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第一篇混凝土拱桥第一章拱桥的现状和发展1、拱桥的发展拱桥国外：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年代中古代拱桥:拱轴曲线造型的千变万化，其中最具有代表意义的是建于公元595-605年的赵州桥（如图1所示，跨径L=37m）图1赵州桥当代拱桥：结构型式与施工方法的丰富多彩如，97年建成的重庆万县长江大桥（图2所示，L=420m），广州丫髻沙特大桥（图3，L＝360m），1932建成的澳大利亚悉尼钢拱桥（图4，L＝503m）及正在建设的鲁浦大桥（L=550m）。图21997建成的四川万县长江大桥（L=420m)图3360m广州丫髻沙特大桥。2、拱桥的受力特点图41932澳大利亚503m悉尼钢拱桥承重结构：主拱拱桥的基本图示支承处不仅产生竖向反力，还产生水平推力，从而使拱主要受压同济大学桥梁系桥梁与道路结构拱式桥3、主要优缺点：主要优点跨越能力大；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。主要缺点：1）是有推力的结构，而且自重较大，因而水平推力也较大，增加了下部结构的工程量，对地基要求也高；3）由于水平推力较大，在连续多孔的大、中桥中，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。拱桥的缺点正在逐步得到改善和克服：200~600m范围内，拱桥仍然是悬索桥和斜拉桥的竞争对手第二节拱桥的结构体系及总体布置一、拱桥的基本组成根据行车道的位置，拱桥可以分成：上承式、下承式和中承式三种类型如下图所示：一般上承式拱桥，桥跨结构是由主拱圈、拱上建筑等组成。拱桥的基本图示同济大学桥梁系桥梁与道路结构拱式桥上承式拱桥的基本组成1-主拱圈2-拱顶3-拱脚4-拱轴线5-拱腹6-拱背7-起拱线11-拱上建筑L0-净跨径L-计算跨径f0-净矢高f-计算矢高f/L-矢跨比同济大学桥梁系桥梁与道路结构拱式桥三、拱桥的主要类型及其特点拱桥建桥材料圬工拱桥，钢筋混凝土拱桥，钢拱桥拱轴线型式圆弧拱桥，抛物线拱桥，悬链线桥桥面位置上承式拱桥，中承式拱桥，下承式拱桥结构体系分简单体系拱桥：三铰拱，两铰拱，无铰拱组合体系拱桥：无推力拱桥，有推力拱桥主拱圈截面形式形式拱上建筑形式实腹式拱桥，空腹式拱桥板拱桥，肋拱桥，双曲拱桥，箱形拱桥同济大学桥梁系叶爱君桥梁与道路结构拱式桥1、简单体系拱桥和组合体系拱桥拱桥按受力图式的分类简单体系拱桥：可以做成上承式，中承式，下承式，均为有推力拱。三铰拱：静定结构，在地基差的地区可采用。但构造复杂，施工困难，整体刚度小，主拱圈一般不采用。无铰拱：三次超静定结构。拱的内力分布较均匀，材料用量较三铰拱省；构造简单，施工方便，整体刚度大，实际中使用广泛。但超静定次数高，会产生附加内力，一般希望修建在地基良好处。跨径增大，附加力影响变小，故钢筋混凝土无铰拱仍是大跨径桥梁的主要型式之一。两铰拱：一次超静定结构，介于三铰拱和无铰拱之间。（一）按照结构体系分类2、组合体系拱桥组合体系拱桥：在拱式桥跨中，行车系与拱组合，共同受力。同样，组合拱可以做成上承式、中承式和下承式。常用的有以下几种形式：无推力拱（使用较广泛）：拱的推力由系杆承受，墩台不受水平推力有推力拱：此种组合体系拱没有系杆，有单独的梁和拱共同受力，拱的水平推力任由墩台承受。3、拱片桥同济大学桥梁系叶爱君桥梁与道路结构拱式桥1、板拱桥：主拱圈采用矩形实体截面。构造简单、施工方便，使用广泛。自重较大，不经济，通常在地基较好的中小跨径圬工拱桥中采用。2、肋拱桥：肋拱桥由两条或两条以上分离式拱肋组成承重结构的拱桥，拱肋之间靠横向联系梁连接成整体而共同受力.这种桥横截面面积较小，节省材料,自重轻,跨越能力大，多用于较大跨径的拱桥。可以用圬工、钢筋混凝土、钢材建造。（二）按照主拱的截面型式分类同济大学桥梁系叶爱君桥梁与道路结构拱式桥3、双曲拱桥：主拱圈横截面由一个或数个小拱组成，其主拱圈在纵向和横向均呈曲线形。通常有拱肋、拱波、拱板和横向联系等几部分。公路双曲拱桥采用最多的是多肋波的截面形式；对于跨径和荷载较小的单车道桥可采用单波的形式。双曲拱桥施工工序多，组合截面的整体性差，易开裂，因此，只宜在中小跨径桥梁中采用。同济大学桥梁系叶爱君桥梁与道路结构拱式桥4、箱形拱桥：箱形拱桥拱圈横截面由几个箱室组成。截面挖空率大，可达全截面的50%-70%，较实体板拱桥可减少圬工用料与自重，适用于大跨度拱桥。截面抗扭刚度大，横向整体性和稳定性好，特别适用于无支架施工。箱形拱闭合箱的构造三、拱桥的总体布置总体布置确定桥梁长度及分孔确定桥梁的设计标高和矢跨比正确处理不等分孔问题桥面标高，拱定底面标高，起拱线标高，基础标高混凝土拱桥矢跨比1/4～1/8箱型拱桥矢跨比1/6～1/10采用不同的矢跨比采用不同的拱脚标高调整拱上建筑的重力采用不同的拱跨结构同济大学桥梁系叶爱君桥梁与道路结构拱式桥四、拱桥实例介绍我国公路桥中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）主拱圈为等截面悬链线。拱矢度为1/5，拱圈厚1.7m，拱上建筑对称布置5个空腹拱，两边设岸孔37m，拱圈厚1.1m。下部结构为重力式石砌墩台。该桥施工在主孔范围内设3个临时墩，上立钢支架、拱架等，其上砌筑主拱圈。1965广西南宁都安红渡桥（L:100m)世界上跨径最大的石拱桥。桥宽8m，双肋石拱桥，腹拱为9孔13m，南岸引桥3孔13m，北岸引桥1孔15m。主拱圈由两条分离式矩形石肋和8条钢筋混凝土横系梁组成。拱轴线为悬链线（m=1.543），拱矢度1/5，拱肋为等高变宽度。1990湖南凤凰县的乌巢河桥（L=120m）同济大学桥梁系叶爱君桥梁与道路结构拱式桥2）双曲拱桥（中国首创的一种拱桥型式）结构纤细轻盈，适宜于软土地基上建造。1969江苏无锡卫东桥构思独特，充分发挥双曲拱桥构造特点，组合拼装成三叉形的双曲拱桥。1969江苏无锡民主桥上承式无铰空腹拱，是当时我国跨径最大的双曲拱桥。拱矢度1/10，拱轴线设计为悬链线。为提高横断面刚度、增强双曲拱在组合过程中裸肋的稳定性，断面设计成高低拱肋，全桥29道横隔板组成整体性好的拱肋格排，合拢后上面砌筑双层拱波。1968河南嵩县前河桥（L=150m）同济大学桥梁系叶爱君桥梁与道路结构拱式桥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。中承装配式铁路钢筋混凝土拱，矢高40m，两片拱肋中心距7.5m。拱轴线采用二次抛物线，拱肋为箱形截面，吊杆为预应力杆件。施工时先架设钢拱架，然后在拱架上由下而上分层施工，安装拱肋底板---腹板---顶板，使先安装的拱肋底板与钢拱架共同受力。在拱顶进行应力调整，改善了拱肋的受力状态。为保证结构的整体性，拱肋与桥面系相交处的一段拱肋在工地现浇。1966北京永定河七号桥（L=150m）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。同济大学桥梁系叶爱君桥梁与道路结构拱式桥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同济大学桥梁系叶爱君桥梁与道路结构拱式桥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。同济大学桥梁系叶爱君桥梁与道路结构拱式桥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。同济大学桥梁系叶爱君桥梁与道路结构拱式桥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。主跨为组合预应力混凝土桁架拱。全宽13.4m，拱圈高2.7m，宽10.56m，矢跨比为1/6。采用起重量1200KN钢格构人字扒杆和直径32mm40Si2MnVⅣ级钢轧丝锚碇体系悬臂拼装。1995贵州省330米江界河桥同济大学桥梁系叶爱君桥梁与道路结构拱式桥8）钢管混凝土拱桥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。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。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。360m广州丫髻沙特大桥三跨连续自锚式中承式钢管混凝土拱桥。以高强预应力钢铰线作为系杆，拱座基础只有较小水平推力。主拱采用中承式双肋悬链线无铰拱，矢跨比为1/4.5。每片拱肋由6750钢管混凝土组成，由横向平联板、腹杆连接成为钢管混凝土桁架。边拱采用上承式双肋悬链线半拱，每片拱肋由钢筋混凝土单箱单室截面组成。转体施工法。同济大学桥梁系叶爱君桥梁与道路结构拱式桥1932澳大利亚503m悉尼钢拱桥1977美国518.2mNewRiver桥9）钢拱桥