《33第三章-拱桥上部结构-拱桥特点与主拱内力计算、拱桥施工学习资料》由会员分享，可在线阅读，更多相关《33第三章-拱桥上部结构-拱桥特点与主拱内力计算、拱桥施工学习资料（95页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第三章 拱桥上部结构-3,1,第三章 拱桥上部结构Superstructure of Arch Bridge,3.1 概述 3.2 拱桥的分类 3.3 常见拱桥的构造特点 3.4 单跨悬链线无铰板拱的设计 3.5 拱桥受力特点与主拱设计计算要点 3.6 拱桥施工,第三章 拱桥上部结构-3,2,3.5 拱桥受力特点与主拱设计计算要点,3.5.1 概述 3.5.2 恒载内力计算 3.5.3 活载内力计算 3.5.4 温度变化、混凝土收缩和拱脚变位的内力计算 3.5.5 裸拱内力计算 3.5.6 拱圈强度及稳定性验算 3.5.7 桁架拱与刚架拱的计算要点 3.5.8 连拱计算,第三章 拱桥上部结构-
2、3,3,3.5.1 概述,一、联合作用与活载的横向分布 拱桥为多次超静定的空间结构。 活载作用于桥跨结构时，拱上建筑参与主拱圈共同承受活载的作用，称为“拱上建筑与主拱的联合作用”或简称“联合作用”。 在横桥方向，活载引起桥梁横断面上不均匀应力分布的出现，称为“活载的横向分布”。,第三章 拱桥上部结构-3,4,联合作用有利于主拱圈受力，活载的横向分布不利于主拱圈的受力。 板拱桥中，联合作用的有利影响要大于横向分布的不利影响。 设计计算时二者的影响均不考虑，认为拱跨范围内所有的恒载与活载均由主拱圈全截面均匀地承受。取拱圈全宽或单位宽计算。,拱的内力计算的基本结构,基本结构引入刚臂，三个赘余力移至刚
3、臂的端部。 只有X2对结构的受力影响与刚臂长度有关。调整刚臂长度，使得12=21=0。 三个独立变量的一元一次方程 直接解得三个赘余力X1、X2、X3。,第三章 拱桥上部结构-3,8,2、弹性中心的位置：使得12=21=0的刚臂端部几何位置。当拱左右对称时，弹性中心位于其对称轴上，距拱顶的纵坐标：,弹性中心坐标系数，与拱轴系数m有关，可查“拱桥”附录（）表（）3,第三章 拱桥上部结构-3,10,3.5.2 恒载内力计算,一、弹性压缩影响 采用恒载压力线作为拱轴线时，如果拱是绝对刚性的，拱轴线长度不变，恒载作用下拱内仅产生轴向压力而无弯矩和剪力。 拱并非绝对刚性，主拱圈在轴向压力作用下，将发生弹
4、性压缩变形，拱轴要缩短，由此会在无铰拱中产生弯矩和剪力，即弹性压缩影响。,第三章 拱桥上部结构-3,11,拱圈弹性压缩对内力的影响在恒载和活载内力计算中分别计入。 拱圈弹性压缩影响与恒载、活载作用产生的内力是同时发生的。 先计算不考虑弹性压缩时的压力，再计算弹性压缩引起的内力，然后叠加。 如果拱轴线对恒载压力线有偏离，则还要计算拱轴偏离引起的恒载内力。,第三章 拱桥上部结构-3,12,弹性压缩引起拱轴缩短,第三章 拱桥上部结构-3,13,二 、不考虑弹性压缩时的恒载内力,1、实腹拱 拱轴线与恒载压力线完全吻合，在恒载作用下，主拱各截面上仅产生轴向压力。,第三章 拱桥上部结构-3,14,系数Kg
5、、Kg可自“拱桥”附表（）4查得。 主拱各截面的轴向力： （恒载弯矩和剪力均为零）,第三章 拱桥上部结构-3,15,2、空腹拱,暂不考虑拱轴偏离影响，拱的恒载推力Hg和拱脚竖直反力Vg，直接由力的平衡条件求得。 半跨恒载对拱脚的力矩； 半跨恒载重。 有了Hg之后，即可利用公式求出主拱各截面的轴向力，并认为恒载弯矩和剪力为零。,第三章 拱桥上部结构-3,16,三、恒载作用下弹性压缩引起的内力,恒载轴向压力作用下，弹性压缩引起拱轴沿跨径方向缩短lg， 为平衡弹性压缩，有一个作用于弹性中心而方向向外的水平力Hg,根据变形协调条件可得： 1、查“拱桥”附表（）9和附录（）11,恒载作用下考虑弹性压缩后
6、拱的总内力 上边符号适用于左半拱 下边符号适用于右半拱,第三章 拱桥上部结构-3,19,考虑了弹性压缩后，主拱各截面将产生弯矩。实际的恒载压力线将不可能与拱轴线重合了。 跨度较小而矢跨比较大的拱桥，弹性压缩作用对结构计算结果的影响不大。 规定：l30m，f/l1/3；l20m，f/l1/4和l10m，f/l1/5的拱桥不计弹性压缩的影响。,第三章 拱桥上部结构-3,20,3.5.3 活载内力计算,求出赘余力影响线，用迭加方法求出拱的支点反力和控制截面的内力影响线，影响线上加载计算出截面最大内力。 一、不考虑弹性压缩影响的活载内力 1、赘余力影响线 基本结构简支曲梁,弹性中心的赘余力,暂不考虑轴
7、向力对变位的影响（即暂不计拱轴弹性压缩影响），且不计剪力及曲率对变位的影响，则：,第三章 拱桥上部结构-3,23,结构对称 1p、2p只需考虑正对称荷载作用下的情况（反对称时为零） 3p只需考虑反对称荷载作用下的情况（正对称时为零）,将荷载分解成正、反对称,第三章 拱桥上部结构-3,25,正对称时： 反对称时： AB段 AB段 BC段 BC段 上边符号适用于左半拱，下边符号适用于右半拱,赘余力的影响线,第三章 拱桥上部结构-3,27,求得赘余力影响线后，拱脚支点反力以及任意截面的内力影响线，可利用静力平衡条件和迭加方法求得。 “拱桥”的附录中各反力和内力影响线。 主拱圈几个控制截面的内力影响线
8、形状,拱任意截面内力影响线,第三章 拱桥上部结构-3,29,实际计算，任意截面的轴向力 N 和剪力Q 一般不作影响线，利用推力 H1 和竖直反力 V 的影响线求得：,第三章 拱桥上部结构-3,30,有了内力影响线之后，即可按最不利荷载位置布载，以求得最大内力。,用等代荷载内力计算 最大正弯矩： 与Mmax相应的 H1 ： 与Mmax相应的 V ： 同理，再将荷载布置在负弯矩区段，可求得最大负弯矩 Mmin 及与其相应的 H1 和 V 值。,第三章 拱桥上部结构-3,32,拱脚截面内力影响线,拱顶截面的轴向力N=H1 其它截面的轴向力计算 注意：计算拱脚截面的弯矩Mmax或Mmin相应的竖向反力
9、V时，应以V的等代荷载乘以影响线V的全面积，即/2。,第三章 拱桥上部结构-3,34,计算人群荷载产生的内力时，拱脚竖向反力影响线面积则应采用与Mmax或Mmin相对应的面积，不能采用全面积。 当作用有特殊荷载，无相应等代荷载表可供查用时，可按最不利荷载位置，在影响线上直接布置集中荷载，各集中荷载乘以相应影响线坐标后之和即为内力值。,第三章 拱桥上部结构-3,35,二、弹性压缩引起的活载内力,在弹性中心上施加一方向向外的水平拉力H,在竖直力 P 作用下，拱任意截面上产生轴向力 N 、弯矩 M 和剪力 Q 。 将所有的力均投影在水平方向，则轴向力为：,由于弹性压缩引起的内力,第三章 拱桥上部结构
10、-3,38,上边符号适用于左半拱，下边符号适用于右半拱。 将不考虑弹性压缩的活载内力与活载弹性压缩产生的内力迭加起来，即得活载作用下的总内力。,第三章 拱桥上部结构-3,39,3.5.4 温度变化、混凝土收缩和 拱脚变位的内力计算,一、温度变化产生的附加内力,第三章 拱桥上部结构-3,40,二、混凝土收缩产生的附加内力,将混凝土收缩的影响，折算为温度的额外降低。 整体浇筑的混凝土结构的收缩影响： 一般地区相当于降低温度200C 干燥地区为300C,第三章 拱桥上部结构-3,41,整体浇筑的钢筋混凝土结构的收缩影响，相当于降低温度1520oC 分段浇筑的混凝土或钢筋混凝土结构的收缩影响，相当于降
11、低温度1015oC 装配式钢筋混凝土结构的收缩影响，相当于降低温度510oC。,第三章 拱桥上部结构-3,42,三、拱脚变位引起的内力计算,（1）拱脚相对水平位移引起的内力,（2）拱脚相对垂直位移引起的内力 等截面悬链线拱的 可由“拱桥”表（III）-6查得,第三章 拱桥上部结构-3,44,（3）拱脚相对角变引起的内力,拱脚相对角变引起的赘余力,第三章 拱桥上部结构-3,46,拱脚相对角变引起各截面的内力,第三章 拱桥上部结构-3,47,3.5.5 裸拱内力计算,采用早脱架施工（拱圈合拢达到一定强度后就卸落拱架）及无支架施工的拱桥，需计算裸拱自重产生的内力，以便进行裸拱强度和稳定性的验算。,第
12、三章 拱桥上部结构-3,48,3.5.6 拱圈强度及稳定性验算,无铰拱桥，拱脚和拱顶是控制截面。 中、小跨径的无铰拱桥，只验算拱顶、拱脚就行了。 大、中跨径无铰拱桥，常验算拱顶、拱脚和拱跨1/4等三个截面，采用无支架施工的大跨径拱桥，必要时需加算1/8和3/8截面,第三章 拱桥上部结构-3,49,一、拱圈强度验算,第三章 拱桥上部结构-3,50,二、拱圈的稳定性验算 （1）纵向稳定性验算 （2）横向稳定性验算,第三章 拱桥上部结构-3,51,1）对于板拱或采用单肋合拢时的拱肋 2）对于肋拱或无支架施工时采用双肋（或多肋）合拢的拱肋,第三章 拱桥上部结构-3,52,肋拱稳定计算图式,第三章 拱桥
13、上部结构-3,53,3.5.7 桁架拱与刚架拱的计算要点,一、桁架拱 1.受力情况： 拱形桁架部分的杆件主要承受轴向力与普通桁架的受力相似； 实腹段部分承受轴向力和弯矩，与拱圈受力相似；,拱形桁架部分的上弦杆除承受轴向压力外，还直接承受外荷载所产生的弯矩和剪力。 桁架拱桥上部结构属高次超静定结构，其计算方法有手算法和电算法。 2. 基本假定及计算图式 以1片桁架拱片作为计算单元，将空间桁架简化为平面桁架。荷载在横桥向的不均匀分布以荷载横向分布系数来体现。,第三章 拱桥上部结构-3,55,假定桁架拱片两端与墩台的连接为铰接，桁架拱可按外部一次超静定结构计算，在支点处（拱脚）仅产生水平反力和竖向反
14、力，不产生弯矩。 假定行架拱的杆件结点为理想铰接。 计算图式：外部一次超静定、内部静定的双铰桁架拱式结构。,第三章 拱桥上部结构-3,56,桁架拱计算图式与计算模型,第三章 拱桥上部结构-3,57,上弦杆和实腹段的两种截面,第三章 拱桥上部结构-3,58,二、刚架拱,1. 受力特点 除两边腹孔梁为受弯构件外，其余杆件及实腹段均有轴向力，属于压弯构件。 高次超静定结构，内力与变形一般采用平面杆系有限元法计算，也可采用位移法手算或其它方法计算。,第三章 拱桥上部结构-3,59,2. 基本假定及计算图式 恒载作用时，假定主拱脚和斜撑脚均为铰结（施工中不封固） 活载作用时，主拱脚已封固，假定主拱脚为团
15、结，斜撑脚为铰接，弦杆支座无论恒载、活载作用均作为允许水平位移的竖向链杆。 恒载全部由裸（刚架）拱承担，按次序分阶段计算恒载内力，然后进行叠加。,第三章 拱桥上部结构-3,60,刚架拱分阶段结构计算图式,第三章 拱桥上部结构-3,61,刚架拱桥的单元划分,第三章 拱桥上部结构-3,62,3.5.8 连拱计算,一、概述 1. 连拱作用受力特点,第三章 拱桥上部结构-3,63,多孔拱桥在荷载作用下，各拱墩结点会产生水平位移和转角，拱墩结点变位的计算，称为“连拱计算”。 在拱墩结点的两个变位未知数中，结点水平位移对拱、墩内力的影响大，而转角对拱、墩内力的影响一般较小。,第三章 拱桥上部结构-3,64
16、,从定性上可以用结点水平位移的大小来近似地反映连拱影响的程度，但在计算拱、墩内力时，不宜忽略结点转角的影响。 2. 固定拱内力 桥墩相对拱圈愈细柔，拱墩结点的水平位移愈大，连拱的影响愈显著； 桥墩相对拱圈愈刚劲，结点的水平位移愈小，连拱的影响亦愈小。,第三章 拱桥上部结构-3,65,仅当桥墩相对拱圈的刚度接近无限大时，在荷载作用下，各拱墩结点才不会产生变位，即不存在连拱的影响。 此时多孔拱桥可各自按拱脚固定的单跨拱计算称为“按固定拱计算”，计算的内力称为“固定拱内力”。,第三章 拱桥上部结构-3,66,二、多孔拱桥连拱作用,桥墩相对拱圈的刚度不可能无限大，即使是采用刚度较大的重力式墩，桥墩的抗推刚度一般不超过拱圈抗推刚度的40倍。仍有一定的连拱作用。 钻孔灌注桩的桩柱式桥墩、轻型桥墩，连拱的作用相当显著。为更准确反映桥梁的实际受力情况，一般多孔拱桥均应考虑连拱作用的影响。,第三章 拱桥上部结构-3,67,当 时，可按单孔墩（固定拱）计算，否则应按连拱计算（活载计算误差5%）。轻型下部的结构采用连拱作用明显。,第三章 拱桥上
