拱橋的分類構(gòu)造設(shè)計計算及施工

第三章拱橋上部結(jié)構(gòu)-11拱橋的分類、構(gòu)造、設(shè)計計算及施工§3.1概述§3.2拱橋的分類§3.3常見拱橋的構(gòu)造特點

§3.4單跨懸鏈線無鉸板拱的設(shè)計§3.5拱橋受力特點與主拱設(shè)計計算要點§3.6拱橋施工

第三章拱橋上部結(jié)構(gòu)-12§3.1概述3.1.1拱橋的起源3.1.2拱橋的基本特點3.1.3拱橋的組成第三章拱橋上部結(jié)構(gòu)-133.1.1拱橋的起源世界上對拱結(jié)構(gòu)的起源眾說不一自然界溶洞天然拱崩落的堆石拱砌墻開洞，逐漸由“假拱”演變而成中國：墓葬結(jié)構(gòu)及僅存實物，拱由梁與側(cè)柱演變?yōu)槿?、五、七等折邊拱，演變?yōu)閳A拱。第三章拱橋上部結(jié)構(gòu)-14跨度由小變大，由二三米而到達凈跨37.02m，并保持了千余年的世界記錄。中國現(xiàn)存最早，并保存良好的是隋代趙州安濟橋（趙州橋）。橋為敞肩圓弧石拱，拱圈并列28道，凈跨37.02m，矢高7.23m，上狹下寬總寬9m。主拱圈等厚1.03m，主拱圈上有護拱石。安濟橋（趙州橋）第三章拱橋上部結(jié)構(gòu)-16中國石拱因南北河道性質(zhì)及陸上運輸工具不同，構(gòu)造不同。北方大多為平橋（或平坡橋），實腹厚墩厚拱。南方水網(wǎng)地區(qū)則為駝峰式薄墩薄拱。第三章拱橋上部結(jié)構(gòu)-17南方江浙一帶水網(wǎng)地區(qū)，以舟行為主。潮汐河流，軟土地基，即使石拱橋亦盡量減輕重量建造為薄墩薄拱。橋孔自單孔多到85孔（江蘇吳江垂虹橋，已塌，尚存殘孔8孔）。第三章拱橋上部結(jié)構(gòu)-18薄拱的拱厚最小者僅及拱跨的1／66.7，而一般拱厚則為1／20左右。現(xiàn)存楓橋（清代建）也是薄拱。薄墩之薄，相鄰兩拱圈拱石相接，特別是三孔連拱薄墩橋，中孔大、邊孔小，兩岸以踏步上橋。橋成駝峰形，造型美觀。第三章拱橋上部結(jié)構(gòu)-19中國的木拱橋肇始自宋。宋代張．擇端的《清明上河圖》，在畫面高峰處有北來都城汴京（現(xiàn)河南開封）跨汴水的一座木拱橋，名為虹橋。為了漕運，水中無橋墩，橋采用了“貫?zāi)尽軜?，即大木穿插疊架為木拱。虹橋橋跨約18．5m，拱矢約4．2m，橋面總寬9．6m。橋毀于金元之際，幾百年來一直認為是絕唱。虹橋第三章拱拱橋橋上部結(jié)結(jié)構(gòu)-1113.1.2拱橋的基基本特點點拱橋與梁梁橋的區(qū)區(qū)別：外形不不同、受受力性能能有差別別。圬工拱橋橋的優(yōu)點點跨越能力力大能就地取取材第三章拱拱橋橋上部結(jié)結(jié)構(gòu)-112能耐久，，養(yǎng)護、、維修費費用少外型美觀觀構(gòu)造較簡簡單圬工拱橋橋的缺點點自重大，，水平推推力大，，對地基基要求高高有支架施施工時，，施工耗耗時第三章拱拱橋橋上部結(jié)結(jié)構(gòu)-113連拱拱橋橋設(shè)置構(gòu)構(gòu)造復(fù)雜雜的單向向推力墩墩，增加加了造價價上承式拱拱橋?qū)藰烁咭笄蟾?，城城市少用用拱橋發(fā)展展石拱橋鋼拱橋鋼筋混凝凝土拱橋橋鋼管混凝凝土拱橋橋3.1.3拱橋的組組成石拱橋的的主要組組成與名名稱第三章拱拱橋橋上部結(jié)結(jié)構(gòu)-115拱橋（ArchBridge）的組組成橋跨結(jié)構(gòu)構(gòu)（上部部結(jié)構(gòu)））superstructure主拱圈mainarch拱上結(jié)構(gòu)構(gòu)spandralstructure下部結(jié)構(gòu)構(gòu)substructure墩pier臺abutment基礎(chǔ)foundation第三章拱拱橋上部結(jié)構(gòu)構(gòu)-116拱軸線：archaxis起拱線：archspringingimpost跨徑：橋梁上部結(jié)結(jié)構(gòu)的重要技技術(shù)指標標準跨徑：一般指凈跨跨徑凈跨徑：clearspan矢高：重要的技術(shù)術(shù)指標之一凈矢高：clearriseofarch第三章拱拱橋上部結(jié)構(gòu)構(gòu)-117計算跨徑：computedspan計算矢高：calculateriseofarch矢跨比：矢高與跨徑徑之比，設(shè)計計時一般取凈凈矢高f0與凈跨徑l0之比為矢跨比比（或稱凈矢矢跨比）坦拱：f0/L0（矢跨比）<1/5陡拱：f0/L0（矢跨比）≥≥1/5第三章拱拱橋上部結(jié)構(gòu)構(gòu)-118拱的計算跨徑徑與計算矢高高三鉸拱內(nèi)力計計算簡圖第三章拱拱橋上部結(jié)構(gòu)構(gòu)-120三鉸拱與等跨跨簡支梁內(nèi)力力比較三鉸拱的反力力（內(nèi)力和反反力上標加o的為簡支梁，，不加o的為三鉸拱））第三章拱拱橋上部結(jié)構(gòu)構(gòu)-121令，，則內(nèi)內(nèi)力為：第三章拱拱橋上部結(jié)構(gòu)構(gòu)-122三鉸拱的豎向向反力與簡支支梁相同，但但在豎直荷載載作用下，三三鉸拱會產(chǎn)生生水平反力，，而簡支梁中中沒有水平反力的存在。三鉸拱在豎直直荷載作用下下的水平反力力引起拱內(nèi)力力中出現(xiàn)了軸軸力，同時降降低了彎矩與與剪力。第三章拱拱橋上部結(jié)構(gòu)構(gòu)-123§3.2拱橋的分類3.2.1按主拱圈的建建筑材料分類類圬工拱橋鋼筋混凝土拱拱橋鋼拱橋鋼管混凝土拱拱橋第三章拱拱橋上部結(jié)構(gòu)構(gòu)-1243.2.2按行車道位置置分類上承式車道（橋面系系）在拱肋之之上的稱為上上承式上承式主要用用于峽谷和橋橋面標高較高高的橋梁傳統(tǒng)的石拱橋橋因主拱圈為為板式結(jié)構(gòu)，，只能采用上上承式上承、下承及及中承式拱橋橋第三章拱拱橋上部結(jié)構(gòu)構(gòu)-126上承式拱橋構(gòu)構(gòu)造較為簡單單上部結(jié)構(gòu)由主主拱圈、拱上上建筑組成拱上建筑：實實腹式或空腹腹式實腹拱橋：構(gòu)構(gòu)造簡單、自自重大，適用用于中、小跨跨度；空腹拱橋：結(jié)結(jié)構(gòu)合理、自自重較小、利利于泄洪，是是大、中跨拱拱橋常用的形形式第三章拱拱橋上部結(jié)構(gòu)構(gòu)-127下承式下承式拱橋橋的橋跨結(jié)結(jié)構(gòu)由拱肋肋、懸吊結(jié)結(jié)構(gòu)和橫向向聯(lián)結(jié)系三三部分組成成。車輛在兩片片（三片））拱肋之間間行駛，需需要用吊桿桿將橋面系系懸掛在拱拱肋下。橋橋面系和這這些傳力構(gòu)構(gòu)件稱為懸吊結(jié)構(gòu)。第三章拱拱橋上部部結(jié)構(gòu)-128中承式：行車平面位位于肋拱矢矢高的中間間部位，橋橋面系一部部分用吊桿桿懸掛在拱拱肋下，一一部分用立立柱支撐在在拱肋上。。下承式或中中承式拱橋橋一般是在在橋梁建筑筑高度受到到限制時考考慮，其拱拱圈只能使使用肋拱形形式。中、下承式式主要用于于地勢平坦坦、橋面標標高受限制制或基礎(chǔ)較較差的拱橋橋之中。第三章拱拱橋上部部結(jié)構(gòu)-1293.2.2按照結(jié)構(gòu)體體系分類3.2.2.1簡單體系的的拱橋拱圈的靜力力圖式第三章拱拱橋上部部結(jié)構(gòu)-130三鉸拱：靜定，，無附加應(yīng)應(yīng)力，鉸構(gòu)構(gòu)造復(fù)雜，，橋面在鉸鉸處需設(shè)置置伸縮縫，，橋面縱坡坡在伸縮縫縫處折角，，不利行車車與養(yǎng)護。。兩鉸拱：介于二二者之間無鉸拱：三次超超靜定，剛剛度大，構(gòu)構(gòu)造簡單，，附加應(yīng)應(yīng)力大。廣廣泛用于石石拱橋和鋼鋼筋混凝土土拱橋之中中，尤其是是基礎(chǔ)較好好、跨徑較較大時。。3.2.2.2拱梁組合橋橋（1）無推力的的拱梁組合合橋柔性系桿剛剛性拱—系桿拱剛性系桿柔柔性拱—朗格爾拱剛性系桿剛剛性拱—洛澤拱用斜吊桿來來代替豎直直吊桿時稱為尼爾森森拱。第三章拱拱橋上部部結(jié)構(gòu)-132（2）有推力的的組合體系系拱橋剛性梁柔性性拱（倒朗朗格爾拱））剛性梁剛性性拱（倒洛洛澤拱）第三章拱拱橋上部部結(jié)構(gòu)-1333.2.2.3剛架系桿拱拱系桿拱中拱拱肋與橋墩墩固結(jié)，不不設(shè)支座采用預(yù)應(yīng)力力鋼絞線作作為拉桿來來平衡拱的的推力，拉拉桿獨立于于橋面系之之外，不參參與橋面系系受力，而而橋面系為為局部受力力構(gòu)件。這種結(jié)構(gòu)由由于拱和墩墩聯(lián)接處為為剛結(jié)點，，屬剛架結(jié)結(jié)構(gòu)，又帶帶有系桿，，故稱之為為剛架系桿拱拱第三章拱拱橋上部部結(jié)構(gòu)-134剛架系桿拱拱示意圖單跨下承式式多多跨下下承式帶帶懸臂中中承式3.2.3按照主拱的的截面形式式分類第三章拱拱橋上部部結(jié)構(gòu)-136§3.3常見拱橋的的構(gòu)造特點點3.3.1石板拱一、總體布布置石拱橋的主主拱圈以石石料建造。?？鐝叫∮?0m，拱上建筑筑常做成實實腹式跨徑大于20m，拱上建筑筑一般為空空腹式實腹式拱橋橋構(gòu)造圖空腹式拱橋橋構(gòu)造圖第三章拱拱橋上部部結(jié)構(gòu)-140二、主拱圈料石拱(粗料石)：不小小于30號石料、不不小于7.5號砂漿（（大中橋橋）不不小于5號砂漿（小小橋）塊石拱：片石拱：7.5號砂漿（中中小橋）石拱圈：等等截面圓弧弧拱，等截截面或變截截面懸鏈線線拱第三章拱拱橋上部部結(jié)構(gòu)-141粗料石砌筑筑拱時，拱拱石需要隨隨拱軸線和和截面形式式不同而分分別進行編號，以便于拱拱石的加工工。等截面圓弧弧線拱圈，截面相等等，單心圓圓弧線，拱拱石規(guī)格較較少，編號號較簡單變截面拱圈圈，由于截面面發(fā)生變化化，使拱石石類型較多多，編號較較復(fù)雜，給給施工帶來來很大的麻麻煩石板拱的主主拱圈以等等截面為主主第三章拱拱橋上部部結(jié)構(gòu)-142等截面圓弧弧拱的拱石石編號第三章拱拱橋上部部結(jié)構(gòu)-143變截面拱圈圈的拱石編編號第三章拱拱橋上部部結(jié)構(gòu)-144石拱圈構(gòu)造造上的要求求：受壓面的砌砌縫應(yīng)是輻輻射方向，，即與拱軸軸線相垂直直。一般可可做成通縫縫，不必錯錯縫拱圈厚度不不大時，可可采用單層層拱石砌筑筑，拱厚較較大時可采采用多層拱拱石砌筑要求垂直于于受壓面的的順橋向砌砌縫錯開，，其錯縫間間距不小于于0.10m第三章拱拱橋上部部結(jié)構(gòu)-145拱圈橫截面面內(nèi)，拱石石的豎向砌砌縫應(yīng)當(dāng)錯錯開，其錯錯開寬度至至少0.10m，在縱向或或橫向剪力力作用下，，可避免剪剪力單純由由砌縫內(nèi)的的砂漿承擔(dān)擔(dān)，增大砌砌體的抗剪剪強度和整整體性。砌縫的縫寬寬不應(yīng)大于于0.02m。第三章拱拱橋上部部結(jié)構(gòu)-146拱圈與墩臺臺、空腹式式拱上建筑筑的腹孔墩墩與拱圈相相連接處，，應(yīng)采用特特制的五角石，以改善連連接處的受受力狀況。。五角石不得得帶有銳角角，以免施施工時易破破壞和被壓壓碎。為了簡化施施工，也常常采用現(xiàn)澆混凝土土拱座及腹孔墩底梁梁來代替制作作復(fù)雜的五五角石。拱石的砌縫縫五五角石石及混凝土土拱座、底底梁第三章拱拱橋上部部結(jié)構(gòu)-148用塊石或片片石砌筑拱拱圈時，應(yīng)應(yīng)選擇較大大的平整面面與拱軸線線相垂直，，并使石塊塊的大頭向向上，小頭頭向下。石塊間的砌砌縫必須相相互交錯，，較大的縫縫隙應(yīng)用小小石塊嵌緊緊。砌縫用砂漿漿或小石子子混凝土灌灌滿。第三章拱拱橋上部部結(jié)構(gòu)-149三、拱上建建筑實腹式拱上上建筑：側(cè)墻、拱腹腹填料、護護拱以及變變形縫、防防水層、泄泄水管和橋橋面等部分分跨徑較小的的石板拱，，常采用實實腹式拱上上建筑。構(gòu)造簡單、、施工方便便，填料的的數(shù)量較多多、恒載較較重。第三章拱拱橋上部部結(jié)構(gòu)-150空腹式拱上上建筑大、中跨橋橋的拱橋，，特別是當(dāng)當(dāng)矢高較大大時,實腹式拱上上建筑的填填料用最多多、重量大大，因而以以采用空腹腹式拱上建建筑為宜。。空腹式拱上上建筑除具具有實腹式式拱上建筑筑相同的構(gòu)構(gòu)造外，還還具有腹孔和腹孔孔墩。第三章拱拱橋上部部結(jié)構(gòu)-151橋墩（臺））上腹拱的的布置方式式第三章拱拱橋上部部結(jié)構(gòu)-152腹拱墩構(gòu)造造形式第三章拱拱橋上部部結(jié)構(gòu)-153四、橋例成昆線一線線尺石板拱拱橋總體布布置圖第三章拱拱橋上部部結(jié)構(gòu)-1543.3.2鋼筋混凝土土肋拱與箱箱拱一、肋拱的主拱拱肋由兩條或多多條分離的的平行拱肋肋，以及在在拱肋上設(shè)設(shè)置的立柱柱和橫梁支支承的行車車道部分組組成。為了保證肋肋拱橋的橫橫向整體穩(wěn)穩(wěn)定性，兩兩肋外緣距距離不小于于L/20，肋寬／橫橫系梁間距距不小于1/20（規(guī)范要求求）。第三章拱拱橋上部部結(jié)構(gòu)-155中小跨徑：：矩形｛｛高=（1/40~1/60）L，寬寬=0.5~2.0高}大跨徑：工工字形{高=（1/25~1/35）L，寬=0.4~0.5高，腹板厚厚0.3~0.5米}比矩形的高高分離的拱肋肋間須設(shè)置置橫系梁肋拱適合大大中跨徑拱拱橋。第三章拱拱橋上部部結(jié)構(gòu)-156肋拱橋橋型型圖第三章拱拱橋上部部結(jié)構(gòu)-157肋拱橋的拱拱肋截面形形式第三章拱拱橋上部部結(jié)構(gòu)-158二、箱拱的的主拱圈箱拱或箱形形拱的主拱拱圈全寬采采用一個箱箱（通常為為單箱多室室），主拱拱圈為整體體薄壁箱形形結(jié)構(gòu)。適用于大跨跨徑，挖空空率可達50~70%。自重輕。?？箯澘古づ偠却螅瑱M向整體體性好，穩(wěn)穩(wěn)定性好。。吊裝要求求高，一般般在跨徑50m以上。第三章拱拱橋上部部結(jié)構(gòu)-159拱高：H=L/100+（0.6~0.7）米，箱寬：1.3m~1.6m壁厚：0.08~0.10m底厚：0.1~0.14m橫隔板間距距<5m，厚0.06~0.08m（頂板邊為為0.06~0.08m）安裝：開口口箱+現(xiàn)澆——重量輕閉口箱——抗扭剛度大大第三章拱拱橋上部部結(jié)構(gòu)-160箱形拱閉合合箱的構(gòu)造造箱拱預(yù)制施施工構(gòu)造示示意圖三、鋼筋混凝土土肋拱、箱箱拱的拱上建筑梁（板）拱拱上建筑第三章拱拱橋上部部結(jié)構(gòu)-163腹孔墩構(gòu)造造型式四、橋例鐵路豐沙線線永定河七七號橋總體體布置第三章拱拱橋上部部結(jié)構(gòu)-165邕寧邕江大大橋總體布布置圖邕江大橋拱拱肋截面圖圖第三章拱拱橋上部部結(jié)構(gòu)-167重慶萬縣長長江大橋總總體布置圖圖第三章拱拱橋上部部結(jié)構(gòu)-168重慶萬縣長長江大橋主主拱圈截面面構(gòu)造圖第三章拱拱橋上部部結(jié)構(gòu)-1693.3.3鋼筋混凝土土雙曲拱、、桁桁架拱和和剛架拱一、雙曲拱主拱圈：拱拱肋、拱波波、拱板、、橫向聯(lián)系系施工時化整整為零，集集零為整受受力。于1964年在江蘇無無錫誕生，，東拱橋，，跨徑9m，為三肋二二波磚結(jié)構(gòu)構(gòu)。文革期間發(fā)發(fā)展迅速，，約定44余座，最大大跨徑150米第三章拱拱橋上部部結(jié)構(gòu)-170河南前河大大橋：1-150m，f0/L0=1/10，7+2×0.6m，汽-15，拖-60，拱寬7.8m，變截面懸懸鏈線，高高2.2~2.7，1969年建成。湖南汀江大大橋：主橋橋長1250米，寬20米，最大跨跨徑76米，引橋282米，規(guī)模最最大。目前已基本本不修建，，但加固與與加寬問題題突出。第三章拱拱橋上部部結(jié)構(gòu)-171特點：拱肋、拱坡坡、拱板、、橫向聯(lián)系系組成截面合理，，省材料施工無支架架，吊裝重重量輕人工用量大大整體性差第三章拱拱橋上部部結(jié)構(gòu)-172二、桁架拱拱桁架拱又稱拱形形桁架橋，具有有水平推力的桁桁架結(jié)構(gòu)，下弦桿為拱形，，上弦桿一般與與橋道結(jié)構(gòu)組合合成一整體而共共同工作。在跨跨中部分，因上上、下弦桿很靠靠近而做成實腹腹段。拱上建筑與主拱拱圈共同受力，，成片預(yù)制。第三章拱橋橋上部結(jié)構(gòu)-173特點：兼具桁架和拱的的特點，結(jié)構(gòu)受受力合理，材料料省；總重力，推力小小，對地基要求求低；整體性好——比雙曲拱；施工方便；吊裝困難，節(jié)點點易開裂第三章拱橋橋上部結(jié)構(gòu)-174相當(dāng)于挖空的拱拱片拱桁梁橋有拉桿，，無法用鋼筋砼砼（特別是上、、下弦），用拱拱式則可以。桁架拱的形式：：①斜腹桿②②豎腹式③桁架肋④④圓拱片桁架拱橋的主要要組成桁架拱的主要形形式桁架拱橋的節(jié)點點構(gòu)造示例第三章拱橋橋上部結(jié)構(gòu)-178江界河桁架拱橋橋第三章拱橋橋上部結(jié)構(gòu)-179三、剛架拱橋八十年代新開發(fā)發(fā)的拱橋橋型，，造型更簡潔，，吊裝重量輕，，跨越能力更大大，跨徑從25m起。江西太白橋：已已建成的最大剛剛架拱，跨徑130m。廣東清遠北江大大橋：最長的剛剛架拱，全長1058m。（3×45+8××70+4×45m）第三章拱橋橋上部結(jié)構(gòu)-180剛架拱在我省也也修建了許多，，主要為跨徑60米以下的橋。其矢跨比一般為為1/8和/10。特點：兼具剛架架與拱的優(yōu)點，，吊裝能力小。。橋面：①微彎彎板②填平平層剛架拱橋的主要要組成第三章拱橋橋上部結(jié)構(gòu)-182江西德興銅礦太太白橋第三章拱橋橋上部結(jié)構(gòu)-1833.3.4拱梁組合鋼橋拱梁組合體系橋橋梁：利用行車車系的縱梁作為為拉桿，拱與梁梁在拱腳處剛結(jié)結(jié)，支承于墩臺臺支座之上。一方面使拱梁共共同承受荷載，，從整體上節(jié)約約材料，另一方方面對墩臺與基基礎(chǔ)的要求降低低，從外部受力力上類似于簡支支梁。第三章拱橋橋上部結(jié)構(gòu)-184拱梁組合體系根根據(jù)拱肋與系梁梁相對抗彎剛度度的大小分為柔性系桿剛性拱拱剛性系桿柔性拱拱剛性系桿剛性拱拱第三章拱橋橋上部結(jié)構(gòu)-185鐵路成昆線迎水水河橋總體布置置迎水河橋上部結(jié)結(jié)構(gòu)

拼裝示意意圖第三章拱橋橋上部結(jié)構(gòu)-187九江長江大橋總總體布置圖第三章拱橋橋上部結(jié)構(gòu)-1883.3.5鋼管混凝土剛架架系桿拱一、概述鋼管砼基本原理理：借助內(nèi)填砼增強強鋼管壁的穩(wěn)定定性；借助鋼管對核心心砼的套箍作用用提高砼強度。。鋼管砼拱橋廣泛泛應(yīng)用的原因：：拱為壓彎構(gòu)件，，鋼管砼以受壓壓為主；拱橋施工問題。。第三章拱橋橋上部結(jié)構(gòu)-189結(jié)構(gòu)特點：鋼管本身就是耐耐側(cè)壓的模板鋼管本身就是鋼鋼筋鋼管本身又是勁勁性承重骨架與鋼結(jié)構(gòu)相比，，省鋼材50%，與普通鋼筋砼砼相比，面積省省一半（用鋼量量相同時）第三章拱橋橋上部結(jié)構(gòu)-190鋼管混凝土拱肋肋的截面形式第三章拱橋橋上部結(jié)構(gòu)-191第三章拱橋橋上部結(jié)構(gòu)-192二、下承式剛架系桿桿拱主要用在建筑高高度受限制和地地基條件較差的的情況下。由于系桿的存在在，基本上平衡衡了拱橋的恒載載產(chǎn)生的水平推推力，降低了對對下部結(jié)構(gòu)和基基礎(chǔ)的要求。第三章拱橋橋上部結(jié)構(gòu)-193雖然拱腳與橋墩墩為固結(jié)，但由由于墩的抗推剛剛度較小，所以以拱腳存在著轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角。根據(jù)拱的受力特特性，拱腳變位位對拱受力的影影響以水平位移移最大，轉(zhuǎn)角次次之，水平位移移又以相對向外外不利，它主要要靠拉桿來約束束，所以近似分析時時，可以考慮按固定拱計算,但應(yīng)計入拱的水平位移產(chǎn)產(chǎn)生的內(nèi)力。