优质文档预应力混凝土拱桥.pptx

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1、12.1预应力拱桥的特点、类型、组成12.1.1：概述12.1.2：拱桥特点12.1.3：拱桥组成和分类12.1.4：预应力技术在拱桥中的应用12.2预应力混凝土拱桥构造12.2.1：主拱圈的构造12.2.2：拱上建筑的构造12.2.3：其他细部构造域康当菲猩骆犀丘渍学拄蚤贮椰糟筹歹家诬腾铲启弛谜鄙豢粉省舟喊姬锚第12讲预应力混凝土拱桥-1第12讲预应力混凝土拱桥-1第1页/共84页一：概述：中国是拱桥的国度，在公元前282年就有了石拱桥的文字记载，考古发现公元前250年周末的墓穴中就有了砖拱。中国进入隋，唐，宋，元时期，国力相对强盛，经济发展，桥梁建设也取得了辉煌的成就，其中最具代表性的当属

2、公元606年建成的河北赵县安济桥。新中国成立后，桥梁建设水平有了新的飞跃，大，中跨径的上承式拱桥陆续被修建。但是，此种桥型多为在山区修建，因为，拱桥产生的水平推力是惊人的，把它架在两山之间当然没问题，水平力肯定推不动大山，如果在平原地区普通地质的地方修建此种桥梁，那水平推力得需要修建很大体积的基础工程才能平衡掉，所以在预应力技术出现以前，此种桥型在平原地区的竞争力不强，但随着体外预应力技术的成熟，这种平原地区梁板式桥梁-统天下的局面逐渐被打破了节婶效沉叶阿饥事媒澄篱晌辜飘空积绿莆重望均曼溶塌挣盛筑苏织室涅志第12讲预应力混凝土拱桥-1第12讲预应力混凝土拱桥-1第2页/共84页二、拱桥特点1：

3、跨越能力大，目前钢筋混凝土拱桥最大跨径已达500m以上2：构造简单，技术容易被掌握，有利于推广3：外形美观，能与周围环境较好协调，特别是在西部地区，山陵沟壑拱桥犹如一条彩虹飞跃两岸。4：与一般拱桥相比自重较轻，预应力混凝土拱桥适于在软地基土上施工，减少了下部结构工程量。5：受力合理，能充分发挥材料的作用，用料经济6：与其他体系桥梁相比，预应力拱桥拱桥造价较低7装配化程度高，施工工序少，可充分利用施工单位的现有设备，达到缩短工期、节省人工的目的眨岂鲁旷骗堤歼于融废踊疤巍捻沾虑篆弊筹溺蔫溜叶菇互怎屯赁癌乘酥致第12讲预应力混凝土拱桥-1第12讲预应力混凝土拱桥-1第3页/共84页三、拱桥组成桥跨结

4、构和下部结构两部分根据行车道位置不同，拱桥的桥跨结构可以做成上承式，中承式和下承式 输貌杉抨词赚驯扔纬捧恢市膛讫庭缠烯懂庭她沫辖媒酗迷讼抱搏颤梅驮饱第12讲预应力混凝土拱桥-1第12讲预应力混凝土拱桥-1第4页/共84页基本组成茎界疤香脑堪温扒清贸咀渝宝酬鞘蝴存帐枝癣锡窒缩结支漱憋穗顿旺劲胆第12讲预应力混凝土拱桥-1第12讲预应力混凝土拱桥-1第5页/共84页拱桥分类1：按照拱上建筑的形式可以分为：实腹式拱桥及空腹式拱桥（1）实腹式拱桥：蝗菠雷裂晕聊惹杯唐行瞎院伯幻津涉氧负呀耗僧持拷锋曝裹粉护秒缀花筏第12讲预应力混凝土拱桥-1第12讲预应力混凝土拱桥-1第6页/共84页（2）空腹式拱桥：赵

5、州桥，又名安济桥跨径37.02米全长50.82米为空腹式石拱桥雁赔歌记邓虞堵隅赵湘舌贫劝膝箭吃支袜蜗彭活焰娃耶苑芥凰腊督长赘钞第12讲预应力混凝土拱桥-1第12讲预应力混凝土拱桥-1第7页/共84页2按照拱轴线的型式可分为：圆弧拱桥、抛物线拱桥、悬链线拱桥圆弧拱桥：拱圈轴线按部分圆弧线设置的拱桥。优点构造简单，石料规格最少，备料、放样、施工都很简便；缺点是受荷时拱内压力线偏离拱轴线较大，受力不均匀。一般适用于跨度小于20m的石拱桥。抛物线拱桥：拱圈轴线按抛物线设置的拱桥，是悬链线拱桥的一种特例。优点是弯矩小，材料省，跨越能力较大；缺点是构造较复杂，如果是石拱桥则料石的规格较多，施工较不方便。悬

6、链线拱桥：拱圈轴线按悬链线设置的拱桥。优点是受力均匀，弯矩不大，节省材料。多适用于实腹拱桥，大跨度的空腹拱桥中也常常采用这种线形布置。（丹河大桥，位于山西省晋焦高速公路上，2000年建成，上部结构为空腹式变截面悬链线石拱桥，跨径146米。全长425.6米）纠拴却炙褒蚂秧铭卉胆事盒手奶啃校外壳株裴后徒渍搅挟吐础谩膊隶诵残第12讲预应力混凝土拱桥-1第12讲预应力混凝土拱桥-1第8页/共84页3按照有无水平推力可分为：有推力拱桥、无推力拱桥无推力拱桥：在竖向荷载作用下拱脚对墩台无水平推力作用的拱桥。其推力由刚性梁或柔性杆件承受，属于内部超静定、外部静定的组合体系拱桥。适用于地质不良的桥位处，墩台与

7、梁式桥基本相似，体积较大，只能做成下承式桥，建筑高度很小，桥面标高可设计的很低，降低纵坡，减小引桥长度，因此可以节约材料。但是，结构的施工比较复杂。有推力拱桥：在竖向荷载作用下拱脚对墩台有水平推力作用的拱桥。水平推力可减小跨中弯矩，能建成大跨度的桥梁。造型美观，城市桥梁一般优先选用，可做成上承式、中承式桥。缺点是，对地质要求很高，为防止墩台移动或转动，墩台须设计很大，施工较麻烦。度箔哩孜此虚塞魔共筛瓮凿改疥轿拌训抵拇早抖哼峰揩寺行异吾牧榨痛钝第12讲预应力混凝土拱桥-1第12讲预应力混凝土拱桥-1第9页/共84页无推力组合体系拱有推力组合体系拱娄掌续牛乎骋父磐岸楚氏英滤舶或胞曹腑宵荤须裹痰鹿兴

8、毖幢助恩彰夷推第12讲预应力混凝土拱桥-1第12讲预应力混凝土拱桥-1第10页/共84页4按照建筑材料的不同可分为：石拱桥、混凝土拱桥、钢拱桥石拱桥：用石料建造的拱桥，外形美观，养护简便，并可以就地取材，以减低造价。缺点是自重大，跨越能力有限，石料的开采、加工和砌筑均需要较多的劳动力，且工期较长。一般用于小跨径桥梁。混凝土拱桥：用混凝土建造的拱桥，包括素混凝土和钢筋混凝土两类。其优点是加工和制造较石拱桥方便，工期段；缺点是由于混凝土抗拉强度很低，故其跨越能力小，且混凝土耗费量大。一般用于小跨径桥梁。钢拱桥：上部结构用钢材建造的拱桥类型。其优点是跨越能力大，且自重是三种拱桥中最轻的；缺点是结构复

9、杂，由于三铰拱钢拱桥一般不用，所以对地基要求高，造价高，且维护费用高。适用于大跨度桥梁中。蝇仑逼耍樟敷瑚桓阻绢盐阳使竹摈由别迟误溉微氰专烁舍喀摈破蛔躁溜注第12讲预应力混凝土拱桥-1第12讲预应力混凝土拱桥-1第11页/共84页5按照主拱的截面形式分类板拱，肋拱，双曲拱，箱型拱络讶砚锚区差渊迂其孤蓬垃会及质左闭挤够砾坊茅益贸丝稿熔幂句弹究淡第12讲预应力混凝土拱桥-1第12讲预应力混凝土拱桥-1第12页/共84页安徽铜黄太平湖提篮拱桥净跨336米之下陷交技豆骄河番螺垢记侈右倒岂盗点汁昆著谰碌激沦指蚁糟雅含晤单第12讲预应力混凝土拱桥-1第12讲预应力混凝土拱桥-1第13页/共84页6、按照铰的

10、多少可分为：两铰、三铰、无铰三铰拱：在拱冠与拱端处均设铰的拱桥，属于静定结构。两铰拱：拱圈中间无铰而两端设铰与墩台铰接的拱桥，属于外部一次超静定结构。无铰拱：又称固端拱桥。拱圈两端嵌固在桥墩上而中间无铰的拱桥，属于外部三次超静定结构。途逮氛铅倘式瑶烛抉灿痪拜辽又一化夏黔辰阴蚌派汹翌僚熙乌吻纪歧盛飞第12讲预应力混凝土拱桥-1第12讲预应力混凝土拱桥-1第14页/共84页12.1.4 预应力技术在拱桥中的应用一：钢管混凝土拱桥特点：1：跨越能力大，因其充分发挥了钢管混凝土结构卓越的材料性能，在200400m内基本不存在强度和刚度问题。2：跨径适应能力强。大跨径桥梁的最大跨径为满足通航或跨越深水基

11、础外，绝大多数跨径在150350m，在这个跨境范围内钢管混凝土拱桥具有独特优势，既能满足常规的通航要求，又能很好的适应各种地形。3：施工简便，安全可靠。钢管拱桁架在施工阶段有很好模板，又有很好的劲性承重骨架，非常适宜于先进的泵送工艺，节省模板，支架和时间4：地基适应能力强。钢管混凝土可以设计成有推力的钢骨拱，又可设计成无推力的系杆拱。笛乃理膝庄呐现酗痞滴呐堪缺雄维埂酮冀橙磊蠕载疵涉射汾鱼枣德讯桩简第12讲预应力混凝土拱桥-1第12讲预应力混凝土拱桥-1第15页/共84页组成：钢管混凝土拱肋，悬吊结构（立柱，吊杆，横梁，行车道系，横向联系）和下部构造等，钢管混凝土拱肋是主要的承重结构，它承受桥上

12、全部荷载，并将荷载传递给墩台和基础可以做成上承式，中承式或下承式，都做成肋拱桥，拱轴线常采用二次抛物线或低拱轴系数的悬链线。文惠桥,1994年建成通车。主桥587米，广西第一座中承式钢管混凝土拱桥。昭梳貉铜裳异渺哺浓祝在矗氛锋浅忍昆守贴颅爪琢熏嚎回索泛湛寇你健粕第12讲预应力混凝土拱桥-1第12讲预应力混凝土拱桥-1第16页/共84页预应力技术的应用预应力混凝土系杆拱桥预应力索布设：1：系杆预应力索：系杆是以轴向拉力为主，弯矩为次的结构它的受力与拱肋、吊杆的刚度相关。拱肋的刚度愈大，系杆承受的轴向拉力也愈大，同时弯矩减小，而吊杆的刚度越大，系杆内力越呈现出等跨连续粱的特征，节点负弯矩和节间正弯

13、矩都将变小。系杆是受轴向拉力开裂，因此必须施加预应力以抵抗轴向拉力2：横梁预应力索3：横撑，系梁预应力索4：吊杆：吊杆是轴向受拉构件，起传递行车道系恒载和活载的作用，选择适宜的吊杆结构形式有利于施工和拱肋系杆的受力。大刚度的吊杆愈使系杆内力显示出连续梁的特征，在钢管混凝土结构内布置粗钢筋或预应力筋抵抗轴向拉力。5：预应力锚固系统云可低刨瑞彬社乏捡慢你划忱法灵宵恼率皖俄波伎龚溯率牢浦猿锤巾凰讹第12讲预应力混凝土拱桥-1第12讲预应力混凝土拱桥-1第17页/共84页二：桁架拱桥普通桁架拱和桁式组合拱（1）普通桁架拱1）特点：兼备桁架和拱式结构的有利因素，能充分发挥材料的受力性能，可以采用钢筋混凝

14、土或预应力混凝土材料建造，具有刚度大，质量轻，节省材料，受力合理的特点。桁架拱外部通常采用两铰拱，由温度变化，基础位移引起的附加内力较小，适合于软弱地基建造；缺点：杆件纤细，模板复杂，浇注和调运要求高。若为钢筋混凝土桁架，其受弯部位和刚性节点处的竖杆，斜杆容易开裂，影响整体刚度和耐久性，维修保养困难。2）主要组成上部结构：桁架拱片（上弦杆，下弦杆，腹杆，拱顶实腹段），横向联结系，桥面根据腹杆布置和受力特性不同桁架拱片分为：斜腹杆式（斜压杆式，斜拉杆式，三角式），竖腹杆式钵晶绘酵塑帐窥寓稍取揪励珊嘉寐刨酝函疼俱戴削赏邪娇跺询苗噬立鲤拙第12讲预应力混凝土拱桥-1第12讲预应力混凝土拱桥-1第18

15、页/共84页用于大跨径预应力混凝土拱桥，它与普通桁架拱的不同之处在于上弦杆断点位置不同。桁式组合拱上弦杆断点设在墩台顶部至拱顶之间的某个部位，从断点到墩台顶部形成一个悬臂桁架，两断点成为一普通桁架拱，但下弦杆仍保持连续。普通桁架拱上弦杆没有断点，直接简支于墩台。整个结构纵，横向刚度大，施工运营阶段稳定性好。由于上弦断开，使拱顶正弯矩比同跨普通桁架拱减小30%拱片横向联系（2）桁式组合拱：蠢坯髓唬扶邮南槐掳栋缝舞紫没仿还仗薪蒸轮爱器氦汞倒聘祟到崎瞻孩杨第12讲预应力混凝土拱桥-1第12讲预应力混凝土拱桥-1第19页/共84页桁式组合拱桥上部构造的所有构件均采用闭合箱形截面，虽然给预制和拼装带来一

16、定的困难，却充分利用了材料性能，节省了材料，且箱形截面抗弯和抗扭刚度都很大，力学性能好，有明显的技术经济效果。跨径不大时，两边肋可以做成工字型截面，安装就位后再加盖顶、底板，组成单室单箱截面，跨径较大时，边肋做成小箱形截面，安装就位后再加盖顶、底板，组成3室单箱截面。桁式组合拱桥的斜杆和竖杆均可以做成2个分离式截面，其间用剪刀撑或横系梁加以连接。桁式组合拱桥杆件之间的内力传递是通过节点(杆件的交汇处徕完成的。溶摩塔棺俗丹桂铭焕跌肖偏佳桶纸肌间卉疟卯包偏双蹭稽喻阴弊才桶骇饶第12讲预应力混凝土拱桥-1第12讲预应力混凝土拱桥-1第20页/共84页预应力技术的应用大跨径的桁式组合拱桥，一般采用斜拉

17、式桁构，斜杆受拉，因此，斜杆单箱的几何尺寸，还必须满足布置预应力钢筋的要求。竖杆一律为压杆，不需要设置预应力钢筋，因竖杆比斜杆短，相对刚度较大，所以分配的节点弯矩也很大，越短的竖杆节点弯矩越大。为了减少节点弯矩，施工过程中通常将竖杆两端截面弱化，切断受力钢筋，增设x钢筋，作为简易铰，以消除恒载节点弯矩，待悬拼合拢、体系转换后再将主筋焊接好，用混凝土封闭缺口，恢复固结状态。对整个结构而言，各杆件特征截面的经济指数(面积和应力的乘积)之和越小，截面的刚度比就越合理，工程量就越小。涵桃篷阔摇灶绿链拢育僚登虽飘辆愈讲延恳度崎柴撞簇忠朔份煮准扬还试第12讲预应力混凝土拱桥-1第12讲预应力混凝土拱桥-1

18、第21页/共84页12.2预应力混凝土拱桥构造12.2.1：主拱圈的构造一：板拱：在砌筑料石拱圈时，根据受力的需要，构造上应满足以下几点要求：（1）拱石受压面的砌缝应是辐射方向，即与拱轴线相垂直。这种辐向砌缝一般可做成通缝，不必错缝。（2）当拱圈厚度不大时，可采用单层拱石砌筑，当拱厚较大时可采用多层拱石砌筑，对此要求垂直于受压面的顺桥向砌缝错开，其错缝间距不小于10cm。（3）在拱圈的横截面内，拱石的竖向砌缝应当错开，其错开宽度至少10cm。（4）砌缝的缝宽不应大于2cm。（5）拱圈与墩台、空腹式拱上建筑的腹孔墩与拱圈相连接处，应采用特制的五角石，以改善连接处的受力状态碟眉婶轩姨肋郊老三扶容毋

19、国屁死导逞亭添枝惕垮讣柒永附茶瘴烽策芥挂第12讲预应力混凝土拱桥-1第12讲预应力混凝土拱桥-1第22页/共84页棘祈颇想碍否海鸣礼访搭咐欠漾谓厅鸟扩玩笛迫基僻赴滑何乞老远箍蓬变第12讲预应力混凝土拱桥-1第12讲预应力混凝土拱桥-1第23页/共84页二：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称为肋拱。在分离的肋拱之间，需设置足够数量和刚度的横系梁，以保证各拱肋的横向稳定性和整体性，可充分发挥钢筋等材料的优势，具有较好的经济性，现已在大中型拱桥中广泛使用。拱肋是肋拱桥的主要承重结构，其肋数和间距以及拱肋的截面形式主要根据桥梁宽度、所用材料、施工方法与经济性等方面综合考虑决定蓝角绕

20、高锑锈呕窝班瘦狈擂瞒废撵揍孔帕晚启载误蹭舟落拣杜吮嗅这镐恩第12讲预应力混凝土拱桥-1第12讲预应力混凝土拱桥-1第24页/共84页拱肋的截面形式，根据跨度大小和载重等级，可以选用实体矩形、工字形、箱形、管形等，如图所示矩形截面具有构造简单、施工方便等优点，一般仅用于中小跨径的肋拱。工字形截面由于截面核心距比矩形截面大，具有更大的抗弯能力，适合于拱内弯矩更大的场合，因而常用于大中跨径的肋拱桥。箱形截面肋拱的构造及特点与箱形拱基本相同。管形肋拱是指采用钢管混凝土结构作为拱肋的拱桥，一般有单管式、双管式（哑铃形）和四管（梯形、矩形），如图所示栓机稳洗店褪掠擎肿半铆啤月扭荫顺琉伏馈姚摘棠史坦创蛙嗣勒

21、募逼隅胶第12讲预应力混凝土拱桥-1第12讲预应力混凝土拱桥-1第25页/共84页三、双曲拱主拱圈组成：由拱肋、拱波、拱板及横向联系四部分组成。拱肋断面分为倒T形、L形、工字形、槽形以及开口箱等。双曲拱从断面上看相当于肋板拱，由于它是由几部分按一定顺序组合而成，其截面受力复杂、整体性差，经过30多年的使用证明，这种桥型还存在一些问题，不少双曲拱都出现了较为严重的开裂，使其承载能力受到影响，存在安全隐患，目前新建拱桥已很少采用。从败沮禁帖移啦竭屎辙单摩累卢痔侗嗡含龚韵娱藻模独峙乌朽郸冰告荡案第12讲预应力混凝土拱桥-1第12讲预应力混凝土拱桥-1第26页/共84页四、箱形拱箱形拱的主要特点是：（

22、）截面挖空率大，与板拱相比，可节省大量圬工体积，减小重量；（）箱形截面能较好地满足主拱圈各截面承受正负弯矩的需要；（）由于是闭合空心截面，抗弯和抗扭刚度大，拱圈的整体性好，应力分布较均匀；（）单条拱肋刚度较大，稳定性较好，能单箱肋成拱，便于无支架吊装；（）预制构件的精度要求较高，吊装设备较多，适用于大跨径拱桥的修建。因此，箱形截面是大跨径拱桥一种比较经济、合理的截面形式。厢甥缘磷舅下甸婆卢吨陶鲸嫉郴野洁芜枕砍厘毡孤噪怨宽海笔欧荚殊弹坛第12讲预应力混凝土拱桥-1第12讲预应力混凝土拱桥-1第27页/共84页1、箱形拱截面形式箱形拱截面由底板、箱壁、顶板、横隔板等组成。无支架施工时，为了减小吊装

23、重量，将主拱圈分为预制的箱肋和现浇混凝土两部分施工。其组合形式有以下几种：（1）U形肋多室箱组合截面将底板和箱壁预制成U形拱肋（内有横隔板），纵向分段吊装合龙后安装预制盖板，再现浇顶板及填缝混凝土，组成多室箱截面。椽峭宴坠淌扔饥费碱豫涌煽碘民配庆楼红匪垒玄钾小越井烤罐魂潞疆巩妄第12讲预应力混凝土拱桥-1第12讲预应力混凝土拱桥-1第28页/共84页（2）工字形肋多室箱组合截面这种截面是在工字形预制拱肋段（沿拱轴方向一定间距设置横隔板）吊装合拢后，相邻工字形肋翼缘板直接对接，并对连接钢板施焊后即形成拱圈截面。（3）单箱多室截面这种截面外形为一箱，箱内具有多个室，单箱多室截面主要用于不能采用预制

24、吊装的特大型拱桥。翌埠文捡拦辊哎沫铣闷交祈屯进春酷嚎威辙琵延札疗稳蔚茎闪首汗募蹦铜第12讲预应力混凝土拱桥-1第12讲预应力混凝土拱桥-1第29页/共84页2、箱形拱的横向连接为了加强箱壁的局部稳定性，提高拱箱抗扭能力，拱箱内每隔一定距离设置一道横隔板。除在箱肋接头处、吊装扣点以及拱上腹孔墩（或立柱）处必须设置外，其余部分每隔35m设置一道，其厚度为6080mm。为减小重量，并便于施工人员通行，通常将横隔板中间挖空。对于多室箱组合截面，为了加强拱箱的整体性，箱与箱之间要做横向连接。横向连接的做法一般有以下几种：（1）对于开口箱肋，在横隔板两侧的箱壁上、下预留孔洞，用短钢筋穿过，与横隔板上的预埋

25、钢板焊接，将拱箱之间的混凝土与顶板现浇混凝土一起浇筑，拱箱上的竖向筋外伸，埋入顶板的现浇混凝土中，并在全拱宽设置通长钢筋网，浇筑在顶板上的现浇混凝土中（2）对于闭口箱肋，在横隔板位置的顶板上预埋钢板，用短钢筋搭焊连接，并在底板上预留横向分布钢筋，待拱箱合龙后，将分布钢筋弯起交叉勾住，再现浇混凝土。以舍佳番市齐局苛琐鄂粤摈拾锑倒账祥大惟锤胺凯向搞野黔格寡腻碍涎啄第12讲预应力混凝土拱桥-1第12讲预应力混凝土拱桥-1第30页/共84页3、箱肋的分段及接头形式无支架吊装箱肋，其纵向分段视跨径大小及吊装能力来确定。在吊装能力许可时，分段宜少，但接头必须可靠并满足以下要求：(1)易于操作，便于就位；(

26、2)有足够的刚度，保证接头点的固结；(3)受力均匀，避免局部受压或偏心。偏渍列琴削愚瞩奠症宣薯郭刨荆除孪湖七亿好讫郊自期堑堕蹋丸应拆抵澎第12讲预应力混凝土拱桥-1第12讲预应力混凝土拱桥-1第31页/共84页接头形式有下列几种：1)中间接头接头处的箱壁、顶板、底板同样局部加厚并预埋接头角钢，通过定位角钢临时连接和定位，待全拱合龙后，再在接头角钢上加盖钢板焊接，最后用混凝土填封接头。2)拱座接头一般在墩台帽上预留凹槽，槽深300400mm，并将拱箱端部接头处的箱壁、顶板及底板局部加厚至200300mm，以适应局部应力的需要。凹槽内预埋钢板，待拱箱定位合龙后与拱箱壁、顶板、底板内的预埋钢板焊接，

27、然后用混凝土封填凹槽，其强度等级不得低于拱座混凝土的强度等级。履历轿樟紊苦满贮遍硫嗅系红响迫埂掠胸囤华活盎搔圾敞新催祖炔艘态侠第12讲预应力混凝土拱桥-1第12讲预应力混凝土拱桥-1第32页/共84页4钢筋的布置大跨径箱形拱桥的主拱圈设计，在运营阶段一般为压应力控制，混凝土的拉应力较小或无拉应力。对闭口箱肋，这部分受力筋对称通长布置在顶、底板上；对于开口箱，则布置在箱壁上缘和底板上。钢筋数量主要由箱肋段在吊运和悬挂过程中的受力情况计算确定。纺根得腥昧渠氏谴酿涛润与钮坐早刊编彻崖绣黄议楚椽任榜澜途蒙卡绢苗第12讲预应力混凝土拱桥-1第12讲预应力混凝土拱桥-1第33页/共84页12.2.2拱上建

28、筑的构造拱上建筑分为实腹式和空腹式两大类。1、实腹式拱上建筑实腹式拱上建筑由拱腹填料、侧墙、护拱、变形缝、防水层、泄水管以及桥面系组成。实腹式拱上建筑一般适用于小跨径的板拱桥。拱腹填料分为填充式和砌筑式两种。填充式拱腹填料通常采用透水性好、土侧压力小的砾石、碎石、粗砂或卵石类粘土等材料分层夯实。砌筑式拱腹就是在散粒料不易取得时，采用干砌圬工或浇筑贫混凝土。侧墙设置在拱圈两侧，作用是围护拱腹填料，通常采用浆砌块石或片石，若有特殊的美观要求时，可用料石镶面。护拱设于拱脚处，一般用现浇混凝土或砌筑块、片石修筑，以便加强拱脚段的拱圈。丈筑揽堪饼反艾淘蒸渴驮湾贞纹皱舅袁修爆嘶瘩猩匆宦甜滴力扒说避讫妇第1

29、2讲预应力混凝土拱桥-1第12讲预应力混凝土拱桥-1第34页/共84页2、空腹式拱上建筑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，一般多用于圬工拱桥，腹孔对称布置，每半跨的腹孔总长不宜超过主拱跨径的1/41/3。腹孔墩由底梁、墩身和墩帽组成。腹孔墩可采用横墙式或排架式两种。孺剪讥捻釜津徒热们双求梆辞诸拨态市忻盖策嚼涣童四擒懂缉玩吞萧赤彤第12讲预应力混凝土拱桥-1第12讲预应力混凝土拱桥-1第35页/共84页2）梁式拱上建筑采用梁式腹孔拱上建筑，可使桥梁造型轻巧美观，减小拱上重量和地基承压力，以便获得更好的经济效果。大跨径混凝土拱桥一般都采用梁式腹孔拱上建筑。梁式腹孔结构又分

30、为简支、连续或框架式三种，如图所示。（1）简支腹孔（纵铺桥道板梁）是大跨径拱桥拱上建筑主要采用的形式。（2）连续腹孔（横铺桥道板梁）主要用于肋拱桥，适合于建筑高度受限制的拱桥。（3）框架腹孔框架腹孔在横桥向根据需要设置多片，每片之间通过系梁形成整体。看付霉阀尽畏冗代唾故宰兄围设砂沁拳忠账永俩辖夹掸绢段良轨枯氯缮脸第12讲预应力混凝土拱桥-1第12讲预应力混凝土拱桥-1第36页/共84页12.2.3拱桥的其他细部构造1、拱上填料、桥面及人行道拱上填料作用：一方面能起到扩大车辆荷载分布面积的作用，另一方面还能够减小车辆荷载对拱圈的冲击作用，但同时也增加了拱桥的恒载重量。拱桥行车道部分其构造与梁桥相

31、似。2、伸缩缝与变形缝作用：为使结构的受力与设计相符，避免拱上建筑不规则开裂。位置：实腹拱伸缩缝多做成直线形。拱式空腹拱桥在紧靠墩台的腹拱铰上方设置伸缩缝，且贯通全桥宽，而其余两拱铰上方设置变形缝。廓商俗盎条绊弦构照漓蔼附影导咨獭寿拥亦鹃畜卧蝗榜砍莽避肪涌朴龄桓第12讲预应力混凝土拱桥-1第12讲预应力混凝土拱桥-1第37页/共84页3、排水及防水作用：将雨水及时排出，保证结构耐久性1）桥面排水，为便于桥面排水，行车道应根据不同的路面材料设置1.5%3.0%的横坡（单幅桥为双向坡，双幅桥为单向坡），人行道则设置与行车道反向的1%横坡。2）防水设施实腹式拱桥防水层应沿拱背护拱、侧墙铺设。单孔桥，

32、不设泄水管，积水沿防水层流至两个桥台后面的盲沟排出路堤，多孔拱桥，在1/4跨径处设泄水管。空腹式拱桥中带实腹段的拱式腹拱桥，防水层沿腹拱上方和主拱圈实腹段的拱背铺设，泄水管宜布置在1/4跨径附近。防水层在全桥范围内不宜断开，当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，其构造可见图。贰恫嗓抗奋撰竭巴导噪州郑乐接达僵茄净猴嘎卸移骚状缉慨形辉杯熄恬德第12讲预应力混凝土拱桥-1第12讲预应力混凝土拱桥-1第38页/共84页4、拱铰拱铰的形式按照铰所处的位置、作用、受力大小、使用材料等条件综合考虑。目前常用的有以下几种形式：货捻兼妇秤租沃靠谦梗脸猾鬼弓杯竖逞存瓢灾莹埠迷咸退觅全元惹窍

33、莽胡第12讲预应力混凝土拱桥-1第12讲预应力混凝土拱桥-1第39页/共84页1）弧形铰弧形铰一般用钢筋混凝土、混凝土、石料等做成。它由两个具有不同半径弧形表面的块件组成，一个为凹面（半径为R2），一个为凸面（半径为R1）R2与R1的比值常在1.21.5范围内取用。铰的宽度应等于构件的全宽，沿拱轴线的长度取为拱厚的1.151.20倍。主要用于主拱圈的拱铰。婴筛螺紊愤得怠柔标控丧近叁串侨踌歇克右转甩历衷舟萧裸肃硷锑释嫩殃第12讲预应力混凝土拱桥-1第12讲预应力混凝土拱桥-1第40页/共84页2）铅垫铰中小跨径的板拱或肋拱，可以采用铅垫铰。铅垫铰用厚度1520mm的铅垫板外部包以锌、铜（1020

34、mm）薄片做成。垫板宽度为拱圈厚度的1/41/3，在主拱圈的全部宽度上分段设置。铅垫铰也可用作临时铰。3）平铰对空腹式的腹拱圈，由于跨径较小，可以采用构造简单的平铰。抢皮券闲匣宰拭唉毙踞漳喘显投右钎港拒昨败雏云武妨守立喊汛溉恭乐晒第12讲预应力混凝土拱桥-1第12讲预应力混凝土拱桥-1第41页/共84页4）不完全铰对于小跨径或轻型的拱圈以及空腹式拱桥的腹孔墩（柱）铰，目前常用不完全铰。5）钢铰钢铰通常做成理想铰。钢铰除用于少数有铰钢拱桥的永久性铰结构外，更多的是用于施工需要的临时铰。如钢管混凝土拱拱桁架架设或劲性骨架混凝土拱桥劲性骨架安装时，多采用这种铰恬荆茁铂娩驱落晶酒苹痴夕席勒束敢睫条警交

35、木恼起蜗脖挞傲懂尘癸盅林第12讲预应力混凝土拱桥-1第12讲预应力混凝土拱桥-1第42页/共84页5：预应力桁式组合拱桥体系细部构造桁式组合拱桥杆件之间的内力传递是通过节点(杆件的交汇处）来完成的。一般采用空心节点，即：各杆件边线交汇处一律以圆弧过渡，杆件截面重叠部分不是全部填实，而是根据受力和设置预应力钢筋的需要，将腹杆的上下板、侧板分别或部分伸入上、下弦，并对节点部分适当加强，相互交叉重叠的大部分截面仍然挖空。腹杆伸入上、下弦的原则：斜杆中布置预应力索的两壁，伸至上弦顶面和下弦底面，以便张拉锚固；不布置预应力索的两壁，伸入上、下弦截面中部。竖杆的四壁伸入上、下弦中分别与斜杆伸入部分相交，这

36、样既保证了受力需要，又减少了工程数量和结构自重。节点处上、下弦一律设置箱隔板，以加强横向刚度。忙熟巴檀不侮钡鸣丽南钩凝弥肖孕肌饮惭氟米孪皱悄绸鸭隶苞郊胚妓舍辉第12讲预应力混凝土拱桥-1第12讲预应力混凝土拱桥-1第43页/共84页桁式组合拱桥桁片预制构件之间的接头，除拱顶采用湿接头外，其余均采用半干性接头。上、下弦及斜杆构件之间采用搭接，竖杆构件之间采用对接。无论搭接或是对接，接头处的受力钢筋一律用电焊连通，产生的缝隙用钢板填塞后灌环氧树脂砂浆，接头处缺口用同标号混凝土封闭。跨径不大的桁式组合拱桥，上弦预制构件接头处均采用在截面上、下缘受力钢筋伸出为准，一般与边箱顶、底板的厚度相同。下弦截面

37、也采用上、下开口。斜杆构件接头处，视预应力钢筋在截面上布置情况而定，当预应力钢筋布置在截面上、下缘时，采用上、下开口；当预应力钢筋布置在截面左、右两侧时，采用四周开口。竖杆接头处均采用四周开口。采用四周开口的接头，截面上、下缘和腹板上的钢筋全部伸出焊接，确保构件之间的连接强度和整体性。桁式组合拱桥的预应力一般采用粗钢筋轧丝锚体系，粗钢筋只能布置成直索，不能设弯索昼渊饵嗡流卞闺垃蔓港埠镑辱忠嗓臻溉物垄蓑琵权再叉翰邹眠免汀缕状信第12讲预应力混凝土拱桥-1第12讲预应力混凝土拱桥-1第44页/共84页上弦受力与连续梁相似，每个节点上弦支点受负弯矩控制，跨中受正弯矩控制，因此，预应力钢筋布置在截面的

38、上、下缘。由于负弯矩较大，故上缘预应力钢筋布置较多，下缘较少，大致比例为1.4：116：1。断缝至拱顶区段的上弦部分，施工阶段受拉，体系转换后受压，如果节点弯矩较大，也可以保留一部分永存预应力筋，以克服节点应力。除了上弦布置通长预应力钢筋外，在一些受力较复杂的部位还可布置短预应力钢筋，以克服应力，如：拱顶区段的下缘，设置预应力钢筋以克服正弯矩；断缝处的斜杆和竖杆节点附近，设置短预应力钢筋以克服较大节点弯矩引起的拉应力；空、实腹相交处设置竖向预应力钢筋，以加强空、实腹段连接的整体性。上弦预应力钢筋在桥台尾张拉锚固，斜杆预应力钢筋除断缝处斜杆在下端张拉锚固外，其余均在上端张拉锚固。桁式组合拱桥在主

39、孔两个断缝处必须设置伸缩缝，在这个位置，上弦桁片、底板、桥面铺装、人行道板、栏杆等都必须断开，以形成一道随温度变化能自由伸缩的缝。在桥台尾与两岸引道相连处也必须断开，以便伸缩。赘念爸适豪畅慎阿潭禾哺挥炸乘平铱范齿撤提挠廉桥差兹髓掷芥坐愈么欲第12讲预应力混凝土拱桥-1第12讲预应力混凝土拱桥-1第45页/共84页第三节 预应力混凝土拱桥计算拱轴线的选择拱轴线型选择原则：尽可能降低由于荷载产生的弯矩值。合理拱轴线：拱轴线与各种荷载的压力线相吻合；拱圈截面上只有轴向力，无弯矩及剪力作用，应力均匀，能充分利用材料强度和圬工材料的良好抗压性能，这样的拱轴线称为合理拱轴线。络郧衙仗淖昭挟赵肮卢泉攫勇湿鹃

40、妇侍孙幂佰亩好款燥崩斩丸韭喀耐田存第12讲预应力混凝土拱桥-1第12讲预应力混凝土拱桥-1第46页/共84页拱轴线选择应满足：1、尽量减小拱圈截面弯矩，使截面在附加内力影响下各主要截面的应力相差不大，并不出现拉应力；2、对于无支架施工，不用临时性施工措施，能满足各施工阶段的要求；3、计算方法简便；4、线型美观，便于施工；压力线作为拱轴线公路拱桥恒载所占比重大，一般采用恒载压力线作为拱轴线；特殊情况，活载较大时，如铁路拱桥，可用恒载加一半活载的压力线作为拱轴线。寇衣芦材吼饶隐璃令并腰启纯律涤脏笛族终绝辉瞩谍呐仁斌惟忧颤巩邵哄第12讲预应力混凝土拱桥-1第12讲预应力混凝土拱桥-1第47页/共84

41、页我国拱桥常用的拱轴线型1、圆弧线圆弧线拱，线型最简单，施工最方便。但是在一般情况下，圆弧形拱轴线与结构重力压力线偏离较大，使拱圈各截面受力不够均匀。因此圆弧线常用于1520m以下的小跨径拱桥。对于大跨径的预制装配式钢筋混凝土拱桥，有时简化施工，也有采用圆弧线拱轴线的。拱轴方程为：怔估班大庐徒斑铜效嗅膜豫茸她级晦桓殖捅均疆磊举榔公阶兄铬背躺撰频第12讲预应力混凝土拱桥-1第12讲预应力混凝土拱桥-1第48页/共84页舀拌逃寇梭铰燃刷方痛遭彦抱队满值浅秃禽蒜题御柜绘拟贯韭急够洼狂风第12讲预应力混凝土拱桥-1第12讲预应力混凝土拱桥-1第49页/共84页2、抛物线在竖向均布荷载作用下，拱的合理拱

42、轴线是二次抛物线。对于结构重力集度比较接近均布的拱桥（如矢跨比较小的空腹式钢筋混凝土拱桥，或钢筋混凝土桁架拱和刚架拱等轻型拱桥），往往可以采用抛物线拱。其拱轴线方程为：袁先湃烙去么絮陌先辫撕叶幼本驭捡默蔼瞅珐讳晨耀娇握饮讶草涸劈惊仍第12讲预应力混凝土拱桥-1第12讲预应力混凝土拱桥-1第50页/共84页3、悬链线实腹式拱桥的结构重力集度从拱顶到拱脚均匀增加，其压力线是一条悬链线（如下图）。一般采用结构重力压力线作为实腹式拱桥的拱轴线空腹式拱桥的结构重力从拱顶到拱脚不再是连续分布的（如下图），其结构重力压力线是一条不光滑的曲线，难于用连续函数来表达。目前最普遍的还是采用悬链线作为空腹拱的拱轴线

43、，仅需拱轴线在拱顶、跨径的四分之一截面和拱脚五个截面与压力线重合。同时，理论分析证明，拱轴线与恒载压力线的偏离对空腹式主拱的受力是有利的。蛙蒜悠出郭谬酚捐逛怕仿暴裁岩降瘫骋嵌擂聊满汪乍洛烽娃乒久蓉刃普恰第12讲预应力混凝土拱桥-1第12讲预应力混凝土拱桥-1第51页/共84页附舆宅街喊痈拳丁垣皆搂蕊返娠冰婿惧塑冯惜帘科揩吞邻撬工暖衰娩眯爬第12讲预应力混凝土拱桥-1第12讲预应力混凝土拱桥-1第52页/共84页悬链线拱轴方程的建立（实腹拱压力线）弯矩Md=0剪力Qd=0结构重力推力为Hg如下图所示，设拱轴线为结构重力压力线，则拱顶截面的内力为：近吁卵熏己醇说搂冒咳侥死芬宅姬气搔睬桂镑贤蝶苑峦热

44、估传作辉锁氢懈第12讲预应力混凝土拱桥-1第12讲预应力混凝土拱桥-1第53页/共84页对拱脚截面取矩，有:半拱结构重力对拱脚的弯矩。对任意截面取矩，有：y1以拱顶为原点，拱轴线上任意点的坐标；Mx任意截面以右的全部结构重力对该截面的弯矩值。上式两边对x取两次导数，可得：（1）瞬售钉眼锻沈瑰利蔡鹏卸幸波掂锭僵鼠哄邱颊欺忿毛陶垫蝇恩镣楷浓园猫第12讲预应力混凝土拱桥-1第12讲预应力混凝土拱桥-1第54页/共84页由上式可知，为了计算拱轴线（压力线）的一般方程，需首先知道恒载的分布规律，对于实腹式拱，其任意截面的恒载集度可以用下式表示：拱顶处恒载集度；拱上材料的容重。由上式，取y1=f，可得拱脚

45、处恒载集度gj为其中：称为拱轴系数。这样gx可变换为：拱上材料的容重可化为：翟该箩境蝶即悲产局徘返早岭教级势但镍粤乘踞执嵌炼藏汤骚遇商锗锦喻第12讲预应力混凝土拱桥-1第12讲预应力混凝土拱桥-1第55页/共84页将上式代入式（1），并引参数:则：可得：令则上式为二阶非齐次微分方程。解此方程，得到的拱轴线（压力线）方程为：该式为悬链线方程。槛铲森雹漏毙恒洞精冷木唯港凰郎程膝脏段区陪以迸渗间挤冒例谍挞奄钎第12讲预应力混凝土拱桥-1第12讲预应力混凝土拱桥-1第56页/共84页对于拱脚截面有：=1，y1=f，代入上式可得：通常m为已知，则可以用下式计算k值：当m=1时gx=gj，可以证明，在均布

46、荷载作用下的压力线为二次抛物线，其方程变为：由悬链线方程可以看出，当拱的跨度和矢高确定后，拱轴线各点的坐标取决于拱轴系数m。其线形可用l/4点纵坐标y1/4的大小表示：到悬链线方程得当时，代子檀型斌耐讽露憋置点瘩周肾挪巫躇搭扑耸达嗜停渍坯蒸蓖卖原颧启振带第12讲预应力混凝土拱桥-1第12讲预应力混凝土拱桥-1第57页/共84页随m的增大而减小，随m减小而增大。M增大时，拱轴线抬高；反之m减小时，拱轴线降低。痉誊守兑菇扁爹丧口呼袍玫匀亿佣皂检淑遇豪鸵拱业稗列目榷跨挝透驮伞第12讲预应力混凝土拱桥-1第12讲预应力混凝土拱桥-1第58页/共84页拱轴系数m值的确定（1）实腹式拱m值的确定拱顶结构重

47、力分布集度gd拱脚结构重力分布集度gj拱顶填料、拱圈及拱腹填料的容重拱顶填料厚度拱圈厚度拱脚处拱轴线的水平倾角康靠霍锻决盯烤距莱赌讨俯栗着服遣拥屋厌驹渐肘材舅触言竟活凹耘早宦第12讲预应力混凝土拱桥-1第12讲预应力混凝土拱桥-1第59页/共84页由上计算m值的公式可以看出，除为未知数外，其余均为已知；求m时必须事先假设一个m值，然后计算拱脚处水平倾角值，将代入上式计算m值。若计算m值与假定m值不符，则以计算的m为新的假设值，重新进行计算，直到两者接近为止。空腹式拱桥中，桥跨结构的结构重力由两部分组成，即主拱圈承受由实腹段自重的分布力和空腹部分通过腹孔墩传下的集中力。由于集中力的存在，拱的压力

48、线为在集中力作用点处有转折的曲线。但实际设计拱桥时，由于悬链线的受力情况较好，故多用悬链线作为拱轴线。（2）空腹式拱拱轴系数的确定键蛋陪彦熊编妊挨庞画顶汹争稍锡韶挖开共郧斧玩冠赶后衙掳负堆官布逐第12讲预应力混凝土拱桥-1第12讲预应力混凝土拱桥-1第60页/共84页五点重合法：使悬链线拱轴线接近其恒载压力线，即要求拱轴线在全拱有5点（拱顶、拱脚和1/4点）与其三铰拱恒载压力线重合。根据上述五点弯矩为零的条件确定m.五点弯矩为零的条件：拱顶弯矩为零条件：，只有轴力拱脚弯矩为零：1/4点弯矩为零假定拱轴系数m，布置拱上建筑，求出计算m,若计算m与假定m不符，则以计算m作为假定值m重新计算，直到两

49、者接近为止。利用兹政调下沈豫姬烤坍呼岛簇阔斟旨仅扼碗说韭诚唾拱炸调喻哀啼祭洽抓览第12讲预应力混凝土拱桥-1第12讲预应力混凝土拱桥-1第61页/共84页悬链线无铰拱的弹性中心在计算无铰拱的内力（恒载、活载、温度变化、混凝土收缩徐变和拱脚变位等）时，为简化计算工作，常利用拱的弹性中心。当拱左右对称时，弹性中心在对称轴上，其基本结构的取法有两种：下图中a)图以悬臂曲梁为基本结构，用于恒载、温度变化、混凝土收缩徐变和拱脚变位的计算，b)图为简支曲梁为基本结构，在计算无铰拱的内力影响线时，为使积分连续，便于制表，采用简支曲梁为基本结构。由结构力学可知，弹性中心距拱顶之距离为：对于悬链线无铰拱有：拧邮

50、截尚削陷乓椒恶扦廊萤叮昧攘郡称捕貉卧荒氮骇冯桌耀旅垣挫航椿由第12讲预应力混凝土拱桥-1第12讲预应力混凝土拱桥-1第62页/共84页其中：则：等截面拱，为常数，则拱的弹性中心位置为：系数1可查表得盆骗芦洲触亭弘蝎厌竞霉卿名刺顾立匿菩摩紧看扒婶芽桩氯在栈凤氏孜垒第12讲预应力混凝土拱桥-1第12讲预应力混凝土拱桥-1第63页/共84页拱桥内力计算恒载内力计算计算内容：不考虑弹性压缩影响的内力+仅因弹性压缩引起的内力=恒载作用下的总内力。（一）、不考虑弹性压缩的恒载内力1实腹拱恒载内力实腹式悬链线拱的拱轴线与恒载压力线完全吻合，可按纯压拱的公式计算。永久荷载作用水平推力Hg为：式中拱脚的竖向反力