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1、1,第三章 拱桥,第一节 概 述第二节 上承式拱桥的构造第三节 主拱圈设计与计算,桥梁工程,2,河北 赵州桥,又名安济桥。桥长64.40米，跨径37米，是当今世界上建造最早的单孔敞肩型石拱桥。距今已1400多年，经历了10次水灾、8次战乱和多次地震。（特别是1966年邢台7.6级地震）,3,河北 赵州桥,1991年9月，赵州桥被美国土木工程师学会选定为 第十二个“国际土木工程里程碑”，并在桥北端东侧建造了“国际土木工程历史古迹”铜牌纪念碑。,4,河北 赵州桥,为保护赵州桥，上世纪末在赵州桥东100米处新建一桥，其结构还是沿袭赵州桥，只是主拱上的小拱数量增加到一边5个。,5,卢 沟 桥,亦作芦沟
2、桥，是北京市现存最古老的石造连拱桥。始建于1189年，1444年重修。清康熙时毁于洪水，1698年重建。,桥全长266.5米，宽7.5米，下分十一个涵孔。桥身两侧的石雕护栏各有望柱140根，柱头上均雕有卧伏的大小石狮共501个，神态各异，栩栩如生。桥东的碑亭内立有清乾隆题“卢沟晓月”汉白玉碑，为燕京八景之一。,6,断桥残雪,7,瘦西湖 二十四桥,用汉白玉砌成，单孔拱形，成东西向飞跨于湖面之上，桥身长24米，宽2.4米，两端各24级台阶，上围24根栏柱，处处隐含“二十四”之意。,8,江苏无锡民主桥,又名三义桥，位于无锡玉祁镇，建于1979年，半跨10米，一桥通三岸，造型独特，充分发挥双曲拱桥构造
3、特点。,9,上海卢浦大桥 世界第一钢拱桥,全钢结构，居世界同类桥梁之首，其跨径达550米，被誉为“新世纪的彩虹桥”，超过美国518米长的西弗吉利亚新河桥。主拱箱形截面高9米、宽5米，为世界最大。游人可经367级台阶到达卢浦大桥拱桥顶部 。,10,1997四川万县长江大桥 （L=420m)劲性骨架钢筋混凝土箱形拱桥,12,跨越能力大；（200600m范围内，拱桥仍然是悬索桥和斜拉桥的竞争对手）能充分做到就地取材；(与梁式桥相比，可节省大量的钢材和水泥)构造简单；造型美观；耐久性好，养护、维修费用少。,拱桥的优点：,第一节 概述,一、拱桥的主要特点,拱结构的受力特点 ？,13,自重较大，相应的拱端
4、水平推力大，增加了下部结构的工程量；由于水平推力较大，对于连续多孔的大、中桥，为防止一孔破坏而影响全桥的安全，需要采取较复杂的措施；对于无铰拱，基础变位会产生附加内力，因而对地基的要求较高；与梁式桥相比，上承式拱桥的建筑高度较大。（两岸接线长度或纵坡增大）,拱桥的 缺点：,14,二、拱桥的主要类型,15,、简单体系拱桥 桥面系结构不参与主拱一起受力。 均为有推力拱。,三铰拱：静定结构； 在地基差的地区可采用；构造复杂，施工困难，整体刚度小，抗震不利。,（一）按结构受力图式分类：,16,无铰拱：？次超静定；一般修建在良好的地基上；拱的内力分布较均匀，材料用量较三铰拱省；整体刚度大，构造简单，施工
5、方便，使用广。,两铰拱： 介于三铰拱和无铰拱之间。,17,2、组合体系拱桥 将行车系结构与主拱按不同的构造方式构成一个受力整体，以共同承受荷载。 可划分为 有推力拱 和 无推力拱 两种类型。 一般由拱肋、系杆、吊杆（或立柱）、行车道梁（板）及桥面系等组成。 组合体系拱也可做成上承式、中承式和下承式。,18,有推力拱 没有系杆，有单独的梁和拱共同受力，拱的推力仍由墩台承受。,无推力拱（系杆拱） 拱推力由系杆承受，墩台不承受水平推力。 系杆就是将两拱脚联系在一起的水平构件。,19,下承式钢管混凝土预应力系杆拱桥，矢度1/6。两片拱肋间用直径800mm横撑连接以保持其稳定性。活载作用下拱脚的水平推力
6、由系杆及桥墩共同承担。 钢管既起纵筋作用，也起螺旋箍筋的作用，有效提高构件承载力。在施工阶段，钢管还起到劲性骨架的作用。,1990四川旺苍115米东河桥,20,3、拱片桥 由两片以上的拱片组成，并用横向联结系将各拱片连成整体，行车道板支承在拱片上。,21,钢筋混凝土斜拉杆式桁架拱桥，矢跨比为1/8。全桥布置4片拱片，在上弦杆覆盖微弯板混凝土桥面。,1971 浙江余杭里仁桥（L=50m）,22,板拱，肋拱，双曲拱，箱形拱,1、板拱桥主拱圈采用矩形实体截面；构造简单、施工方便；自重较大，不经济；通常在地基较好的中小跨径圬工拱桥中采用。,（二）按 主拱圈的截面型式 分,23,2、肋拱桥 由两条或两条
7、以上分离式拱肋组成承重结构，拱肋之间靠横向联系梁连接成整体而共同受力。,横截面面积较小，节省材料，自重轻，跨越能力大，多用于较大跨径的拱桥。 可以用圬工、钢筋混凝土、钢材建造。,24,1988 广东广州流溪桥 （L=90m）,钢筋混凝土箱肋中承式拱，拱矢度1/4.5,25,1983 台湾台北关渡桥 （L=165m）,中承式5孔连续系杆拱桥，中间孔跨度为165m，两侧孔跨度分别为143m及44m，拱圈为抛物线。,26,主拱圈在纵向、横向均呈曲线形；通常有拱肋、拱波、拱板和横向联系等几部分构成；公路双曲拱桥采用最多的是多肋波的截面形式；对于跨径和荷载较小的单车道桥可采用单波的形式。施工工序多，组合
8、截面的整体性差，易开裂，一般用于中、小跨径拱桥。,3、双曲拱桥,27,1969 江苏无锡卫东桥,28,4、箱形拱桥,拱圈横截面由几个箱室组成。截面挖空率大，可达全截面的50%70%，较实体板拱桥可减少圬工用料与自重，适用于大跨度拱桥。截面抗扭刚度大，横向整体性和稳定性好。,29,1997四川万县长江大桥 （L=420m)劲性骨架钢筋混凝土箱形拱桥,30,第二节 上承式拱桥的构造,一、主拱的构造,1、普通型上承式拱桥 按主拱圈截面形式可分为：板拱，肋拱， 双曲拱，箱形拱,普通型上承式拱桥 由主拱(圈)、拱上传力构件、桥面系组成，主拱(圈)是主要承重结构；整体型上承式拱桥 由主拱片和桥面系组成，主
9、拱片是主要承重结构。,31,2、整体型上承式拱桥,包括：,桁架拱桥又称拱形桁架桥，有水平推力。拱片是主要承重结构，由上、下弦杆、腹杆和实腹段组成。,32,33,1976浙江宁海越溪桥,主孔为净跨75m的预应力混凝土桁架拱，拱矢度1/9；边孔为净跨40m的双曲拱。,34,刚架拱桥,上部结构由刚架拱片、横向联结系和桥面系组成。主要承重结构刚架拱片一般由跨中实腹段的主梁、空腹段的次梁、主拱腿（主斜撑）、次拱腿构成。,35,1989 江苏无锡100米下甸桥,变截面，四分点附近截面高度最大，分别向拱脚、跨中减小。取消次拱腿，拱上建筑采用23m预应力混凝土简支梁以过渡。,36,二、拱上建筑布置和构造,对于
10、普通型上承式拱桥，其主要承重结构(主拱圈)是曲线，车辆无法通过，需要在桥面系与主拱之间设置传递荷载的构件或填充物。这些传递荷载的构件或填充物称为拱上建筑。,拱上建筑与主拱的联合作用 拱上建筑在一定程度上能约束主拱圈由于温度变化及混凝土收缩徐变等引起的变形，而主拱圈变形又使拱上建筑产生附加力。 拱上建筑的结构形式不同，参与主拱共同受力的程度也不同。,37,拱上建筑分 实腹式 和 空腹式 两种形式。,实腹式拱桥,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。,38,大、中跨径拱桥多采用空腹式。 空腹式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
11、轻巧美观。,空腹式拱桥,39,腹拱一般采用圆弧线，跨径多采用 2.55.5m，且不大于 L0 的 1/81/15。矢跨比 1/41/6。太陡不利于减轻填料重量，太坦则会使腹拱水平推力过大，不利于腹拱受力。腹孔自两拱脚向跨中对称设置，一般每边设35孔。,1、腹孔 （ 拱式 、 梁式 ）,40,41,2、立柱和横墙,浆砌片石、块石横墙厚度一般不小于50cm。为减轻自重，可以将横墙挖空成城门洞形，也可采用自重轻的钢筋混凝土排架结构。,42,3、伸缩缝 和 变形缝 适应 温度变化 和 桥台位移,43,第三节 主拱圈设计与计算,合理拱轴线的概念了解悬链线拱,要求：,44,拱轴线形状直接影响主拱的内力分布
12、与大小；还与拱桥的经济性、耐久性和施工安全性等密切相关。拱轴线型的合理选择是拱桥设计的关键。,三、拱轴线型的选择 及 拱轴系数的确定,最理想的拱轴线是： 使外荷载作用下主拱任一截面只有轴向力，而无弯矩与剪力，即处于纯压状态，截面压应力分布均匀。,1.合理拱轴线,45,(1)主拱总荷载是恒载和活载的组合，由于活载的频繁变动，总荷载将随时发生变化。因此，以一条选定的拱轴线去适应频繁变化的荷载压力线是不可能的。(2)主拱并非绝对刚体，承载后将发生变形，变形后的实际拱轴线将偏离原来设计位置，即使是与设计拱轴线相适应的荷载作用下，主拱截面也将出现弯矩。由于恒载不变，且占主拱总承载的比重很大，因此常以恒载
13、压力线作为设计拱轴线。,实践中，绝对合理的拱轴线是找不到的。,46,圆弧线、二次抛物线、悬链线,(1)、圆弧线线形最简单，施工最方便。圆弧拱轴线一般与恒载压力线偏离较大，使拱圈各截面受力不够均匀。常用于 1520m 以下的小跨径石拱桥。,2.拱轴线线型,47,(2)、二次抛物线 在竖向均布荷载作用下，拱的合理拱轴线是二次抛物线。,对于恒载集度比较接近均布的拱桥（如矢跨比较小的空腹式钢筋混凝土拱桥，或钢筋混凝土桁架拱和刚架拱等轻型拱桥），可采用抛物线拱。,48,(3)、悬链线 若恒载集度从拱顶到拱脚逐渐增加，且与拱轴纵坐标呈线性关系，则其压力线是一条悬链线。,对于实腹式拱桥，采用悬链线作为拱轴线。,49,其中双曲余弦函数,在拱脚截面：=1，y1=f，可求得：,当 f 确定后，曲线形状就完全由变量m确定。,拱轴系数 ，,
