桥梁工程圬工与钢筋混凝土拱桥学习教案.pptx

会计学 1桥梁工程 圬工与钢筋(gngjn)混凝土拱桥第一页，共93页。拱桥(gngqio)的组成-1 拱桥同样由桥跨结构及下部结构两大部分组成。拱桥的桥跨结构由主拱圈(n qun)(肋、箱)，传力结构和桥面系组成。桥面系和传力结构，在上承式拱桥中统称为拱上结构；实腹式拱桥属上承式拱桥，其传力结构包括侧墙和拱腔填料等。继续(jx)第1页/共93页第二页，共93页。拱桥(gngqio)的组成-2 空腹式拱桥的传力结构包括支承桥面系的纵、横梁系和立柱(上承式)或吊杆(下承式)。在下承式拱桥中传力结构称为(chn wi)悬吊结构；对于中承式拱桥既有拱上结构，也有悬吊结构。在简单体系拱桥中，主拱是拱桥的主要承重构件，传力结构不与主拱一起共同承受荷载。在组合体系拱桥中，传力结构与主拱刚性联成整体拱片，以共同承受荷载。拱桥的下部结构由桥墩、桥台及基础组成，用以支承桥跨结构，将桥跨结构的荷载传递至地基，并与两岸路堤相连接。返回(fnhu)第2页/共93页第三页，共93页。拱桥(gngqio)的分类 按建筑材料分：圬工拱桥、钢筋混凝土拱桥、预应力混凝土拱桥、钢拱桥；按传力结构的形式分：实腹式拱桥、空腹式拱桥；按主拱轴线形式分：圆弧线拱桥、抛物线拱桥、悬链线拱桥；按桥面构造(guzo)的位置分：上承式拱桥、下承式拱桥、中承式拱桥；按拱脚有无水平推力分：推力拱桥、无推力拱桥；按拱桥的结构体系分：简单体系拱桥、组合体系拱桥；按主拱截面形式分：板拱桥、肋拱桥、箱形拱桥、双曲拱桥；按矢跨比的大小分：矢跨比大于或等于1/5 的拱称为陡拱，矢跨比小于1/5 的拱称为坦拱。返回(fnhu)第3页/共93页第四页，共93页。1.1.简单 简单(ji(ji ndn)ndn)体系拱桥 体系拱桥 简单体系拱是指拱上全部荷载由主拱圈(肋)单独承担，拱的传力结构不参与受力，只算作荷载的拱桥结构体系。三铰拱属于外部静定结构。一般用于大、中跨径空腹式拱上建筑的腹拱，不宜用来作为主拱。在软土地基或寒冷地区修建(xijin)拱桥时可以采用三铰拱。两铰拱属外部一次超静定结构，其特性界于三铰拱与无铰拱之间。因地基条件较差而不易修建(xijin)无铰拱时，可考虑采用两铰拱。钢桁架拱通常采用两铰拱结构形式。无铰拱属外部三次超静定结构。一般在地基条件良好处修建(xijin)，是大跨径桥梁的主要桥形之一。返回(fnhu)第4页/共93页第五页，共93页。2.2.组合 组合(z(z h)h)体系拱桥 体系拱桥 组合体系拱桥一般由拱和梁、桁架或刚架等两种以上的基本结构体系组合而成，拱桥的传力结构与主拱按不同的构造方式形成整体结构，以共同承受荷载，其力学性能和经济指标往往优于同等设计条件(tiojin)的单一结构体系。根据构造方式及受力特点，组合体系拱桥可分为桁架拱桥、刚架拱桥、桁式组合拱桥和拱式组合体系桥等四大类。返回(fnhu)第5页/共93页第六页，共93页。(1)(1)桁架 桁架(hngji)(hngji)拱桥 拱桥 又称拱形桁架桥，由拱和桁架两种结构体系组合而成。结构整体性强，受力合理。其中斜杆式桁架拱是采用较多的一种形式，分为斜压杆式、斜拉杆式和三角 形 式 三 种(sn zhn)，其中斜拉杆式采用最多。桁架拱桥对软土地基有较好的适应性。桁架拱桥的构件除桥面外大部分都可预制安装。一般以20m50m中等跨径为宜。采用预应力桁架拱桥可提高跨越能力。返回(fnhu)第6页/共93页第七页，共93页。(2)(2)刚架拱桥 刚架拱桥(g(g ngqio)ngqio)刚架拱桥也是一种有推力的拱桥。其外形与桁架拱桥相似，但构造比桁架拱桥简单，整个桥跨没有竖杆,只有少量(sholing)的斜杆，构件少，节点也少。返回(fnhu)v刚架拱桥结构整体好,刚度大,结构整体受力合理，自重轻,用钢量少,可预制安装,施工简便,工期短，对地基承载力要求低。v刚架拱桥还具有适用性强，结构线条简单，造型美观，经济效益好等优点，已在我国得到了广泛应用。目前，我国刚架拱桥跨径已达90m，一般认为以50m 左右的跨径为宜。第7页/共93页第八页，共93页。(3)(3)桁式组合 桁式组合(z(z h)h)拱桥 拱桥 桁式组合拱桥是由两端的悬臂桁架梁和中段的桁架拱组成的拱梁组合体系，也是一种有推力结构。主孔桁架一般采用斜杆式，可分为三角形式、斜压杆式和斜拉杆式三种，主孔的悬臂重量将通过上弦拉力传递给边孔。拱上建筑与主拱联合受力，整体性好，纵横向刚度大；悬臂桁架与桁架拱的上弦在节间处断开，可减小上弦杆拉力；悬臂桁架在施工期与营运期受力一致。桁式组合拱桥对大跨径桥梁，具有(jyu)良好的经济效益。返回(fnhu)第8页/共93页第九页，共93页。(4)(4)拱式组合 拱式组合(z(z h)h)体系桥 体系桥 拱式组合体系桥是将拱肋和系杆组合起来，共同承受荷载，可充分发挥各构件的材料强度(qingd)。拱式组合体系桥可做成有推力的拱式组合体系桥和无推力的拱式组合体系桥；也可以做成上承式、中承式或下承式三种型式。返回(fnhu)第9页/共93页第十页，共93页。2.2.按照主拱截面型式 按照主拱截面型式(xn(xn sh)sh)分类 分类 1)1)板拱桥 板拱桥 板 拱 桥(gngqio)的主拱是在整个桥宽内连续的矩形截面。按照截面型式可分为实体板拱、空心板拱。实体板拱可建成等截面圆弧拱、等截面或变截面悬链线拱。主拱可使用砖石块砌筑、也可用混凝土或钢筋混凝土浇筑。板 拱 桥(gngqio)通常用于地基条件较好的中、小跨径的石砌或混凝土预制块砌筑的拱桥(gngqio)或混凝土和钢筋混 凝 土 拱 桥(gngqio)。返回(fnhu)第10页/共93页第十一页，共93页。肋拱桥 肋拱桥(g(g ngqio)ngqio)、箱形拱桥、箱形拱桥(g(g ngqio)ngqio)、双曲拱桥、双曲拱桥(g(g ngqio)ngqio)2)2)肋 肋拱 拱桥 桥的 的主 主拱 拱由 由两 两条 条或 或两 两条 条以 以上 上分 分离 离的 的、高 高度 度较 较大 大的 的拱 拱肋 肋组 组成 成，拱 拱肋 肋之 之间 间由 由横 横系 系梁 梁相 相联 联。与 与板 板拱 拱相 相比 比，肋 肋拱 拱用 用较 较小 小的 的截 截面 面获 获得 得更 更大 大的 的抗 抗弯 弯能 能力 力，较 较多 多地 地减 减轻 轻了 了主 主拱 拱重 重量 量，使 使拱 拱肋 肋内 内力 力中 中恒 恒载 载影 影响 响减 减小 小，而 而活 活载 载影 影响 响增 增大 大，并 并出 出现 现较 较大 大弯 弯矩 矩，故 故宜 宜采 采用 用钢 钢筋 筋混 混凝 凝土 土结 结构 构。肋 肋拱 拱桥 桥跨 跨越能力较大，适用于大、中跨拱桥。越能力较大，适用于大、中跨拱桥。3 3）箱 箱形 形拱 拱桥 桥的 的主 主拱 拱外 外形 形与 与空 空心 心板 板拱 拱相 相似 似。箱 箱形 形拱 拱与 与板 板拱 拱相 相比 比，可 可节 节省 省大 大量 量的 的圬 圬工 工体 体积 积，减 减轻 轻重 重量 量，降 降低 低上 上、下 下部 部结 结构 构的 的造 造价 价；中 中性 性轴 轴基 基本 本居 居中 中，能 能够 够较 较好 好地 地适 适应 应各 各截 截面 面正 正负 负弯 弯矩 矩的 的变 变化 化；闭 闭合 合箱 箱形 形截 截面 面的 的抗 抗弯 弯、抗 抗扭 扭刚 刚度 度较 较其 其它 它形 形状 状截 截面 面要 要大 大，主 主拱 拱的 的整 整体 体性 性和 和稳 稳定 定性 性好 好，截 截面 面应 应力 力比 比较 较均 均匀 匀；预 预制 制箱 箱室 室的 的宽 宽度 度较 较大 大，操 操作 作安 安全 全，易 易于 于保 保证 证施 施工 工质 质量 量。适 适合 合于 于50m 50m 以 以上 上的 的大 大跨 跨径 径拱桥。拱桥。4 4）双 双曲 曲拱 拱桥 桥的 的主 主拱 拱是 是由 由拱 拱肋 肋、拱 拱波 波、拱 拱板 板和 和横 横向 向联 联接 接系 系等 等四 四部 部分 分组 组成 成，是 是一 一种 种(y(y zh zh n n)特 特殊 殊的 的预 预制 制装 装配 配式 式肋 肋板 板拱 拱。双 双曲 曲拱 拱结 结构 构存 存在 在众 众多 多的 的接 接缝 缝与 与接 接触 触面 面，截 截面 面整 整体 体性 性较 较差 差。目 目前 前在 在大 大跨 跨径拱桥中，双曲拱桥有被箱形拱桥取代的趋势。径拱桥中，双曲拱桥有被箱形拱桥取代的趋势。返回(fnhu)第11页/共93页第十二页，共93页。拱桥 拱桥(g(g ngqio)ngqio)总体设计 总体设计 拱桥总体设计主要是确定桥梁的长度、跨径、孔数、设计标高、矢跨比等。拱桥总体设计主要是确定桥梁的长度、跨径、孔数、设计标高、矢跨比等。1.1.矢跨比的确定 矢跨比的确定主拱矢跨比 主拱矢跨比(f/l)(f/l)是拱桥设计的主要参数之一。恒载的水平推力与垂直反力之比 是拱桥设计的主要参数之一。恒载的水平推力与垂直反力之比(H/V)(H/V)，随着主拱矢，随着主拱矢跨比的减小而增大。跨比的减小而增大。主拱矢跨比越小，产生的推力越大，在主拱内产生的轴向压力也越大，对主拱的受力状况有利；主拱矢跨比越小，产生的推力越大，在主拱内产生的轴向压力也越大，对主拱的受力状况有利；因温度变化、材料收缩、墩台位移等原因在主拱内产生的附加内力会增大，对主拱不利 因温度变化、材料收缩、墩台位移等原因在主拱内产生的附加内力会增大，对主拱不利(bl)(bl)；对；对于多孔拱桥，连拱作用会更显著，对主拱也不利 于多孔拱桥，连拱作用会更显著，对主拱也不利(bl)(bl)。主拱矢跨比过大时，拱脚区段过陡，给主拱的砌筑或浇筑带来困难。当上承式拱桥的桥面标高和 主拱矢跨比过大时，拱脚区段过陡，给主拱的砌筑或浇筑带来困难。当上承式拱桥的桥面标高和跨径确定后，主拱矢跨比将影响桥下净空和拱脚标高。跨径确定后，主拱矢跨比将影响桥下净空和拱脚标高。主拱矢跨比必须根据地形、地质、水文、路线标高和桥梁结构型式等各方面因素综合考虑决定。主拱矢跨比必须根据地形、地质、水文、路线标高和桥梁结构型式等各方面因素综合考虑决定。继续(jx)第12页/共93页第十三页，共93页。矢跨比的确定 矢跨比的确定(qudng)(qudng)主拱的矢跨比，对于(duy)板拱桥、双曲拱桥一般为1/41/6，不宜小于1/8；肋拱桥、箱形拱桥一般为1/61/8，不宜小于1/10；桁架拱桥一般为1/61/10，刚架拱桥一般为1/71/10，桁式组合拱桥一般为1/61/9,都不宜小于1/12；拱式组合体系桥柔性系杆刚性拱一般为1/41/5,刚性系杆柔性拱一般为1/51/7,刚性系杆刚性拱一般为1/51/6.5。继续(jx)第13页/共93页第十四页，共93页。2.2.不等跨的处理 不等跨的处理(ch(ch l l)为了便于施工和平衡桥墩上所承受的推力，多孔拱桥最好选用等跨分孔方案。在选用不等跨拱桥时可采取如下措施(cush):1)采用不同的矢跨比，使相邻孔在恒载作用下的不平衡推力尽量减小。2)采用不同的拱脚标高，使大跨和小跨的恒载水平推力对基底产生的弯矩接近平衡。3)采用不同类型的拱跨结构或材料,以调整大、小跨由恒载产生的水平推力,使之接近平衡。上述措施(cush)可以综合使用，如果仍不能达到完全平衡恒载推力的目的，则需加大墩台和基础尺寸或设计成不对称形式。继续(jx)第14页/共93页第十五页，共93页。3.3.拱轴线 拱轴线(zhu xin)(zhu xin)型的选择 型的选择-1-1 简单体系拱桥最理想的拱轴线应与各种荷载作用下主拱各截面上轴向压力作用点的连线(称为压力线)相吻合，使主拱只承受轴向压力而无弯矩的作用，主拱截面应力(yngl)分布均匀，可充分利用材料的强度，这样的拱轴线称为合理拱轴线。由于拱桥的恒载内力占总内力的比重较大，通常将不考虑主拱弹性压缩的恒载压力线作为合理拱轴线。组合体系拱桥的主拱和传力结构组成整体结构，表面上无合理拱轴线问题，但为使整体结构受力合理，一般应尽可能按恒载压力线来选择拱轴线。目前，拱桥常用的拱轴线型有圆弧线、抛物线、悬链线等三种。1)圆弧线。线型简单,施工方便,易于制作。常用于20m以下的小跨径拱桥。继续(jx)第15页/共93页第十六页，共93页。3.3.拱轴线 拱轴线(zhu xin)(zhu xin)型的选择 型的选择-2-2 2)抛物线 对于恒载分布比较均匀的拱桥,如矢跨比较小的空腹式拱桥和轻型拱桥等,可以采用二次抛物线作为拱轴线。3)悬链线 实腹式拱桥的恒载强度是由拱顶向拱脚连续分布逐渐增大的,这种荷载作用下,主拱的恒载压力线是一条悬链线。部分空腹式拱桥的恒载从拱顶到拱脚不是均匀增加的,其相应的恒载压力不是一条悬链线，为了设计和施工方便,一般仍采用悬链线作拱轴线,并合理布置拱上建筑,使拱轴线在拱顶、拱脚和拱跨四分点处与恒载压力线重合,其它点则有所偏离。这种偏离可以减小拱顶、拱脚截面的控制(kngzh)弯矩。悬链线是我国大、中跨径空腹式拱桥采用最普遍的拱轴线型。小跨径拱桥可采用实腹式圆弧拱或实腹式悬链线拱,大、中跨拱桥可采用空腹式悬链线拱,轻型拱桥或矢跨比较小的空腹式拱桥可采用抛物线拱。返回(fnhu)第16页/共93页第十七页，共93页。简单(jindn)体系拱桥的构造1.主拱构造主拱构造根据其截面形式可分为如下几类：1)板拱；2)肋拱；3)箱形拱；4)双曲拱 2.拱上建筑构造拱上建筑按其采用的构造方式(fngsh)，可分为实腹式和空腹式两种。1)实腹式拱上建筑；2)空腹式拱上建筑 3.细部构造 1)伸缩缝与变形缝 2)拱铰 返回(fnhu)第17页/共93页第十八页，共93页。