構(gòu)在非設(shè)計(jì)軸線位置制作是指將橋梁結(jié)構(gòu)在非設(shè)計(jì)軸線位置制作（澆注或拼接）成形后，通過轉(zhuǎn)體就位的一種施工方法。（澆注或拼接）成形后，通過轉(zhuǎn)體就位的一種施工方法。u 豎轉(zhuǎn)法豎轉(zhuǎn)法u 平轉(zhuǎn)法平轉(zhuǎn)法u 豎轉(zhuǎn)與平轉(zhuǎn)結(jié)合法豎轉(zhuǎn)與平轉(zhuǎn)結(jié)合法 7.5 拱橋的施工拱橋的施工7.5.2 轉(zhuǎn)體施工轉(zhuǎn)體施工u 豎轉(zhuǎn)法豎轉(zhuǎn)法 將拱圈從拱頂分成兩個(gè)半跨，在橋孔下搭設(shè)支架平臺進(jìn)將拱圈從拱頂分成兩個(gè)半跨，在橋孔下搭設(shè)支架平臺進(jìn)行兩個(gè)半跨的預(yù)制和組拼，利用旋轉(zhuǎn)裝置將拱肋進(jìn)行豎向轉(zhuǎn)行兩個(gè)半跨的預(yù)制和組拼，利用旋轉(zhuǎn)裝置將拱肋進(jìn)行豎向轉(zhuǎn)體至設(shè)計(jì)位置，然后在拱頂合龍，最后封閉拱腳轉(zhuǎn)動(dòng)鉸，形體至設(shè)計(jì)位置，然后在拱頂合龍，最后封閉拱腳轉(zhuǎn)動(dòng)鉸，形成拱結(jié)構(gòu)。成拱結(jié)構(gòu)。貴州務(wù)川自治縣貴州務(wù)川自治縣珍珠橋豎向轉(zhuǎn)體珍珠橋豎向轉(zhuǎn)體施工施工豎轉(zhuǎn)法豎轉(zhuǎn)法貴州務(wù)川自治縣貴州務(wù)川自治縣珍珠橋豎向轉(zhuǎn)體珍珠橋豎向轉(zhuǎn)體施工施工 7.5 拱橋的施工拱橋的施工7.5.2 轉(zhuǎn)體施工轉(zhuǎn)體施工u 平轉(zhuǎn)法平轉(zhuǎn)法 將拱肋分成兩個(gè)半跨，分別利用兩岸地形制作拱架，現(xiàn)澆將拱肋分成兩個(gè)半跨，分別利用兩岸地形制作拱架，現(xiàn)澆或拼裝拱肋、橫向聯(lián)系，借助轉(zhuǎn)盤裝置和推拉千斤頂，慢速將或拼裝拱肋、橫向聯(lián)系，借助轉(zhuǎn)盤裝置和推拉千斤頂，慢速將拱肋轉(zhuǎn)體拱肋轉(zhuǎn)體180