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1、桥梁工程(BridgeEngineering),第三篇混凝土拱桥,第一章拱桥的构造及设计,1-1拱桥的发展与现状1-2拱桥的组成及主要类型1-3上承式拱桥的构造与设计1-4中、下承式拱桥的构造与设计1-5拱式组合体系桥的构造与设计,第三节上承式拱桥的构造与设计,整体型上承式拱桥,普通型上承式拱桥,上承式拱桥,（二）桥梁设计标高的确定,拱桥的标高主要有四个指标：桥面标高、拱顶底面标高、起拱线标高和基础底面标。,拱桥的桥面标高一方面由两岸线路的纵断面设计来控制，另一方面要保证桥下净空能满足通航及泄洪的要求。,（三）矢跨比的确定,主拱矢跨比(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
2、之比(H/V)，随着主拱矢跨比的减小而增大。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,但对墩台基础不利；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；对于多孔拱桥，连拱作用会更显著，对主拱也不利。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。,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。主拱的矢跨比的构造要求: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，
3、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；拱式组合体系系杆拱一般为1/41/5,蓝格尔拱一般为1/51/7,洛泽拱一般为1/51/6.5。一般将矢跨比大于或等于1/5的拱称为陡拱，矢跨比小于1/5的称为坦拱。,（四）不等跨连续拱拱脚处理方法,受地形、地质、通航等条件的限制；或引桥很长，考虑与桥面纵坡协调一致时；或对桥梁美观有特殊要求时，可以考虑用不等跨分孔的办法处理。,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。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。采用不同
4、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。,（五）拱轴线的选择,考虑到公路拱桥的结构自重占全部荷载的比重较大，以结构内重压力线作为设计拱轴线，基本上是适宜的。,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。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。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，它是我国大、中跨径空腹式拱桥采用最普遍的拱轴线型。,拱桥常用的拱轴线：,二、主拱的构造与尺寸拟定,（一）普通型上承式拱桥,根据主拱
5、圈截面形式可分为：板拱，肋拱，双曲拱，箱形拱等。,1、板拱,按主拱所采用的材料，可分为石板拱、混凝土板拱和钢筋混凝土板拱等，矢跨比一般为1/41/6，不宜小于1/8。,(1)石板拱,用于拱圈砌筑的石料应石质均匀，不易风化，石料的强度等级不应低于MU50，砌筑拱石用的砂浆，对于大、中跨径拱桥不应低于M10，对于小跨径拱桥不应低于M7.5。,错缝：对料石拱，拱石受压面与拱轴线垂直，可不错缝，横向必须错缝10厘米以上；对块石拱，择较大平面与拱轴线垂直，大头在上，错缝大于8厘米；限制砌缝宽度：因砂浆强度小于拱石强度，通常规定缝宽料石拱小于2厘米，块石拱小于3厘米，片石拱小于4厘米；采用小石子混凝土砌筑
6、时,块石砌缝宽不大于5厘米,片石砌缝宽为47厘米。,石板拱的构造,等厚小跨径石拱桥：,设置五角石：在拱圈与腹拱墩及墩台连接处，设置特殊的五角石改善受力状况，目前也常采用现浇混凝土拱座。拱圈厚度：根据跨径、矢高、荷载大小及材料等试算确定,变厚小跨径石拱桥：,=0.130.17的系数,(2)混凝土板拱,素混凝土板拱现浇素混凝土板拱：收缩应力大，加强养护。预制块件砌筑板拱：简单预制块板拱；分肋合拢，横向填镶砌筑板拱；卡砌空心板拱。,钢筋混凝土板拱,拱圈的厚度,拱顶厚度：,拱脚厚度：,拱圈截面的变化规律,截面变化规律,等截面（常用）,变截面（构造复杂）,纵向受力钢筋：最小配筋率0.2%0.4%,配筋构
7、造,箍筋：应将上下缘主筋连系起来,横向分布钢筋：应设在主筋内侧，局部要加密,主拱圈截面的配筋,2.肋拱,由两条或两条以上的分离拱肋、横系梁、立柱或吊杆、桥面系等组成。矢跨比一般为1/61/8，不宜小于1/10；拱肋最外缘间距一般不宜小于跨径的1/20。,肋拱截面形式,矩形，肋高h(1/401/60)L，宽b=(0.52.0)h,工字形，肋高h(1/251/35)L，宽b=(0.40.5)h，腹板厚度常为30cm50cm,管形，肋高h(1/451/65)L,箱形，肋高h(1/501/70)L，宽b=(1.02.0)h,劲性骨架砼拱桥以钢骨拱桁架为受力钢筋。劲性骨架拱桥主要用于特大跨度拱桥，截面为
8、箱形，悬链线拱轴线，m=1.3742.814。拱顶截面高度和宽度与净跨径的关系,劲性骨架拱肋,3.箱形拱,主拱圈截面由多室箱构成的拱称为箱形拱，又由于箱形拱主拱截面外观同板拱，所以也称箱板拱。矢跨比一般为1/61/8，不宜小于1/10。,主要特点,截面挖空率大，可达50%60%,中性轴居中,抗弯和抗扭刚度大，整体性好,制作要求高，吊装设备多,截面组成方式,多条U形肋组成的多室箱形截面,多条工形肋组成的多室箱形截面,单箱多室截面,多条闭合箱肋组成的多室箱形截面,拱圈截面尺寸拟定,拱圈高度,h拱圈高度l0净跨度箱拱为0.60.7；箱肋拱为0.81.0；,拱圈宽度,一般取桥宽的1.00.6倍一般不小
9、于跨径的1/20,箱肋宽度,与吊装能力有关，一般1.21.7m,顶底板及腹板,顶底板厚度td一般为1522cm两外腹板厚度twf一般为1215cm内箱腹板厚度tNf一般为57cm填缝宽度tf一般为2035cm115cm，2通常为4cm,h(1/551/75)L,设置位置：,横隔板,作用：提高抗扭能力，保证箱壁的局部稳定性,箱肋段端部、吊点、拱上空墩处其余部为每隔3m5m设一道,厚度：6cm8cm，中部常常挖空，便于施工行走,作用：保证整体性,横向联结,开口箱肋,闭口箱肋,4.双曲拱,1965年前后我国江苏无锡创造的桥型，由于主拱圈在纵横向均呈拱形而得名。拱圈由四部分组成：拱肋、拱波、拱板和横向
10、联系。实践证明，该桥型存在问题，受力部位严重开裂，存在安全隐患，目前很少采用。,预制时，“化整为零”；浇筑时，“集零为整”。,（二）整体型上承式拱,桁架拱桥,整体型上承式拱,普通桁拱桥桁式组合拱,刚架拱桥,1.桁架拱桥,桁架拱桥由桁架片、横向联结系和桥面联组成。,2)结构型式,桁架拱片是主要承重结构，由上下玄杆、腹杆和实腹段组成整体，共同受力，各杆件主要承受轴力；桁架拱片在荷载作用下有水平推力，跨中实腹段受压为主；桁拱片外部为两铰结构，温变及变位引起的结构附加内力较小。,1)结构特点,缺点：杆件纤细、模板复杂、浇筑及吊运要求高，节点是薄弱环节，常常有开裂。,斜腹杆式竖腹杆式桁肋式组合式,斜腹杆
11、式拱腹杆根数少,长度最短,用料省,整体刚度较大。,桁式组合拱常用于100m以上的特大型预应力混凝土拱桥。,桁肋式拱桁肋自重轻,吊装方便,适宜于无支架施工,附加内力较大,拱脚上弦易开裂。,竖腹杆式拱节点构造简单,施工方便,但整体刚度小。,3)结构构造,桁架拱片,桁架段,实腹段,节间大小,节点,片数及间距,矢跨比,下弦杆常采用等截面（一般为矩形），高为净跨度的1/801/100；腹杆常采用等截面，高度为下弦杆高度的1/1.51/2；上弦杆截面形式与桥面构造有关；拱片宽度在2550cm,长度一般为计算跨度的0.30.5倍；截面高度可取为净跨径的1/401/50,节间长度一般为计算跨度的1/81/12
12、；与上弦杆的夹角在30o50,应保证足够的强度和符合构造要求；相邻杆件外缘交角应以圆弧或曲线过渡,与桥宽、跨径及桥面板等有关；,净跨比在1/61/10,横向联系,主要包括：横系梁,横拉杆,横隔板,剪刀撑。,横系梁：在实腹段每隔3m5m设置，高度与下弦杆相同（1/15长度），宽1220cm。,横拉杆：高度与上弦杆相同,宽1220cm。,横隔板：设置在实腹段与桁架部分连接处以及跨中，高度直达桥面板，厚度与横系梁相同。,剪刀撑：常采用边长为10cm18cm的正方形截面。,桥面板构造,桥面结构形式很多，有横向微弯板、纵向微弯板和预应力混凝土空心板。,桁架拱片与墩台的连接,一般在墩(台)帽上预留深10c
13、m左右(或与肋高相同)的槽孔，将下弦杆插入并封以砂浆。,悬臂式,过梁式,伸入式,2.刚架拱桥,刚架拱桥属于有推力的高次超静定结构，具有构件少、质量小、整体性好、刚度大、施工简便、造价低和造型美观等优点，被广泛用于2570m的桥梁，它由桁架片、横向联结系和桥面联组成。,节点构造按固结设计,刚架拱桥总体布置,跨径小于30米时，只设主拱腿（主斜撑）；跨径3050米时，为减小次梁和斜撑内力，设置次拱腿；跨径大于50米，可设多根次拱腿支撑于墩台或主拱腿上；主节点和次节点均按固结设计，主拱腿和次拱腿的支座根据构造和计算图示采用固结和铰接；刚架拱片上缘线与桥面纵向平行；下缘线可采用抛物线、圆弧线和悬链线，使
14、拱内弯矩最小为原则。,三、拱上建筑构造,（一）实腹式拱上建筑,实腹式拱上建筑构造简单，施工方便，但填料数量较多，恒载较重，小跨径拱桥中多采用实腹式。,对浆砌圬工的侧墙,顶面厚度一般为5070cm,向下逐渐增厚,墙脚的厚度可取侧墙高度的0.4倍。,大、中跨径拱桥多采用空腹式，它的拱上建筑由多孔腹孔结构和桥面系组成（以利于减小恒载，并使桥梁显得轻巧美观），根据腹孔的结构形式，空腹式拱上建筑又分为拱式和梁式两种。,（二）空腹式拱上建筑,1.腹孔,1)拱式拱上建筑,外形美观，质量较大，一般用于圬工拱桥。拱上腹拱布置遵循以下原则:,腹孔对称布置在靠拱脚侧的一定区段内,其长度以跨径的1/31/4为宜,中小
15、跨径拱桥一般布置36孔；全空腹拱式布置为奇数跨为宜；腹孔跨径主要考虑主拱受力需要，对中小跨径选用2.55.5m为宜,对大跨径则控制在主跨径的1/81/15之间；腹拱的拱圈矢跨比一般为1/21/5的圆弧线,有时也采用1/101/12的微弯或扁壳结构,厚度与它的构造形式有关；紧靠桥墩(台)的第一个腹拱,较多的做法是将腹拱的拱脚直接支承在墩(台)上,或跨越桥墩使桥墩两侧的腹拱圈相连。,2)梁式拱上建筑,梁式腹孔轻巧美观，可减轻拱上重力和地基承载力，大跨径砼桥一般都采用梁式拱上建筑。,2.腹孔墩,腹孔墩构造形式，可分为横墙式和排架式两种。,1)横墙式：一般采用圬工材料砌筑或现浇混凝土做成实体墙，施工简
16、便。,横墙式,2)排架式：由立柱、底梁和盖梁组成的钢筋混凝土排架结构。,排架式,只将靠近拱顶处的12根高度较小的矮立柱上、下端设铰。,四、其他细部构造,（一）拱上填料、桥面及人行道,拱上填料（包括实腹拱和空腹拱）：作用是扩散车轮荷载，减小对拱圈的冲击；如果填料较厚（大于50厘米），可不计冲击影响；填料要求：容重小，透水性好，压缩性小。桥面铺装：目前一般采用防水砼、钢纤维砼、沥青砼、钢筋钢纤维砼等，同时在桥面形成一定的横坡，以利排水，保护桥梁。人行道：和梁桥一样，根据需要设置一定宽度的人行道，人行道可以部分悬出桥面或不悬出。,（二）伸缩缝、变形缝,为了防止不规则裂缝的出现,需在相对变形较大的位置设置伸缩缝,在相对变形较小的位置设置变形缝。,伸缩缝：缝宽2-3cm，用压缩性强的材料填塞变形缝：可不留缝宽，用油毛毡或低标号砂浆砌筑端腹孔设置三铰拱，以适应拱上建筑的变形,（三）排水与防水层,防水层的设置：为了保护主拱圈受水侵蚀而设置，全桥范围不应断开，遇伸缩缝时适当处理；排水系统：有桥面排水和防水层积水排水情况；,（四）拱桥中铰的设置
