橋梁工程6第四篇 混凝土拱橋

《橋梁工程》彭天波辦公室：橋梁館413室電話：65983116-2412郵箱：ptb@2023/4/192.第四篇混凝土拱橋第一章概論第二章拱橋的設計與構造第三章拱橋的計算第四章拱橋的施工2023/4/193.第一章概論1.1拱橋的基本特點及其適用范圍趙州橋盧溝橋英國Coalbrookdale橋2023/4/194.2023/4/195.重慶朝天門長江大橋上海盧浦大橋巫山長江大橋2023/4/196.美國弗吉尼亞州跨越新河谷的桁架拱橋悉尼港大橋2023/4/197.重慶萬縣長江大橋克爾克橋2023/4/198.受力特點支承處存在水平推力拱內產(chǎn)生軸向壓力彎矩減少偏心受壓應力較均勻2023/4/199.拱橋的特點拱橋的主要優(yōu)點有：跨越能力較大；能就地取材，耐久性好，養(yǎng)護、維修費用少；外型美觀；構造較簡單。拱橋的主要缺點有：自重較大，要求有龐大的墩、臺和良好的地基；施工工序較多，需要勞動力多，建橋時間也較長；跨徑和橋高增大后，施工比較困難；連續(xù)多孔的大、中橋梁需要制動墩，造價較高；上承式拱橋建筑高度較高，當用于城市立交及平原區(qū)的橋梁時，因橋面標高提高，使用上受限。2023/4/1910.1.2拱橋的組成和類型車行道主拱立柱橋臺(墩)吊桿車行道橋臺(墩)吊桿車行道主拱橋臺(墩)主拱立柱2023/4/1911.拱橋是由橋跨結構及下部結構兩部分組成。一般的上承式拱橋，橋跨結構是由主拱圈(肋、箱)簡稱主拱及拱上建筑(又稱拱上結構)所構成。主拱圈是主要承載構件，通過它把荷載傳遞給墩臺及基礎。主拱圈以上的行車道系和傳力構件或填充物統(tǒng)稱為拱上建筑。拱橋的下部結構包括橋墩、橋臺和基礎。2023/4/1912.拱橋的主要類型建筑材料、結構體系的類型、拱軸線的形式、拱圈截面形式、橋面系的位置、拱上建筑的形式、是否對下部結構作用水平推力。按主拱圈所使用的建筑材料鋼管混凝土拱橋鋼筋混凝土拱橋圬工拱橋勁性骨架混凝土拱橋鋼拱橋2023/4/1913.勁性骨架混凝土拱橋勁性骨架混凝土是在鋼結構骨架周圍配置鋼筋并澆灌混凝土而形成一種組合結構。勁性骨架可以是型鋼，也可以是鋼管或鋼管混凝土。它主要用于大跨度拱橋中，跨越大、超載潛力大、施工方便，是一種極具發(fā)展前途的拱橋結構形式。2023/4/1914.鋼管混凝土拱橋鋼管混凝土是在薄壁圓形鋼管內填充混凝土而形成的一種復合材料。鋼管本身相當于混凝土的外模板，它具有剛度大、承載能力大、重量輕、易于吊裝或轉體的優(yōu)點，可以先將空鋼管拱肋合龍，再壓注管內混凝土，從而降低了大跨徑拱橋施工的難度，省去了支模、拆模等工序。缺點是有時拱圈受力不夠明確，降低了結構的安全度。2023/4/1915.按結構受力體系按照主拱的靜力特點，簡單體系的拱橋又可以分成三鉸拱、兩鉸拱和無鉸拱三種。組合體系拱橋簡單體系拱橋主要承重結構是裸拱，行車系結構不參與主拱一起受力。主要承重結構是主拱與行車系結構按不同方式構成的整體。2023/4/1916.三鉸拱：屬外部靜定結構。當?shù)鼗鶙l件不良，又需要采用拱式橋梁時，可以采用三鉸拱。鉸的構造復雜，施工較困難，維護費用大，而且減小了結構的整體剛度，同時由于拱的撓度曲線在拱頂鉸處有轉折，對行車不利，因此一般較少采用。兩鉸拱：屬外部一次超靜定結構。結構剛度比三鉸拱大。在墩臺基礎可能發(fā)生位移的情況下或坦拱中采用，較之無鉸拱可以減小附加內力。2023/4/1917.無鉸拱：屬外部三次超靜定結構。在自重及外荷載作用下，拱內的彎矩分布比兩鉸拱均勻，材料用量省。由于無鉸，結構的整體剛度大，構造簡單，施工方便，維護費用少，因此在實踐中使用最廣泛。無鉸拱一般希望修建在地基良好的條件下，這使它的使用范圍受到一定限制。單鉸拱橋：為了減小拱的剛度以減少拱圈附加力的影響，在拱圈上設一個鉸以降低拱圈的剛度。屬于兩次超靜定結構，在橋上用得很少。2023/4/1918.組合體系拱橋無推力的組合體系拱橋簡支－拱組合體系拱橋只用于下承式，均為無推力的組合體系拱。根據(jù)拱肋和系桿相對剛度的大小，可分為柔性系桿剛性拱、剛性系桿柔性拱和剛性系桿剛性拱三種。2023/4/1919.只適用于上承式，采用轉體施工特別方便。單懸臂梁－拱組合體系拱橋2023/4/1920.連續(xù)梁－拱組合體系拱橋2023/4/1921.剛架系桿拱橋特點是拱肋與橋墩固結，不設支座，屬于剛架結構，又帶有柔性系桿，因此稱為剛架系桿拱橋。剛架系桿拱橋通常采用下承式和中承式。下承式的系桿分跨錨固。中承式多采用三跨結構，呈飛鳥式拱或飛燕式拱外形。系桿不參與橋面系受力?；钶d經(jīng)橋面系，通過橫梁傳給立柱或吊桿，再將荷載傳給拱肋。2023/4/1922.有推力的組合體系拱橋沒有系桿，由單獨的梁和拱共同受力，拱的推力由墩臺承受。橋面是連續(xù)的結構。拱片橋是上邊緣與橋面縱向平行、下邊緣為拱形的有推力結構，沿橋梁的橫向分成若干桁架或剛架拱片，并將行車道系與各拱片聯(lián)結成整體共同受力。只能用于上承式。2023/4/1923.拱片橋拱－桁架的組合體系稱為桁架拱，拱與剛架的組合體系稱為剛架拱。2023/4/1924.按主拱圈采用的拱軸線形式懸鏈線拱橋拋物線拱橋圓弧拱橋2023/4/1925.按照拱圈截面形式雙曲拱橋肋拱橋板拱橋箱形拱橋等高變寬度截面等寬變高度截面等截面拱圈2023/4/1926.板拱橋主拱圈采用矩形實體截面，由于它構造簡單、施工方便，因而使用廣泛。自重較大，在彎矩作用時，材料的強度沒有得到充分利用，不經(jīng)濟。通常用地基條件較好的中、小跨徑圬工拱橋中。主拱圈為等截面懸鏈線，拱圈厚1.7m，兩邊設岸孔37m，拱圈厚1.1m。采用預制混凝土塊砌筑。廣西南寧都安紅渡橋（L=100m)2023/4/1927.肋拱橋將整塊的矩形實體截面劃分成多條分離式的肋，肋與肋間由橫系梁相聯(lián)，形成了由幾條肋組成的肋拱橋。這種橋橫截面面積較小，節(jié)省材料，自重輕，跨越能力大，多用于較大跨徑的拱橋。拱肋可以是實體截面、箱形截面或桁架截面。廣東廣州流溪橋（L=90m）2023/4/1928.雙曲拱橋拱圈橫截面由一個或多個橫向小拱組成，主拱圈在縱向及橫向均呈曲線形，故稱之為雙曲拱橋。曾獲得過較廣泛的應用，最大跨徑達150m。由于其截面組成劃分過細，整體性能較差，易開裂，目前已很少采用。江蘇無錫民主橋(三叉形雙曲拱橋)2023/4/1929.箱形拱橋拱圈為箱形截面，主要適用于上承式拱橋。節(jié)省材料，由于它是閉口截面，抗扭剛度、橫向整體性和結構穩(wěn)定性都比較好，特別適用于無支架施工。是大跨徑鋼筋混凝土拱橋主拱圈的主要截面形式。四川萬縣長江大橋(420m)勁性骨架鋼筋混凝土箱形拱橋2023/4/1930.按拱上建筑的形式空腹式拱橋實腹式拱橋實腹式拱上建筑構造簡單，施工方便，但填料數(shù)量較多，恒載較重，對基礎要求高。小跨徑拱橋中多采用空腹式。大、中跨徑拱橋多采用空腹式。特點是結構合理，節(jié)省材料，可減少擋水面積，減輕拱上建筑重量，結構輕、美觀，但構造較復雜，對材料與施工技術要求較高。2023/4/1931.第二章拱橋的設計與構造2.1拱橋總體布置與設計構思總體布置圖中闡明的主要內容應包括：擬采用的結構體系及結構型式；橋梁的長度、跨徑、孔數(shù)、橋面標高；拱的主要幾何尺寸，例如矢跨比、橋梁的高度、寬度、外形、墩臺及其基礎型式和埋置深度、橋上及橋頭引道的縱坡等。2023/4/19設計高程的確定拱橋的控制設計高程主要有四個，即橋面高程、拱頂（跨中）底面高程、起拱線高程、基礎底面高程。2023/4/1933.橋面高程：建在山區(qū)河流上的拱橋，由于兩岸公路路線的位置一般較高，橋面高程一般由兩岸線路的縱斷面設計所控制。對跨越平原區(qū)河流的拱橋，其橋面最小高度一般由橋下凈空所控制。對于有淤積的河床，橋下凈空尚應適當加高。對于通航河流，通航孔的最小橋面高度，除滿足以上要求外，還應滿足對不同航道等級所規(guī)定的橋下凈空界限的要求。拱頂?shù)酌娓叱痰扔跇蛎娓叱虦p去拱頂處的建筑高度。2023/4/1934.起拱線高程：一般宜選擇低拱腳的設計方案。對于無鉸拱橋，可以將拱腳置于設計水位以下，但通常淹沒深度不得超過矢高的2/3。在任何情況下，拱頂?shù)酌鎽叱鲇嬎闼?.0m。有鉸拱橋的拱腳需高出計算水位以上0.25m。為了防止冰害，各種拱腳均應高出最高流冰面0.25m。當洪水帶有大量漂浮物且拱上建筑采用立柱時，宜將起拱線高程提高，避免漂浮物的撞擊或掛留。有時為了美觀的要求，應避免就地起拱，而應使墩臺露出地面一定的高度?；A底面高程主要根據(jù)沖刷深度、地基承載能力等因素確定。2023/4/19矢跨比的確定矢跨比是拱橋的一個特征數(shù)據(jù)，它不但影響主拱圈內力，還影響拱橋的構造形式和施工方法，同時，對拱橋的外形能否與周圍景物相協(xié)調也有很大關系。拱的恒載水平推力Hg與垂直反力Vg之比值，隨矢跨比的減小而增大。在設計時，矢跨比的大小應經(jīng)過綜合比較進行選擇。上承式的圬工拱橋矢跨比一般為1/4～1/8，不宜小于1/10；鋼筋混凝土拱橋的矢跨比宜為1/5～1/8。矢跨比<1/5的稱為坦拱，否則稱為陡拱。2023/4/19拱橋形式的選擇對小跨拱橋可采用實腹式圓弧拱，大、中跨徑拱橋宜采用空腹式懸鏈線拱。在盛產(chǎn)砂、石的地區(qū)，可采用石拱橋或混凝土預制塊拱橋。箱形截面拱的抗扭剛度大、結構穩(wěn)定性強、整體性好，宜用于大跨徑無支架施工的鋼筋混凝土拱橋。肋拱橋節(jié)省材料、重量輕、能夠減少下部工程量、外形美觀，可用于大、中跨徑的鋼筋混凝土拱橋。軟土地基上修建無鉸拱時，應采取無支架施工或早期脫架施工，使得主拱圈隨著拱上建筑的修筑，逐步適應地基變形。矢跨比宜采用大值（≥1/8），以適應墩臺變位。2023/4/19拱軸線的選擇拱圈各橫向截面(或換算截面)的形心連線為拱軸線。選擇拱軸線的原則，就是盡可能降低由于荷載產(chǎn)生的彎矩值。最理想的拱軸線是與拱上各種荷載的壓力線相吻合，這時主拱截面上只有軸向壓力，而無彎矩及剪力作用，應力均勻，能充分利用材料強度和圬工材料的良好抗壓性能，我們把這樣的拱軸線稱為合理拱軸線。由于公路混凝土拱的恒載占全部荷載的比重較大，因此采用恒載壓力線作為設計拱軸線基本上是合適的。2023/4/1938.拱軸線應滿足四方面的要求盡量減小主拱圈截面的彎矩，最大限度減小截面的拉應力，使主拱圈在次內力影響下各主要截面的應力相差不大。對于無支架施工的拱橋，應該滿足各個施工階段的要求，并盡可能少用或不用臨時性施工措施；計算方法簡便，易為生產(chǎn)人員掌握，便于施工；線型美觀。2023/4/1939.常用拱軸線型圓弧線線型最簡單，施工最方便。但拱軸線與恒載壓力線偏離較大。常用于15～20m以下的小跨徑拱橋。懸鏈線實腹式拱橋恒載下的拱圈壓力線是一條懸鏈線，因此實腹式拱橋采用懸鏈線作拱軸線。懸鏈線是目前我國大、中跨徑拱橋采用最普遍的拱軸線形。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。對于恒載強度接近均布的拱橋，例如矢跨比較小（立柱短）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構拱橋的拱軸線也用二次拋物線。2023/4/19多孔連續(xù)拱橋的布置多孔拱橋最好選用等跨分孔的方案。但如果受到地形、地質、通航等條件的限制，或引橋很長，考慮與橋面縱坡協(xié)調一致，或橋梁的美觀有特殊的要求，則可以考慮用不等跨分孔的辦法處理。不等跨拱橋，由于相鄰孔的恒載推力不相等，使橋墩和基礎增加了恒載的不平衡推力。為了減小這個不平衡推力，改善橋墩基礎受力狀況，可采用以下措施：采用不同的矢跨比采用不同的拱腳標高調整拱上建筑的重力采用不同類型的拱跨結構2023/4/1941.2.2簡單體系拱橋的構造2.2.1拱圈的構造普通型上承式拱橋根據(jù)主拱(圈)截面型式不同主要分為板拱、肋拱、雙曲拱、箱形拱等。板拱板拱拱圈采用矩形實心截面，可以是等截面圓弧拱、等截面或變截面懸鏈線拱以及其他拱軸型式的拱。多數(shù)采用無鉸拱，也可做成雙鉸拱和三鉸拱。按照主拱(圈)所用材料，板拱又分為石板拱、混凝土板拱、鋼筋混凝土板拱等。2023/4/1942.拱圈寬度的擬定對于實腹式板拱橋，拱圈寬度取決于橋面寬度。對于空腹式板拱橋，拱圈寬度與腹孔形式有關，通?？赏ㄟ^蓋梁將人行道或部分車行道懸挑出拱圈寬度外，以減小拱圈寬度和墩臺尺寸。板拱拱圈寬度一般不宜小于計算跨徑的1/20，以保證橫向穩(wěn)定性。2023/4/1943.拱圈厚度的擬定對于中、小跨徑石板拱，在擬定初步尺寸時，其主拱圈厚度可參照經(jīng)驗公式估算。對鋼筋混凝土板拱，初擬時，拱頂hd厚度一般采用跨徑的1/60~1/70，跨徑大時取小值。若為變厚度拱，其拱腳厚度hj可按hj=hd/cosφj估算，其中拱腳截面傾角φj可以近似取相應圓弧拱之值。拱圈截面變化規(guī)律等截面拱的拱圈任一法向截面的橫截面形狀和尺寸是相同的。等截面拱的構造簡單，施工方便，因此它是目前采用最普遍的型式。變截面拱的主拱法向截面，從拱頂?shù)焦澳_是逐漸變化的。2023/4/1944.無鉸拱截面變化規(guī)律無鉸拱截面變化規(guī)律通常是采用慣性矩從拱頂向拱腳逐漸增大，解析函數(shù)式采用如下的里特公式：式中：I——拱任意截面的慣性矩；Id——拱頂截面慣性矩；φ——拱任意截面的拱軸水平傾角；n——拱厚變化系數(shù)，可用拱腳處ξ=1的邊界條件求得：2023/4/1945.對公路空腹式和實腹式圬工拱橋，n值一般取0.3～0.5和0.4～0.6；公路鋼筋混凝土拱橋取0.5~0.8。矢跨比較小的拱橋，取較小的n，反之取較大的n。拱圈截面慣矩自拱頂向拱腳變化的方式主要有截面自拱頂向拱腳等寬度變厚度和等厚度變寬度兩種。2023/4/1946.石板拱構造按照砌筑主拱圈的石料規(guī)格，分為料石板拱、塊石板拱、片石板拱以及亂石板拱等。用于主拱圈砌筑的石料應石質均勻，不易風化，無裂紋，石料的加工應滿足施工規(guī)范要求。為便于拱石加工和確保砌筑符合構造要求，需對拱石進行編號。2023/4/1947.為保證拱圈抗剪強度和整體性，拱石間的砌縫必須錯開。砂漿強度很低，所以砌縫寬度不能太大。拱圈與墩臺以及拱圈與空腹式拱上建筑的腹孔墩連接處，應采用特別的五角石，以改善該處的受力狀況。為了簡化施工，目前常用現(xiàn)澆混凝土拱座及腹孔墩底梁代替石質五角石。2023/4/1948.鋼筋混凝土板拱構造鋼筋混凝土板拱的特點是外形美觀、表面整齊、構造簡單、板薄輕巧。根據(jù)需要可做成單條整體拱圈或多條平行板拱圈。鋼筋混凝土板拱應按計算需要與構造要求配置受力鋼筋、分布鋼筋和箍筋。2023/4/19.2肋拱肋拱的拱圈由兩條或多條分離、平行的拱肋組成。肋拱橋是由拱肋、橫系梁、立柱和由橫梁支承的行車道部分組成。優(yōu)點是：能較多地節(jié)省混凝土用量，減輕拱體自重和橋墩、橋臺的工程量。通常為無鉸拱、也可用兩鉸拱。拱肋材料一般采用混凝土、鋼筋混凝土或者鋼管混凝土。2023/4/1950.拱肋的截面型式分為實體矩形、工字形、箱形、管形以及組合形狀等。矩形截面具有構造簡單、施工方便等優(yōu)點，但經(jīng)濟性差，一般僅用于中小跨徑的肋拱。工字形截面抗彎能力更大，適合于拱內彎矩更大的場合，常用于中等跨徑。當肋拱橋跨徑大、橋面寬時，可采用箱形截面，這樣就可以減少更多的圬工體積。2023/4/1951.鋼管混凝土拱肋橫截面型式，通常分為：單肋型、雙肢啞鈴型、四肢格構型、三角形格構型和集束型。拱肋通常做成等高、等寬截面，以方便加工制作。鋼管直徑及壁厚尺寸將直接影響結構的強度，考慮到防腐等要求，壁厚不宜小于12mm。鋼管內宜填高強混凝土，以充分發(fā)揮鋼管混凝土構件的套箍作用。2023/4/19.3雙曲拱拱圈由拱肋，拱波，拱板和橫向聯(lián)系幾個部分組成。主拱圈的形式有單波，多波，多波高低肋等。拱肋截面有矩型，倒T形，工字形，L形，薄壁箱形等。1969年江蘇無錫衛(wèi)東橋2023/4/1953.特點：施工時先將拱圈劃分為四部分，并預制拱肋、拱波和橫向聯(lián)系，即化整為零；然后吊裝鋼筋混凝土拱肋成拱，并與橫向聯(lián)系組成拱形框架，再在拱肋間安裝拱波，并澆筑拱板混凝土，形成主拱圈，即集零為整；充分利用預制裝配施工方法，適用于無支架施工和無大型起吊機具的情況。2023/4/19.4箱形拱主拱圈（肋）截面由一個閉合箱（單室箱）或幾個閉合箱（多室箱）構成的拱稱為箱形拱。每一個閉合箱又由箱壁（側板）、頂板（蓋板）、底板及橫隔板組成。2023/4/1955.箱形拱的主要特點：截面挖空率大，可節(jié)省大量圬工體積，減輕重量；箱形截面的中性軸大致居中，對于抵抗正負彎矩具有幾乎相等的能力，能較好地適應主拱圈各截面正負彎矩變化的需要；由于是閉合空心截面，抗彎和抗扭剛度大，拱圈的整體性好，應力分布較均勻；單條箱肋剛度較大，穩(wěn)定性較好，能單箱肋成拱，便于進行無支架吊裝；制作要求較高，需要較大的吊裝設備，主要用于大跨徑拱橋。2023/4/1956.箱形拱截面組成方式由多條U形肋組成的多室箱形截面：U形肋的優(yōu)點是吊裝質量?。蝗秉c是剛度不夠大，穩(wěn)定性較差。多條工字形肋組成的多室箱形截面：這種截面優(yōu)點是施工工序少；缺點是橫向剛度小，穩(wěn)定性較差。由多條閉合箱肋組成的多室箱形截面：可節(jié)省大量模板，提高工效，構件較薄。閉合箱的抗彎、抗扭剛度大，吊裝過程中的穩(wěn)定性容易得到保證。整體式單箱多室截面：這種截面形式主要用于不能采用預制吊裝的特大型拱橋。2023/4/1957.拱圈截面尺寸擬定拱圈的高度主要取決于拱的跨度，還與拱圈所用混凝土強度有很大關系，一般通過試算確定；在初擬時可取跨徑的1/55～1/75，或者按經(jīng)驗公式估算。箱形板拱的拱圈寬度擬定與板拱相同，拱圈寬度一般可為橋寬的0.6～1.0倍。拱圈寬度確定后，在橫向劃分為幾個箱肋，主要取決于(纜索)吊裝能力。一般箱肋寬度為1.2m～1.7m。2023/4/19拱上建筑的構造主拱圈以上部分的橋面系和這些傳載構件或填充物統(tǒng)稱為拱上建筑。拱上建筑的型式，一般分為實腹式和空腹式兩類。實腹式拱上建筑的特點是構造簡單，施工方便，填料數(shù)量較多，恒載較重，所以一般用于小跨徑的板拱橋。空腹式拱上建筑重量小、結構輕巧，適合于大、中跨徑拱橋，特別是矢高較大的拱橋。選擇拱上建筑的構造型式要考慮橋型美觀和結構的受力及變形的適應性。2023/4/1959.實腹式拱上建筑由拱上填料、側墻、護拱、變形縫、防水層、泄水管和橋面系組成。2023/4/1960.實腹式拱上建筑根據(jù)所選填料及其構造特點，拱上填料分為填充式和砌筑式兩種。填充式拱上建筑是在拱圈兩側筑以側墻，內部填充填料。填料起到填空、傳力的作用。砌筑式拱腹就是在不易取得填料時采用的一種干砌圬工或澆筑素混凝土的方式。若采用澆筑素混凝土的方式，則往往可以不設側墻。2023/4/1961.空腹式拱上建筑由多跨腹孔構造、腹孔墩和橋面結構組成。在腹孔布置中有帶實腹段式和全空腹式兩種形式。腹孔結構分為拱式腹孔和梁式腹孔兩種。2023/4/1962.拱式拱上建筑特點是構造簡單，外形美觀，但質量較大，一般用于圬工拱橋。帶實腹段式的腹孔布置。全空腹式的腹孔布置。腹孔跨徑的確定主要應考慮主拱的受力需要。對中小跨徑拱橋一般選用2.5m～5.5m為宜。對大跨徑拱橋則控制在主拱跨徑的1/8～1/15之間。2023/4/1963.拱式拱上建筑——腹孔墩腹孔墩由底梁、墩身和墩帽組成。腹孔墩可采用橫墻式或排架式兩種。橫墻式腹孔墩為橫墻式墩身，施工簡便，節(jié)省鋼材，一般用圬工材料砌筑或現(xiàn)澆混凝土形成。排架式腹孔墩采用立柱式墩身，以倒角的矩形斷面鋼筋混凝土蓋梁作為墩帽。2023/4/1964.腹孔與墩臺的連接有兩種做法：一種是將腹孔的拱腳直接支承在墩臺上；一種是跨過墩頂，使橋墩兩側的腹孔相連。腹拱圈在拱上建筑需要設置伸縮縫或變形縫的地方應設鉸(三鉸或兩鉸)，其余為無鉸拱。由于拱圈受力后變形較大，而墩臺剛度較大、變形較小，容易造成第一個腹拱因拱腳變形而開裂，因而靠近墩臺的第一個腹拱應做成三鉸拱。2023/4/1965.梁式拱上建筑采用梁式拱上建筑，可使橋梁造型輕巧美觀，減輕拱上重力和地基承壓力，以便獲得更好的經(jīng)濟效果。大跨徑混凝土拱橋一般都采用梁式拱上建筑。梁式腹孔結構有簡支、連續(xù)或框架式多種。不同的腹孔結構型式使拱上建筑參與主拱聯(lián)合作用的程度不相同。2023/4/19拱橋的其他細部構造拱鉸：拱橋中需要設鉸的有以下幾種情況：主拱圈按兩鉸拱或三鉸拱設計。腹拱圈按構造要求需要采用兩鉸或三鉸拱。高度較小的腹孔墩上、下端與頂梁、底梁連接處。在施工過程中，為消除或減小主拱圈的部分附加內力，以及對主拱圈內力做適當調整時，往往在拱腳或拱頂設臨時鉸。鉸的形式可按照其所處的位置、受力大小、使用材料等條件綜合選定，常用的形式有弧形鉸、平鉸以及各種形式的假鉸。2023/4/1967.弧形鉸一般用鋼筋混凝土、混凝土和石料等做成。主要用于主拱圈的拱鉸。拱橋在采用轉體方法施工時，為使橋體順利轉動，在拱腳需設置球面弧形鉸。2023/4/1968.鉛墊鉸：利用鉛的塑性變形實現(xiàn)鉸的功能。主要用于中小跨徑的板拱或肋拱，也可用作臨時鉸。平鉸：就是構件兩平端面直接抵承，其接縫鋪一層低標號砂漿，也可墊襯油毛氈或直接干砌。一般用在空腹式的腹拱圈上。2023/4/1969.不完全鉸：多用在小跨徑或輕型的拱圈以及空腹式拱橋的腹孔墩柱上，其構造是將拱截面突然減小，以實現(xiàn)該截面的轉動。鋼鉸：通常是由鋼材做成理想鉸。鋼鉸除了用于少數(shù)有鉸鋼拱橋的永久性鉸結構外，更多的用于施工需要的臨時鉸。2023/4/1970.拱上填料、橋面鋪裝拱上填料的設置可以擴大車輛荷載作用的面積，同時還可以減小車輛荷載對拱圈的沖擊，不過同時也增加了拱橋的恒載?，F(xiàn)行橋規(guī)規(guī)定，當拱上填料厚度(包括橋面鋪裝厚度)不小于500mm時，設計計算中不計汽車荷載的沖擊力。2023/4/1971.伸縮縫、變形縫通常在相對變形較大的位置設置伸縮縫，在相對變形較小處設置變形縫。伸縮縫寬度一般為2cm～3cm，施工時在縫內填入用鋸末與瀝青按1：1的質量比制成預制板，也可用瀝青砂等其他材料填縫；變形縫不留縫寬，其縫可干砌、用油毛氈隔開或用低標號砂漿砌筑。對小跨徑實腹拱，伸縮縫設在兩拱腳的上方，并在橫橋向貫通。2023/4/1972.對拱式空腹拱橋，通常將緊靠墩的第一個腹拱做成三鉸拱，并在緊靠墩的拱鉸上方設置伸縮縫，而其余兩鉸上方設置變形縫。對特大跨徑拱橋，還應將靠拱頂?shù)母构白龀蓛摄q或三鉸拱，并在拱鉸上方也設置變形縫。對連續(xù)梁式腹孔，通常是在橋臺和墩頂立柱處設置標準伸縮縫，而在其余立柱處采用橋面連續(xù)。2023/4/1973.排水與防水對于拱橋，不僅要求將橋面雨水及時排除，而且要求將透過橋面鋪裝滲入到拱腹的雨水及時排除。實腹式拱橋防水層應沿拱背護拱、側墻鋪設。如果是單孔，可以不設泄水管，積水沿防水層流至兩個橋臺后面的盲溝，然后沿盲溝排出路堤。如果是多孔拱橋，可在1/4跨徑處設泄水管。對空腹式拱橋應沿腹拱上方與主拱圈實腹段的拱背布置防水層及泄水管。2023/4/19中承及下承式拱橋的構造要點中承式拱橋一般由拱肋、縱梁（橋面板）、橫梁、吊桿和立柱等部分組成。下承式拱橋不包含立柱。橋面系和吊桿等這些傳力構件統(tǒng)稱為懸吊結構。2023/4/1975.2023/4/1976.中承式和下承式拱橋的適用場合橋梁建筑高度受到嚴格限制時，可采用中、下承式拱橋滿足橋下凈空要求。在不等跨的多孔連續(xù)拱橋中，為了平衡橋墩左右受到的永久作用推力，將較大跨徑的一孔矢高加大，做成中承式的拱橋，可以減小大跨徑孔的水平推力。在平坦地區(qū)的河流上，采用中、下承式拱橋，可降低橋面高度，改善橋梁兩端引道的接線縱坡，減小引道的工程數(shù)量。適合于在有美觀要求的旅游地區(qū)或城市景點修建。在地質條件較差，但又需修建拱橋的地區(qū)，比如在軟土地基上，可以采用“飛燕式”的大跨徑拱橋。2023/4/1977.拱肋拱肋是中承及下承式拱橋的主要承重構件。拱肋結構的常用材料是鋼筋混凝土、鋼管混凝土、勁性骨架混凝土或者純鋼材。中、下承式肋拱的結構自重分布比較均勻，拱軸線形一般采用二次拋物線或低拱軸系數(shù)的懸鏈線。2023/4/1978.拱肋截面可以為等截面或變截面。有時為了增強肋拱的橫向剛度和穩(wěn)定性，可將拱腳段的肋寬增大。中、下承式拱橋的拱肋一般為無鉸拱，拱肋的矢跨比取值在1/4～1/7。鋼筋混凝土拱肋的截面形狀根據(jù)跨徑大小、荷載等級和結構的總體尺寸，可以采用矩形、工字形和箱形。矩形截面的拱肋施工簡單，一般用于中小跨徑拱橋，拱肋高度通常為跨徑的1/50～1/70，肋寬一般為肋高的0.5～1.0倍。工字形和箱形截面常用于大跨徑的拱肋，拱肋截面高可先取跨徑的1/50左右，然后根據(jù)試算調整。2023/4/1979.橫向聯(lián)系（橫撐）橫向聯(lián)系的主要作用是將拱肋聯(lián)接成整體，確保結構穩(wěn)定。橫向聯(lián)系的寬度不應小于其長度的1/15。主要設置在拱頂、拱腳、拱肋與橋面系交接處。2023/4/1980.2023/4/1981.吊桿橋面系懸掛在吊桿上，吊桿主要承受拉力，根據(jù)其自身剛度不同分剛性吊桿和柔性吊桿。剛性吊桿用鋼筋混凝土或預應力混凝土制作。使用剛性吊桿可以增強肋拱的橫向剛度，但施工復雜，用鋼量多。柔性吊桿用冷軋粗鋼筋、鋼絲繩、高強鋼絲或鋼絞線等高強鋼材制作。使用柔性吊桿可以部分消除拱肋與橋面系之間的互相影響，且節(jié)省鋼材。吊桿的間距一般根據(jù)構造要求和經(jīng)濟、美觀等因素決定。吊桿的間距即為行車道縱梁的跨徑。一般吊桿的間距為4～10m，通常吊桿等間距布置。為了防止車輛撞擊吊桿，可在靠行車道一側設置防撞欄桿。2023/4/1982.橫梁中承式拱橋的橋面橫梁可分為固定橫梁、普通橫梁及剛架橫梁三類。固定橫梁是指橋面系與拱肋相交處的橫梁，一般與拱肋剛性聯(lián)結，其截面尺寸與剛度遠比其他橫梁大。常用的截面形式有工字形、不對稱工字形和三角形等。2023/4/1983.普通橫梁是指通過吊桿懸掛在拱肋下的橫梁。常用截面形式有矩形、工字形或土字形。一般為鋼筋混凝土構件，跨度較大時，也可采用預應力混凝土構件。2023/4/1984.剛架橫梁是指中承式拱橋通過立柱支承在拱肋上的橫梁。拱上門式剛架由拱上立柱和剛架橫梁組成。拱上立柱與拱肋的連接可分為剛接和鉸接。剛接時立柱底部的鋼筋應插入拱肋且與拱肋主筋綁扎牢固；鉸接時一般采用混凝土鉸。2023/4/1985.縱梁和橋面板行車道系由橫、縱梁和橋面板組成。橫梁通過吊桿懸吊在拱肋上，在橫梁上面縱向鋪設行車道板，在行車道板上鋪橋面鋪裝、安設人行道和欄桿，形成橋面系統(tǒng)。行車道一般布置在兩拱肋之間，將人行道布置在吊桿的外側。高速公路上的橋也有僅在中央分隔帶上設置一片拱肋的單承重結構，行車道分設在兩側，有利安全行車且造型美觀、輕巧，施工方便。為避免橋面系因受拱肋變形作用而受到附加拉伸，需在橋面系與拱肋相交的地方設置斷縫。2023/4/1986.2.3組合體系拱橋的構造2.3.1桁架拱橋又稱拱形桁架橋，桁架拱橋的上部結構一般由桁架拱片、橫向聯(lián)結系和橋面三部分組成。1976浙江寧海75米越溪橋2023/4/1987.桁架拱片是桁架拱橋的主要承重結構，由上弦桿、腹桿、下弦桿和拱頂實腹段組成。下弦桿為拱形，上弦桿一般與橋道結構組合成整體而共同工作?？缰胁糠值纳稀⑾孪覘U距離很近而做成實腹段。2023/4/1988.特點：桁架拱橋是一種具有水平推力的桁架結構，使跨中實腹段受壓，空腹段的桁架桿件主要承受軸向力。桁架拱具有結構受力合理，整體性強，節(jié)省材料，自重較輕等特點，對軟土地基有較好的適應性。桁架拱橋的構件除橋面外大部分都可預制，預制構件品種少，施工工序少，因此工期較短。桁架拱橋的缺點是：對構件的預制安裝工藝有較高的要求，澆筑和運輸桁架拱片須仔細小心；作為鋼筋混凝土結構，在一些受拉、受彎部位及剛性節(jié)點處，容易開裂，影響整體剛度和耐久性，難以維修養(yǎng)護。桁架拱橋的應用范圍以20～50m的中等跨徑為宜。2023/4/1989.根據(jù)腹桿的不同布置情況，可分為四種形式三角形腹桿的桁架拱片還可以帶豎桿。斜壓桿式桁架拱的斜桿受壓，豎桿受拉。斜拉桿式桁架拱的斜桿受拉而豎桿受壓。豎桿式桁架拱。2023/4/19剛架拱橋剛架拱橋是在桁架拱橋、斜腿剛架等基礎上發(fā)展起來的一種橋型結構，屬于有推力的高次超靜定結構。剛架拱橋具有構件少，自重輕，整體性好，剛度大，施工簡便，造價較低，造型美觀等優(yōu)點。1993江西德興130米太白橋2023/4/1991.剛架拱橋的上部結構由剛架拱片、橫向聯(lián)結系和橋面系等部分組成。剛架拱片是剛架拱橋的主要承重結構，一般由跨中實腹段、空腹段的次梁、主拱腿、次拱腿等構成。2023/4/1992.總體布置形式主要與橋梁跨徑、荷載大小等有關。當跨徑小于25m時，可采用只設主拱腿、不設次拱腿的最簡單形式；當跨徑在25m～70m時，為了減小空腹段次梁的跨徑，可以設置一根次拱腿；隨著跨徑的增大，可設置多根斜撐。斜撐可以都直接支承在橋墩(臺)上，也可以將次拱腿支承在主拱腿上，以減小次拱腿的長度。2023/4/1993.主梁和主拱腿的交接處稱為主節(jié)點，次梁和次拱腿的交接處稱為次節(jié)點。節(jié)點構造一般均按固結設計。根據(jù)不同的施工條件，剛架拱片可以采用現(xiàn)澆或預制安裝的方法施工，目前大多數(shù)采用后者。設置橫向聯(lián)系可以使得剛架拱片聯(lián)成整體共同受力，并保證橫向穩(wěn)定性。橫向聯(lián)系可采用預制裝配式的橫系梁或橫隔板。一般在剛架拱片的跨中，主節(jié)點、次節(jié)點，次梁端部等處設置橫系梁。橋面系可由預制微彎板、現(xiàn)澆混凝土填平層，橋面鋪裝等部分組成，也可采用預制空心板、現(xiàn)澆混凝土層及橋面鋪裝構成。2023/4/19梁拱組合體系橋梁簡支梁拱組合式橋梁使用較廣泛，整體上屬于外部靜定、內部高次超靜定結構，兼有拱橋跨越能力較大和簡支梁橋對地基適應能力強的特點。其結構組成包括拱肋、系桿、吊桿、行車道板及橋面系等。柔性系桿剛性拱—系桿拱剛性系桿柔性拱—朗格爾拱剛性系桿剛性拱—洛澤拱2023/4/1995.用斜吊桿來代替豎直吊桿時稱為尼爾森拱單懸臂梁拱組合式橋梁只適用于上承式，采用轉體施工特別方便。2023/4/1996.連續(xù)梁拱組合式橋梁可以是上承式、中承式及下承式，也可以是多肋拱、雙肋拱或單肋拱與加勁梁組合。這種橋型本身剛度大，跨越能力大，造型美觀。2023/4/1997.拱肋對于柔性系桿剛性拱，拱肋的構造和截面型式基本上可參考普通的下承式肋拱橋，矢跨比一般在1/4～1/5之間。拱肋截面可選用矩形、工字形或箱形。剛性系桿柔性拱以梁為受力主體，矢跨比通常為1/5～1/7。拱肋截面常采用寬矮實心矩形斷面。若采用剛性吊桿，則可設計成敞口橋，使視野開闊。拱軸線通常采用二次拋物線。在剛性系桿剛性拱中，拱軸線常采用二次拋物線。為了方便支承節(jié)點處的構造連接，常將拱肋和系桿設計成相同的截面形式。拱肋截面可選用工字形，當跨徑較大時，常采用箱形截面。2023/4/1998.系桿2023/4/1999.第三章拱橋的計算3.1概述在拱橋總體布置、細部尺寸、施工方案等確定后，需進行拱橋計算。計算內容包括確定拱軸線，成橋狀態(tài)受力分析和強度、剛度、穩(wěn)定驗算以及必要的動力分析，施工階段結構受力分析和驗算。拱橋通常為超靜定的空間結構，當活載作用于橋跨結構時，拱上建筑參與主拱圈受力，共同承受活載的作用，這種現(xiàn)象被稱為“拱上建筑與拱的聯(lián)合作用”，簡稱“聯(lián)合作用”。2023/4/19100.在橫橋方向，不論活載作用在何處，在橋梁的橫斷面上都會出現(xiàn)應力分布的不均勻現(xiàn)象，稱為“活載的橫向分布”。拱上建筑為墻式墩的板拱（包括雙曲板拱、箱形截面板拱），如活載橫橋向布置不超過拱圈以外，活載可均勻分布于拱圈全寬。拱上建筑為立柱排架式墩的板拱，以及橫向由多個構件組成的肋拱，應考慮荷載橫向分布的影響。對于雙肋拱橋，一般可偏安全地用杠桿原理法計算；對于多肋拱橋，窄橋可采用剛性橫梁法計算，寬橋可按彈性支承連續(xù)梁（考慮橫梁的柔性）計算。2023/4/19101.3.2簡單體系拱橋的計算3.2.1懸鏈線拱軸方程及幾何性質設拱軸線為恒載壓力線，則拱頂截面的內力為：彎矩Md=0剪力Qd=0恒載推力為Hg對拱腳截面取矩，有:半拱恒載對拱腳的彎矩計算矢高2023/4/19102.對任意截面取矩：對x求導兩次得恒載壓力線的基本微分方程式為：任意點的恒載集度gx可以表示為：式中：gd——拱頂恒載集度；γ——拱上材料重力密度。則拱腳處恒載強度，gj可以表示為：任意截面以右的全部恒載對該截面的彎矩值2023/4/19103.定義拱軸系數(shù)m：將上式代入恒載壓力線的基本微分方程式，并引入?yún)?shù)x=l1，可得：令：則：2023/4/19104.解此二階非齊次常系數(shù)線性微分方程得到拱軸線方程為：上式即為懸鏈線方程。可以看出，當拱的矢跨比確定以后，懸鏈線的形狀取決于拱軸系數(shù)m。拱腳截面有：=1，y1=f：當m＝1時，則gx=gd，恒載是均布荷載。在均布荷載作用下的壓力線為二次拋物線，其方程為：y1=fξ2。雙曲余弦函數(shù)：2023/4/19105.實腹式懸鏈線拱的拱軸系數(shù)的確定方法拱頂和拱腳的荷載集度分別為：其中需用逐次逼近法確定m值：先根據(jù)跨徑和矢高假定一個合適的m0值，由《拱橋》附錄Ⅲ表(Ⅲ)-20查得cosφj值，代入上式求得gj后，即可求出m值。然后與假定的m值比較，如m0≈m，即取m0；如兩者出入較大，則以計算所得m值作為m0，重新進行計算，直到兩者接近為止。2023/4/19106.當ξ=1/2時，拱跨1/4點的縱坐標y1=y1/4，代入懸鏈線公式得y1/4與m的關系為：y1/4隨m的增大而減小（拱軸線抬高），隨m減小而增大（拱軸線降低）。2023/4/19107.空腹式懸鏈線拱的拱軸系數(shù)確定方法在設計空腹式拱橋時，由于懸鏈線的受力情況較好，又有完整的計算表格可供利用，故多用懸鏈線作為拱軸線。為使懸鏈線拱軸與其恒載壓力線接近，一般采用“五點重合法”確定懸鏈線拱軸的m值。即要求拱軸線在全拱有五點(拱頂、兩1/4點和兩拱腳)與其相應的三鉸拱的恒載壓力線重合。對1/4點和拱腳取矩，并令力矩為零，2023/4/19108.等截面懸鏈線拱主拱圈恒載對1/4及拱腳截面的彎矩M1/4，Mj可由《拱橋（上）》表(Ⅲ)－19查得?？崭故焦皹虻膍值，仍可按逐次漸近法確定。即先假定一個m值，定出拱軸線，作圖布置拱上建筑，然后計算拱圈和拱上建筑恒載對1/4和拱腳截面的力矩ΣM1/4和ΣMj，利用公式算出m值，如與假定的m值不符，則應以求得的m值作為假定值，重新計算，直至兩者接近為止。用上述方法確定的空腹拱拱軸線，僅保證了全拱有五點與恒載壓力線(不計彈性壓縮)相吻合，在其他截面，拱軸線與其相應的三鉸拱的恒載壓力線都有不同程度的偏離。2023/4/19109.懸鏈線無鉸拱的彈性中心：在計算無鉸拱的內力（恒載、活載、溫度變化、混凝土收縮和拱腳變位等）時，為了簡化計算，常利用拱的彈性中心的概念，目的是將求解三個贅余力的聯(lián)立方程問題解耦，從而變?yōu)榻馊齻€獨立的一元一次方程的問題。三個贅余力的典型方程：贅余力中彎矩X1和軸力X2是正對稱的，剪力X3是反對稱的，所以：2023/4/19110.若要將求解聯(lián)立方程問題解耦，變?yōu)榻馊齻€獨立的一元一次方程的問題，則需要δ12=δ21=0。對于對稱拱，彈性中心在對稱軸上?；窘Y構的取法有兩種：以懸臂曲梁和以簡支曲梁為基本結構。以懸臂曲梁為基本結構，若令δ12=δ21=0，則彈性中心距拱頂距離為：2023/4/19拱橋內力計算需要計算的部位：主拱、拱上建筑、系桿、吊桿、上下弦桿、斜桿需要計算的荷載：結構重力、預應力、活載、常年及日照溫差、收縮徐變、拱腳水平位移推力計算項目：主拱、拱上建筑、系桿、吊桿、橫梁、橋面板設計和驗算；主拱穩(wěn)定性驗算；主拱變形計算、預拱度計算；關鍵部位局部應力驗算；主拱內力調整計算。2023/4/19112.主拱內力調整——假載法調整內力：當拱頂、拱腳兩控制截面中有一個截面的彎矩很大，另一個較小時，可采用假載法調整拱圈內力，盡可能使拱頂和拱腳兩個控制截面的內力接近相等。實質是在計算跨徑、計算矢高和拱圈厚度保持不變的情況下，改變拱軸系數(shù)m的數(shù)值來改變拱軸線形狀。提高ｍ，對拱腳有利降低ｍ，對拱頂有利2023/4/19113.用臨時鉸調整內力：拱圈施工時，在拱頂、拱腳用鉛墊板做成臨時鉸，拆除拱架后，拱圈成為靜定的三鉸拱，待拱上建筑完成后，再用高標號水泥沙漿封固，成為無鉸拱。由于拱在恒載作用下是靜定的三鉸拱，拱的恒載彈性壓縮以及封鉸前已發(fā)生的墩臺變位均不產(chǎn)生附加內力，從而減小拱中彎矩。如將臨時鉸偏心布置，還可以進一步消除日后由混凝土收縮產(chǎn)生的內力。2023/4/19114.改變拱軸線調整內力：在空腹式拱中，由于懸鏈線與壓力線之間的偏離，可以不同程度的減小拱頂、拱腳的過大彎矩。根據(jù)這個道理，可在恒載壓力線的基礎上，根據(jù)橋的實際需要疊加一個正弦波的調整曲線作為拱軸線，采用逐次漸進法調整，使恒載、彈性壓縮和混凝土收縮等固定因素作用下，拱頂、拱腳兩截面的總彎矩趨近于零。2023/4/19115.第四章拱橋的施工混凝土拱橋的施工按其主拱圈成型的方法可以分為就地澆筑法、預制安裝法和轉體施工法。就地澆筑法：在橋位處利用支架或掛籃等作為工作平臺，安裝模板、綁扎鋼筋、現(xiàn)場澆筑混凝土以形成拱橋主拱圈的施工方法。按照所使用的設備可分為拱架施工法、懸臂澆筑法、勁性骨架施工法。預制安裝法包括纜索吊裝施工法、懸臂安裝法等轉體施工包括平面轉體、豎向轉體、平豎結合轉體按照是否采用拱架，分為有支架施工方法和無支架施工方法，前者主要指拱架施工法，后者包括：纜索吊裝施工、轉體施工、懸臂施工、勁性骨架施工、塔架施工等等。2023/4/19116.4.1拱架施工法在事先設置的拱架上進行橋體的砌筑、澆筑、安裝的施工方法。施工時需要在橋位上搭拱架砌筑拱圈石或立模板扎鋼筋和澆筑混凝土，其主要施工工序有：材料的準備，拱圈放樣(包括石拱橋拱石放樣)，拱架制作與安裝，拱圈及拱上建筑的砌筑等。2023/4/19拱架構造拱架是有支架施工建造拱橋必不可少的輔助結構，在整個施工期間，用以支承全部或部分拱圈和拱上建筑的自重，并保證拱圈的形狀符合設計要求。因此，要求拱架具有足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性。設計與安裝拱架，應根據(jù)橋型結構與實際施工條件進行多方面的技術經(jīng)濟比較。拱架的種類很多，按使用材料可分為：木拱架、鋼拱架、竹拱架、竹木拱架及土牛胎拱架等。按其結構形式可分為立柱式、撐架式、桁架式、組合式等形式。2023/4/19118.滿布立柱式拱架一般采用木材制作，上部由斜梁、立柱、斜撐和拉桿組成拱形桁架，又稱拱盔，它的下部是由立柱和橫向聯(lián)系組成支架，上下部之間放置卸架設備。這種支架的立柱數(shù)目很多，只適合于橋不太高、跨度不大、洪水期漂浮物少且無通航要求的拱橋施工時采用。2023/4/19119.撐架式拱架這種拱架的上部與滿布立柱式拱架相同，其