文档介绍：第四章圬工与钢筋混凝土拱桥
概述
拱桥的特点及其适用范围
拱桥的组成
拱桥的分类
拱桥设计和构造
拱桥总体设计
简单体系拱桥的构造
组合体系拱桥设计和构造
拱桥计算
简单体系拱桥的计算
组合体系拱桥计算要点
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拱桥的特点及其适用范围
拱桥是桥梁工程中使用广泛且历史悠久的一种桥梁结构类型。拱桥与梁桥的受力性能有着本质区别,拱桥可以利用钢筋混凝土等材料来修建, 也可以利用抗压性能较好而抗拉性能较差的圬工材料来修建。
拱桥的主要优点是:①跨越能力大。②抗风稳定性强,结构整体性好。③能充分利用圬工和钢筋混凝土等材料。④耐久性好,而且养护、维修费用低。⑤构造简单,有利于广泛应用。⑥建筑艺术造型简洁美观。
拱桥的主要缺点是:①下部结构的工程量大,要求有良好的地基条件。②对于多孔连续的大、中跨径的拱桥,需要采用特殊的措施以承受不平衡的推力,增加了造价。③与梁式桥相比,上承式拱桥的建筑高度较高,对行车不利。④传统的拱桥施工工序多,难度大,费用高,工期长。
拱桥在桥梁设计方案中常被选用。
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拱桥的组成-1
拱桥同样由桥跨结构及下部结构两大部分组成。拱桥的桥跨结构由主拱圈(肋、箱),传力结构和桥面系组成。
桥面系和传力结构,在上承式拱桥中统称为拱上结构;实腹式拱桥属上承式拱桥,其传力结构包括侧墙和拱腔填料等。
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拱桥的组成-2
空腹式拱桥的传力结构包括支承桥面系的纵、横梁系和立柱(上承式)或吊杆(下承式)。在下承式拱桥中传力结构称为悬吊结构;对于中承式拱桥既有拱上结构,也有悬吊结构。
在简单体系拱桥中,主拱是拱桥的主要承重构件,传力结构不与主拱一起共同承受荷载。在组合体系拱桥中,传力结构与主拱刚性联成整体拱片,以共同承受荷载。
拱桥的下部结构由桥墩、桥台及基础组成,用以支承桥跨结构,将桥跨结构的荷载传递至地基,并与两岸路堤相连接。
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拱桥的分类
按建筑材料分:圬工拱桥、钢筋混凝土拱桥、预应力混凝土拱桥、钢拱桥;
按传力结构的形式分:实腹式拱桥、空腹式拱桥;
按主拱轴线形式分:圆弧线拱桥、抛物线拱桥、悬链线拱桥;
按桥面构造的位置分:上承式拱桥、下承式拱桥、中承式拱桥;
按拱脚有无水平推力分:推力拱桥、无推力拱桥;
按拱桥的结构体系分:简单体系拱桥、组合体系拱桥;
按主拱截面形式分:板拱桥、肋拱桥、箱形拱桥、双曲拱桥;
按矢跨比的大小分:矢跨比大于或等于1/5 的拱称为陡拱,矢跨比小于1/5 的拱称为坦拱。
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简单体系拱是指拱上全部荷载由主拱圈(肋)单独承担,拱的传力结构不参与受力,只算作荷载的拱桥结构体系。
三铰拱属于外部静定结构。一般用于大、中跨径空腹式拱上建筑的腹拱,不宜用来作为主拱。在软土地基或寒冷地区修建拱桥时可以采用三铰拱。
两铰拱属外部一次超静定结构,其特性界于三铰拱与无铰拱之间。因地基条件较差而不易修建无铰拱时,可考虑采用两铰拱。钢桁架拱通常采用两铰拱结构形式。
无铰拱属外部三次超静定结构。一般在地基条件良好处修建,是大跨径桥梁的主要桥形之一。
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组合体系拱桥一般由拱和梁、桁架或刚架等两种以上的基本结构体系组合而成,拱桥的传力结构与主拱按不同的构造方式形成整体结构,以共同承受荷载,其力学性能和经济指标往往优于同等设计条件的单一结构体系。
根据构造方式及受力特点,组合体系拱桥可分为桁架拱桥、刚架拱桥、桁式组合拱桥和拱式组合体系桥等四大类。
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(1)桁架拱桥
又称拱形桁架桥,由拱和桁架两种结构体系组合而成。结构整体性强,受力合理。其中斜杆式桁架拱是采用较多的一种形式,分为斜压杆式、斜拉杆式和三角形式三种,其中斜拉杆式采用最多。
桁架拱桥对软土地基有较好的适应性。桁架拱桥的构件除桥面外大部分都可预制安装。一般以20m~50m中等跨径为宜。采用预应力桁架拱桥可提高跨越能力。
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(2)刚架拱桥
刚架拱桥也是一种有推力的拱桥。其外形与桁架拱桥相似,但构造比桁架拱桥简单,整个桥跨没有竖杆,只有少量的斜杆,构件少,节点也少。
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刚架拱桥结构整体好,刚度大,结构整体受力合理,自重轻,用钢量少,可预制安装,施工简便,工期短,对地基承载力要求低。
刚架拱桥还具有适用性强,结构线条简单,造型美观,经济效益好等优点,已在我国得到了广泛应用。目前,我国刚架拱桥跨径已达90m,一般认为以50m 左右的跨径为宜。
(3)桁式组合拱桥
桁式组合拱桥是由两端的悬臂桁架梁和中段的桁架拱组成的拱梁组合体系,也是一种有推力结构。
主孔桁架一般采用斜杆式,可分为三角形