同濟(jì)大學(xué)x11第一章 拱橋的現(xiàn)狀和發(fā)展

1、第一篇 混凝土拱橋 第一章 拱橋的現(xiàn)狀和發(fā)展 1、拱橋的發(fā)展 拱橋 國外：石拱，木拱 十八世紀(jì) 鑄鐵拱 十九世紀(jì) 鋼拱 鋼筋混凝土拱 國內(nèi)：石拱，木拱 雙曲拱桁架拱 鋼筋混 凝土拱 剛架拱 桁式組合拱 鋼管拱 新型組合體系拱 1964年70年代80年代 80年代中 古代拱橋古代拱橋: 拱軸曲線造型的千變?nèi)f化，其中最具有代表意義的是建于 公元 595-605年的趙州橋（如圖1所示，跨徑L=37m） 圖1 趙州橋 當(dāng)代拱橋當(dāng)代拱橋：結(jié)構(gòu)型式與施工方法的豐富多彩如，97年 建成的重 慶萬縣長江大橋（圖2所示，L=420m）， 廣州丫髻 沙特大橋（圖3，L360m）， 1932建成的澳大利亞 悉尼鋼拱

2、橋（圖4，L 503m ）及正在建設(shè)的魯浦大 橋（L=550m）。 圖2 1997建成的四川萬縣長江大橋 （L=420m) 圖3 360m 廣州丫髻沙特大橋 。 2、拱橋的受力特點 圖 4 1932澳大利亞503m悉尼鋼拱橋 承重結(jié)構(gòu)：主拱 拱橋的基本圖示 支承處不僅產(chǎn)生豎 向反力，還產(chǎn)生水 平推力，從而使拱 主要受壓 同濟(jì)大學(xué)橋梁系 橋梁與道路結(jié)構(gòu) 拱式橋 3、主要優(yōu)缺點： 主要優(yōu)點 跨越能力大；能充分做到就地取材；耐久性好，養(yǎng)護(hù)、維修 費用??；外形美觀；構(gòu)造較簡單，有利于廣泛采用。 主要缺點： 1）是有推力的結(jié)構(gòu)，而且自重較大，因而水平推力也較大， 增加了下部結(jié)構(gòu)的工程量，對地基 要求也高

3、； 3）由于水平推力較大，在連續(xù)多孔的大、中橋中，為防止 一孔破壞而影響全橋的安全，需要采取較復(fù)雜的措施，或 設(shè)置單向推力墩，增加了造價； 4）上承式拱橋的建筑高度較高。 拱橋的缺點正在逐步得到改善和克服：200600m 范圍內(nèi)，拱橋仍然是懸索橋和斜拉橋的競爭對手 第二節(jié) 拱橋的結(jié)構(gòu)體系及總體布置 一、拱橋的基本組成 根據(jù)行車道的位置，拱橋可以分成：上承式、下承 式和中承式三種類型如下圖所示： 一般上承式拱橋，橋跨結(jié)構(gòu)是由主拱圈、拱上建筑 等組成。 拱橋的基本圖示 同濟(jì)大學(xué)橋梁系 橋梁與道路結(jié)構(gòu) 拱式橋 上承式拱橋的基本組成 1-主拱圈 2-拱頂 3-拱腳 4-拱軸線 5-拱腹 6-拱背 7-

4、起拱線 11-拱上建筑 L0 - 凈跨徑 L -計算跨徑 f0 - 凈矢高 f -計算矢高 f/L - 矢跨比 同濟(jì)大學(xué)橋梁系 橋梁與道路結(jié)構(gòu) 拱式橋 三、拱橋的主要類型及其特點 拱橋 建橋材料 圬工拱橋，鋼筋混凝土拱橋，鋼拱橋 拱軸線型式 圓弧拱橋，拋物線拱橋，懸鏈線橋 橋面位置 上承式拱橋，中承式拱橋，下承式拱橋 結(jié)構(gòu)體系分 簡單體系拱橋：三鉸拱，兩鉸拱，無鉸拱 組合體系拱橋：無推力拱橋，有推力拱橋 主拱圈截面形式形式 拱上建筑形式 實腹式拱橋，空腹式拱橋 板拱橋，肋拱橋，雙曲拱橋，箱形拱橋 同濟(jì)大學(xué)橋梁系 葉愛君 橋梁與道路結(jié)構(gòu) 拱式橋 1、簡單體系拱橋和組合體系拱橋、簡單體系拱橋和組合

5、體系拱橋 拱橋按受力圖式的分類 簡單體系拱橋簡單體系拱橋：可以做成上承式，中 承式，下承式，均為有推力拱。 三鉸拱三鉸拱：靜定結(jié)構(gòu)，在地基差的地區(qū)可 采用。但構(gòu)造復(fù)雜，施工困難，整體剛 度小，主拱圈一般不采用。 無鉸拱無鉸拱：三次超靜定結(jié)構(gòu)。拱的內(nèi)力分布 較均勻，材料用量較三鉸拱?。粯?gòu)造簡單， 施工方便，整體剛度大，實際中使用廣泛。 但超靜定次數(shù)高，會產(chǎn)生附加內(nèi)力，一般 希望修建在地基良好處?？鐝皆龃螅郊?力影響變小，故鋼筋混凝土無鉸拱仍是大 跨徑橋梁的主要型式之一。 兩鉸拱兩鉸拱：一次超靜定結(jié)構(gòu)，介于三鉸拱和無鉸拱之間。 （一）按照結(jié)構(gòu)體系分類（一）按照結(jié)構(gòu)體系分類 2、組合體系拱橋、組合

6、體系拱橋 組合體系拱橋：組合體系拱橋：在拱式橋跨中，行車系與拱組合，共同受力。 同樣，組合拱可以做成上承式、中承式和下承式。常用的有以下 幾種形式： 無推力拱（使用較廣泛）：拱的推力由系桿承受，墩臺不受水平推力 有推力拱：此種組合體系拱沒有系桿，有單獨的梁和拱共同受力，拱的水平 推力任由墩臺承受。 3、拱片橋 同濟(jì)大學(xué)橋梁系 葉愛君 橋梁與道路結(jié)構(gòu) 拱式橋 1、板拱橋： 主拱圈采用矩形實體截面。構(gòu)造 簡單、施工方便，使用廣泛。自 重較大，不經(jīng)濟(jì)，通常在地基較 好的中小跨徑圬工拱橋中采用。 2、肋拱橋： 肋拱橋由兩條或兩條以上分離式 拱肋組成承重結(jié)構(gòu)的拱橋，拱肋 之間靠橫向聯(lián)系梁連接成整體而 共

7、同受力.這種橋橫截面面積較小， 節(jié)省材料,自重輕,跨越能力大， 多用于較大跨徑的拱橋?？梢杂?圬工、鋼筋混凝土、鋼材建造。 （二）按照主拱的截面型式分類（二）按照主拱的截面型式分類 同濟(jì)大學(xué)橋梁系 葉愛君 橋梁與道路結(jié)構(gòu) 拱式橋 3、雙曲拱橋： 主拱圈橫截面由一個或數(shù)個 小拱組成 ， 其主拱圈在縱向 和橫向均呈曲線形。通常有 拱肋、拱波、拱板和橫向聯(lián) 系等幾部分。 公路雙曲拱橋采用最多的是多 肋波的截面形式；對于跨徑和 荷載較小的單車道橋可采用單 波的形式。 雙曲拱橋施工工序多，組合截 面的整體性差，易開裂，因此， 只宜在中小跨徑橋梁中采用。 同濟(jì)大學(xué)橋梁系 葉愛君 橋梁與道路結(jié)構(gòu) 拱式橋 4

8、、箱形拱橋： 箱形拱橋拱圈橫截面由幾個箱室組成。截面挖空率大，可達(dá) 全截面的50%-70%，較實體板拱橋可減少圬工用料與自重， 適用于大跨度拱橋。截面抗扭剛度大，橫向整體性和穩(wěn)定性 好，特別適用于無支架施工。 箱形拱閉合箱的構(gòu)造 三、拱橋的總體布置 總 體 布 置 確定橋梁長度及分孔 確定橋梁的設(shè)計標(biāo)高和矢跨比 正確處理不等分孔問題 橋面標(biāo)高，拱定底面標(biāo)高， 起拱線標(biāo)高，基礎(chǔ)標(biāo)高 混凝土拱橋矢跨比1/41/8 箱型拱橋矢跨比1/61/10 采用不同的矢跨比 采用不同的拱腳標(biāo)高 調(diào)整拱上建筑的重力 采用不同的拱跨結(jié)構(gòu) 同濟(jì)大學(xué)橋梁系 葉愛君 橋梁與道路結(jié)構(gòu) 拱式橋 四、拱橋?qū)嵗榻B 我國公路橋中

9、70%為拱橋。我國多山，石料資源豐富，拱橋取材以石料為主。 1）圬工拱橋（石拱橋以及拱圈不配鋼筋的混凝土拱橋，跨越能力較?。?主拱圈為等截面懸鏈線。拱矢度為1/5，拱圈厚1.7m，拱上建筑對稱布置5個空腹拱， 兩邊設(shè)岸孔37m，拱圈厚1.1m。下部結(jié)構(gòu)為重力式石砌墩臺。該橋施工在主孔范圍 內(nèi)設(shè)3個臨時墩，上立鋼支架、拱架等，其上砌筑主拱圈。 1965廣西南寧都安紅渡橋（L: 100m ) 世界上跨徑最大的石拱橋。橋?qū)?m，雙肋石拱橋，腹拱為9孔13m，南岸引橋3孔13m，北 岸引橋1孔15m。主拱圈由兩條分離式矩形石肋和8條鋼筋混凝土橫系梁組成。拱軸線為懸 鏈線（m=1.543） ，拱矢度1/

10、5，拱肋為等高變寬度。 1990湖南鳳凰縣的烏巢河橋 （ L=120m） 同濟(jì)大學(xué)橋梁系 葉愛君 橋梁與道路結(jié)構(gòu) 拱式橋 2）雙曲拱橋（中國首創(chuàng)的一種拱橋型式） 結(jié)構(gòu)纖細(xì)輕盈，適宜于軟土地基上建造。 1969江蘇無錫衛(wèi)東橋 構(gòu)思獨特，充分發(fā)揮雙曲拱橋構(gòu)造特點，組合拼裝成三叉形的雙曲拱橋。 1969江蘇無錫民主橋 上承式無鉸空腹拱，是當(dāng)時我國跨徑最大的雙曲拱橋。拱矢度1/10，拱軸線設(shè)計為懸鏈線。為 提高橫斷面剛度、增強(qiáng)雙曲拱在組合過程中裸肋的穩(wěn)定性，斷面設(shè)計成高低拱肋，全橋29道 橫隔板組成整體性好的拱肋格排，合攏后上面砌筑雙層拱波。 1968河南嵩縣前河橋 （L=150m） 同濟(jì)大學(xué)橋梁系

11、葉愛君 橋梁與道路結(jié)構(gòu) 拱式橋 3）肋拱橋 1988廣東廣州流溪橋 （L=90m） 鋼筋混凝土箱肋中承式拱，拱矢度1/4.5，全橋采用噴塑 裝修工藝，建筑宏偉壯麗，已成為公園的重要景觀。 中承裝配式鐵路鋼筋混凝土拱，矢高40m，兩片拱肋中心距7.5m。拱軸線采用二次拋物線，拱 肋為箱形截面，吊桿為預(yù)應(yīng)力桿件。施工時先架設(shè)鋼拱架，然后在拱架上由下而上分層施工， 安裝拱肋底板-腹板-頂板，使先安裝的拱肋底板與鋼拱架共同受力。在拱頂進(jìn)行應(yīng)力調(diào)整， 改善了拱肋的受力狀態(tài)。為保證結(jié)構(gòu)的整體性，拱肋與橋面系相交處的一段拱肋在工地現(xiàn)澆。 1966北京永定河七號橋 （L=150m） 1983 臺灣臺北關(guān)渡橋

12、（L=165m） 中承式5孔連續(xù)系桿拱橋，中間孔跨度為165m，兩側(cè)孔跨度 為143m及44m，拱圈為拋物線。 1990江蘇丹陽云陽橋（L=70m） 跨越京杭大運河，無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力系桿拱，3根拱肋， 矢度1/5，拱軸系數(shù)m=1.0，單箱高1.5m，行車道剛性 縱梁和無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力柔性系桿分開。預(yù)制安裝法施工. 1992 廣東開平三埠橋 （L=60m） 單拱肋預(yù)應(yīng)力混凝土系桿拱，單拱肋置于車行道中央分隔帶上。 1994臺灣臺北碧潭橋（L=160m） 橋面由預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土單箱組成，并配以Y型 懸臂拱圈，形成主跨為160m及2x100m無推力拱 橋。引橋跨度分別為85m及57m，全橋以簡潔明 快的弧形

13、曲線構(gòu)成，與遠(yuǎn)山近水相協(xié)調(diào)。 1990 四川宜賓小南門橋 (=240m) 主橋系中承式鋼筋混凝土肋拱橋， 矢度1/5，是當(dāng)時國內(nèi)跨徑最大的 鋼筋混凝土拱橋。該橋采用勁性 鋼骨架施工法，纜索吊裝。 同濟(jì)大學(xué)橋梁系 葉愛君 橋梁與道路結(jié)構(gòu) 拱式橋 4）箱 拱橋 1979四川省宜賓市金沙江大橋 （L=150m） 中國采用纜索吊裝施工、跨徑最大的鋼筋混凝土箱形拱。主拱圈 箱高2.0m，箱寬7.60m，矢跨比1/7，全拱圈橫向分5個箱室；縱向 分5段預(yù)制，纜索吊裝就位后再組合成整體箱。 1989四 川涪陵烏江大橋 （L=200m） 橋高84m，矢跨比1/4，主拱圈采用3室箱。 涪陵烏江大橋采 用轉(zhuǎn)體法施

14、工，先在兩岸上、下游組成3m寬的邊箱，待轉(zhuǎn)體 合攏后吊裝中箱頂、底板，最后組成3室箱。 1997四川萬縣長江大橋 L=420m) 勁性骨架鋼筋混凝土箱形拱橋 同濟(jì)大學(xué)橋梁系 葉愛君 橋梁與道路結(jié)構(gòu) 拱式橋 5）剛架拱橋 1989江蘇無錫100米下甸橋 變截面，四分點附近截面高度最大，分別向拱腳、跨中減小。 取消斜撐，拱上建筑采用23m預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁以過渡。 1993江西德興130米太白橋 采用轉(zhuǎn)體施工。 同濟(jì)大學(xué)橋梁系 葉愛君 橋梁與道路結(jié)構(gòu) 拱式橋 6）桁架拱橋 1976浙江寧海75米越溪橋 主孔為凈跨75m的預(yù)應(yīng)力混凝土桁架拱，拱矢度1/9； 邊孔為凈孔40m的雙曲拱， 1971浙江余

15、杭50米里仁橋 鋼筋混凝土斜拉桿式桁架拱橋。拱圈矢跨比為1/8。 全橋布置4片拱片，在上弦桿覆蓋微彎板混凝土橋 面。預(yù)制拱片臥置疊澆，分段用浮吊起吊、翻身和 吊裝，在三分點處設(shè)臨時支托，澆筑濕接頭混凝土。 同濟(jì)大學(xué)橋梁系 葉愛君 橋梁與道路結(jié)構(gòu) 拱式橋 7）桁式組合拱橋中國首創(chuàng)的一種橋型，它除保持桁式拱結(jié)構(gòu)用料省、豎向剛度大等特點外， 更具有桁梁的特性和可以采用懸臂法施工、施工階段和運營階段的受力趨于一致等優(yōu)點。 1990四川自貢160米牛佛沱橋 桁式組合拱為三室箱形截面，桁架片按節(jié)段分 件預(yù)制，采用人字扒桿懸拼安裝。 主跨為組合預(yù)應(yīng)力混凝土桁架拱。全寬13.4m， 拱圈高2.7m，寬10.5

16、6m，矢跨比為1/6。采用 起重量1200KN鋼格構(gòu)人字扒桿和直徑32mm 40Si2MnV級鋼軋絲錨碇體系懸臂拼裝。 1995貴州省330米江界河橋 同濟(jì)大學(xué)橋梁系 葉愛君 橋梁與道路結(jié)構(gòu) 拱式橋 8）鋼管混凝土拱橋 1998浙江義烏80米賓王橋 單肋鋼管混凝土系桿拱橋，中跨矢跨 比1/5，矢高15.6m；邊跨矢跨比1/4.5， 矢高11.87m 。 1990四川旺蒼115米東河橋 下承式鋼管混凝土預(yù)應(yīng)力系桿拱橋，矢度1/6。兩片拱肋間用直徑800mm橫撐連接 以保持其穩(wěn)定性?；钶d作用下拱腳的水平推力由系桿及橋墩共同承擔(dān)。鋼管拱肋 實際上是一種復(fù)合材料，在破壞荷載作用下，鋼管不僅起縱筋的作用，而且對混 凝土起螺旋箍筋的作用，以提高構(gòu)件的承載能力。在施工階段