拱桥简介.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,桥梁工程,桥梁工程-,拱桥简介,第九章 拱桥简介,第一节 概述,第二节 拱桥的组成及主要类型,第三节 拱桥设计简介,第四节 拱式组合体系桥的设计与构造,第五节 拱桥施工简介,第一节 概述,拱桥的主要特点：,与梁桥区别：,外形不同，受力特点不同,拱桥的受力特点：,竖向荷载下，两端产生,水平推力，,减小了拱圈的截面弯矩，截面应力分布较为均匀。,拱桥的主要优点：,跨越能力较大；能充分就地取材；耐久性好，维修、养护费用少；外形美观；构造简单。,拱桥的主要缺点：,（1）自重较大，对地基要求较高；,（2）连续多孔拱桥，需设置复杂的措施防止一孔破坏而影响全桥的安全；,（3）上承式拱桥因建筑高度较高，使两岸接线长度增长或者使桥面纵坡增大。,第二节 拱桥的组成及主要类型,一、拱的主要组成,拱桥的上部结构：,主要由,主拱圈,和,拱上建筑,组成。,主拱圈是主要承重结构。,桥面系,和,传力构件,或用来传力的,填充物,称为拱上建筑。,拱桥的下部结构：,由桥墩、桥台及基础组成。,拱桥的几个主要技术名称,净跨径,计算跨径,净矢高,计算矢高,矢跨比、陡拱、坦拱,上承式,下承式,中承式,1.按结构受力图示分类,（1）简单体系拱桥,均为,有推力拱桥,；可做成上承式、中承式和下承式,按主拱的静力体系分为三种,三铰拱（很少采用）,属外部静定结构。,优点：无需考虑体系变形对内力的 影响；对地基要求不高。,缺点：构造复杂；结构刚度小；对行车不利。,双铰拱,属,一次超静定结构，介于三铰拱和无铰拱之间。,取消了拱顶铰；,相较三铰拱刚度大；,相较无铰拱，结构体系变形引起的内力变化较小。,无铰拱,三次超静定结构,结构整体刚度大；,拱内弯矩分布较两铰拱均匀；,施工方便；,受结构体系变形影响大；,对地基要求高。,（2）组合体系拱桥,一般由拱肋、系杆、吊杆（或立柱）、行车道梁（板）及桥面系组成。,梁和拱组合，共同承担桥面荷载和水平推力，发挥梁受弯，拱受压的结构特性，节省材料。,分为有推力和无推力。,拱肋,吊杆,系杆,无推力的组合体系拱桥,两大特点：较大跨越能力（拱桥）；对地基适应力强（简支梁桥）。,拱的推力由,系杆,承受。,系杆,将两拱脚相互联系在一起的水平构件。,根据拱肋和系杆相对刚度的大小及吊杆的布置可分为：,系杆拱竖直吊杆的柔性系杆刚性拱；,蓝格尔拱竖直吊杆的刚性系杆柔性拱；,洛泽拱竖直吊杆的刚性系杆刚性拱。,当用斜吊杆代替竖直吊杆时，称为,尼尔森拱,。,系杆拱：,系杆和吊杆均为柔性杆件，只承受轴向力，基本不承受弯矩。,蓝格尔拱,：,拱肋刚度远小于系杆（1/80），刚性系杆不仅承受拱的推力，还要承受弯矩，成为拉弯结合的梁式构件。,洛泽拱,：,拱肋与系杆都有一定的抗弯刚度，荷载引起的内力在拱肋和系杆之间按刚度分配。,尼尔森拱：,这种体系与桁架相似，与竖吊杆相比，内力分配更均匀，整体刚度更大。,有推力的组合体系拱桥,此种组合体系拱,没有系杆,，由单独的梁和拱共同受力，拱的推力仍由墩台承受。,有刚性梁柔性拱（倒蓝格尔拱）、刚性梁刚性拱（倒洛泽拱）。,拱片桥,上边缘与桥面平行，下边缘是拱形的有推力结构，称为拱片。,行车道系与拱肋刚性连成一整体，共同受载。,拱片立面挖空成桁架。,可由两片以上拱片组成，用横向连结系将其连成整体。,2.按主拱圈截面形式分类,拱桥的主拱圈沿拱轴线可以做成,等截面,或,变截面,形式。,等截面构造简单，施工方便，使用普遍。,等截面,变截面,主拱圈使用的建筑材料主要有：圬工、钢筋混凝土、钢材、钢-混凝土组合结构等。,圬工小跨 钢拱大跨,钢筋混凝土是最具有竞争性的桥型之一。,钢-混凝土组合结构主要有,钢管混凝土拱桥,和,劲性骨架混凝土拱桥,。,板拱桥：,采用矩形实体截面的拱桥。特点是：构造简单、施工方便，但截面抗弯矩不大，适用于地基条件较好的中、小跨径圬工桥。,板肋拱：,在较薄的拱板上增加几条纵向肋，以提高拱圈的抗弯刚度。,板拱,板肋拱,混凝土肋拱桥：,肋拱桥是在板拱桥的基础上形成的，将板拱划分成两条或多条分离的、高度较大的拱肋，肋与肋之间用,横系梁,连接。,特点,：节省材料，减轻自重，多用于大、中跨径的拱桥。,双曲拱桥：,主拱圈的纵向和横向均呈曲线形。,特点：,抵抗矩较相同材料的板拱大，节省材料；施工可采用预制拼装；但施工工序多，组合截面整体性差和易开裂，一般适用于中、小跨径拱桥。,箱形拱桥：,外形与板拱相似，截面挖空，截面抵抗矩较相同材料用量的板拱大很多；节省材料，减轻自重；闭口箱形截面，截面抗扭刚度大，横向整体性和结构稳定性均较双曲拱好，特别适合无支架施工。但箱形截面施工制作复杂，适合大跨径拱桥。,钢管混凝土拱桥：,用于,受压为主,的结构。借助内填混凝土增强钢管壁的稳定性，利用钢管对核心混凝土的套箍作用，使核心混凝土处于,三向受压,状态，从而使其具有更高的抗压强度和抗变形能力。,优点,：,（1）总体性能方面；,（2）施工方面。,缺点：,容易产生脱空现象；,钢管先受力，应力偏高，,混凝土不能发挥作用。,劲性骨架混凝土拱桥：,采用钢管作劲性骨架的混凝土拱。又称为内填外包型钢管混凝土拱。主要用于大跨度拱桥中，解决了大跨度拱桥施工中的“自架设问题”。,第三节 拱桥设计简介,1 拱桥的总体布置,拟定结构体系及结构形式；拟定桥梁的长度、跨径、孔数、拱的主要几何尺寸、桥梁的高度、墩台及其基础形式和埋深、桥上及桥头引道的纵坡等。,（1）确定桥梁长度及分孔,（2）确定桥梁的设计高程和矢夸比,桥面高程、拱底底面高程、起拱线高程和基础底面高程,桥面高程,一般由两岸线路的纵断面控制；,拱顶底面高程,由桥面高程减去拱顶处的建筑高度；,起拱线高程,由,矢跨比,的要求确定；,基础底面高程,应根据冲刷深度、地基承载力等因素确定。,矢跨比,主拱圈的矢跨比是拱桥设计的主要参数。不但影响主拱圈内力，还影响拱桥的构造形式和施工方法的选择，应从上下部结构受力、通航、泄洪等综合因素考虑确定。,（1）拱桥的水平推力与垂直反力的比值，随矢跨比的减小而增大。,拱的推力大，在拱圈产生的轴向力也大，对拱圈自身的受力状况有利，对墩台基础不利。,（2）矢跨比越小（拱越坦），附加应力越大。,拱圈受力后因弹性压缩，或因温度变化、混凝土收缩，或因墩台位移的原因，都会在无铰拱的拱圈内产生附加的内力。,2.不等跨连续拱桥的处理方法,不等跨拱桥，由于相邻孔的恒载推力不相等，使桥墩和基础增加了恒载的,不平衡推力,。,目的：,减小不平衡推力,方法：,（1）采用不同的矢跨比：大跨径用陡拱，小跨径用坦拱；,(2)采用不同的拱脚高程,（3）调整拱上建筑的恒载质量,（4）采用不同类型的拱跨结构,3.拱轴线的选择和拱上建筑的布置,理想的拱轴线：,与拱上各种荷载的压力线相吻合,。,以,结构自重压力线,作为设计拱轴线。,拱轴线选择的要求,拱桥常用的拱轴线形：,（1）圆弧线,均匀径向荷载分布,（2）悬链线,拱顶到拱脚均匀增加的荷载,（3）抛物线,竖向匀布荷载,拱上建筑的形式及布置，对于合理选择拱轴线形具有密切关系。,小跨径：,实腹式圆弧拱或实腹式悬链线拱；,大、中跨径：,空腹式悬链线拱；,轻型、全透空的大跨径：,抛物线拱。,第四节 拱式组合体系桥的设计与构造,一、概述,梁和拱两种基本结构的组合，充分发挥梁受弯，拱受压的结构特性及其组合作用。,根据拱肋和行车道梁的连结方式的不同，一般可分为有推力和无推力两种类型。,无推力的拱式组合体系桥（系杆拱桥）的特点：,外部静定结构,兼有拱桥的较大跨越能力和梁桥对地基的适应能力强两大特点。,拱式组合体系桥的基本形式：,简支梁拱组合体系桥,只用于下承式，均为无推力的组合体系桥。拱肋一般为钢管混凝土和钢筋混凝土，桥面常设风撑；,主要承重构件为拱肋、加劲纵梁。,根据拱肋和系杆相对刚度的大小，可分为：柔性系杆刚性拱、刚性系杆柔性拱和刚性系杆刚性拱。,连续梁拱组合体系桥,特点：刚度大，跨越能力大，造型美观,单悬臂组合式桥梁,只适用于上承式，采用转体施工特方便。,此类桥是将实腹梁挖空，用立柱代替梁腹板，原腹板剪力主要由拱肋竖向力及加劲梁剪力平衡。,二、基本组成和构造,拱式组合体系桥一般由拱肋、系杆、吊杆（或）立柱、行车道梁（板）及桥面系组成。,系杆,系杆的设置在系杆拱设计中是个关键问题，一方面要考虑系杆与拱肋的连接，保证系杆与拱肋的共同受力，另一方面又要考虑与行车道之间的相互作用，避免桥面行车道因阻碍系杆的受拉而遭到破坏。,（,1）在行车道中设置横向裂缝，使行车道不参与系杆的受力，行车道简支在横梁上。,（2）系,杆采用型钢或扁钢制作，与行车道完全不接触，行车道内设置横向断缝。,缺点：外露系杆易腐蚀，在温度变化时，外露金属系杆和钢筋混凝土拱肋的温度有差别，由此产生附加应力。,（3）采用独立的钢筋混凝土系杆，每个系杆由两部分组成，安放在吊杆两旁，自由搁置在横梁上，一般尽量把系杆做的矮宽以增加柔性，常用于柔性系杆刚性拱中。,（4）采用预应力钢筋混凝土系杆,系杆截面形式与拱肋截面形式一致。,由于预加力克服了混凝土承受的的拉力，避免了混凝土的裂缝，维修费用较低。,吊杆,吊杆设计时将其按轴向受力构件考虑，所以顺桥向尺寸设计的较小，使之具有柔性而不承受弯矩，只承受拉力；横桥向尺寸设计较大，以增强拱肋的稳定。,现代吊杆的发展趋势是采用高强钢丝束或粗钢筋。,第五节 拱桥施工简介,拱桥施工方法主要有：就地浇筑法、预制安装法,转体施工法。,一、就地浇注法,拱桥主拱圈混凝土的基本施工工艺流程(立模、扎筋、浇注混凝土、养护及拆模等）直接在桥孔位置来完成。,1.有支架施工法,先在主拱设计位置建造支撑主拱的满布式脚手架，或用型钢、组合杆件拼成拱架，在其上就地灌注或砌筑主拱。,这种方法的拱架施工费用高，安装和拆除拱架费工费料，施工工序多，工期长，在有水流、需通航之处还不能使用。现在用的越来越少。,满布式拱架,墩架式拱架,2.悬臂浇注法,把主拱圈划分成,若干个节段,，并用专门设计的钢桁托架结构作为现浇混凝土的工作平台。托架的后端铰结在已完成的悬臂结构上，其前端则用刚性组合斜拉杆经过临时支柱和塔架，再由,尾索,锚固在岸边的锚碇上。,缺点,：钢桁托架本身较重，转移较难；,钢筋骨架和混凝土的运输需借助缆索吊装设,备，施工麻烦；,拱轴线上各点的高程比较难控制。,目前较少采用。,二、预制安装法,预制安装法按主拱圈结构所采用的材料可分为：,整体安装法,和,节段悬拼法,。,1.整体安装法,适合于钢管混凝土系杆拱的整片起吊安装。,被起吊的拱片应作,三点验算。,应科学地设计其施工顺序。,2.节段悬拼法,将主拱圈分成若干节段，先在场外预制，然后运到桥孔下面，利用起吊设备提升就位，进行拼装，逐段接长，直至成拱。,每拼完一个节段必须借助辅助设备临时固定悬臂段。这种方法对钢筋混凝土或钢管混凝土主拱圈的施工都适用。,根据起重设备的不同分为：,1.缆索吊装,缆索吊装设备主要有：主索、工作索、塔架和锚固装置。,施工工序,在预制场预制拱肋（箱）和拱上结构，将其通过平车等运输设备移运至缆索吊装位置，将分段预制的拱肋吊运至安装位置，利用扣索对分段拱肋进行临时固定，吊装合拢段拱肋，对各段拱肋进行轴线调整，主拱圈合拢，拱上结构安装。,2.伸臂式起重机,每拼好一个节段，即用辅助钢索临时拉住，每拼完三节，便改用更粗的主钢索拉住，然后拆除辅助钢索，供重复使用。适合特大跨径的桥梁。,三、转体施工法,将主拱圈从拱顶截面分开，将主拱圈混凝土高空浇筑作业改为放在桥孔下面或者两岸进行，并预先设置好旋转装置，待主拱圈混凝土达到设计强度后，再将它旋转就位成拱。,转体施工可采用,平面转体,、,竖向转体,或,平竖结合转体。,其中平面转体又分为,有平衡重转体,和,无平衡重转体,。,1.平面转体施工法,施工方法特点：将主拱圈分为两个半跨，分别在两岸利用地形作简单支架，现浇或拼装拱肋，再安装拱肋间横向联系（横隔板、横系梁），把扣索的一端锚固在拱肋的端部（靠拱顶）附近，经引桥桥墩延伸至埋入岩体内的锚碇中，最后利用液压千斤顶收紧扣索，使拱肋脱模，借助环形滑道和手摇卷扬机牵引，慢速地将拱肋转体,180,，,最后进行主拱圈合拢和拱上建筑施工。,转盘上放置平衡重来抵抗悬臂拱肋的倾覆力矩，转动装置是利用摩擦系数特别小的聚四氟乙烯材料和不锈钢板制造。,无平衡重的转动体系：把有平衡重施工中的扣索直接锚固在两岸岩体中，所以只适合于山区地质条件好或跨越深谷地形条件下采用。,2.竖向转体法施工,当拱桥桥位处无水或水很少时，可以将拱肋在桥位上进行拼装成半跨，然后用扒杆起吊安装。当桥位处水深时，可以在桥位附近进行拼装成半跨，浮运至桥轴线位置，再用,扒杆,起吊安装。,此种方法特别适用于,钢管混凝土拱桥,的施工。,（1）钢管本身自重轻，强度高；,（2）易于操作。,扒杆吊装系统对钢管拱肋进行竖向转体施工,弧形钢板：36mm钢板配对冲压而成，之间涂黄油。,3.平竖结合的转体施工法,此种方法综合吸收了上述两种转体施工方法的优点。,利用竖向转体法的优点，变高空作业为地上作业，避免了长、大、重安装单元的运输和起吊。,利用平面转体法的优点，将全桥三孔分成两半，放在主河道两岸进行预制和拼装，将桥跨结构的施工对主航道航运的影响减小到最小程度。,利用边孔作为中孔半拱的平衡重，使整个施工形成平衡体系，免除了在岸边设置锚碇结构。,实例广州市丫髻沙大桥,我国首先采用平竖结合的转体法施工的桥梁。,第一步,1.进行两岸主墩及边墩桩基承台施工,2.进行转盘滑道,3.两岸分别搭设主拱肋及边拱肋劲性骨架拼装施工,第二步：,1.安装边拱劲性骨架，主拱肋及横撑,2.安装拱座索塔,3.灌注边拱及索塔钢管砼，浇筑边拱横隔板，端,横梁及拱肋压重砼,第三步.,安装边转扣及其张拉设备,第四步,.,同步张拉各扣索将主拱肋竖转至设计标高,第五步：,1.安装平转牵引索及张拉设备,2.拆除边拱支架,3.将两岸转动体结构分别平转到位,4.进行主拱跨中瞬时合拢,第六步,.,1.焊接主拱合拢段,2.封固拱座上、下转盘,3.恢复边拱支架,4.浇筑边拱肋及端横梁砼,第七步.,放松并拆除扣索,第八步.,1.固结主拱脚,2.拆除索塔,