第二章 鋼拱橋

1、第二章 鋼拱橋,2-1 鋼拱橋的發(fā)展及分類 2-2 拱梁組合體系橋 2-3 鋼拱橋的構(gòu)造,第一節(jié) 鋼拱橋的發(fā)展及分類,一、鋼拱橋的發(fā)展 建橋材料的發(fā)展：鑄鐵拱橋鍛鐵拱橋鋼拱橋 鋼拱橋跨越能力的發(fā)展： 鋼拱橋發(fā)展史上的里程碑美國紐約獄門橋； 20世紀(jì)跨徑超過500m的三座鋼拱橋美國貝永橋、 新河谷大橋、澳大利亞悉尼港灣大橋； 21世紀(jì)典型的鋼拱橋韓國傍花大橋。 鋼拱橋施工方法的發(fā)展：懸臂施工、纜索吊掛法 組合施工法、整體頂推法 結(jié)構(gòu)構(gòu)造形式的發(fā)展與優(yōu)化,1874年建成，位于美國圣路易斯跨越密西西比河的Eads橋。 三跨上承式鋼桁肋拱橋?？鐝綖?53m+158m+153m，上層公路， 下層雙軌鐵路

2、。鋼鐵首次大量用于橋梁。,Eads橋,國外鋼拱橋賞析,美國獄門（Hell Gate）橋,1917年建成，跨徑297m，通行四列列車。,美國貝永（Bayonne）橋,美國貝永橋建成于1931年，跨徑504m，雙鉸式，初期該橋公路橋?qū)挾葹?2.2m，交通量大時還可以增加兩條高速列車道。此橋橋型為鋼桁架拱橋，起到了州間的交通紐帶作用，拱肋為兩根鋼桁梁，中心距22.57m，拱端桁高20.4m，拱頂桁高11.3m。,悉尼港灣大橋,該橋最大的特點是拱架，其拱架跨度為503m，而且是單孔拱形，這是當(dāng)時世界上罕見的。該橋矢高107m，兩拱肋中心間距為48.8m，從海面到橋面高58.5m，從海面到橋頂高達(dá)134

3、m，萬噸巨輪可以從橋下通過。,韓國傍花大橋 ,傍花大橋是韓國典型橋梁之一，其主跨長達(dá)540m，大橋兩側(cè)的拱肋為對稱形式。由于橋基處于地下20m深的堆積層中，而持力層處于地下37-42m處，因此在施工架設(shè)過程中，河床和岸跨處分別采用了沉井基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)。,我國的鋼拱橋賞析,表1 我國部分鋼拱橋一覽表 Tab. 1 List of some steel arch bridges in China,廣州新光大橋全橋長1082m，中間拱跨度為428m，側(cè)拱長度177m，是一座連續(xù)的三跨鋼桁架拱橋。橋面寬度37.62m，雙向六車道。新光大橋的受力特點：結(jié)構(gòu)受力體系為先簡支到后連續(xù)轉(zhuǎn)換，技術(shù)上有重大的創(chuàng)新和

4、突破。,廣州新光大橋 Fig. Guangzhou Xinguang Bridge,重慶朝天門大橋,重慶朝天門大橋全長1741m，其中主橋長度932m，主拱長度552m，兩側(cè)拱長度均為190m，是一座中承式雙層橋面的連續(xù)鋼桁系桿拱橋。上層橋面包括雙向六車道和兩側(cè)人行道；下層橋面中間為雙線城市輕軌，兩側(cè)為雙向兩車道。,上海盧浦大橋,鋼箱拱橋 ，為空間提籃中承式拱梁組合體系。,二、鋼拱橋的分類 鋼拱橋上部結(jié)構(gòu)主要由拱圈、吊桿（或拱上立柱） 系桿、橋道梁等構(gòu)件組成。,鋼拱橋的組成,1、按照結(jié)構(gòu)構(gòu)造形式分類 （1）按照主拱圈截面形式分為： 鋼箱拱、鋼管拱、鋼桁架拱 （2）按照兩拱肋的空間姿態(tài)分：平行拱

5、肋、提籃拱肋、蝶形拱肋 （3）按照行車道系所處位置分：上承式、中承式、下承式拱橋 （4）按照吊桿的布置形式分類：平行豎吊桿、斜吊桿、網(wǎng)狀吊桿 2、按照結(jié)構(gòu)體系分類 （1）簡單體系拱橋：僅有拱圈是主體受力構(gòu)件，簡單體系均為 有推力拱結(jié)構(gòu)，拱的推力直接由墩臺或基礎(chǔ) 承受。橋道系為局部承載和傳力結(jié)構(gòu)，不參 與主拱聯(lián)合受力。 （2）組合體系拱橋： 行車道梁與拱組合，共同受力。,大連港棧橋,引橋采用5跨112.6米簡支下承式剛性系桿鋼管混凝土拱橋，鋼拱肋采用雙拱肋，單片拱肋為雙肢桁式斷面 。,下承式平行肋平行 豎直吊桿鋼管砼拱,平行拱肋模型圖,內(nèi)傾式提籃拱： 大大提高了橋梁的 側(cè)向剛度，增加拱 橋的橫向

6、穩(wěn)定性。,菜園壩長江大橋,各類蝶形拱橋,合肥新橋機場高速 路蝴蝶拱橋。 45度角的“蝴蝶翅膀”。,廣西南寧大橋 蝶形曲線拱橋,世界上首座大跨徑 斜吊拱曲線橋梁 。,第二節(jié) 拱梁組合體系橋,一、拱梁組合體系橋的分類 1、根據(jù)拱腳有、無水平推力分類：有推力拱、無推力拱。 （1）有推力拱主要用于上承式拱橋，推力由墩臺承擔(dān)； （2）無推力拱：行車道系與拱組合，拱的推力由系梁或系桿承受，墩臺不受水平推力。 2、根據(jù)拱肋和系梁剛度的比例關(guān)系分類 1）柔性系桿剛性拱系桿拱 2）剛性系桿柔性拱朗格爾拱 3）剛性系桿剛性拱洛澤拱 4）上述三種均采用豎直吊桿，采用斜吊桿來代替豎直吊桿，即為尼爾森拱,單跨拱梁組合體

7、系橋,a.柔性系桿剛性拱系桿拱 b.剛性系桿柔性拱朗格爾拱 c.剛性系桿剛性拱洛澤拱 d.斜吊桿尼爾森拱 e.下承式 d.中承式 f.上承式,3、其他組合體系拱橋 1）網(wǎng)狀拱橋 部分斜吊桿至少要與其他吊桿相交兩次 2）懸臂梁拱桁架的組合結(jié)構(gòu) 3）疊合拱橋,網(wǎng)狀吊桿拱橋,巴拿馬的塔歇爾橋 懸臂梁拱桁架組合結(jié)構(gòu),中央掛跨為系桿拱橋 支承于邊跨的伸臂梁上,浙江雁蕩山大橋 疊合拱橋,兩主拱之間設(shè)輔助拱肋聯(lián)結(jié)，雙線鐵路橋。,二、系桿拱的受力特點 1、中承式系桿拱橋的力學(xué)特性 屬于梁拱組合橋 在受力特征上為典型的三元結(jié)構(gòu)： 活載分布構(gòu)件橋面系 力的傳遞構(gòu)件吊桿 主要承重構(gòu)件拱肋及系桿 2、下承式剛架系桿拱

8、橋 主拱與下部結(jié)構(gòu)采用固結(jié)方式聯(lián)結(jié)，系桿采用 柔性拉桿，不參與橋面系受力。,第三節(jié) 鋼拱橋的構(gòu)造,一、鋼拱橋主要組成部分的構(gòu)造特點 1、拱肋 結(jié)構(gòu)的主要承重構(gòu)件，主要承受軸向壓力，還承受部分彎矩， 以受壓為主的偏心受壓構(gòu)件。 根據(jù)截面形式分為：箱形、管形、桁架式 桁架式拱肋自重輕，跨越能力更大，經(jīng)濟性好。,2、吊桿 是一種傳力構(gòu)件，把橋面系荷載傳遞至承重構(gòu)件拱肋，吊桿主要是軸心受拉構(gòu)件。 吊桿可分為剛性和柔性兩種，剛性吊桿多用鋼管或型鋼制成，可承受壓力；柔性吊桿采用高強鋼絲束或鋼絞線制成，只能受拉，施工方便，外形美觀。 吊桿的立面布置 吊桿間距即為行車道縱梁的跨長，通常吊桿取相等間距。 吊桿按

9、其在拱平面內(nèi)的布置形式分為：平行豎吊桿、傾斜式吊桿、網(wǎng)狀吊桿。 橫向雙吊桿 按照布置數(shù)量還分為：單吊桿、雙吊桿 豎向雙吊桿,剛性雙吊桿,3、系桿（梁） 對于無推力拱，拱的推力全部由系桿承擔(dān)，系桿承受較大 的軸向拉力。 分為：剛性系桿、柔性系桿。,系桿示意圖,系桿的布置形式 系桿的立面布置形式主要有三種： 橋道系設(shè)置專門的系桿箱； 系桿懸掛于橋道系下； 系桿與橋道系分離，此類系桿多為預(yù)應(yīng)力混凝土剛性系桿， 與承臺相接，系桿置于路面下的涵洞內(nèi)，與梁體分離。,鋼絞線柔性系桿，放在專門的系桿槽內(nèi)。,4、橫撐 為了保證兩片拱肋的橫向剛度和穩(wěn)定，從而承受作用在 拱肋、橋面及吊桿上的橫向水平力，必須設(shè)置橫撐

10、。 橫撐可以大大提高全橋的面外剛度和扭轉(zhuǎn)剛度，但是 基本不提高面內(nèi)剛度。 基本要求 設(shè)置在橋面凈空高度范圍之外的拱段上； 橫撐寬度不應(yīng)小于其長度的1/15。,橫撐示意圖,橫撐的構(gòu)造形式 常見的有“一字撐”、“K形撐”、“X形撐”、“米形撐”； 橫撐位置一般與吊點位置對應(yīng)，對稱于拱頂奇數(shù)布置； 拱頂一般設(shè)置“一字撐”，1/4L附近拱肋一般設(shè)置“K形撐”； 大跨徑寬橋常在拱頂設(shè)置“米形撐”，兩側(cè)布置“K形撐”。,5、拱上立柱 立柱用于上承式拱橋或者中承式拱橋的上承部分， 是橋面系與主拱肋之間的傳力結(jié)構(gòu)。,上承式鋼桁架拱橋立柱,6、橋面系,下承式拱橋的橋面系是用吊桿將縱橫梁系統(tǒng)懸掛在 拱肋下，在縱橫

11、梁系統(tǒng)上支承橋道板，組成橋面系。 中承式拱橋的行車平面位于肋拱矢高的中部，橋面系 一部分用吊桿懸掛在拱肋下，一部分用剛架立柱支承 在拱肋上。 在布置行車道時，要設(shè)置橫向斷縫，避免拱肋的變形 引起橋面被拉壞。,二、拱肋的總體設(shè)計參數(shù) 大跨度鋼桁架拱橋的主要設(shè)計參數(shù)有： 矢跨比；拱軸線的選取；拱頂和拱腳高度的選擇。 矢跨比 主要根據(jù)橋址的地形、地質(zhì)條件、橋下凈空要求等因 素確定。拱肋矢跨比常用范圍在1/41/7，鋼桁架拱橋矢跨比通常在1/41/5。 矢跨比越小，拱腳水平推力越大，對于無推力拱來說，會增加系桿的用量；地質(zhì)條件差時，可采用較大矢跨比以減少水平推力。 矢跨比過大，拱圈部分用鋼量會增加，并且抗傾覆能力及抗震能力會減弱。,拱軸線 最理想拱軸線是與拱上各種荷載的壓力線吻合，截面只承受壓力而無彎矩，可以充分利用材料強度。 常見的拱軸線形式：圓