拱桥构造

第四篇混凝土拱桥1概论2拱桥的设计与构造3拱桥的计算4拱桥的施工1概论§1-1拱桥的基本特点及其适用范围拱桥是我国公路上使用较广泛的一种桥型。拱式结构在竖向荷载作用下，两端将产生水平推力。正是这个水平推力，使拱内产生轴向压力，从而大大减小了拱圈的截面弯矩，使之成为偏心受压构件，截面上的应力分布与受弯梁的应力相比，较为均匀。因此，可以充分利用主拱截面材料强度，使跨越能力增大。1）跨越能力较大；★2）能充分就地取材，与混凝土梁式桥相比，可以节省大量的钢材和水泥；★3）耐久性能好，维修、养护费用少；★4）外型美观；★5）构造较简单。拱桥的优点拱桥的基本特点及其适用范围拱桥的缺点1）自重较大，相应的水平推力也较大，增加了下部结构的工程量，当采用无铰拱时，对地基条件要求高；2）由于拱桥水平推力较大，在连续多孔的大、中桥梁中，为防止一孔破坏而影响全桥的安全，需要采用较复杂的措施，例如设置单向推力墩，也会增加造价；3）与梁式桥相比，上承式拱桥的建筑高度较高，当用于城市立交及平原地区时，因桥面标高提高，使两岸接线长度增长，或者使桥面纵坡增大，既增加了造价又对行车不利。拱桥的基本特点及其适用范围简支梁桥Simplesupportedbeambridge拱桥Archbridge斜拉桥Cable-stayedbridge受弯为主受压为主受拉压弯扭主梁抗弯能力主拱抗压能力压杆稳定斜拉索：拉主塔：压主梁：弯，扭各种桥型的受力特性拱桥的基本特点及其适用范围BasicBeamBridgeq218MqL受弯梁:跨中正弯矩L12qL12qL无铰拱:跨中正弯矩218djMqLMHdqL12qL12qLHHHingelessarchbridgeMjMjddMM跨中轴力0N跨中轴力NH承压结构拱内弯矩大大减小有水平推力结构拱桥的基本特点及其适用范围一、拱桥的主要组成2拱桥的设计与构造北京卢沟桥下部结构桥墩，桥台，基础上部结构主拱圈，拱上填料，桥面系拱上填料主拱圈主拱圈桥面系桥面系拱上填料桥墩桥墩桥墩（上承式实腹拱桥）北京宛平卢沟桥在北京广安门外30里，跨永定河。桥始建于金·大定二十八年（公元1188年），完工于金·明昌三年（公元1192年）。桥全长212.2m,共11孔，净跨不等，自11.4m至13.45，桥宽9.3m。墩宽自6.5m至7.9m。拱券接近半圆形。拱桥的主要组成二、拱桥的主要类型拱桥的主要类型建筑材料圬工拱桥，钢筋混凝土拱桥，钢拱桥，钢-混组合拱桥主拱圈拱轴线形圆弧拱桥，抛物线拱桥，悬链线桥，折线拱，异形拱桥面位置上承式拱桥，中承式拱桥，下承式拱桥结构受力图示简单体系拱桥：三铰拱，两铰拱，无铰拱组合体系拱桥：无推力拱桥，有推力拱桥拱片桥拱上建筑形式实腹式拱桥，空腹式拱桥主拱圈截面形式板拱桥，肋拱桥，双曲拱桥，箱形拱桥，钢管混凝土拱桥拱桥拱桥的主要类型成昆线一线天桥石拱桥巫山龙门桥，中国第一座采用无平衡重转体法施工的拱桥钢筋混凝土箱形拱圬工拱桥钢拱桥：全焊结构武汉江汉五桥钢管混凝土拱拱桥的主要类型实腹式拱桥空腹式拱桥拱桥的主要类型湖南省：黄虎港桥等截面圆弧空腹石拱桥乌巢河桥m=1.543悬链线空腹石拱桥KRK-I桥铁托桥三次抛物线钢筋混凝土箱形拱桥异形拱桥折线拱桥拱桥的主要类型上承式拱桥中承式拱桥下承式拱桥拱桥的主要类型简单体系拱桥组合体系拱桥可做成上承式，中承式，下承式均为有推力拱。拱式组合体系桥将梁和拱两种基本结构组合起来，共同承受桥面荷载和水平推力，充分发挥梁受弯、拱受压的结构特性及其组合作用，达到节省材料的目的。拱式组合体系桥一般可划分为有推力的和无推力的两种类型。按照主拱的静力体系，简单体系拱桥又可以分成：三铰拱，两铰拱，无铰拱1.按照结构受力图式分类拱桥的主要类型简单体系拱桥三铰拱：静定结构，在地基差的地区小桥可采用。但构造复杂，施工困难，整体刚度小，主拱圈一般不采用。两铰拱：一次超静定结构。结构整体刚度较相应三铰拱大。由基础位移、温变、混凝土收缩徐变引起的附加内力比无铰拱的影响要小，可在地基条件较差时或坦拱中采用。（施工体系转换过程中使用）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，附加内力影响变小，故钢筋混凝土无铰拱仍是大跨径桥梁的主要型式之一。拱桥的主要类型组合体系拱桥拱式组合体系桥一般由拱肋、系杆、吊杆（或立柱）、行车道梁（板）及桥面系等组成。拱肋风撑吊杆拱桥的主要类型拱式组合体系桥将梁和拱两种基本结构组合起来，共同承受桥面荷载和水平推力，充分发挥梁受弯、拱受压的结构特性及其组合作用，达到节省材料的目的。拱式组合体系桥一般可划分为无推力的和有推力的两种类型。无粘结预应力系杆拱无推力拱强梁弱拱（倒蓝格尔拱）有推力拱拱桥的主要类型(1）无推力的组合体系拱无推力拱式组合体系桥（也称系杆拱桥）是外部静定结构，兼有拱桥的较大跨越能力和简支梁桥对地基适应能力强的两大特点。拱的推力由系杆承受，系杆的含义就是一个将两拱脚相互联系在一起的水平构件，因而墩台不承受水平推力。据拱肋和系杆（梁）相对刚度的大小及吊杆的布置型式可以分为：具有竖直吊杆的柔性系杆刚性拱——称系杆拱（图3-1-4a)；具有竖直吊杆的刚性系杆柔性拱——称蓝格尔拱（图3-1-4b)；具有竖直吊杆的刚性系杆刚性拱——称洛泽拱（图3-1-4c）。以上三种拱，当用斜吊杆来代替竖直吊杆时，称为尼尔森拱（图3-1-4d、e、f)。拱桥的主要类型组合体系拱桥：无推力拱图3-1-4组合体系拱拱桥的主要类型组合体系拱桥：无推力拱柔性系杆刚性拱刚性系杆柔性拱（蓝格尔拱）刚性系杆刚性拱（洛泽拱）芜湖元泽桥刚拱刚梁体系，拱肋和纵向主梁均采用箱形截面云阳桥,江苏省新城黄河桥兰州市拱桥的主要类型斜吊杆尼尔森拱新木津川大桥，日本大阪拱桥的主要类型(2）有推力的组合体系拱此种组合体系拱没有系杆，由单独的梁和拱共同受力，拱的推力仍由墩台承受。图3-1-5g）是刚性梁柔性拱（倒蓝格尔拱）；图3-1-4h）是刚性梁刚性拱（倒洛泽拱）。拱桥的主要类型组合体系拱桥：有推力拱刚性梁柔性拱（倒蓝格尔拱）刚性梁刚性拱（倒洛泽拱）拱桥的主要类型2.按主拱圈截面形式分类板拱双曲拱箱形拱钢管混凝土拱混凝土肋拱劲性骨架混凝土拱主拱圈截面形式拱桥的主要类型(1)板拱桥板拱又可分为石板拱、混凝土板拱和钢筋混凝土板拱等主拱圈采用矩形实体截面的拱桥称为板拱桥构造简单、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拱桥的主要类型(2)混凝土肋拱它是将板拱划分成两条或多条分离的、高度较大的拱肋，肋与肋间用横系梁相联。这样就可以用较小的截面面积获得较大的截面抵抗矩，从而节省材料，减轻拱桥的自重，因此多用于大、中跨径的拱桥工字形拱肋上承式钢筋混凝土拱肋下承式拱桥的主要类型(3)双曲拱主拱圈横截面由一个或数个横向小拱单元组成，由于主拱圈的纵向及横向均呈曲线形，故称之为双曲拱桥.卫东桥,无锡缺点:施工工序多、组合截面整体性较差和易开裂等.湘江一桥（橘子州桥）国内最长双曲拱桥拱桥的主要类型(4)箱形拱闭口箱形截面，截面抗扭刚度大，横向整体性和结构稳定性好，特别适用于无支架施工目前采用最多的截面形式四川省涪陵：乌江大桥转体施工拱桥的主要类型(5)钢管混凝土拱重庆巫山长江大桥钢管混凝土属于钢-混凝土组合结构中的一种。它借助内填混凝土增强钢管壁的稳定性，同时又利用钢管对核心混凝土的套箍作用，使核心混凝土处于三向受压状态，从而使其具有更高的抗压强度和抗变形能力。拱桥的主要类型钢管混凝土拱桥具有以下优点：承载能力大，正常使用状态是以应力控制设计，外表不存在混凝土裂缝问题.拱桥的主要类型钢管混凝土拱桥具以下优点施工时适应能力大无支架缆索吊装转体施工悬臂施工主拱圈制作装配转体合龙北盘江铁路桥拱桥的主要类型(6)劲性骨架混凝土拱桥劲性骨架拱桥与普通钢筋混凝土拱桥的区别在于前者以钢骨拱桁架作为受力筋，它可以是型钢，也可以是钢管，采用钢管作劲性骨架的混凝土拱又可称为内填外包型钢管混凝土拱。它主要用在大跨度拱桥中，同时也解决了大跨度拱桥施工的“自架设问题”，即首先架设自重轻、刚度、强度均较大的钢管骨架，然后在空钢管内压注混凝土形成钢管混凝土，使骨架进一步硬化，再在钢管混凝土骨架上外挂模板浇注外包混凝土，形成钢筋混凝土结构。在这种结构中，钢管和随后形成的钢管混凝土主要是作为施工的劲性骨架来考虑的。成桥后，它也可以参与受力.拱桥的主要类型(6)劲性骨架混凝土拱桥拱桥的主要类型是我国首个被邀请参加国际桥梁研讨会的桥梁该桥的建成，使我国当代拱桥建筑水平处于世界领先地位。重庆万县长江大桥于1997年完工，跨径420米劲性骨架(7)钢拱桥拱桥的主要类型重庆朝天门长江大桥于2009年建成，跨径552米世界最大跨钢桁架拱桥上海卢浦大桥于2003年建成，跨径550米世界最大跨钢箱梁拱桥2拱桥的设计与构造0l每孔拱跨两个起拱线之间的水平距离l0-净跨径l-计算跨径f0-净矢高f-计算矢高f/l-矢跨比l相邻两拱脚截面形心点之间的水平距离。因为拱圈（或拱肋）各截面形心点的连线称为拱轴线，故也就是拱轴线两端点之间的水平距离拱顶截面下缘至起拱线连线的垂直距离0f拱顶截面形心至相邻两拱脚截面形心之连线的垂直距离ff/l,f0/l0拱圈（或拱肋）的净矢高与净跨径之比，或计算矢高与计算跨径之比2拱桥的设计与构造§1-2拱桥的设计与构造拱桥的总体布置包括：桥位选择；选定桥梁的结构型式；确定桥梁的长度、跨径、孔数、桥面标高、主拱圈的矢跨比等。一、设计高程和矢跨比的确定f0l0桥面标高起拱线标高拱顶底面标高基础底面标高拱桥的标高主要有四个：桥面标高、拱顶底面标高、起拱线标高、基础底面标高。设计高程和矢跨比的确定拱桥桥面的标高，一般由道路路线纵断面设计来控制，同时要保证桥下净空能满足泄洪、通航或通车的要求。桥面标高确定后，减去拱顶填料厚度（一般包括桥面铺装在内厚度为0.3～0.5m），就可得到拱顶上缘（拱背）的标高。根据跨径大小、荷载等级、主拱圈材料规格等条件估算出拱圈的厚度，即可推算出拱顶底面标高。拟定起拱线标高时，为了尽量减小桥墩（台）基础底面的弯矩、节省墩台的圬工数量，一般宜选择低拱脚的设计方案。但具体设计时，拱脚位置往往又受到通航（通车）净空、泄洪、流冰等条件的限制，并要符合桥梁设计规范的有关规定。设计高程和矢跨比的确定设计洪水位≤2/3f0≥1.0mf0通航净空要求设计通航水位拱桥桥下净空的有关规定跨径大小在分孔时已初步拟定，根据跨径及拱顶、拱脚标高，就可以确定主拱圈的矢跨比．有时也可先行确定主拱圈的净矢跨比，然后根据净跨径及拱顶底面标高确定起拱线标高．设计高程和矢跨比的确定主拱圈的矢跨比是拱桥的重要设计参数之一。它的大小不仅影响拱圈内力的大小，而且也影响到拱桥的构造型式、施工方法的选择及拱桥的外观造型。设计矢跨比不当对桥梁的影响①矢跨比过小②矢跨比过大2）拱桥的矢跨比设计高程和矢跨比的确定一般情况下，主拱的矢跨比可参照下表的范围选用。拱桥结构型式矢跨比范围备注圬工板拱1/4～1/6不宜小于1/8箱形拱桥1/5～1/8不宜小于1/10钢筋混凝土桁架拱、刚架拱桥1/6～1/10不宜小于1/12钢筋混凝土柔性系杆刚性拱1/4～1/5刚性系杆柔性拱1/5～1/7不等跨连续拱桥的处理二、不等跨连续拱桥的处理从受力角度来讲，多孔连续拱桥最好选用等跨或分组等跨的分孔方案。但在受地形、地质、通航等条件的限制，或引桥很长，考虑与桥面纵坡协调一致，或对桥梁的美观有特殊要求时，可以考虑采用不等跨的分孔。不等跨连续拱桥的处理对于不等跨拱桥，一个很重要的问题是相邻孔之间的恒载不平衡推力，给桥墩和基础带来了不利影响。在采用柔性墩的多孔连续拱桥中，还需考虑恒载不平衡推力产生的连拱作用，使计算和构造复杂。为了减小或消除这个不平衡推力，改善桥墩、基础的受力状况，节省材料，降低造价，须采取相应的措施：①采用不同的矢跨比②采用不