第二章___拱桥的设计.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,第三章 拱桥的设计,第三章 拱桥的设计,拱桥的设计基本原则：适用、经济、安全和美观。,第一节 拱桥的总体布置,拱桥的总体布置包括：桥位选择、确定桥梁的长度、跨径、孔数、桥面标高、主拱圈的矢跨比等。,本节主要阐明拱桥设计中如何确定设计标高和矢跨比等问题。,第一节 拱桥的总体布置,一、确定桥梁的设计标高和矢跨比,（一）拱桥的标高主要有四个：桥面标高、拱顶底面标高、起拱线标高、基础底面标高。,E:photos,桥梁工程插图,135.jpg,1,、拱桥桥面标高,一方面由两岸线路的纵断面设计来控制，另一方面还要保证桥下净空能满足宣泄洪水和通航的要求。,第一节 拱桥的总体布置,2,、拱顶底面标高,由桥面标高减去拱顶填料厚度，就得到拱顶上缘的标高，然后根据跨径大小、荷载等级、主拱圈材料规格等条件估算拱圈的厚度，由此推算出拱顶底面标高。,3,、起拱线标高,为尽量减小桥墩台基础底面的弯矩、节省墩台的圬工数量，一般宜选择低拱脚的设计方案。但拱脚位置要满足通航净空、排洪、流冰等条件的限制，并符合,桥规,的有关规定。,E:photos,桥梁工程插图,136.jpg,第一节 拱桥的总体布置,（二）,拱桥主拱圈矢跨比是设计拱桥的主要参数之一。它的大小不仅影响拱圈内力的大小，而且也影响到拱桥的构造型式和施工方法的选择。,矢跨比,矢跨比减小，拱的推力增大，推力大对拱圈自身的受力是有利的，但对墩台不利。同时，当拱圈受力后因其弹性压缩，或温度变化、混凝土收缩，或因墩台位移等原因，都会在无铰拱内产生附加内力，矢跨比愈小，附加内力愈大。,矢跨比过大，则拱脚区过陡，施工不便。,第一节 拱桥的总体布置,常用的矢跨比如下：,砖、石、混凝土板拱桥及双曲拱桥，矢跨比一般为,1/4,1/6,，不宜超过,1/8,；,箱形拱桥的矢跨比一般为,1/61/8,，圬工拱桥的矢跨比一般不宜小于,1/10,；,钢筋混凝土桁架拱、刚架拱桥的矢跨比一般为,1/61/10,，或者更小一些，但也不宜小于,1/12,。,国外曾将 称为“大胆度”，并用它作为比较和评价拱桥的规模、设计和施工的复杂与难易程度的指标。,第一节 拱桥的总体布置,二、不等跨连续拱桥的处理方法,E:photos,桥梁工程插图,137.jpg,多孔连续拱桥最好选用等跨分孔方案。但是在受地形、地址、通航等条件的限制，或引桥很长，考虑与桥面纵坡协调一致时，或在桥梁的美观有特殊要求时，可以考虑采用不等跨的分孔。,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等推力。在采用柔性墩的多孔连续拱桥中，还需考虑由此造成的连拱作用，使计算和构造复杂，为减小这个不平衡推力，改善桥墩、基础的受力情况，节省材料和造价，可采用以下措施：,第一节 拱桥的总体布置,1,、采用不同的矢跨比,大跨径采用较大的矢跨比，小跨径采用较小的矢跨比。,2,、采用不同的拱脚标高,E:photos,桥梁工程插图,138.jpg,大跨径的拱脚标高低，减小拱脚水平力对基底的力臂，这样可以使恒载水平力对基底的弯矩得到平衡。,3,、调整拱上建筑的恒载重量,如果拱脚必须在相同或相近标高上时，也可用调整拱上建筑的重量来减小相邻孔间的不平衡推力。,4,、采用不同类型的拱跨结构,小跨采用板拱结构，大跨采用分离式拱肋结构，必要时加大大跨经拱肋的矢高，做成中承式肋拱桥梁。,第二节 拱轴系数的选择和拱上建筑的布置,一、拱轴系数的确定,拱轴线的形状不仅直接影响着拱圈的内力分布及截面应力的大小，而且它与结构的耐久性、经济性和施工安全性等都有密切的关系。,选择拱轴线的原则，就是尽可能降低由于荷载产生的弯矩数值。最理想的拱轴线是与拱上各种荷载作用下的压力线相吻合。,E:photos,桥梁工程插图,ql,194.jpg,第二节 拱轴系数的选择和拱上建筑的布置,一般来说，拱轴线的选择应满足以下四方面的要求：,1,、尽量减小拱圈截面的弯矩；最大限度减小截面拉应力；,2,、对于无支架施工的拱桥，应满足各施工阶段的要求，并尽可能少用或不用临时性施工措施；,3,、计算方法简便；,4,、线型美观，便于施工。,第二节 拱轴系数的选择和拱上建筑的布置,二、我国拱桥常用的拱轴线型,1,、圆弧线,圆弧线拱，线型最简单，施工最方便。但是在一般情况下，圆弧形拱轴线与恒载压力线偏离较大，使拱圈各截面受力不够均匀。因此圆弧线常用于,15,20m,以下的小跨径拱桥。对于大跨径的预制装配式钢筋混凝土拱桥，有时简化施工，也有采用圆弧线拱轴线的。,第二节 拱轴系数的选择和拱上建筑的布置,2,、悬链线,实腹式拱桥的恒载压力线是一条悬链线。当不计拱圈在恒载弹性压缩产生的影响时，拱圈截面将只承受中心压力而无弯矩。,对于空腹式拱桥，由于拱上建筑的形式发生变化，其相应的恒载压力线不再是悬链线，而是在腹孔墩处有转折的多段曲线。如仍采用相应的悬链线作拱轴线，恒载压力线与拱轴线将有偏离。但是，理论证明，这种偏离对拱圈的控制截面的内力是有利的。并且,已有现成完备的计算图表可供使用，所以，悬链线是目前我国大、中跨径拱桥采用最普遍的拱轴线型。,第二节 拱轴系数的选择和拱上建筑的布置,3,、抛物线,由结构力学可知，在竖向均布荷载作用下，拱的合理拱轴线是二次抛物线。所以，对于恒载强度比较接近均布荷载的拱桥，例如,矢跨比比较小的空腹式钢筋混凝土拱桥,，往往可以采用二次抛物线作为拱轴线。,近年来广泛采用的,钢筋混凝土桁架拱和刚架拱等轻型拱上结构的拱桥,，由于恒载分布均匀，因此用二次抛物线作为这类轻型拱桥的拱轴线也是适宜的。,第二节 拱轴系数的选择和拱上建筑的布置,在某些大跨径拱桥中，有时采用高次抛物线作为拱轴线。但计算工作量大，不宜为设计人员掌握，故目前仍很少采用。,总之，拱上建筑的型式及其布置，对于合理选择拱轴线型是有密切联系的。在一般情况下：,小跨径拱桥可采用实腹式圆弧拱或实腹式悬链线拱；,大、中跨径拱桥可采用空腹式悬链线拱；,轻型拱桥或矢跨比较小的大跨径钢筋混凝土拱桥可以采用抛物线。,拱桥细部构造,第三节 主拱的构造与尺寸拟定,（,一）普通型上承式拱桥,根据主拱圈截面形式可分为：板拱，肋拱，双曲拱，箱形拱等。,1,、板拱,板拱是指主拱（圈）采用整体实心矩形截面的拱。按照主拱所采用的材料，可分为石板拱、混凝土板拱和钢筋混凝土板拱等。这部分主要介绍钢筋混凝土板拱,板拱的宽度,拱圈的厚度,对钢筋混凝土拱,拱顶厚度,拱脚厚度,其中,拱圈截面的变化规律,截面变化规律,等截面（常用）,变截面（构造复杂）,其中,N,自拱顶向拱脚逐渐增大，但,M,变化复杂与结构体系和截面惯性矩,I,有关，下图为结构体系和截面惯性矩对弯矩的影响。,拱截面正应力,无铰拱通常可用惯性矩从拱顶向拱脚逐渐增大的变化（见下图），计算公式可采用,Ritter,公式：,上式中：,I,为任意截面的惯性矩；,I,d,为拱顶截面的惯性矩；,为任意截面的拱轴线倾角；,n,拱厚变化系数，可用拱脚处的边界条件,=1求得：,钢筋混凝土板拱的构造,I,j,和,j,分别为拱脚截面的惯性矩和倾角,纵向受力钢筋：最小配筋率,0.2%0.4%,配筋,箍筋应将上下缘主筋连系起来,分布钢筋：应设在主筋内侧,2,、板肋拱,肋拱：拱圈截面由板和肋组成的拱桥,。,3,、肋拱,肋拱,：用两条或多条分离的平行窄拱圈,即拱肋作为主拱圈的拱,具有自重轻，恒载内力小，可以充分发挥钢筋混凝土等材料的性能，在大中型拱桥中得到广泛应用,肋拱截面形式,矩形，肋高,h,(1/401/60),L,，,宽,b,=(0.52.0),h,工字形截面肋高,h,(1/251/35),L,，,宽,b,=(0.40.5),h,管形肋拱,箱形肋拱（后面介绍）,4,、箱形板拱,箱形板拱,：主拱圈由多室箱构成的拱，箱形拱通常采用预制拼装,施工。,主要特点,截面挖空率大,中性轴居中,抗弯和抗扭刚度大，整体性好,制作要求高，吊装设备多,多条闭合箱,肋组成的多室箱形截面,截面组成方式,由多条,U,形肋组成的多室箱形截面,多条工,形肋组成的多室箱形截面,单箱多室截面,拱圈截面,尺寸拟定,拱圈高度,h,拱圈高度,L,0,净跨度,取为0.60.8,拱圈宽度,一般取桥宽的,1.00.6,倍,一般不小于跨径的,1/20,箱肋宽度,与吊装能力有关，一般,1.2m1.7m,顶底板及腹板,顶底板厚度一般为,15cm22cm,两外腹板一般为,12cm15cm,内箱腹板一般为,4cm5cm,为保证安全，应进行压溃及局部应力检算,设置位置：,拱箱横隔板,作用：提高抗扭能力，保证箱壁的局部稳定性,箱肋段端部、吊点、拱上空墩处,其余部为每隔,3m5m,设一道,厚度：,6cm8cm,箱肋接头,作用：保证整体性,横向联结,开口箱肋,闭口箱肋,钢筋布置,：首先满足使用要求，其次满足施工（吊装等）阶段受力要求,