第四章 拱桥.ppt
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1、1. 概述 2. 拱桥构造 3. 拱桥设计 4. 拱桥施工 5. 拱桥计算,第三章 拱桥,第一节 概述,拱桥的基本特点,拱桥的组成和分类,拱桥的优缺点 拱桥的发展情况,拱桥的主要组成 拱桥的分类(组合拱、双曲线拱) 拱桥实例介绍,拱桥的主要承重结构是拱圈(肋),在桥面竖向移动荷载作用下桥墩或桥台不仅产生竖向反力而且产生水平推力。,拱桥的基本特点,跨越能力大;能充分做到就地取材;耐久性好,养护、维修费用小;外形美观;构造较简单,有利于广泛采用。,(1)自重较大,有推力,增加了下部结构的工程量,对地基要求高; (2)施工方法相对复杂,费用高,施工时间长 (3)由于水平推力较大,在连续多孔的大、中桥
2、中,为防止一孔破坏而影响全桥的安全,需要采取较复杂的措施,或设置单向推力墩,增加了造价; (4)上承式拱桥的建筑高度较高。,主要优点:,主要缺点:,拱桥的优缺点,国外:,石拱、木拱,十八世纪,铸铁拱,十九世纪,钢拱 钢筋混凝土拱,国内:,石拱、木拱,双曲拱,桁架拱,钢筋混凝土拱,刚架拱 桁式组合拱,钢管拱 新型组合体系拱,1964年,70年代,80年代,80年代中,钢管混凝土拱 新型组合体系拱,刚架拱,拱桥的发展情况,拱桥的主要组成,1-主拱圈,拱桥也是由上部结构(桥跨结构)和下部结构两大部分组成。,2-拱顶,3-拱脚,4-拱轴线,5-拱腹,6-拱背,7-起拱线,8-桥台,9-基础,10-护坡
3、,11-拱上建筑,柔性系杆刚性拱系杆拱 刚性系杆柔性拱朗格尔拱 刚性系杆刚性拱洛泽拱 用斜吊杆来代替竖直吊杆时 称为尼尔森拱。,无推力的拱梁组合桥,拱梁组合桥,拱的推力由系杆承受,墩台不受水平推力,刚性梁柔性拱(倒朗格尔拱) 刚性梁刚性拱(倒洛泽拱),有推力的组合体系拱桥 此种组合体系拱没有系杆,有单独的梁和拱共同受力,拱的水平推力由墩台承受。,湖南长沙湘江双曲拱桥。主拱圈横截面是由一个或数个小拱组成的。主拱圈在纵向及横向均呈曲线形。,我国公路桥中70%为拱桥。我国多山,石料资源丰富,拱桥取材以石料为主。,(1)圬工拱桥(石拱桥以及拱圈不配钢筋的混凝土拱桥,跨越能力较小),(2)双曲拱桥(中国
4、首创的一种拱桥型式),(3)肋拱桥,1988广东广州流溪桥 (L=90m) 钢筋混凝土箱肋中承式拱,拱矢度1/4.5,全桥采用喷塑装修工艺,建筑宏伟壮丽,已成为公园的重要景观。,1983 台湾台北关渡桥 (L=165m) 中承式5孔连续系杆拱桥,中间孔跨度为165m,两侧孔跨度为143m及44m,拱圈为抛物线。,1990江苏丹阳云阳桥(L=70m) 跨越京杭大运河,无粘结预应力系杆拱,3根拱肋,矢度1/5,拱轴系数m=1.0,单箱高1.5m,行车道刚性纵梁和无粘结预应力柔性系杆分开。预制安装法施工.,1992 广东开平三埠桥 (L=60m) 单拱肋预应力混凝土系杆拱,单拱肋置于车行道中央分隔带
5、上。,1994台湾台北碧潭桥(L=160m) 桥面由预制预应力混凝土单箱组成,并配以Y型悬臂拱圈,形成主跨为160m及2x100m无推力拱桥。引桥跨度分别为85m及57m,全桥以简洁明快的弧形曲线构成,与远山近水相协调。,1990 四川宜宾小南门桥 (=240m) 主桥系中承式钢筋混凝土肋拱桥,矢度1/5,是当时国内跨径最大的钢筋混凝土拱桥。该桥采用劲性钢骨架施工法,缆索吊装。,(4)箱拱桥,1979四川省宜宾市金沙江大桥 (L=150m) 中国采用缆索吊装施工、跨径最大的钢筋混凝土箱形拱。主拱圈箱高2.0m,箱宽7.60m,矢跨比1/7,全拱圈横向分5个箱室;纵向分5段预制,缆索吊装就位后再
6、组合成整体箱。,1989四 川涪陵乌江大桥 (L=200m) 桥高84m,矢跨比1/4,主拱圈采用3室箱。 涪陵乌江大桥采用转体法施工,先在两岸上、下游组成3m宽的边箱,待转体合拢后吊装中箱顶、底板,最后组成3室箱。,1997四川万县长江大桥 L=420m) 劲性骨架钢筋混凝土箱形拱桥,(5)刚架拱桥,1989江苏无锡100米下甸桥 变截面,四分点附近截面高度最大,分别向拱脚、跨中减小。取消斜撑,拱上建筑采用23m预应力混凝土简支梁以过渡。,1993江西德兴130米太白桥 采用转体施工。,(6)桁架拱桥,1976浙江宁海75米越溪桥 主孔为净跨75m的预应力混凝土桁架拱,拱矢度1/9;边孔为净
7、孔40m的双曲拱,,1971浙江余杭50米里仁桥 钢筋混凝土斜拉杆式桁架拱桥。拱圈矢跨比为1/8。全桥布置4片拱片,在上弦杆覆盖微弯板混凝土桥面。预制拱片卧置叠浇,分段用浮吊起吊、翻身和吊装,在三分点处设临时支托,浇筑湿接头混凝土。,(7)桁式组合拱桥中国首创的一种桥型,它除保持桁式拱结构用料省、竖向刚度大等特点外,更具有桁梁的特性和可以采用悬臂法施工、施工阶段和运营阶段的受力趋于一致等优点。,1990四川自贡160米牛佛沱桥 桁式组合拱为三室箱形截面,桁架片按节段分件预制,采用人字扒杆悬拼安装。,(8)钢管混凝土拱桥,1990四川旺苍115米东河桥 下承式钢管混凝土预应力系杆拱桥,矢度1/6
8、。两片拱肋间用直径800mm横撑连接以保持其稳定性。活载作用下拱脚的水平推力由系杆及桥墩共同承担。钢管拱肋实际上是一种复合材料,在破坏荷载作用下,钢管不仅起纵筋的作用,而且对混凝土起螺旋箍筋的作用,以提高构件的承载能力。在施工阶段,钢管起着劲性骨架的作用。,1998浙江义乌80米宾王桥 单肋钢管混凝土系杆拱桥,中跨矢跨比1/5,矢高15.6m;边跨矢跨比1/4.5,矢高11.87m 。,1932澳大利亚503m悉尼钢拱桥,1977美国518.2m New River桥,(9)钢拱桥,第二节 拱桥构造,上承式拱桥 中、下承式拱桥 钢管混凝土拱桥 其它类型拱桥,上承式拱桥,拱圈(肋)的构造 拱上结
9、构构造 (实腹式、空腹式) 拱桥其它细部构造 上承式空腹拱桥的构造示例,桥面在主拱圈之上的称上承式拱桥,其上部结构由拱圈(肋)和拱上结构(在桥面系与主拱之间传递荷载的构件或填冲物)构成。,拱圈(肋)的构造,拱圈截面形式: 板拱、肋拱、箱形拱、钢管拱、双曲拱 拱圈横截面沿跨径的变化规律,板拱是指主拱(圈)采用整体实心矩形截面的拱。按照主拱所采用的材料,可分为石板拱、混凝土板拱和钢筋混凝土板拱等。,板拱,肋拱:用两条或多条分离的平行窄拱圈即拱肋作为主拱圈的拱。具有自重轻,恒载内力小,可以充分发挥钢筋混凝土等材料的性能,在大中型拱桥中得到广泛应用。,肋拱,纵梁,纵梁,拱肋,立柱,拱肋,立柱,横系梁,
10、桥面系,肋拱截面形式:矩形、工字形、管形、箱形,箱形拱的拱圈,可以由一个闭合箱(单室箱)或由几个闭合箱(多室箱)组成。每个闭合箱又由顶板、底板、肋板(侧板)组成。为提高拱箱抗扭能力,加强箱壁的局部稳定性,拱箱内每隔一定距离设一道横隔板。主拱圈由多室箱构成,箱形拱通常采用预制拼装施工。,箱形拱,截面变化规律,等截面(常用),变截面(构造复杂),拱圈截面沿跨径的变化规律,实腹式拱上结构,侧墙,拱腹填料,护拱,变形缝,防水层,泄水管,桥面,侧墙是围护拱腹填料之挡墙,应按挡土墙验算其截面强度。其顶部应盖以帽石,帽石突出侧墙表面至少0.1m以形成飞檐,避免雨水沿侧墙流下,并增加桥的美观。 拱腹填料可用填
11、充和砌筑两种方式。 在圆弧形拱和多孔实腹拱桥中,为便于敷设防水层,通常在拱脚段设置护拱。 为保证拱上结构不因拱圈在温差变化或偏载作用产生变形而破坏,在拱上结构和墩台间需设置约20mm的变形缝(伸缩缝)。变形缝可做成一条整齐空缝,在缝中填以沥青胶砂或者在表面做成一条无砂浆的干砌缝。,实腹式拱上建筑构造简单,施工方便,但填料数量较多,恒载较重,小跨径拱桥中多采用实腹式。,大、中跨径拱桥多采用空腹式。空腹式拱上建筑由多孔腹孔结构(横墙或刚架)和桥面系组成,以利于减小恒载,并使桥梁显得轻巧美观。根据腹孔桥面系的结构形式,空腹式拱上建筑又分为拱式和梁式两种。,四川万县长江大桥,河北赵州安济桥,空腹式拱上
12、结构,横梁和刚架,横墙,刚架,拱式拱上建筑,拱式腹孔,简支腹孔,梁式腹孔:简支腹孔、连续腹孔、框架腹孔,梁式拱上建筑,连续腹孔,框架腹孔,拱桥细部构造,拱桥其它细部构造,伸缩缝与变形缝 拱铰 排水与防水层,伸缩缝与变形缝,在荷载作用、材料收缩及温度变化的影响下,拱圈将下降或上升,拱上结构也将随之变形。如果拱上结构与桥墩台联成一体,则拱上结构受桥墩、台的约束不能自由变形,从而在它的顶部产生拉应力而开裂。,为了避免这种不良的影响,应该用断缝将拱上结构和桥墩(台)分开,这种断缝叫伸缩缝(留缝23cm),在腹拱上方设变形缝(只断开,没有缝宽) 。,在拱桥的计算中,为了简化计算工作,一般是将主拱和拱上建
13、筑分开来考虑,即把主拱当作主要承重结构,而将拱上结构当作传递荷载的结构。,温度下降时的变形,半跨加载时的变形,在拱桥的计算中,为了简化计算工作,一般是将主拱和拱上建筑分开来考虑,即把主拱当作主要承重结构,而将拱上结构当作传递荷载的结构。,为了避免这种不良的影响,应该用断缝将拱上结构和桥墩(台)分开,这种断缝叫伸缩缝(留缝23cm),在腹拱上方设变形缝(只断开,没有缝宽),实腹式拱桥伸缩缝的布置,在跨度较小的实腹式拱桥,可仅在两拱脚的上方设置,并需在横桥方向贯通全桥及侧墙的高度。,空腹式拱桥伸缩缝及变形缝的布置,跨度较大的空腹式拱桥:一般将紧靠墩(台)的第一个腹拱圈做成三铰拱,并在靠墩(台)的拱
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