桥梁工程拱桥的设计与构造.pptx

一、主拱圈第一章第一章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造根据截面形式分为板拱、板肋拱、肋拱、箱形拱、双曲拱等。（一）板拱板拱是指主拱（圈）采用整体实心矩形截面的拱。按主拱所采用的材料不同，可分为石板拱、混凝土板拱、钢筋混凝土板拱等。1、板拱主拱的截面宽度、厚度和变化规律（1）板拱的宽度第1页/共86页拱圈宽度小于桥面宽度的拱圈，称为窄拱圈。拟定拱圈宽度时，要使桥面悬出长度适当；一般悬出1.02.5m。考虑采用窄拱圈时，为使拱圈横向稳定性满足要求，拱圈宽度不宜小于跨径的1/20。第一章第一章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造（2）拱圈的厚度o等厚度的小跨径石板拱，初拟厚度时可按下列经验公式：o对变厚度的小跨径石板拱桥，拱顶厚度可按下式估算：第2页/共86页钢筋混凝土拱：拱顶厚度 一般采用跨径的1/601/70。拱脚厚度 估算，对于 中小跨径无铰拱，可取为（1.21.5）。第一章第一章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造（3）拱圈的截面变化规律截面变化规律等截面（常用）变截面（构造复杂）第3页/共86页第一章第一章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造拱截面正应力其中N自拱顶向拱脚逐渐增大；但M变化复杂与结构体系和截面惯性矩I有关，下图为结构体系和截面惯性矩对弯矩的影响第4页/共86页第一章第一章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造无铰拱通常采用的一种惯性矩变化是从拱脚向拱脚逐渐增大，计算公式可采用Ritter公式：式中：I拱圈任意截面的惯性矩；拱顶截面惯性矩；拱圈任意截面的拱轴水平倾角；n 拱厚变化系数，可用拱脚处 =1求得；第5页/共86页第一章第一章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造1、石板拱按照砌筑主拱圈的石料规格不同，分为料石板拱、块石板拱、片石板拱以及乱石板拱等。石板拱对石料质量、强度等级、形体尺寸、砂浆与砌筑工艺有要求。拱圈砌筑构造要求（1）错缝（2）限制砌缝宽度（3）五角石设置第6页/共86页第一章第一章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造拱石编号第7页/共86页第一章第一章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造第8页/共86页第一章第一章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造3、混凝土板拱混凝土板拱采用整体现浇和预制砌筑。整体浇注板拱混凝土等级不低于C25；预制块混凝土的强度等级不得低于C30，砌筑砌块所用砂浆不得低于M10。4、钢筋混凝土板拱第9页/共86页配筋纵向受力钢筋：最小配筋率0.2%0.4%，上下翼缘通常布置。箍筋：应将上下主筋连接起来。分布钢筋：应设在主筋内侧。第一章第一章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造（二）板肋拱板肋拱是由板和肋组成整体拱圈截面的拱。图 板肋拱横截面第10页/共86页第一章第一章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造（三）肋拱p肋拱肋拱是指用两条或多条平行窄拱桥是指用两条或多条平行窄拱桥即拱肋作为主拱圈的拱。即拱肋作为主拱圈的拱。p肋拱具有自重轻，恒载内力小的优肋拱具有自重轻，恒载内力小的优点，可以充分发挥钢筋混凝土等材料点，可以充分发挥钢筋混凝土等材料的性能，大中型拱桥中得到广泛应用。的性能，大中型拱桥中得到广泛应用。1.肋拱截面形式的选择矩形截面工字截面箱型界面管状截面拱肋自重大小截面特性压、弯、扭施工方便性轮廓美观性钢管混凝土拱桥第11页/共86页第一章第一章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造2.肋拱的轮廓尺寸钢筋混凝土拱肋矩形截面工字性截面箱型截面肋高肋宽h=(1/401/60)Lb=(0.5-2.0)hh=(1/251/35)Lb=(0.4-0.5)h参考工字形断面参考箱拱截面设计，考虑箱拱数量少的因数后计算确定第12页/共86页第一章第一章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造（三）箱拱箱拱：主拱圈由多箱室构成的拱，箱形拱通常采用预制拼装施工。钢筋混凝土箱形拱主要特点截面挖空率大中性轴居中抗弯和抗扭刚度大，整体性好制作要求高，吊装设备多第13页/共86页第一章第一章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造钢筋混凝土箱板拱拱圈截面尺寸拟定拱圈高度拱圈宽度箱肋宽度顶底板和腹板h:拱圈高度（m):拱圈净跨径（m):常数，0.70.9m一般取桥宽的1.00.6倍一般不小于跨径的1/20与吊装能力有关，一般1.21.7m顶底板厚度一般为15cm22cm两外腹板一般为12cm15cm内外腹板一般为4cm5cm为保证安全，应进行压溃及局部应力验算第14页/共86页第一章第一章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造箱拱内横隔板设置考虑箱拱横格板作用设置位置设置厚度提高抗扭能力，保证箱壁的局部稳定性；帮助集中力在箱内的扩散。箱肋段端部、吊点、拱上立柱处其余部为每隔3m-5m设一道68cm第15页/共86页第一章第一章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造箱拱间的横向连接细节横向接头的作用：保障各预制箱形拱肋形成拱圈的整体受力能力。第16页/共86页二、拱铰第一章第一章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造（1）当拱桥主拱圈按两铰拱或三铰拱设计主拱圈；（2 2）按构造要求需要采用两铰拱或三铰拱的腹拱圈；（3 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 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17页/共86页拱拱 桥桥 中中 铰铰 的的 设设 置置 两铰拱 三铰拱 构造要求：两铰或三铰腹拱 矮 小 腹 孔 墩 设 铰 临时铰临时铰无铰拱腹拱第一章第一章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造第18页/共86页第一章第一章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造不完全拱铰拱铰的主要类型有：弧形铰、铅垫铰和平铰等。弧形铰平铰第19页/共86页第一章第一章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造三、拱上建筑的构造拱上建筑普通上承式拱桥：桥面系和传承构件或填充物统称拱上建筑整体式上承式拱桥：桥面系拱上建筑的作用：(1)拱桥的重要组成部分，（2）约束主拱圈由温度变化和混凝土收缩等引起的变形。拱上建筑的形式一般分为实腹式和空腹式两大类第20页/共86页（一）实腹式拱上建筑第一章第一章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造实腹式拱桥实腹式拱桥建筑由填料、侧墙、护拱、变形缝、防水层、泄水管以及桥面系组成。结构特点：构造简单、施工方便，调料数量较多，恒载较多。受力特点：拱上建筑与拱圈共同受力。第21页/共86页（二）空腹式拱上建筑第一章第一章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造空腹式拱桥建筑由多腹孔结构和桥面系组成。分拱式和梁式。空腹式（拱式空腹）拱上建筑第22页/共86页第一章第一章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造空腹式（梁式空腹）拱上建筑第23页/共86页第一章第一章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造1.拱式拱上建筑(1)结构特点：构造特点，外形美观，质量大。(2)受力特点：拱上建筑与拱圈共同受力。(3)布置：对称布置在拱上建筑高度所容许的自拱脚向拱顶一定范围内。拱式拱上建筑第24页/共86页第一章第一章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造（4）腹孔和腹孔墩 腹孔对称布置在主拱圈建筑高度所容许的自拱脚，一般每半跨不宜超过主跨径1/4-1/3。腹孔跨数或跨径随径随桥跨大小而不同，对中小跨径的拱桥，一般为3-6孔。腹孔墩由底梁、墩身和墩帽组成；分横墙式和排架式。横墙式腹孔墩排架式腹孔墩第25页/共86页第二章第二章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造（a)将腹拱的拱铰直接支承在墩(台）上（b)跨过墩顶，使桥墩两侧的腹孔相连（5）腹拱圈：石砌、预制混凝土或现浇混凝土圆形弧拱。（6）腹拱与墩台的连接有两种做法：第26页/共86页第一章第一章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造2.梁式拱上建筑特点：使桥梁造型更加轻巧美观，减轻拱上重力和地基承压力，以便获得更好的技术经济效果。（1)简支腹拱特点：结构体系简单，基本上不存在主拱与拱上建筑（结构）的联合作用，受力明确。第27页/共86页第二章第二章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造（2)连续腹拱（横浦桥道板梁）特点：桥道板横置，拱上建筑与主拱共同作用明显，建筑高度小；但结构整体性及刚度较低，容易形成单板受力，长期动荷载作用下容易开裂且振感强烈。连续腹拱布置（3)框架腹拱（横浦桥道板梁）特点：腹拱与主拱的联合作用特别明显，受力不够明确。框架腹拱布置第28页/共86页（三）拱上立柱与主拱圈、盖梁的连接第二章第二章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造立柱现浇接头第29页/共86页（四）拱顶填料、桥面铺装及人行道（四）拱顶填料、桥面铺装及人行道第二章第二章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造一般情况下，主拱圈及腹拱圈的拱顶填料厚度（包括桥面厚度）不宜小于30cm。当填料厚度（包括路面厚度）等于或大于50cm。设计计算中不计汽车冲击荷载。拱圈桥面铺装应根据桥梁所在的公路等级、使用要求、交通量大小以及桥型等条件综合考虑确定。第30页/共86页（五）伸缩缝与变形缝（五）伸缩缝与变形缝第二章第二章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造通常变形较大的位置设置伸缩缝，而相对变形较小处设置变形缝。对小跨径实腹式拱桥，伸缩缝设在两脚脚的上方，并在桥宽方向贯通全宽和侧墙全高及至行人道。小跨径实腹式拱桥伸缩缝小跨径实腹式拱桥伸缩缝第31页/共86页拱式腹孔的伸缩缝和变形缝拱式腹孔的伸缩缝和变形缝对拱式空腹拱桥，通常紧靠墩台的第一个腹拱做成三铰拱，并在紧靠墩台的铰拱上方设置伸缩缝，并贯同全桥，而其余两拱铰上方设置变形缝。对大跨径实腹式拱桥，还应将靠拱顶的腹拱做成两铰或三铰拱，并在拱上设变形缝，以使拱上建筑更好的适应主拱和变形。第二章第二章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造第32页/共86页梁式空腹式拱桥伸缩缝设置梁式空腹式拱桥伸缩缝设置对梁式腹孔，通常是在桥台和墩顶立柱处设置标准伸缩缝，而在其余立柱处采用桥面连接。第一章第一章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造第33页/共86页（四）排水和防水（四）排水和防水第二章第二章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造图图 拱桥桥面排水装置拱桥桥面排水装置第34页/共86页第二章第二章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造图图 防水层与腹拱泄水管的设置防水层与腹拱泄水管的设置第35页/共86页第二节 整体型上承式钢筋混凝土拱桥设计与构造第二章第二章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造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整体式上承式拱桥：由拱片（指由拱圈与拱上传载构件组成的整体结构）与桥面系组成的整体，分不出主拱圈和拱上结构，主拱片是主要承重结构。第36页/共86页一、桁架拱桥一、桁架拱桥（一）普通桁拱桥普通桁架拱：普通桁架拱桥由桁架片、横向联结系和桥面联组成（如下图）。第二章第二章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造桁架拱桥上部构造示意图第37页/共86页第二章第二章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造受力特征：（1）桁架拱在荷载作用下具有水平推力，使跨间弯矩减小，跨中实腹段以压为主，具有拱的受力特征。（2）拱与拱上结构共同受力，各杆件主要承受轴力，具有桁架受力特征。优点：（1）桁架拱桥可采用钢筋混凝土和预应力混凝土材料建造，且结构刚度大、质量轻、节省材料，受力合理，结构轻巧。（2）通常采用两铰体系，基础位移、温度变化等产生的附加内力相对无铰拱要小、适合于软弱地基。（3）主要采用预制装配，工序少，工期短，桥梁重量轻。第38页/共86页缺点：杆件纤细、模板复杂、浇注和吊装要求高。若为钢筋混凝土桁架，其受弯部位和刚结点常有开裂。第二章第二章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造1、普通桁架拱立面布置：根据构造不同，桁架拱根据构造不同，桁架拱可以分为可以分为斜（腹）杆式、竖斜（腹）杆式、竖（腹）杆式、桁肋式（腹）杆式、桁肋式三种。三种。（1 1）斜（腹）斜（腹）杆式杆式三角三角形式形式带带竖杆竖杆的的三角形式三角形式斜压杆式斜压杆式斜拉杆式斜拉杆式第39页/共86页第二章第二章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造（2 2）竖（腹）杆式）竖（腹）杆式（3 3）桁肋式）桁肋式第40页/共86页第二章第二章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造1、普通桁架拱主要构造及尺寸拟定（1 1）矢跨比）矢跨比：其净矢跨比一般在：其净矢跨比一般在1/61/10之间选用。之间选用。（2 2）合理拱轴线）合理拱轴线：下弦杆的合力拱轴线应是在恒载作用下：下弦杆的合力拱轴线应是在恒载作用下使下伸斜杆的拉应力为零或在容许范围内的轴线。使下伸斜杆的拉应力为零或在容许范围内的轴线。（3 3）桁架拱片的节间长度）桁架拱片的节间长度：节间长度一般不宜大于计算：节间长度一般不宜大于计算跨径的跨径的1/81/12，且不超过，且不超过5m5m。（4 4）桁架拱片的片数及间距）桁架拱片的片数及间距：2050m的桁架拱桥，拱片的桁架拱桥，拱片间距以间距以23.5m为宜。采用微弯板桥面时，双车道可采用为宜。采用微弯板桥面时，双车道可采用34片，采用空心板桥面时，则可采用片，采用空心板桥面时，则可采用23片。片。（5 5）实腹段长度）实腹段长度：实腹段长度实腹段长度l1在计算跨径的在计算跨径的0.30.5倍之倍之间选用。间选用。第41页/共86页第二章第二章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造（6 6）下弦杆截面面积）下弦杆截面面积，初拟时采用下列经验公式估算：，初拟时采用下列经验公式估算：（7 7）实腹段中央截面高度，）实腹段中央截面高度，初拟时可取净跨径的初拟时可取净跨径的1/401/50，也可采用下列经验公式估算：也可采用下列经验公式估算：（8 8）上弦杆与桥面板组合后的高度上弦杆与桥面板组合后的高度h h1 1由上弦杆最大节间长由上弦杆最大节间长决定，一般为最大节间长度的决定，一般为最大节间长度的1/61/8。第42页/共86页第二章第二章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造（9）桁桁拱片宽度拱片宽度b在在2550cm之间，跨径较小，拱片较多之间，跨径较小，拱片较多时可取较小值。时可取较小值。（10）斜杆和竖杆）斜杆和竖杆等腹杆常用矩形截面，宽度为等腹杆常用矩形截面，宽度为b3和和b4,一般小于或等于拱片的宽度；高度分别为一般小于或等于拱片的宽度；高度分别为h3和和h4,一般为下一般为下弦杆高度的弦杆高度的1/1.51/2，通常取，通常取2040cm。（11）桁架拱片中的节点构造）桁架拱片中的节点构造在整个构造占重要位置，其在整个构造占重要位置，其形式与腹杆有关。需特别注意的是：形式与腹杆有关。需特别注意的是：(a)各杆件应在节点处交于一点，以免产生附加弯矩。(b)相邻杆件外缘交角应以圆弧或者直线过度，过渡段不得出现锐角与直角，避免应力集中。(c)设置节点块包络筋，其伸入弦杆的锚固长度应满足要求，节点块范围箍筋加密（间距不大于10cm）。(d)腹杆主筋应伸过杆件轴线交点一定长度，对拉杆应30d，并带弯钩，对压杆应20d。(e)采用预制装配时，现浇节点块应将预制杆端面包入不小于4cm。第43页/共86页第二章第二章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造（12）桁架拱片与墩台的连接形式）桁架拱片与墩台的连接形式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10cm10cm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44页/共86页第二章第二章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造（1313）桁架拱横向）桁架拱横向联系的作用联系的作用是把各桁拱片联成整体，使之是把各桁拱片联成整体，使之共同受力。根据设置部位不同共同受力。根据设置部位不同分为分为横系梁、横拉杆和剪力撑横系梁、横拉杆和剪力撑几种形式。几种形式。（1414）桥面板既承受局部荷载，）桥面板既承受局部荷载，又与桁架拱片形成整体，共同又与桁架拱片形成整体，共同受力受力。常采用的是预制微弯板。常采用的是预制微弯板加混凝土填平式形式；为加强加混凝土填平式形式；为加强结构强度和整体性，避免板顶结构强度和整体性，避免板顶纵向裂缝，可采用上平下拱少纵向裂缝，可采用上平下拱少筋板。筋板。第45页/共86页（二）桁式组合拱桥第二章第二章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造桁式组合拱桥：跨中部分桁架拱桥支撑在两边悬臂桁架上的组合结构体系。桁式组合拱中跨与边跨之比一般为0.20.4；主跨上弦杆断点位置离拱脚的距离一般为跨径l的0.20.25。第46页/共86页第二章第二章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造将全桥明显地分成将全桥明显地分成两个受力区段两个受力区段，即断缝至拱顶区段是，即断缝至拱顶区段是拱式受力体系拱式受力体系，上弦及实腹段均受压；断缝至桥墩是，上弦及实腹段均受压；断缝至桥墩是梁式梁式受力体受力体系，上弦受拉，下弦受压。系，上弦受拉，下弦受压。桁式组合拱的上弦、斜杆、上弦的承载能力均得到充分桁式组合拱的上弦、斜杆、上弦的承载能力均得到充分发挥，全桥受力趋于均匀、合理。发挥，全桥受力趋于均匀、合理。上弦断缝位置对全桥的内力的分配起着重要作用。上弦断缝位置对全桥的内力的分配起着重要作用。受力特点：第47页/共86页合理的断缝位置设在第合理的断缝位置设在第2323节间；节间；节间长度一般在跨径的节间长度一般在跨径的1/81/121/81/12，近拱脚处可大些，近拱脚处可大些，向跨中方向节间长度逐渐减小；向跨中方向节间长度逐渐减小；跨径小于跨径小于160160米，矢跨比取米，矢跨比取1/81/8；跨径；跨径160160米，矢跨比米，矢跨比取取1/61/6为宜；为宜；主拱圈的截面高度一般为跨径的主拱圈的截面高度一般为跨径的1/1001/1201/1001/120；合理的上弦杆、下弦杆、实腹段跨中刚度比合理的上弦杆、下弦杆、实腹段跨中刚度比1:1.8:3.01:1.8:3.0左右；可充分发挥上弦杆的轴向力；左右；可充分发挥上弦杆的轴向力；第二章第二章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造构造特点：第48页/共86页第二章第二章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造二、刚架拱桥1.1.刚架拱桥构造刚架拱桥构造刚架拱桥的上部结构是由刚架拱桥的上部结构是由刚架拱片、横向联结系和桥面系刚架拱片、横向联结系和桥面系等等部分组成。部分组成。第49页/共86页刚架拱片横 向 联 系桥 面 系第二章第二章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造第50页/共86页主 拱 腿次 拱 腿主 梁次 梁第二章第二章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造第51页/共86页第二章第二章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造刚架拱桥属于刚架拱桥属于有推力的有推力的高次超静定结构高次超静定结构，具有，具有构件少、质量轻、整体构件少、质量轻、整体性好、刚度大、施工简性好、刚度大、施工简便、造价低、造型美观便、造价低、造型美观等优点，可在软土地基等优点，可在软土地基上修建，被用于跨径为上修建，被用于跨径为25m25m70m70m的桥梁。的桥梁。第52页/共86页第二章第二章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造2.2.刚架拱主要尺寸拟定：刚架拱主要尺寸拟定：（1 1）刚架拱跨中截面高度与跨径、刚架片数（或间距）等有）刚架拱跨中截面高度与跨径、刚架片数（或间距）等有关，初拟时可采用下列经验公式：关，初拟时可采用下列经验公式：（2）对于桥墩刚度较小的多跨刚架拱桥，跨中截面的高度通对于桥墩刚度较小的多跨刚架拱桥，跨中截面的高度通常在跨径的常在跨径的1/301/50之间取值。之间取值。（3）拱片间距一般为）拱片间距一般为2.03.5m。（4）主节点的位置由实腹式长度和拱腿斜度确定；一般情况下实腹段长度约为桥梁跨径的0.40.5倍，拱脚与水平线夹角在30左右，主节点位于（0.250.3）l附近。第53页/共86页第二章第二章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造（5）实腹段一般采用变截面构件，其底缘弧线可采用矢跨）实腹段一般采用变截面构件，其底缘弧线可采用矢跨比为1/161/20的二次抛物线或其他曲线，此时的拱腿可采直杆或微曲杆。（6）刚架拱片的厚度一般为）刚架拱片的厚度一般为2040cm;斜撑高度约为其宽度斜撑高度约为其宽度的的2.53.5倍倍。第54页/共86页 第三节第三节 中、下承式钢筋混凝土拱桥中、下承式钢筋混凝土拱桥的设计与构造的设计与构造第二章第二章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造中承式拱桥中承式拱桥的行车道位于拱肋的中部，桥面系（行车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，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一部分用刚架立柱支承在拱肋上 。下承式拱桥下承式拱桥的桥跨结构由拱肋、悬吊结构和横向联结的桥跨结构由拱肋、悬吊结构和横向联结系三部分组成，通过吊杆将所有纵梁和横梁系统悬挂系三部分组成，通过吊杆将所有纵梁和横梁系统悬挂在拱肋下，在纵梁、横梁上设置行车道板，组成桥面在拱肋下，在纵梁、横梁上设置行车道板，组成桥面系。系。一、概述一、概述第55页/共86页第二章第二章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造第56页/共86页横 梁主 拱 圈(拱肋)刚架立柱中 承 式 拱 桥第二章第二章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造第57页/共86页下 承 式 拱 桥第二章第二章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造第58页/共86页第二章第二章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造中 下 承 式 拱 桥 特 点1.1.保持了上承式拱桥的基本力学特性。拱圈混凝土材料抗压。2.2.更易满足净空要求3.3.更易平衡水平推力4.4.降低桥面高度5.5.美观 第59页/共86页二、中、下承式拱桥的基本组成和构造中、下承式拱桥的主要承重构件是两个分离式的拱肋，两中、下承式拱桥的主要承重构件是两个分离式的拱肋，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平面内倾，使之在水平面上的投影呈“X”“X”型（即提篮式拱）型（即提篮式拱）以提高拱肋的横向稳定性和承载力。以提高拱肋的横向稳定性和承载力。1.1.拱肋拱肋第二章第二章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造第60页/共86页拱肋截面：矩形、工字型或箱形。拱顶肋高拱顶肋高h h：拱顶肋高拱顶肋高:取为取为0.60.61.01.0 ：取为：取为0.60.61.01.0 （L L0 0100m)100m)取为取为2.02.02.52.5 （L L0 0=100300m)第二章第二章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造L L0 0：净跨径净跨径 100m 100mL L0 0：100m 100m 净跨径净跨径 300m 300m 拱肋高度拱肋高度约为跨径的约为跨径的1/401/70，拱肋宽度约为肋高的，拱肋宽度约为肋高的0.51.0。第61页/共86页第二章第二章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造2.2.横向联系横向联系为了保证两片拱肋的横向刚度和稳定为了保证两片拱肋的横向刚度和稳定,以承受作用在拱以承受作用在拱.肋、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设置横向联系。横向联系。第62页/共86页横向联系有横撑、K形撑、X形撑和格构式撑等形式。第二章第二章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造一字横撑K形撑X形撑格构式撑第63页/共86页第二章第二章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造3.3.吊杆刚性吊杆：刚性吊杆：除承受轴力外，还必须除承受轴力外，还必须抵抗上下节点处的局部抵抗上下节点处的局部弯矩。为了减小刚性吊弯矩。为了减小刚性吊杆承受的弯矩，其截面杆承受的弯矩，其截面尺寸在顺桥方向应设计尺寸在顺桥方向应设计得小一些，而在横桥向得小一些，而在横桥向为了增加拱肋的稳定性为了增加拱肋的稳定性，尺寸应该设计得大一，尺寸应该设计得大一些。些。第64页/共86页柔性吊杆柔性吊杆柔柔性性吊吊杆杆一一般般采采用用高高强强钢钢丝丝索索、钢钢绞绞线线或或冷冷轧轧粗粗圆圆钢钢制制作作，只只承承受受轴轴力力。关关键键是是保保证证钢钢索索的的耐耐久久性，防止钢丝的锈蚀非常重要。性，防止钢丝的锈蚀非常重要。钢钢索索的的防防护护方方法法很很多多，主主要要有有缠缠包包法法和和套套管管法法等等。目目前前主主要要用用PEPE热热挤挤索索套套防防护护工工艺艺，直直接接在在工工厂厂制制成成成成品品索索，简简单单可可靠靠，且且较较经经济。济。第二章第二章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造第65页/共86页第二章第二章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造4 4 横梁横梁桥面横梁 桥面横梁 桥面横梁 桥面横梁 刚架横梁 刚架横梁 吊杆横梁 吊杆横梁 吊杆横梁 吊杆横梁 第66页/共86页第二章第二章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造纵 梁 纵 梁 5 5 纵梁与行车道系纵梁与行车道系横梁的间距一般在4m4m10m10m之间，纵梁多采用T 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 。第67页/共86页第三节第三节 钢管混凝土拱桥钢管混凝土拱桥 的设计与构造的设计与构造第二章第二章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造一、概述一、概述（1 1）强度高、塑性好、重量轻、耐疲劳、耐冲击；）强度高、塑性好、重量轻、耐疲劳、耐冲击；（2 2）钢管本身就是耐侧压的模板）钢管本身就是耐侧压的模板;（3 3）钢管兼有横向钢筋和纵向箍筋的作用）钢管兼有横向钢筋和纵向箍筋的作用;（4 4）钢管施工阶段起劲性骨架作用，运营阶段又）钢管施工阶段起劲性骨架作用，运营阶段又 是主要承重结构。是主要承重结构。（5 5）在受压构件中采用，可节省材料。）在受压构件中采用，可节省材料。1.1.钢管混凝土优点：钢管混凝土优点：第68页/共86页2.2.钢管混凝土拱桥得到发展原因：钢管混凝土拱桥得到发展原因：（1 1）跨越能力大；）跨越能力大；（2 2）承载力大，施工快捷；）承载力大，施工快捷；（3 3）地基适应性强；）地基适应性强；（4 4）造型优美；）造型优美；（5 5）有较成熟的施工技术做支撑。）有较成熟的施工技术做支撑。第二章第二章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造第69页/共86页二、基本组成和总体布置二、基本组成和总体布置第二章第二章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造钢管混凝土拱肋立柱（或吊杆）横撑行车道系下部构造（一）、基本组成（一）、基本组成第70页/共86页（二）、总体布置（二）、总体布置1.1.桥型布置桥型布置钢管混凝土拱桥常用的结构形式有钢管混凝土拱桥常用的结构形式有上承式拱桥、中承式拱上承式拱桥、中承式拱桥、飞燕式拱桥、拱梁组合体系拱桥桥、飞燕式拱桥、拱梁组合体系拱桥和和下承式刚架系杆拱下承式刚架系杆拱。第二章第二章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造飞燕式拱桥飞燕式拱桥第71页/共86页钢管混凝土拱桥的拱轴系数宜通过优化设计后确定。使拱在荷载作用下轴向力的偏心距较小。（1 1）上承式钢管混凝土拱桥，拱轴线宜采用）上承式钢管混凝土拱桥，拱轴线宜采用悬链线悬链线，拱，拱轴系数一般取轴系数一般取1 1.42.8。（2 2）中承式、飞燕式拱，拱轴线宜采用）中承式、飞燕式拱，拱轴线宜采用二次抛物线或低二次抛物线或低拱轴悬链线拱轴悬链线，拱轴系数一般，拱轴系数一般不超过不超过1.91.9。（3 3）下承式刚架系杆拱、拱梁组合体系的拱轴线宜采用）下承式刚架系杆拱、拱梁组合体系的拱轴线宜采用二次抛物线或悬链线二次抛物线或悬链线，拱轴系数一般，拱轴系数一般不大于不大于1.51.5。（4 4）矢跨比：矢跨比：上承式拱桥一般采用上承式拱桥一般采用1/51/6，中承式拱桥，中承式拱桥和飞燕式拱桥一般采用和飞燕式拱桥一般采用1/41/5，下承式刚架系杆拱、拱梁，下承式刚架系杆拱、拱梁组合体系拱桥一般采用组合体系拱桥一般采用1/4.51/5.5。第二章第二章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造2.2.拱轴线形与矢跨比拱轴线形与矢跨比第72页/共86页（1 1）变高度拱肋，其截面高度变化也可采用）变高度拱肋，其截面高度变化也可采用RitterRitter公式公式计算。设计时，先拟定拱顶和拱脚截面高度，由计算。设计时，先拟定拱顶和拱脚截面高度，由计算拱厚系数，再代入下式计算各截面位置的高度：计算拱厚系数，再代入下式计算各截面位置的高度：第二章第二章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造 桁式拱肋的宽度可采用桁式拱肋的宽度可采用（0.50.6）hc,弦管直径为弦管直径为（0.190.190.23）hc,随拱肋高度的增大而增大。随拱肋高度的增大而增大。3.3.拱肋高度拱肋高度（2 2）采用等高度桁式截面的拱桥，拱肋拱顶高度可按下式）采用等高度桁式截面的拱桥，拱肋拱顶高度可按下式估算：估算：第73页/共86页（3 3）采用变高度桁式截面，初步拟定拱顶截面中心高度）采用变高度桁式截面，初步拟定拱顶截面中心高度时，可采用上式计算值的时，可采用上式计算值的0.8，拱脚截面中心高度一般为，拱脚截面中心高度一般为拱顶中心高度的拱顶中心高度的1.62.0。（4 4）采用等高度哑铃型截面的拱桥，拱肋高度可按（）采用等高度哑铃型截面的拱桥，拱肋高度可按（1-2-1-2-3 3）估算，其弦管直径取）估算，其弦管直径取（0.370.45）hc。（5 5）单管圆形截面的小跨径拱桥，拱肋高度可按下式进行）单管圆形截面的小跨径拱桥，拱肋高度可按下式进行估算：估算：第二章第二章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造4.4.拱上立柱与吊杆的间距拱上立柱与吊杆的间距（1 1）上承式钢管混凝土拱桥，）上承式钢管混凝土拱桥，拱上立柱间距拱上立柱间距一般在一般在2030m 之间；之间；（2 2）吊杆间距：吊杆间距：单管和哑铃型截面，吊杆间距通常在单管和哑铃型截面，吊杆间距通常在6.0m6.0m以内，桁式截面吊杆，吊杆间距一般在以内，桁式截面吊杆，吊杆间距一般在5.012.0m。第74页/共86页第二章第二章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造（三）主拱圈构造（三）主拱圈构造单圆管型单圆管型（小跨径）（小跨径）扁圆管型（中扁圆管型（中小跨度）小跨度）哑铃型（最常用哑铃型（最常用）三肢桁式三角形格构四肢桁式四肢格构型混合式跨径较大时：跨径较大时：横哑铃桁式1、截面形式、截面形式第75页/共86页（1）单肢圆管单肢圆管适用于跨径小于适用于跨径小于80m的钢管混凝土拱桥。的钢管混凝土拱桥。（2）双肢哑铃截面双肢哑铃截面常用于常用于60150m的钢管混凝土拱桥。的钢管混凝土拱桥。（3）三肢桁架式三肢桁架式适用跨径为适用跨径为80120m.（4）四肢桁架式四肢桁架式常用于跨度常用于跨度大于大于150m的钢管混凝土拱桥。的钢管混凝土拱桥。第二章第二章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造2、材料要求、材料要求钢管材料：钢管材料：宜采用宜采用Q235、Q345、Q370钢或者桥钢，即钢或者桥钢，即可采用无缝钢管，已可采用钢板卷制而成，可采用无缝钢管，已可采用钢板卷制而成，钢板钢板不宜小不宜小于于12mm，弦管直径一般在，弦管直径一般在6001300mm之间。之间。混凝土：套箍系数混凝土：套箍系数不宜小于不宜小于0.6;不超过不超过3.0，D/t应小于应小于100，混凝土强度等级不低于混凝土强度等级不低于C30，一般在，一般在C40C60间范围。间范围。第76页/共86页第五节第五节 拱式组合体系桥的设计和构造拱式组合体系桥的设计和构造第二章第二章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造一、概述一、概述拱式组合体系：拱与其他结构向结合，可以形成不同形式的拱式组合体系，如：拱梁组合体系拱桥、斜拉拱桥和悬索拱桥等。拱梁组合体系：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77页/共86页无 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）有推力拱第二章第二章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造第78页/共86页1.1.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 第二章第二章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造第79页/共86页2.2.连 续 梁 拱 组 合 式 桥 梁第二章第二章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造第80页/共86页连 续 梁 拱 组 合 式 桥 梁第二章第二章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造第81页/共86页3.3.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。第二章第二章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造第82页/共86页第二章第二章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造钢筋混凝土拱肋截面一般为钢筋混凝土拱肋截面一般为矩形、工字形和箱形。矩形、工字形和箱形。跨径为跨径为5060m时，多采用时，多采用矩形拱肋矩形拱肋；跨径在跨径在80m左右时，可采用左右时，可采用工字拱肋工字拱肋；跨径更大跨径更大时，可采用时，可采用箱形拱肋箱形拱肋。1.1.拱肋拱肋拱肋高度一般为跨径的拱肋高度一般为跨径的1/251/70，拱肋宽度对单肋拱一般，拱肋宽度对单肋拱一般等于或大于拱肋高度，双拱肋宽一般为其高度的等于或大于拱肋高度，双拱肋宽一般为其高度的0.51.0。第83页/共86页第二章第二章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造系杆为柔性结构，横向刚度较小，长度较长时，其在环境因系杆为柔性结构，横向刚度较小，长度较长时，其在环境因素影响下的振动问题不容忽视，需采取可靠措施控制其横向素影响下的振动问题不容忽视，需采取可靠措施控制其横向振动。振动。a.a.在横梁顶面设置纵向可自由滑动的系杆箱，内分隔成多在横梁顶面设置纵向可自由滑动的系杆箱，内分隔成多室，穿入高强钢丝或钢铰线成品索；室，穿入高强钢丝或钢铰线成品索；b.b.在横梁顶面设置滚轮，其上放置高强钢丝或钢绞线成品在横梁顶面设置滚轮，其上放置高强钢丝或钢绞线成品索；索；c.c.在横梁上预设纵向可自由滑动的系杆拱，内穿高强钢丝在横梁上预设纵向可自由滑动的系杆拱，内穿高强钢丝或钢绞线成品索；或钢绞线成品索；2.2.系杆系杆第84页/共86页第二章第二章 拱桥的设计与构造拱桥的设计与构造3.3.吊杆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，只承受拉力，使之具有柔性而不承受弯矩，目前多选用成品索。吊杆间距一般为跨径的吊杆间距一般为跨径的1/101/16，多数在，多数在48m之间；之间；主拱跨径在主拱跨径在5060m时，吊杆间距在时，吊杆间距在4m左右；左右；主拱跨径在主拱跨径在6080m时，吊杆间距在时，吊杆间距在5m左右；左右；主拱跨径在主拱跨径在80250m时，吊杆间距在时，吊杆间距在58m之间。之间。第85页/共86页感谢您的观看。第86页/共86页