圬工和鋼筋混凝土拱橋設(shè)計(jì) 拱橋設(shè)計(jì)

第三節(jié)拱橋設(shè)計(jì)內(nèi)容提要內(nèi)容提要一拱橋的總體布置拱軸線的選擇二三拱橋尺寸的擬定一、拱橋的總體布置確定橋梁長(zhǎng)度及分孔確定橋梁的設(shè)計(jì)高程和矢跨比不等跨連續(xù)拱橋的處理方法一、拱橋的總體布置1、確定橋梁長(zhǎng)度及分孔平縱橫確定橋臺(tái)位置和長(zhǎng)度，從而確定橋梁的全長(zhǎng)確定兩岸橋臺(tái)之間的總長(zhǎng)度一、拱橋的總體布置1、確定橋梁長(zhǎng)度及分孔橋位所處的地形、地質(zhì)情況結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)形式和施工條件單孔多孔跨越通航河流，設(shè)置通航孔和非通航孔分孔時(shí)考慮施工的方便和可能全橋宜采用等跨或分組等跨，盡量標(biāo)準(zhǔn)跨徑分孔中還需注意整座橋的造型和美觀一、拱橋的總體布置2、確定橋梁的設(shè)計(jì)高程和矢跨比（1）確定高程橋面標(biāo)高一、拱橋的總體布置2、確定橋梁的設(shè)計(jì)高程和矢跨比（1）確定高程拱頂?shù)酌鏄?biāo)高橋面標(biāo)高填料厚度拱圈厚度一、拱橋的總體布置2、確定橋梁的設(shè)計(jì)高程和矢跨比（1）確定高程起拱線標(biāo)高一、拱橋的總體布置2、確定橋梁的設(shè)計(jì)高程和矢跨比（1）確定高程基礎(chǔ)底面標(biāo)高一、拱橋的總體布置2、確定橋梁的設(shè)計(jì)高程和矢跨比（2）矢跨比矢跨比：矢高與跨度的比值，拱橋的最重要設(shè)計(jì)控制參數(shù)。滿足泄洪和通航要求，還應(yīng)從經(jīng)濟(jì)、結(jié)構(gòu)受力、施工等方面綜合分析比較確定。拱的水平推力與矢跨比的關(guān)系：反比大膽度用來(lái)評(píng)價(jià)拱橋的規(guī)模、設(shè)計(jì)和施工的復(fù)雜和難易程度的指標(biāo)。一、拱橋的總體布置2、確定橋梁的設(shè)計(jì)高程和矢跨比（2）矢跨比矢跨比的取值范圍：陡拱（f/L≥1/4）坦拱（f/L＜1/8）板拱、雙曲拱：1/6~1/4，不超過1/8箱形：1/8~1/6鋼筋混凝土拱橋：1/10~1/6，且≥1/12一、拱橋的總體布置3、不等跨連續(xù)拱橋的處理方法（1）等跨分孔和不等跨分孔等跨分孔四川蒼溪元壩橋不等跨分孔羅依溪酉水特大橋一、拱橋的總體布置3、不等跨連續(xù)拱橋的處理方法（2）不平衡水平推力橋墩和基礎(chǔ)受到了恒載的不平衡推力一、拱橋的總體布置3、不等跨連續(xù)拱橋的處理方法（3）不平衡水平推力的處理措施采用不同的矢跨比：大拱陡、小拱坦1大拱陡小拱坦一、拱橋的總體布置3、不等跨連續(xù)拱橋的處理方法（3）不平衡水平推力的處理措施采用不同的拱腳標(biāo)高：大拱低、小拱高2廣西都安紅渡橋大拱低小拱高一、拱橋的總體布置3、不等跨連續(xù)拱橋的處理方法（3）不平衡水平推力的處理措施調(diào)整拱上建筑的恒載重量3大拱采用輕質(zhì)的拱上填料或采用空腹式拱上建筑；小拱采用重質(zhì)的拱上填料或采用實(shí)腹式拱上建筑。采用不同類型的拱跨結(jié)構(gòu)4廣東高明橋二、拱軸線的選擇1、拱軸線的選擇原則與要求選擇原則盡量降低荷載產(chǎn)生的彎矩，使設(shè)計(jì)拱軸線盡量與荷載作用下的壓力線(一般為恒載壓力線)相重合。理想拱軸線最理想的拱軸線就是能與拱上各種荷載作用下的壓力線相吻合，這時(shí)的拱圈截面只承受軸向壓力，無(wú)彎矩作用。但是實(shí)際上由于受活載、溫度變化和材料收縮等因素的作用，一般不可能獲得。二、拱軸線的選擇1、拱軸線的選擇原則與要求公路上的設(shè)計(jì)拱軸線公路上一般還是以恒載壓力線作為設(shè)計(jì)拱軸線。因?yàn)橐话銟蛄褐?，恒載占有很大的比重。設(shè)計(jì)拱軸線的基本要求減小拱圈截面彎矩，及減小截面拉應(yīng)力；對(duì)于無(wú)支架施工，滿足施工要求，且盡量少用臨時(shí)施工設(shè)施；計(jì)算方法簡(jiǎn)單，易為生產(chǎn)人員掌握；線形美觀，便于施工二、拱軸線的選擇2、常用的拱軸線型（1）圓弧線定義：在均布徑向荷載作用下（如水壓力）的壓力線。特點(diǎn)：線形簡(jiǎn)單，施工方便；但與恒載壓力線偏離較大，各截面受力不均。適用：常用于20m以下的小跨徑拱橋或較大跨徑的預(yù)制裝配式鋼筋混凝土拱橋。二、拱軸線的選擇2、常用的拱軸線型（2）懸鏈線定義：恒載集度自拱頂向拱腳均勻增加時(shí)的壓力線。特點(diǎn)：用于實(shí)腹式拱橋，不計(jì)彈性壓縮，與恒載壓力線重合；用于空腹式拱橋，與恒載壓力線有偏離，但有利。適用：大、中跨徑普遍采用。二、拱軸線的選擇2、常用的拱軸線型（3）拋物線定義：豎向均布荷載的壓力線是二次拋物線。二次拋物線的適用：鋼筋混凝土桁架拱和剛架拱等輕型拱橋，矢跨比較小的空腹式鋼筋混凝土拱橋。高次拋物線適用：大跨徑拱橋。二、拱軸線的選擇2、常用的拱軸線型小跨徑拱橋可采用實(shí)腹式圓弧拱或?qū)嵏故綉益溇€拱大、中跨徑拱橋可采用空腹式懸鏈線拱輕型拱橋或比失跨比較小的大跨徑鋼筋混凝土拱橋可以采用拋物線拱。三、拱圈尺寸的擬定拱圈寬度的確定主拱圈厚度的擬定拱圈（肋）主要構(gòu)造的尺寸擬定三、拱圈尺寸的擬定1、拱圈寬度的確定橋面行車道數(shù)人行道布置拱圈截面形式人行道可采用懸臂式的，以減小拱圈的寬度，減輕結(jié)構(gòu)自重，節(jié)省材料。懸臂懸出長(zhǎng)度一般為1.0～2.5m，同時(shí)應(yīng)保證拱圈具有一定的寬度，一般B≥L/20，否則應(yīng)進(jìn)行拱橋的橫向穩(wěn)定性驗(yàn)算。三、拱圈尺寸的擬定1、拱圈寬度的確定三、拱圈尺寸的擬定2、主拱圈厚度的擬定石拱橋中小跨徑大跨徑箱形拱、桁架拱和剛架拱拱頂截面拱圈高度

d——主拱圈厚度，cm；l0——主拱圈凈跨徑，m；m,m1——系數(shù)，一般為4.5~6.0和0.016~0.02，隨矢跨比減小而增加；k——公路等級(jí)荷載系數(shù)；a,b——系數(shù)。三、拱圈尺寸的擬定3、拱圈主要構(gòu)造的尺寸擬定（1）箱形拱頂板厚度≥10cm底板厚度≥10cm單室箱B≤6m腹板厚度20~40cm三、拱圈尺寸的擬定3、拱圈主要構(gòu)造的尺寸擬定（1）箱形拱多室箱

bBB——拱箱寬度一般在1.3~1.6m。b——箱壁厚度通常為8~10cm。h1——預(yù)制蓋板6～8cm＋8～10cm；現(xiàn)澆層整體箱預(yù)制12～14cm。h2——中等跨徑6～8cm，大跨徑12～15cm。三、拱圈尺寸的擬定3、拱圈主要構(gòu)造的尺寸擬定（1）箱形拱橫隔板作用提高抗扭能力，保證箱壁的局部穩(wěn)定性；幫助集中力在箱內(nèi)的擴(kuò)散。設(shè)置視拱橋跨徑大小及橋?qū)挾?，一般間距為2~2.5m。厚度中間挖空，100~150mm，以減輕重力、方便施工及養(yǎng)護(hù)人員通行。三、拱圈尺寸的擬定3、拱圈主要構(gòu)造的尺寸擬定（2）桁架拱桁架拱片數(shù)數(shù)量的確定寬度跨徑設(shè)計(jì)荷載等級(jí)經(jīng)濟(jì)三、拱圈尺寸的擬定3、拱圈主要構(gòu)造的尺寸擬定（2）桁架拱桁架節(jié)間

節(jié)間劃分關(guān)系到上弦桿局部受力、腹桿受力和橋梁外觀等。斜桿盡量平行,與豎桿傾角α=30～50°。由端部向跨中逐節(jié)減小，最大節(jié)間長(zhǎng)度不宜超過5m。三、拱圈尺寸的擬定3、拱圈主要構(gòu)造的尺寸擬定（2）桁架拱弦桿高h(yuǎn)1(上弦桿+橋面)=(1/6～1/8)×最大節(jié)間長(zhǎng)h2(下弦桿)=L/100～L/80對(duì)于中、小跨徑取較大值，對(duì)于大跨徑去較小值。拱片寬度20～50cm，前者用于跨徑較小、拱片片數(shù)較多的情況，后者則相反。還應(yīng)結(jié)合施工方法來(lái)考慮，對(duì)于預(yù)制安裝的拱片，還要滿足拱片施工時(shí)平吊、翻身等要求。三、拱圈尺寸的擬定3、拱圈主要構(gòu)造的尺寸擬定（2）桁架拱斜桿和豎桿寬度與桁架拱片寬度相同。高度一般為下弦桿截面高度的1/2.0~1/1.5，取20~40cm。橫向聯(lián)結(jié)系拉桿和剪刀撐取邊長(zhǎng)15~20cm的矩形截面。橫系梁：邊長(zhǎng)(15～20)cm的矩形鋼筋混凝土預(yù)制構(gòu)件。橫隔板：厚(15～20)cm。三、拱圈尺寸的擬定3、拱圈主要構(gòu)造的尺寸擬定（2）桁架拱橋面板橋面板采用微彎板，矢跨比1/15～1/10,厚度(5～8)cm，微彎板沿橋橫向擱置在桁架拱片的上弦桿和實(shí)腹段上。為了加強(qiáng)微彎板與桁架拱的聯(lián)結(jié)，一般將上弦桿和實(shí)腹段設(shè)計(jì)成凸形，并在肋頂伸出錨固鋼筋。凸肩寬可取拱片寬度1/5，一般不宜小于5cm。三、拱圈尺寸的擬定3、拱圈主要構(gòu)造的尺寸擬定（3）剛架拱三、拱圈尺寸的擬定3、拱圈主要構(gòu)造的尺寸擬定（3）剛架拱剛架拱片拱片間距一般為2.0m左右。當(dāng)采用預(yù)應(yīng)力混凝土空心橋面板與預(yù)應(yīng)力剛架拱片相配合使用時(shí)，拱片間距離可適當(dāng)加大，以取得較好的經(jīng)濟(jì)效果。矢跨比1/10~1/6。拱片片數(shù)與橋?qū)?、跨徑等有關(guān)。拱片寬度一般為20~40cm。三、拱圈尺寸的擬定3、拱圈主要構(gòu)造的尺寸擬定（3）剛架拱主次梁及節(jié)點(diǎn)主梁一般為變截面構(gòu)件，其下緣弧線可采用矢跨比為1/20~1/16的二次拋物線或其他曲線，主拱腿采用直桿或微曲桿，主拱腿與主梁采用同一根曲線。主梁長(zhǎng)度約為橋梁跨徑的0.4~0.5倍，主拱腿水平夾角在30°左右。主次梁常采用凸形，斜撐采用矩形，截面高度由受力大小確定。次節(jié)點(diǎn)位置則與主節(jié)點(diǎn)位置和腹孔段邊梁跨度大小有關(guān)?？荚囶}一、填空題（3分）1、當(dāng)橋梁技術(shù)跨徑為100m時(shí)，人群荷載標(biāo)準(zhǔn)值為（）kN/m2。（0.5分）2、裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁橋內(nèi)的配筋，除主要的縱向預(yù)應(yīng)力筋外，尚有（）、（

）、（）、承受局部應(yīng)力的鋼筋和其他構(gòu)造鋼筋等。（1.2分）3、根據(jù)地區(qū)氣溫選用支座橡膠的材料，-250C地區(qū)可選用的支座是（）。（0.4分）4、拱橋按主拱圈所采用的拱軸線形式分為（）、（）、（）。（0.9分）二、簡(jiǎn)答題（3