橋梁工程拱橋設(shè)計(jì)詳解

第三章拱橋的設(shè)計(jì)第三章拱橋的設(shè)計(jì)

拱橋的設(shè)計(jì)基本原則：適用、經(jīng)濟(jì)、安全和美觀。第一節(jié)拱橋的總體布置拱橋的總體布置包括：橋位選擇、確定橋梁的長(zhǎng)度、跨徑、孔數(shù)、橋面標(biāo)高、主拱圈的矢跨比等。本節(jié)主要闡明拱橋設(shè)計(jì)中如何確定設(shè)計(jì)標(biāo)高和矢跨比等問題。第一節(jié)拱橋的總體布置一、確定橋梁的設(shè)計(jì)標(biāo)高和矢跨比（一）拱橋的標(biāo)高主要有四個(gè)：橋面標(biāo)高、拱頂?shù)酌鏄?biāo)高、起拱線標(biāo)高、基礎(chǔ)底面標(biāo)高。

E:\photos\橋梁工程插圖\135.jpg1、拱橋橋面標(biāo)高一方面由兩岸線路的縱斷面設(shè)計(jì)來(lái)控制，另一方面還要保證橋下凈空能滿足宣泄洪水和通航的要求。第一節(jié)拱橋的總體布置2、拱頂?shù)酌鏄?biāo)高由橋面標(biāo)高減去拱頂填料厚度，就得到拱頂上緣的標(biāo)高，然后根據(jù)跨徑大小、荷載等級(jí)、主拱圈材料規(guī)格等條件估算拱圈的厚度，由此推算出拱頂?shù)酌鏄?biāo)高。

3、起拱線標(biāo)高為盡量減小橋墩臺(tái)基礎(chǔ)底面的彎矩、節(jié)省墩臺(tái)的圬工數(shù)量，一般宜選擇低拱腳的設(shè)計(jì)方案。但拱腳位置要滿足通航凈空、排洪、流冰等條件的限制，并符合《橋規(guī)》的有關(guān)規(guī)定。

E:\photos\橋梁工程插圖\136.jpg第一節(jié)拱橋的總體布置（二）

拱橋主拱圈矢跨比是設(shè)計(jì)拱橋的主要參數(shù)之一。它的大小不僅影響拱圈內(nèi)力的大小，而且也影響到拱橋的構(gòu)造型式和施工方法的選擇。

矢跨比

矢跨比減小，拱的推力增大，推力大對(duì)拱圈自身的受力是有利的，但對(duì)墩臺(tái)不利。同時(shí)，當(dāng)拱圈受力后因其彈性壓縮，或溫度變化、混凝土收縮，或因墩臺(tái)位移等原因，都會(huì)在無(wú)鉸拱內(nèi)產(chǎn)生附加內(nèi)力，矢跨比愈小，附加內(nèi)力愈大。矢跨比過大，則拱腳區(qū)過陡，施工不便。第一節(jié)拱橋的總體布置常用的矢跨比如下：磚、石、混凝土板拱橋及雙曲拱橋，矢跨比一般為1/4~1/6，不宜超過1/8；箱形拱橋的矢跨比一般為1/6~1/8，圬工拱橋的矢跨比一般不宜小于1/10；鋼筋混凝土桁架拱、剛架拱橋的矢跨比一般為1/6~1/10，或者更小一些，但也不宜小于1/12。國(guó)外曾將稱為“大膽度”，并用它作為比較和評(píng)價(jià)拱橋的規(guī)模、設(shè)計(jì)和施工的復(fù)雜與難易程度的指標(biāo)。第一節(jié)拱橋的總體布置二、不等跨連續(xù)拱橋的處理方法E:\photos\橋梁工程插圖\137.jpg

多孔連續(xù)拱橋最好選用等跨分孔方案。但是在受地形、地址、通航等條件的限制，或引橋很長(zhǎng)，考慮與橋面縱坡協(xié)調(diào)一致時(shí)，或在橋梁的美觀有特殊要求時(shí)，可以考慮采用不等跨的分孔。不等跨拱橋，由于相鄰孔的恒載推力不相等，使橋墩和基礎(chǔ)增加了恒載的不平等推力。在采用柔性墩的多孔連續(xù)拱橋中，還需考慮由此造成的連拱作用，使計(jì)算和構(gòu)造復(fù)雜，為減小這個(gè)不平衡推力，改善橋墩、基礎(chǔ)的受力情況，節(jié)省材料和造價(jià)，可采用以下措施：第一節(jié)拱橋的總體布置1、采用不同的矢跨比大跨徑采用較大的矢跨比，小跨徑采用較小的矢跨比。2、采用不同的拱腳標(biāo)高E:\photos\橋梁工程插圖\138.jpg

大跨徑的拱腳標(biāo)高低，減小拱腳水平力對(duì)基底的力臂，這樣可以使恒載水平力對(duì)基底的彎矩得到平衡。3、調(diào)整拱上建筑的恒載重量如果拱腳必須在相同或相近標(biāo)高上時(shí)，也可用調(diào)整拱上建筑的重量來(lái)減小相鄰孔間的不平衡推力。4、采用不同類型的拱跨結(jié)構(gòu)小跨采用板拱結(jié)構(gòu)，大跨采用分離式拱肋結(jié)構(gòu)，必要時(shí)加大大跨經(jīng)拱肋的矢高，做成中承式肋拱橋梁。第二節(jié)拱軸系數(shù)的選擇和拱上建筑的布置一、拱軸系數(shù)的確定拱軸線的形狀不僅直接影響著拱圈的內(nèi)力分布及截面應(yīng)力的大小，而且它與結(jié)構(gòu)的耐久性、經(jīng)濟(jì)性和施工安全性等都有密切的關(guān)系。選擇拱軸線的原則，就是盡可能降低由于荷載產(chǎn)生的彎矩?cái)?shù)值。最理想的拱軸線是與拱上各種荷載作用下的壓力線相吻合。

E:\photos\橋梁工程插圖\ql194.jpg第二節(jié)拱軸系數(shù)的選擇和拱上建筑的布置

一般來(lái)說(shuō)，拱軸線的選擇應(yīng)滿足以下四方面的要求：

1、盡量減小拱圈截面的彎矩；最大限度減小截面拉應(yīng)力；

2、對(duì)于無(wú)支架施工的拱橋，應(yīng)滿足各施工階段的要求，并盡可能少用或不用臨時(shí)性施工措施；

3、計(jì)算方法簡(jiǎn)便；

4、線型美觀，便于施工。第二節(jié)拱拱軸系數(shù)的選選擇和拱上建建筑的布置二、我國(guó)拱橋橋常用的拱軸軸線型1、圓弧線圓弧線拱，線線型最簡(jiǎn)單，，施工最方便便。但是在一一般情況下，，圓弧形拱軸軸線與恒載壓壓力線偏離較較大，使拱圈圈各截面受力力不夠均勻。。因此圓弧線線常用于15~20m以下的小跨徑徑拱橋。對(duì)于于大跨徑的預(yù)預(yù)制裝配式鋼鋼筋混凝土拱拱橋，有時(shí)簡(jiǎn)簡(jiǎn)化施工，也也有采用圓弧弧線拱軸線的的。第二節(jié)拱拱軸系數(shù)的選選擇和拱上建建筑的布置2、懸鏈線實(shí)腹式拱橋的的恒載壓力線線是一條懸鏈鏈線。當(dāng)不計(jì)計(jì)拱圈在恒載載彈性壓縮產(chǎn)產(chǎn)生的影響時(shí)時(shí)，拱圈截面面將只承受中中心壓力而無(wú)無(wú)彎矩。對(duì)于空腹式拱拱橋，由于拱拱上建筑的形形式發(fā)生變化化，其相應(yīng)的的恒載壓力線線不再是懸鏈鏈線，而是在在腹孔墩處有有轉(zhuǎn)折的多段段曲線。如仍仍采用相應(yīng)的的懸鏈線作拱拱軸線，恒載載壓力線與拱拱軸線將有偏偏離。但是，，理論證明，，這種偏離對(duì)對(duì)拱圈的控制制截面的內(nèi)力力是有利的。。并且,已有現(xiàn)成完備備的計(jì)算圖表表可供使用，，所以，懸鏈鏈線是目前我我國(guó)大、中跨跨徑拱橋采用用最普遍的拱拱軸線型。第二節(jié)拱拱軸系數(shù)的選選擇和拱上建建筑的布置3、拋物線由結(jié)構(gòu)力學(xué)可可知，在豎向向均布荷載作作用下，拱的的合理拱軸線線是二次拋物物線。所以，，對(duì)于恒載強(qiáng)強(qiáng)度比較接近近均布荷載的的拱橋，例如如矢跨比比較小小的空腹式鋼鋼筋混凝土拱拱橋，往往可以采采用二次拋物物線作為拱軸軸線。近年來(lái)廣泛采采用的鋼筋混凝土桁桁架拱和剛架架拱等輕型拱拱上結(jié)構(gòu)的拱拱橋，由于恒載分分布均勻，因因此用二次拋拋物線作為這這類輕型拱橋橋的拱軸線也也是適宜的。。第二節(jié)拱拱軸系數(shù)的選選擇和拱上建建筑的布置在某些大跨徑徑拱橋中，有有時(shí)采用高次次拋物線作為為拱軸線。但但計(jì)算工作量量大，不宜為為設(shè)計(jì)人員掌掌握，故目前前仍很少采用用?？傊?，拱上建建筑的型式及及其布置，對(duì)對(duì)于合理選擇擇拱軸線型是是有密切聯(lián)系系的。在一般般情況下：小跨徑拱橋可可采用實(shí)腹式式圓弧拱或?qū)崒?shí)腹式懸鏈線線拱；大、中跨徑拱拱橋可采用空空腹式懸鏈線線拱；輕型拱橋或矢矢跨比較小的的大跨徑鋼筋筋混凝土拱橋橋可以采用拋拋物線。拱橋細(xì)部構(gòu)造第三節(jié)主主拱的構(gòu)造造與尺寸擬定定（一）普通型型上承式拱橋橋根據(jù)主拱圈截截面形式可分分為：板拱，，肋拱，雙曲曲拱，箱形拱拱等。1、板拱板拱是指主拱拱（圈）采用用整體實(shí)心矩矩形截面的拱拱。按照主拱拱所采用的材材料，可分為為石板拱、混混凝土板拱和和鋼筋混凝土土板拱等。這這部分主要介介紹鋼筋混凝凝土板拱板拱的寬度拱圈的厚度對(duì)鋼筋混凝土拱拱頂厚度拱腳厚度其中拱圈截面的變變化規(guī)律截面變化規(guī)律律等截面（常用）

變截面（構(gòu)造復(fù)雜）其中N自拱頂向拱腳腳逐漸增大，，但M變化復(fù)雜與結(jié)結(jié)構(gòu)體系和截截面慣性矩I有關(guān)，下圖為為結(jié)構(gòu)體系和和截面慣性矩矩對(duì)彎矩的影影響。拱截面正應(yīng)力力無(wú)鉸拱通常可可用慣性矩從從拱頂向拱腳腳逐漸增大的的變化（見下下圖），計(jì)算算公式可采用用Ritter公式：上式中：I為任意截面的的慣性矩；Id為拱頂截面的的慣性矩；為任意截面的的拱軸線傾角角；n拱厚變化系數(shù)數(shù)，可用拱腳腳處的邊界條條件=1求得：鋼筋混凝土板板拱的構(gòu)造Ij和j分別為拱腳截截面的慣性矩矩和傾角縱向受力鋼筋筋：最小配筋筋率0.2%~0.4%配筋箍筋應(yīng)將上下緣主筋連系起來(lái)分布鋼筋：應(yīng)設(shè)在主筋內(nèi)側(cè)2、板肋拱肋拱：拱圈截截面由板和肋肋組成的拱橋橋。3、肋拱肋拱：用兩條或多多條分離的平平行窄拱圈即拱肋作為主拱拱圈的拱具有自重輕，恒載載內(nèi)力小，可以充充分發(fā)揮鋼筋混凝凝土等材料的性能能，在大中型拱橋橋中得到廣泛應(yīng)用用肋拱截面形式矩形，肋高h(yuǎn)＝(1/40~1/60)L，寬b=(0.5~2.0)h工字形截面肋高h(yuǎn)＝(1/25~1/35)L，寬b=(0.4~0.5)h管形肋拱箱形肋拱（后面介介紹）4、箱形板拱箱形板拱：主拱圈由多室箱箱構(gòu)成的拱，箱形形拱通常采用預(yù)制制拼裝施工。主要特點(diǎn)截面挖空率大中性軸居中抗彎和抗扭剛度大，整體性好制作要求高，吊裝設(shè)備多多條閉合箱肋組成的多室箱形形截面截面組成方式由多條U形肋組成的多室箱形截面多條工形肋組成的多室箱形截面單箱多室截面拱圈截面尺寸擬定拱圈高度h拱圈高度L0凈跨度取為0.6~0.8拱圈寬度一般取橋?qū)挼?.0~0.6倍一般不小于跨徑的1/20箱肋寬度與吊裝能力有關(guān)，，一般1.2m~1.7m頂?shù)装寮案拱屙?/p>