第二章 拱桥的构造及设计ppt课件.ppt

1,第二章 拱桥的构造及设计,第二章 拱桥的构造及设计,2,第一节 上承式拱桥的构造与设计,上承式拱桥分为两大类：一类是普通型上承式拱桥，这类拱桥由主拱（圈）、拱上传载构件、桥面系组成，主拱（圈）是主要承重结构；另一类是整体型上承式拱桥，这类拱桥则是由主拱片（指由拱圈与拱上传载构件组成的整体结构）和桥面系组成，主拱片是主要承重结构。,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,3,普通上承式拱桥 和 整体型上承式拱桥,四川省涪陵：乌江大桥,转 体 施 工,主 拱 片,整体型上承式拱桥,主拱片（指由拱圈与拱上传载构件组成的整体结构）和桥面系组成，主拱片是主要承重结构,由主拱（圈）、拱上传力构件、桥面系组成，主拱（圈）是主要承重结构,普通上承式拱桥,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,4,普通上承式拱桥,整体型上承式拱桥,江界河桥,万 县 长 江 公 路 大 桥,桁式组合拱桥,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,5,板拱指主拱圈采用整体实心矩形截面的拱。材料: 石板拱、素混凝土板拱、钢筋混凝土板拱。,拱 圈 的 厚 度,截面变化规律,等 截 面（常用）,变 截 面,h,根据主拱圈截面形式可分为：板拱，肋拱，箱形拱，双曲拱,1.普通型上承式拱桥,板拱,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,6,根据主拱圈截面形式可分为：板拱，肋拱，双曲拱，箱形拱,立 面 图,I I,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,7,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。,拱肋的数目和间距以及截面型式主要根据桥梁宽度、肋型、材料性能、荷载等级、施工条件、拱上结构等各方面综合考虑决定。,桥梁宽度,20m 以上， 分离的双幅双肋拱， 多肋拱,20m 以下， 双 肋 拱,宽 跨 比： 大于1/20; 小于1/20 将带来横向稳定问题,根据主拱圈截面形式可分为：板拱，肋拱，箱形拱，双曲拱,板拱,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,8,根据主拱圈截面形式可分为：板拱，肋拱，双曲拱，箱形拱,肋拱截面形式,矩形：肋高h(1/401/60)L，宽 b=(0.52.0)h,工字形：肋高h(1/251/35)L，宽b=(0.40.5)h,钢管混凝土：肋高h(1/451/65)L,箱形肋拱：肋高h(1/501/70)L,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,9,主拱圈截面由 多室箱 构成的拱称为 箱形拱,预制组合薄腹单室箱,马鸣溪金沙江大桥宜宾市,箱形拱,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,10,主 要 特 点,截面挖空率大 ( 50% 60% ),中性轴居中,抗弯和抗扭刚度大，整体性好,制作要求高，吊装设备多,单条箱肋刚度较大，稳定性较好，能单箱肋成拱，便于无支架吊装,结 构 受 力,施 工,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,11,多条闭合箱肋组成的多室箱形截面 (c),截面组成方式,由多条U形肋组成的多室箱形截面 (a),多条工形肋组成的多室箱形截面 (b),单箱多室截面 (d),便于无支架吊装,拱 支 架 施 工,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,12,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,13,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,14,箱形拱的构造与施工方法关系,岷江大桥,钢筋混凝土 箱形 拱桥,无支架缆索吊装,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,15,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. 过时的技术,湘江一桥（橘子州桥）国内最长双曲拱桥,双曲拱桥,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,16,双曲拱桥的主要特点是将主拱圈以“化整为零”的方法按先后顺序进行施工，再以“集零为整”的组合式整体结构承重。满足施工及运营过程中的强度、刚度 、纵横向稳定性。,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,17,2.整体型上承式拱桥,桁架拱桥,整体型上承式拱,普通桁拱桥桁式组合拱,刚架拱桥,A,B,C,D,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,18,1）桁架拱桥: 结构形式,桁架拱桥又称拱形桁架桥。桁架拱桥是一种有水平推力的桁架结构，其上部结构由桁架拱片、横向联结系和桥面系组成。桁架拱片是主要承重结构，由上、下弦杆、腹杆和实腹段组成,上叶桥，浙江省三门县,该桥每孔布置4片斜拉杆式拱片,斜拉杆式桁架拱片,横向联系,桥面系,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,19,桁架拱片是主要承重结构，由上、下弦杆、腹杆和实腹段组成,上 弦 杆,下 弦 杆,腹 杆,腹 杆,实腹段,桁架拱桥: 结构形式,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,20,桁 架 拱 半 拱 立 面,桁架拱桥: 结构形式,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,21,桁架拱桥: 结构形式,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,22,三角形,带竖杆三角形,斜 压 式,斜 拉 式,1. 斜杆式桁架拱 桥,2. 竖杆式桁架拱 桥,3. 桁肋式桁架拱桥,节点易开裂,桁架拱桥: 结构形式,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,23,桁架拱桥: 结构形式,1. 混凝土斜 压 杆式桁架拱 桥,2. 混凝土斜 拉 杆式桁架拱 桥,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,24,1. 作为主要承重结构的桁架拱片在施工期间单独受力，在竣工后与桥面板共同受力。,2. 下弦杆为拱形，上弦杆一般与桥道结构组合成一整体而共同工作.,3. 桁架拱在荷载作用下具有水平推力，使跨中实腹段在恒载作用下弯矩减小，主要承受轴向压力，在活载作用下将承受弯矩，成为一偏心受压构件，即具有拱的受力特点,结构特点,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,25,4. 把普通型上承式拱的传载构件（拱上结构）与拱肋连成整体，拱与拱上结构共同受力，相当于加大了拱圈高度，各杆件又主要承受轴力，所以又具有桁架的受力特点。由于桁架拱兼备了桁架和拱式结构的有利因素，因此能充分发挥材料的受力性能。 5. 由于桁架拱外部通常采用两铰结构，因而基础位移、温度变化等产生的附加内力较小，适合软弱地基需要,结构特点,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,26,桁 架 拱 桥： 结 构 优 缺 点,2. 缺点： 节点开裂问题。 大跨度桁架组合拱桥的适用性。,1. 优点：利用拱上建筑与拱圈共同作用原理，预制桁式拱片，装配程度高、整体性好，自重轻、用料省，适用于软土地基的中、小跨度桥梁。,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,27,上弦杆,实腹段,桥面板参与受力,上 弦 杆,桁 架 拱 桥： 结 构 构 造 (桁架拱片),上弦杆和实腹段构成桁架拱片的上边缘，上弦杆轴线平行于桥面，考虑到桥面板参与受力，上弦杆和实腹段轴线应是包括桥面板在内的截面重心之连线。,下弦杆的轴线可以采用圆弧线、二次抛物线和悬链线等。通常是恒载压力线越接近下弦轴线，腹杆内力越小。,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,28,桁 架 拱 桥： 结 构 构 造 (桁架拱片),主要尺寸,a、桁架拱片的节间间距一般小于跨度的1/81/12；b、桁架拱片实腹段长度一般为跨度的0.30.5倍；c、下弦杆常采用等截面（一般为矩形），高为跨度的1/80-1/100;d、上弦杆截面形式与桥面构造有关；e、腹杆一般采用矩形截面，高度为下弦杆高度的1/1.5-1/2；f、净矢跨比：1/6 1/10,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,29,桁 架 拱 桥： 结 构 构 造 (横向联系),第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,30,桁 架 拱 桥： 结 构 构 造 (桥面系),桁架拱桥桥面板既承受局部荷载，又与桁架拱片形成整体，共同受力。桥面结构形式很多，有横向微弯板、纵向微弯板和预应力混凝土空心板等。,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,31,桁 架 拱 桥： 结 构 构 造 (桁架拱片与墩台的连接),悬 臂 方 式,过 梁 式,伸 入 式,受力明确,下弦杆与墩（台）的连接一般是在墩（台）帽上预留深10cm左右（或与肋高相同）的槽孔，将下弦杆插入并封以砂浆。在跨径较大时，由于墩（台）位移等原因，往往造成支承面局部承压，引起反力偏心和结构内力变化，故宜采用较完善的铰接。,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,32,2）刚 架 拱 桥,刚架拱片,横 向 联 系,桥 面 系,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,33,刚 架 拱 桥,主 拱 腿,次 拱 腿,主 梁,次 梁,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,34,刚 架 拱 桥,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,35,刚架拱桥属于有推力的高次超静定结构，具有构件少、质量轻、整体性好、刚度大、施工简便、造价低、造型美观等优点，可在软土地基上修建，被用于跨径为25m70m的桥梁。,斜 腿 刚 构,刚 架 拱 桥,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,36,拱上建筑是拱桥的一部分，按照拱上建筑采用的不同构造方式，可将拱桥分为实腹式和空腹式两种。,二、拱 上 建 筑 构 造,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,37,1.实 腹 式 拱 上 建 筑,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,38,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,39,苏 州 宝 带 桥,实 腹 式 拱 桥,空 腹 式 拱 桥,小跨径 多孔 桥梁结构,实 腹 式 拱 桥,空 腹 式 拱 桥,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,40,2.空 腹 式 拱 上 建 筑,大、中跨径的拱桥，特别是当矢高较大时，应以空腹式拱上建筑为宜。空腹式拱上建筑除具有实腹式拱上建筑相同的构造外，还具有腹孔和腹孔墩。,腹 孔,腹 孔 墩,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,41,1）腹孔根据腹孔构造，可分为拱式拱上建筑和梁式拱上建筑两种。（1）拱式拱上建筑拱式拱上建筑构造简单，外形美观，但重量较大、一般用于圬工拱桥。腹孔的型式和跨径的选择，要既能减轻拱上建筑的重量，又不致因荷载过分集中于腹孔墩处，给主拱圈受力状况造成不利影响，同时还要使拱桥外型协调美观。（2）梁式拱上建筑梁式腹孔拱上建筑，可减轻拱上重量，降低拱轴系数（使拱上建筑的恒载分布接近于均布荷载），改善拱圈在施工过程中的受力状况，获得更好的经济效果。腹孔的布置与上述拱式拱上建筑的腹拱布置要求基本相同。,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,42,空腹式拱上建筑腹孔又分为 拱式 和 梁式 两种。,拱 式,梁 式,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,43,（1） 空 腹 式 拱 桥：拱 式 拱 上 建 筑,桥墩（台）上腹拱的布置方式,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,44,拱上拱式建筑,全 空 腹,部 分 空 腹 （实腹段）,拱式拱上建筑构造简单，外形美观，但重量较大、一般用于圬工拱桥。腹孔的型式和跨径的选择，要既能减轻拱上建筑的重量，又不致因荷载过分集中于腹孔墩处，给主拱圈受力状况造成不利影响，同时还要使拱桥外型协调美观。,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,45,空 腹 式 拱 桥：拱 式 拱 上 建 筑,部 分 空 腹 （实腹段）,全 空 腹,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,46,梁式腹孔拱上建筑，可减轻拱上重量，降低拱轴系数（使拱上建筑的恒载分布接近于均布荷载），改善拱圈在施工过程中的受力状况，获得更好的经济效果。腹孔的布置与上述拱式拱上建筑的腹拱布置要求基本相同。,（2）空 腹 式 拱 桥：梁 式 拱 上 建 筑,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,47,梁式腹孔结构有简支、连续和框架式等多种型式。简支腹孔（纵铺桥道板梁） 简支腹孔由底梁（座）、立柱、盖梁和纵向简支桥道板（梁）组成。 这种型式的结构体系简单，基本上不存在拱与拱上结构的联合作用，受力明确，是大跨径拱桥拱上建筑主要采用的型式。连续腹孔（横铺桥道板梁） 连续腹孔由立柱、纵梁、实腹段垫墙及桥道板组成。 桥面板横置，拱顶上只有一个板厚（含垫墙）及桥面铺装厚，建筑高度很小，适合于建筑高度受限制的拱桥。 框架腹孔 框架腹孔在横桥向根据需要需设置多片，每片通过系梁形成整体。,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,48,实 腹 段,带 实 腹 段 的 简 支 腹 孔,简 支 腹 孔,全 空 腹 式 的 简 支 腹 孔,结构体系简单，基本上不存在拱与拱上结构的联合作用，受力明确，是大跨径拱桥拱上建筑主要采用的型式,全空腹式腹孔数宜采用奇数，避免拱顶设有立柱，使拱顶受力不利,空 腹 式 拱 桥：梁 式 拱 式 建 筑,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,49,连 续 腹 孔,框 架 式 腹 孔,主要用于肋拱桥。其特点是桥面板横置，拱顶上只有一个板厚（含垫墙）及桥面铺装厚，建筑高度很小，适合于建筑高度受限制的拱桥。,框架腹孔在横桥向根据需要需设置多片，每片通过系梁形成整体。,空 腹 式 拱 桥：梁 式 拱 式 建 筑,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,50,空 腹 式 拱 桥：梁 式 拱 上 建 筑,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,51,2）腹孔墩,腹孔墩可分为横墙式或排架式两种。（1）横墙式 这种腹孔墩采用横墙式墩身，一般用圬工材料砌筑或现浇混凝土形成，施工简便。 （2）排架式 排架式腹孔墩是由立柱和盖梁组成的钢筋混凝土排架结构。,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,52,腹 孔 墩,腹孔墩：横墙式,腹孔墩：排架式,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,53,横墙式 腹孔墩，自重较大，但节省钢材，多用于砖、石拱桥中,底梁能使横墙传下来的压力较均匀地分布到主拱圈全宽上,底梁常采用素混凝土结构,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,54,排架式腹孔墩是由立柱和盖梁组成的钢筋混凝土排架结构。为了使立柱传递给主拱圈的压力不致于过分集中，通常在立柱下面设置底梁。 立柱和盖梁常采用矩形截面,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,55,一端固结杆水平 抗推刚度,为了使拱上结构不参与主拱受力，可以将腹孔墩的上下端设铰，使它成为仅受轴向压力的受力构件，以改善拱上建筑腹孔墩的受力情况,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,56,1.拱上填料、桥面及人行道,拱上填料,当拱上填料厚度（包括桥面铺装厚度）等于或大于50cm时，设计计算中不计汽车荷载的冲击力。,若是直接在拱顶截面上缘以上铺筑混凝土桥面，此时应计入汽车荷载的冲击力,三、其他细部构造,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,57,2.伸 缩 缝 与 变 形 缝,拱上建筑与主拱圈的共同作用,温度下降时的变形,提高主拱圈的承载能力主拱圈的变形约束，产生附加内力,半跨加载时的变形,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,58,构造上采取必要的措施,伸 缩 缝 与 变 形 缝,伸缩缝,2.伸 缩 缝 与 变 形 缝,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,59,3.排 水 与 防 水 层,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,60,排 水 与 防 水 层,对跨线桥、城市桥或其它特殊桥梁，需设置全封闭式排水系统,防水层在全桥范围内不宜断开，在通过伸缩缝或变形缝处应妥善处理，使其既能防水又可以适应变形。,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,61,4.拱 桥 中 铰 的 设 置,拱桥中需要设置铰的情况有四种：（1）按两铰拱或三铰拱设计的主拱圈；（2）按构造要求需要采用两铰拱或三铰拱的腹拱圈；（3）需设置铰的矮小腹孔墩，即将铰设置在墩上端与顶梁和下端与底梁的连接处；（4）在施工过程中，为消除或减小主拱圈的部分附加内力，以及对主拱圈内力作适当调整时，需要在拱脚处设置临时铰。,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,62,拱 桥 中 铰 的 设 置,两铰拱,三铰拱,构造要求：两铰或三铰腹拱,矮 小 腹 孔 墩 设 铰,腹拱,施工过程中设临时铰,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,63,拱 桥 中 铰 的 设 置: 常用拱铰型式,1. 弧形铰,2. 铅垫铰,3. 平 铰,4. 不完全铰,5. 钢 铰,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,64,拱 桥 中 铰 的 设 置: 不 完 全 铰,多用在小跨径或轻型的拱圈以及空腹式拱桥的腹孔墩柱上，其构造是将拱截面突然减小（一般为全截面的1/32/5），以保证该截面的转动功能。在施工时拱圈不断开，使用时又能起铰的作用。由于截面突然变小而使其应力很大，容易开裂，故必须配以斜钢筋。部分桥梁在运营过程中封铰全断面承受恒活载。,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,65,拱 桥 中 铰 的 设 置: 钢 铰,理想铰,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,66,四、拱 桥 的 设 计,1.拱桥的总体布置拱桥总体布置应包括：拟定结构体系及结构型式；拟定桥梁的长度、跨径、孔数、拱的主要几何尺寸、桥梁的高度、墩台及其基础型式和埋置深度、桥上及桥头引道的纵坡等。,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,67,(1)确定桥梁的长度及分孔,桥台之间的总长度,泄洪总跨径,桥 台 位 置,通航、地形、地质,结构体系、结构形式、施工条件,单孔 ,多孔,通航孔跨径,通 航 标 高,通 航 等 级,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,68,(2)确定桥梁的设计标高和矢跨比,桥面标高：两岸线路的纵断面设计所控制。桥下净空控制桥面最小高度，并且还需满足宣泄设计洪水流量或不同航道等级所规定的桥下净空界限的要求。,拱顶底面标高起拱线标高： 矢跨比基础底面标高：冲刷深度，地基承载能力,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,69,2.不等跨连续拱桥的处理方法,多孔连续拱桥最好选用等跨或分组等跨的分孔方案。但当受地形、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时，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 。不等跨拱桥，由于相邻孔的恒载推力不相等，使桥墩和基础增加了恒载的不平衡推力。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。为了减小这个不平衡推力，改善桥墩、基础的受力状况，节省材料和造价，可采用以下措施。,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,70,（1）采 用 不 同 的 矢 跨 比,利用矢跨比与推力大小成反比的关系，在相邻两孔中，大跨径用较陡的拱（矢跨比较大），小跨径用较坦的拱（矢跨比较小），使两相邻孔在恒载作用下的不平衡推力尽量减小。,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,71,（2）不 同 拱 脚 标 高,基底弯距平衡,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,72,不 同 拱 脚 标 高,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,73,（3）调 整 拱 上 建 筑 的 恒 载 重 量,湘潭湘江桥,钢筋混凝土工字型拱肋 ( 5条)空 腹 式,片石混凝土板拱实 腹 式,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,74,（4）不 同 类 型 的 拱 跨 结 构,中承式钢管混凝土拱,中承式钢管混凝土拱,钢筋混凝土拱肋,高明桥，广东省高明县,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,75,湘潭湘江桥,钢筋混凝土工字型拱肋 ( 5条),片石混凝土板拱,拱肋 宽X高 180cm X 160cm,不 同 类 型 的 拱 跨 结 构,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,76,混凝土纵横梁,纵横梁：钢结构,V 腿三角块 端平衡,不 同 类 型 的 拱 跨 结 构,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,77,3.拱轴线的选择和拱上建筑的布置,（1）圆弧线在均布径向荷载作用下（如水压力），拱的合理拱轴线为一圆弧线 。（2）悬链线 实腹式拱桥的恒载集度，从拱顶向拱脚是均匀增加的（均变荷载），这种荷载分布图式的拱圈的压力线是一条悬链线。因此，实腹式拱桥采用悬链线作拱轴线。在结构自重作用下，当不计拱圈由结构自重弹性压缩产生的影响时，拱圈截面将只承受轴力而无弯矩。 （3）抛物线在竖向均布荷载作用下，拱的合理拱轴线是二次抛物线。对于结构自重集度比较接近均布的拱桥，往往可以采用二次抛物线作为拱轴线。,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,78,拱轴线应满足以下要求：即要求尽量减小拱圈截面的弯矩，使主拱圈在计入弹性压缩、温升温降、混凝土收缩徐变等影响后，各主要截面的应力较为均匀，且最大限度减小截面拉应力，最好是不出现拉应力；对于无支架施工的拱桥，尚应满足各施工阶段的要求，并尽可能少用或不用临时性施工措施，以便于施工。,径 向 荷 载,实腹式拱的恒载集度,竖向均布荷载,悬链线拱,圆弧拱,抛物线拱,第二章 拱桥的构造及设计 第一节 上承式拱桥的构造与设计,79,第二节 中、下承式钢筋混凝土拱桥的设计与构造,一、概述中承式拱桥的行车道位于拱肋的中部，桥面系（行车道、人行道、栏杆等）一部分用吊杆悬挂在拱肋下，一部分用刚架立柱支承在拱肋上 。下承式拱桥的桥跨结构由拱肋、悬吊结构和横向联结系三部分组成，如图所示。由于车辆在两片拱肋之间行驶，所以，需要用吊杆将纵、横梁系统悬挂在拱肋下，在纵、横梁系统上支承车道板，组成桥面系（行车道，人行道，栏杆等）。桥面系和这些传力构件统称为悬吊结构。,第二章第二节 中、下承式RC拱桥的设计与构造,80,中承式拱桥总体布置,第二章第二节 中、下承式RC拱桥的设计与构造,81,横 梁,主 拱 圈(拱肋),刚架立柱,流溪桥，广东 从化,中 承 式 拱 桥,第二章第二节 中、下承式RC拱桥的设计与构造,82,原因：大桥吊杆的防护措施失效,中 承 式 拱 桥,第二章第二节 中、下承式RC拱桥的设计与构造,83,中 承 式 拱 桥,第二章第二节 中、下承式RC拱桥的设计与构造,84,下 承 式 拱 桥,85,中 下 承 式 拱 桥 特 点,保持了上承式拱桥的基本力学特性。拱圈混凝土材料抗压。更易满足净空要求更易平衡水平推力降低桥面高度美观,第二章第二节 中、下承式RC拱桥的设计与构造,86,二、中、下承式拱桥的基本组成和构造,1.拱肋中、下承式拱桥的主要承重构件是两个分离式的拱肋，组成拱肋的材料可以是钢筋混凝土、钢管混凝土、劲性骨架混凝土或纯钢材，两片拱肋一般在两个相互平行的平面内。有时也可使两拱肋平面内倾，使之在水平面上的投影呈“X”型（即提篮式拱）以提高拱肋的横向稳定性和承载力。,第二章第二节 中、下承式RC拱桥的设计与构造,87,提 篮 式 拱,提篮拱（又称x型肋拱）显然能提高拱的横向稳定性,菜园坝长江大桥,但提篮供随着倾角的增加，会使下部结构工程数量也相应增加,拱肋的倾斜也会给施工带来困难,降低拱肋的面内极限承载力,X 型肋拱的内倾角也不是越大越好，一般以10度附近为佳,第二章第二节 中、下承式RC拱桥的设计与构造,88,拱 肋,主跨130米中承式钢箱提篮式拱桥,小湾大桥,普通中承式拱桥,两拱肋平面内倾，使之在水平面上的投影呈“X”型（即提篮式拱）以提高拱肋的横向稳定性和承载力。,提篮式拱,第二章第二节 中、下承式RC拱桥的设计与构造,89,拱 肋,拱顶肋高,h： 拱顶肋高L0 ：净跨径 100m ：取为0.61.0m,拱顶肋高,h： 拱顶肋高L0 ： 100m 净跨径 300m : 取为0.61.0 ：取为0.61.0m,肋拱矢跨比的取值在1/41/7之间。 拱肋可以在拱架上立模现浇、也可采用顶制拼装,第二章第二节 中、下承式RC拱桥的设计与构造,90,2.横向联系,为了保证两片拱肋的横向刚度和稳定以承受作用在拱肋、桥面及吊杆上的横向水平力，一般须在两片分离的拱肋间设置横向联系。有时为了满足桥面净空要求和改善桥上的视野而取消行车道以上的横向构件，做成敞口式拱桥。,第二章第二节 中、下承式RC拱桥的设计与构造,91,K 型 对角撑,X 型 对角撑,空格式构造型,横 向 联 系,一字形和H形横撑,第二章第二节 中、下承式RC拱桥的设计与构造,92,一字型 横 撑,K 型 对角撑,横 向 联 系,第二章第二节 中、下承式RC拱桥的设计与构造,93,X 型 对角撑,横 向 联 系,第二章第二节 中、下承式RC拱桥的设计与构造,94,横 向 联 系,空 格 式 构 造 型,第二章第二节 中、下承式RC拱桥的设计与构造,95,横 向 联 系,无 横 向 风 撑,第二章第二节 中、下承式RC拱桥的设计与构造,96,1.拱脚具有牢靠的刚性固结,2.加强在桥面以下至拱脚区段的拱肋间固结横梁的刚度，并设置K撑或X撑,3. 采用刚性吊杆，并与整体式桥面结构或刚度较大的横梁固结,4.加大拱肋的宽度,5.柔性吊杆的“非保向力”作用,第二章第二节 中、下承式RC拱桥的设计与构造,97,3.悬 挂 结 构,刚性吊杆截面一般为矩形，采用预应力混凝土；除承受轴力外，还必须抵抗上下节点处的局部弯矩。为了减小刚性吊杆承受的弯矩，其截面尺寸在顺桥方向应设计得小一些，而在横桥向为了增加拱肋的稳定性，尺寸应该设计得大一些。,吊杆：刚性吊杆,第二章第二节 中、下承式RC拱桥的设计与构造,98,吊杆：柔性吊杆,柔性吊杆一般采用高强钢丝索或冷轧粗圆钢制作，只承受轴力。关键是保证钢索的耐久性，防止钢丝的锈蚀非常重要。钢索的防护方法很多，主要有缠包法和套管法等。目前主要用PE热挤索套防护工艺，直接在工厂制成成品索，简单可靠，且较经济.,第二章第二节 中、下承式RC拱桥的设计与构造,99,横梁中承式拱桥的桥面横梁可以分为固定横梁、普通横梁和刚架横梁三类。为满足搁置和连接桥面板的需要，横梁上缘宽度不宜小于60cm。桥面系与拱肋相交处的横梁一般与拱肋刚性联结，其截面尺寸与刚度比其它横梁大，通常称为固定横梁；通过吊杆悬挂在拱肋下面的横梁称为普通横梁；通过立柱支承在拱肋之上的横梁称为刚架横梁。固定横梁由于其位置特殊，它既要能传递垂直荷载和水平横向荷载，有时还要传递纵向制动力以及从拱肋和桥面传来的弯矩、扭矩和剪力，因此必须与拱肋刚性联结，且其外形须与拱肋和桥面系相适应。,第二章第二节 中、下承式RC拱桥的设计与构造,100,固定横梁,固定横梁,固定横梁,固定横梁,刚架横梁,刚架横梁,普通横梁,普通横梁,普通横梁,普通横梁,吊杆：横梁,第二章第二节 中、下承式RC拱桥的设计与构造,101,纵 梁,纵 梁,横梁的间距一般在4m10m之间，纵梁多采用T形、形小梁，设计成简支梁结构或连续梁结构，或直接在横梁上满铺空心板、实心板,强 纵 梁 弱 横 梁,吊杆：纵梁与行车道系,第二章第二节 中、下承式RC拱桥的设计与构造,102,第三节 拱式组合体系桥的设计和构造,一、概述,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。,第二章第三节 拱式组合体系桥的设计和构造,103,无 推 力 和 有 推 力 的 拱,无粘结预应力系杆拱,无推力拱,系杆,强梁弱拱 （倒蓝格尔拱）,有推力拱,第二章第三节 拱式组合体系桥的设计和构造,104,1.简 支 梁 拱 组 合 式 桥 梁,外部为静定结构，内部为高次超静定结构,第二章第三节 拱式组合体系桥的设计和构造,105,简 支 梁 拱 组 合 式 桥 梁,三埠桥, 广东开平,单肋：箱形加劲梁截面以加劲梁强大的抗扭刚度抵消偏载影响,第二章第三节 拱式组合体系桥的设计和构造,106,2.连 续 梁 拱 组 合 式 桥 梁,第二章第三节 拱式组合体系桥的设计和构造,107,连 续 梁 拱 组 合 式 桥 梁,第二章第三节 拱式组合体系桥的设计和构造,108,3.单 悬 臂 组 合 式 桥 梁,单悬臂组合式桥梁只适用于上承式，采用转体施工特别方便。单悬臂梁拱组合式桥梁实际上是将实腹梁挖空，用立柱代替梁腹板，原腹板剪力主要由拱肋竖向分力及加劲梁剪力平衡。这样的结构加劲梁受拉弯作用，加劲梁采用预应力混凝土，拱肋为钢筋混凝土。,第二章第三节 拱式组合体系桥的设计和构造,109,二、拱式组合体系桥的基本组成和构造,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。,第二章第三节 拱式组合体系桥的设计和构造,110,柔性系杆刚性拱：与普通中下承式拱相同,刚性系杆柔性拱：1.可将拱肋高h从（1/100-1/120)L 压缩到（1/140-1/160)L。2. 若采用刚性吊杆，则横向刚度较大的拱肋、吊杠与系杠组成半框架，一般情况下可不设横梁。设计成敞口桥，使视野开阔 。,1.拱肋,第二章第三节 拱式组合体系桥的设计和构造,111,构造原则：一方面要考虑系杆与拱肋联接，保证系杆能很好地与拱肋共同受力；另一方面又要避免桥面行车道因阻碍系杆受拉而遭到破坏。构造上处理方法有：,a. 在行车道设置横向断缝,b. 系杠采用型刚或扁钢制造,c. 采用独立的刚架混凝土或预应力系杆,2.系杆,第二章第三节 拱式组合体系桥的设计和构造,112,3.吊杆,吊杆一般是长细构件，设计时通常将其作为轴向受力构件考虑，故顺桥向尺寸一般设计得较小，使之具有柔性而不承受弯矩，只承受拉力，横桥向尺寸设计得较大，以增强拱肋的稳定性。吊杆以前多采用钢筋混凝土或预应力混凝土构件，由于钢筋混凝土吊杆易产生裂缝，预应力混凝土吊杆施工麻烦，现在吊杆的发展趋势是采用高强钢丝束或粗钢筋。,第二章第三节 拱式组合体系桥的设计和构造,113,三、拱式组合体系桥的基本力学特征,1.简支梁拱组合体系,简支梁拱组合体系相当于在简支梁上设置加强拱，梁拱端结点刚结，其间布置吊杆，通过调整吊杆张拉力，可使纵梁的受力状态处于最有利状态。可先按吊杆刚性无限大的假设进行计算，得到恒载状态下的弯矩、剪力和轴力图。从图中可以看出，体系中拱肋主要承担轴压力，梁内主要承担轴拉力，而弯矩及剪力主要受节间荷载的影响。,第二章第三节 拱式组合体系桥的设计和构造,114,图3-2-56 恒载状态下的弯矩、轴力及剪力图（a）弯矩；（b）剪力；（c）轴力 （+ 为压， - 为拉）,第二章第三节 拱式组合体系桥的设计和构造,115,2.连续梁拱组合式体系,（1）上承式连续梁拱组合式桥梁 上承式梁拱组合结构，上弦加劲梁承受拉弯作用，下弦拱肋承受压弯作用。这类桥梁是一种用拱肋来加强的连续梁，由空腹范围内上弦产生的拉力，与拱内水平推力组成力矩来平衡截面内连续梁的弯矩；同时连续梁中墩附近的高度依靠拱来加大，使跨中弯矩减少。,第二章第三节 拱式组合体系桥的设计和构造,116,（2）中承式连续梁拱组合式桥梁,它的特点是结构布置合理，造型美观，施工方便。这类桥梁一般由三跨组成，它包括两个边跨的半拱和中跨全拱以及通长的加劲纵梁，其间设置立柱及吊杆，亦即由两个半拱与中间简支梁拱相组合。一般根据连续梁的弯矩图来布置加劲梁的拱肋，在负弯矩区用桥面以下两组拱腿来加强 。梁与拱的弯矩，剪力与轴力的内部分配仍然服从同类上承式连续梁拱组合式桥梁的基本原则。 这类桥型一般用较大的矢跨比，对施工不会带来多大的困难，但可减少水平推力，也可以减少梁内的水平拉力。,第二章第三节 拱式组合体系桥的设计和构造,117,图 3-2-57 中承式连续梁拱组合体系（a）连续梁；（b）连续梁恒载弯矩示意图；（c）中承式连续梁拱组合体系示意图,第二章第三节 拱式组合体系桥的设计和构造,118,（3）下承式连续梁拱组合式桥梁,三跨下承式连续梁拱组合桥梁实际上属三跨变截面连续梁。当中孔用全拱加强后，通过张拉吊杆，显著地减小了中跨主梁的正负弯矩，使得主梁的建筑高度可以大幅度减小。两个边跨由于受到中跨拱的刚度影响，虽减小了负弯矩的负担，但边跨正弯矩比原来的有所增大，因而宜将边跨跨径适当减小。,第二章第三节 拱式组合体系桥的设计和构造,119,图 3-2-58 下承式连续梁拱组合体系,第二章第三节 拱式组合体系桥的设计和构造,