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1、第三篇 拱 桥,第一篇 混凝土拱桥,拱桥的现状和发展 1、拱桥的发展,拱桥,国外:,石拱,木拱,十八世纪,铸铁拱,十九世纪,钢拱 钢筋混凝土拱,国内:,石拱,木拱,双曲拱,桁架拱,钢筋混凝土拱,刚架拱 桁式组合拱,钢管拱 新型组合体系拱,1964年,70年代,80年代,80年代中,古代拱桥: 拱轴曲线造型的千变万化,其中最具有代表意义的是建于公元 595-605年的赵州桥(如图1所示,跨径L=37m),图1 赵州桥,当代拱桥:结构型式与施工方法的丰富多彩如,97年 建成的重庆万县长江大桥(图2所示,L=420m), 广州丫髻沙特大桥(图3,L360m), 1932建成的澳大利亚悉尼钢拱桥(图4
2、,L 503m )及正在建设的鲁浦大桥(L=550m)。,图2 1997建成的四川万县长江大桥,图3 广州丫髻沙特大桥,图 4 1932澳大利亚503m悉尼钢拱桥,6,2、受力特点: 支座处存在水平推力 拱内产生轴向压力弯矩减少偏心受压应力较均匀,拱式桥,3、主要优缺点: 主要优点: 跨越能力大;能充分做到就地取材;耐久性好,养护、维修费用小;外形美观;构造较简单,有利于广泛采用。,主要缺点: 1)是有推力的结构,而且自重较大,因而水平推力也较大,增加了下部结构的工程量,对地基要求也高; 2)由于水平推力较大,在连续多孔的大、中桥中,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,或设置
3、单向推力墩,增加了造价; 3)上承式拱桥的建筑高度较高。,拱桥的缺点正在逐步得到改善和克服:200600m范围内,拱桥仍然是悬索桥和斜拉桥的竞争对手,1-2 拱桥的组成及主要类型 一、拱桥的基本组成 1、上部结构: (1)主拱圈:主要承重构件 (2)拱上建筑:桥面系和传力构件或填充物 2、下部结构: 桥墩、桥台、基础,拱顶,拱脚,拱轴线,拱背,拱腹,起拱线,9,10,二、拱桥的主要类型及其特点,拱桥,板拱桥,肋拱桥,双曲拱桥,箱形拱桥,(一)按照结构受力图式分 按主拱圈与行车系之间相互作用的性质和影响程度,分三种类型:简单体系拱桥、组合体系拱桥及拱片桥。 1、简单体系拱桥,三铰拱,两铰拱,无铰
4、拱,2、组合体系拱桥 特点:梁和拱组合起来,共同承受桥面荷载和水平推力 (1)无推力组合拱桥(静定结构),柔性系杆刚性拱(系杆拱),刚性系杆柔性拱(蓝格尔拱),双刚性(洛泽拱),尼尔森系杆拱,尼尔森蓝格尔拱,尼尔森洛泽拱,(2)有推力组合拱桥,倒蓝格尔拱,倒洛泽拱,(3)拱片拱属有推力拱仅用于上承式拱桥,行车道系与拱肋刚性连成一整体,上边缘与桥面纵向平行,下边缘是拱形的有推力结构,(二) 按主拱圈截面形式分 1、沿拱轴线:(1)等截面 (2)变截面,等截面,等宽变高度截面,等高变宽度截面,2、横截面:,(1)板拱桥: 适用:地基好,中小桥,(2)板肋拱桥:拱圈由板和肋组成,(3)肋拱桥:拱圈由
5、板和肋组成 适用:多用于大、中跨桥,(4)双曲拱桥: 适用:多用于中、小跨桥,(5)箱形拱桥: 适用:用于大跨桥,17,三、拱桥实例介绍,我国公路桥中70%为拱桥。我国多山,石料资源丰富,拱桥取材以石料为主。,1)圬工拱桥(石拱桥以及拱圈不配钢筋的混凝土拱桥,跨越能力较小),18,2)双曲拱桥(中国首创的一种拱桥型式),19,3)肋拱桥,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,全桥采用喷塑装修工艺,建筑宏伟壮丽,已成为公园的重要景观。,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,两侧孔跨度为143m及44m
6、,拱圈为抛物线。,1990江苏丹阳云阳桥(L=70m) 跨越京杭大运河,无粘结预应力系杆拱,3根拱肋,矢度1/5,拱轴系数m=1.0,单箱高1.5m,行车道刚性纵梁和无粘结预应力柔性系杆分开。预制安装法施工.,1992 广东开平三埠桥 (L=60m) 单拱肋预应力混凝土系杆拱,单拱肋置于车行道中央分隔带上。,1994台湾台北碧潭桥(L=160m) 桥面由预制预应力混凝土单箱组成,并配以Y型悬臂拱圈,形成主跨为160m及2x100m无推力拱桥。引桥跨度分别为85m及57m,全桥以简洁明快的弧形曲线构成,与远山近水相协调。,1990 四川宜宾小南门桥 (=240m) 主桥系中承式钢筋混凝土肋拱桥,
7、矢度1/5,是当时国内跨径最大的钢筋混凝土拱桥。该桥采用劲性钢骨架施工法,缆索吊装。,20,4)箱 拱桥,1979四川省宜宾市金沙江大桥 (L=150m) 中国采用缆索吊装施工、跨径最大的钢筋混凝土箱形拱。主拱圈箱高2.0m,箱宽7.60m,矢跨比1/7,全拱圈横向分5个箱室;纵向分5段预制,缆索吊装就位后再组合成整体箱。,1989四 川涪陵乌江大桥 (L=200m) 桥高84m,矢跨比1/4,主拱圈采用3室箱。 涪陵乌江大桥采用转体法施工,先在两岸上、下游组成3m宽的边箱,待转体合拢后吊装中箱顶、底板,最后组成3室箱。,1997四川万县长江大桥 L=420m) 劲性骨架钢筋混凝土箱形拱桥,2
8、1,5)刚架拱桥,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。取消斜撑,拱上建筑采用23m预应力混凝土简支梁以过渡。,1993江西德兴130米太白桥 采用转体施工。,22,6)桁架拱桥,1976浙江宁海75米越溪桥 主孔为净跨75m的预应力混凝土桁架拱,拱矢度1/9;边孔为净孔40m的双曲拱,,1971浙江余杭50米里仁桥 钢筋混凝土斜拉杆式桁架拱桥。拱圈矢跨比为1/8。全桥布置4片拱片,在上弦杆覆盖微弯板混凝土桥面。预制拱片卧置叠浇,分段用浮吊起吊、翻身和吊装,在三分点处设临时支托,浇筑湿接头混凝土。,23,7)钢管混凝土拱桥,1998浙江义乌80米
9、宾王桥 单肋钢管混凝土系杆拱桥,中跨矢跨比1/5,矢高15.6m;边跨矢跨比1/4.5,矢高11.87m 。,1990四川旺苍115米东河桥 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由系杆及桥墩共同承担。钢管拱肋实际上是一种复合材料,在破坏荷载作用下,钢管不仅起纵筋的作用,而且对混凝土起螺旋箍筋的作用,以提高构件的承载能力。在施工阶段,钢管起着劲性骨架的作用。,24,8)劲性骨架混凝土拱桥,1997四川万县长江大桥 L=420m) 劲性骨架钢筋混凝土箱形拱桥,25,1932澳大利亚503m悉尼钢拱桥,1977美国51
10、8.2m New River桥,9)钢拱桥,施工中的江汉五桥,第二章 拱桥的构造 2-1 主拱圈的构造 一、板拱按主拱材料不同分为石板拱、混凝土板拱和钢筋混凝土板拱。,板拱,二、肋拱肋拱桥的主要承重结构,立柱,拱肋,纵梁,横系梁,横梁,拱肋,1、材料:混凝土或钢筋混凝土,也可选用石材 2、拱肋数目和间距主要根据跨径、宽度、肋型、材料性能、荷载等级、施工条件、拱上结构等综合选定桥宽20m以内采用双肋式,超过20m以上,采用分离的双幅式双肋拱为保横向稳定,两外侧拱肋外缘间距l/20,3、拱肋截面 (1)矩形:构造简单、施工方便 (2)工字形:适用:大、中跨径 (3)箱型:适用:跨径大,桥面宽 (4
11、)管形:适用:钢管混凝土拱桥,三、双曲拱 主拱圈的组成: 拱肋、拱波、拱板、横向联系,拱肋,横向联系,拱板,拱波,1、主拱圈截面形式据桥梁跨度、宽度、设计荷载大小、材料类型和施工工艺等情况可采用: (1) 多肋多波形式:多用 (2)单波的形式:用于小跨径,2、拱肋: (1)作用:主拱圈的重要组成部分,施工中作为砌筑拱波和浇筑拱板的支架 (2)要求:强度、刚度、稳定性 (3)截面形式:,(4)拱肋一般为预制的钢筋混凝土构件,分段数目和长度取决于桥梁跨径大小、运输设备和吊装能力。接头不宜布置于拱顶,布置于拱肋自重作用下弯矩最小的地方,一般在跨径的0.3倍附近。一般分为三段。当跨径超过80m,可分为
12、5段。,3、拱波 (1)作用:主拱圈的组成部分,拱板混凝土浇筑时的模板 (2)一般用混凝土预制成圆弧形(不低于C20),4、拱板 (1)作用:“集零为整”,加强拱圈整体性 (2)现浇混凝土(不低于C20),平板形,折线形,波形,5、横向联系构件 (1)作用:使拱肋变形在横桥向均匀,避免拱波顶纵裂,保证横向稳定 (2)形式:横系梁和横隔板 (3)布置:拱顶、腹孔墩下、接头处,间距35m。拱顶部分可适当加密。,四、箱形拱 箱形截面的组成方式:可为单室箱或多室箱,每一闭合箱又由箱壁、顶板、底板及横隔板组成,多条U形肋,多条工字形肋,多条闭合箱肋,单箱多室截面,3、设计与构造 (1)截面尺寸高度h:取
13、决于拱跨及混凝土强度(目前常用C30C40)宽度:可采用窄拱圈形式其他细部尺寸见P265,2-2 拱上建筑的构造据构造方式不同,分为实腹式和空腹式 一、实腹式拱上建筑,组成:侧墙、拱腹填料、护拱、变形缝、防水层、泄水管及桥面等,3、拱腹填料的做法:(1)填充式:,(2)砌筑式 4、护拱:,二、空腹式拱上建筑组成:除与实腹式相同者外,还有腹孔和腹孔墩,1、腹孔型式:拱式腹孔和梁式腹孔,腹孔,腹孔墩,腹孔,腹孔墩,(1)拱式腹孔, 特点:构造简单,外形美观,重量较大,多用于圬工拱桥 布置:一般对称布置在靠近拱脚侧的一定区段内也有采用全空腹型式, 腹拱圈:石砌、混凝土预制或现浇的圆弧形板拱 靠近桥墩
14、(台)的第一腹拱做法:a、将腹拱的拱脚直接支承在墩(台)上;,b、跨越桥墩,使两侧腹拱圈相连,(2)梁式腹孔, 特点:减轻拱上重量,降低拱轴系数,改善拱圈在施工过程中的受力状况,获得更好的经济效果。 跨径及布置:要求同拱式,2、腹孔墩 分为横墙(力墙)式和排架(立柱)式,(1)横墙式:实体墙或横向挖孔 (2)排架式:盖梁和立柱组成的排架或刚架,2-3 拱桥其他细部构造,一、拱上填料、桥面及人行道 1、填料的作用 (1)扩大车辆荷载作用面积; (2)减小车辆荷载冲击作用,二、伸缩缝与变形缝 1、为什么要设伸缩缝和变形缝? 2、伸缩缝和变形缝有什么区别? 3、各种拱桥结构中,分别如何设置?(1)实
15、腹式:两拱脚上方,(2)拱式拱上结构:,(3)梁式或板式拱上结构:,4、伸缩缝和变形缝隙如何处理?伸缩缝一般宽23cm,其缝内填料可采用锯末屑与沥青按照1:1比例制成预制板,在施工时嵌入,并在上缘设置能活动但不透水的覆盖层,另外也可采用其它材料填塞伸缩缝。变形缝不留缝宽,其缝可干砌、用油毛毡或低强度等级的砂浆砌筑。,三、排水及防水层 1、桥面水的排除:同梁式桥 2、渗入拱腹内的水排除:防水层、泄水管3、防水层和泄水管的埋设方式: (与上部结构形式有关)(1)实腹式拱桥 防水层:拱背护拱、侧墙铺设 泄水管:跨径的14,(2)空腹式拱桥防水层:沿腹拱上方与主拱圈跨中实腹段的拱背布置泄水管:跨径的1
16、4,四、拱桥中的铰 1、拱桥中哪些情况应设铰? (1)按两铰拱或三铰拱设计的主拱圈 (2)按构造要求需采用铰的腹拱圈 (3)需设置铰的矮小腹孔墩 (4)施工中,设置临时铰 2、铰的分类:永久性铰,临时性铰,(4)铅垫铰:利用铅的塑性变形达到支撑面的自由转动。中小跨径的板拱或肋拱,也可作为临时铰。,(5)钢铰:多作为临时铰。,钢管混凝土拱桥简介,钢管混凝土拱肋,立柱(或吊杆),横撑,行车道系,下部构造,一、钢管混凝土拱桥的特点属于钢混凝土组合结构中的一种 1、结构分类据钢管与混凝土的组合关系,分为“内填型”和“内填外包型”,(2)内填外包型,(1)内填型,2、特点: (1)优点:强度高、塑性好、质量轻、耐疲劳、耐冲击, 另外,还有以下独特优点:(1)钢管本身就是耐侧压的模板,(2)钢管兼有横向钢筋和纵向箍筋的作用(3)钢管施工阶段起劲性骨架作用,运营阶段又是主要承重结构。(4)在受压构件中采用,可节省材料。 (2)缺点: (1)钢管膨胀,混凝土脱空 (2) 泵送混凝土密实性难保(3)钢管表面防锈 (4)钢管制造、安装要求高,