拱桥的构造及设计.doc

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黑龙江工程学院土工工程系教案 《桥梁工程》 第三篇 第二章

第二章 拱桥的构造及设计
授课时间：2006年11月9日
授课地点：试验楼试验四
教学内容：1、钢管混凝土拱桥基本分类
2、钢管混凝土拱桥优点
3、钢管混凝土拱桥主要构造
重点：钢管混凝土拱桥主要构造
思考题及习题：
第二节 下承式及中承式钢筋混凝土拱桥的构造
一、简介：
（1）下承式拱桥：桥跨结构是由拱肋、悬吊结构和横向联结系三部分构成。桥面系和这些传力构件统称为悬吊结构；
（2）中承式拱桥：行车平面位于肋拱矢高的中部，桥面系一部分用吊杆悬挂在拱肋下，一部分用刚架立柱支承在拱肋上。桥面系悬挂在吊杆上，吊杆主要承受拉力。
吊杆分刚性吊杆和柔性吊杆两类。吊杆取相等间距。
行车道系由纵、横梁和车道板组成。
中承式拱桥中，行车道系与拱肋交会处，行车道系总是支承在B点处的固定横梁上，该横梁还起横撑的作用，而与拱肋连接在一起。
二、钢管混凝土拱桥
（一） 最新成果：
1 重庆市巫山县巫峡长江大桥 在建 460 1/3.8
2 湖南南县茅草街大桥 在建 368 1/5
3 广州丫髻沙珠江大桥 2000 360 1/4.5
4 广西南宁永和大桥 在建 338 1/5
5 浙江淳安南浦大桥 2003 308 1/5.5
6 重庆奉节梅溪河大桥 2001 288 1/5
7 湖北武汉汉江三桥 1999 280 1/5
8 广西三岸邕江大桥 1998 270 1/5
9 浙江三门健大桥  2001 245 1/5
10 湖北武汉汉江五桥 2002 240 1/5
（二）基本分类：
1、根据车承形式分类
上承式、中承式和下承式
上承式：横向联系容易，桥面系支承于立柱上，整体性、横向稳定性和抗震性均较好，常采用单跨形式。
中承式：常用在主跨，通过边孔小跨采用小的矢跨比和较大的恒载集度比解决不等跨的不平衡推力问题。也有用系杆平衡水平推力的带悬臂半孔的无推力拱
又可分为带悬臂刚架系杆拱和连续拱梁组合体系。
2、根据纵向结构受力体系分类
简单拱：一般的上承式、中承式无铰拱　
拱梁组合体系：系杆为纵梁，属弯拉结构，无推力
刚架系杆拱：系杆为纯拉杆，主要平衡恒载水平推力
拱梁组合体系根据拱肋与系杆（梁）相对抗弯刚度的大小又分为
柔性系杆刚性拱
刚性系杆柔性拱
刚性系杆刚性拱
3、根据肋拱横向联系分类
根据横向联系情况：有风撑 和无风撑
有风撑：平行肋 和 提篮拱
无风撑拱主要解决拱肋横向失稳问题。
提高拱肋自身的横向抗弯刚度
提高结构体系的横向稳定性。
（三） 优点：
1、施工方面的优点
（1）钢管可以作为施工的劲性骨架及耐侧压的模板。
（2）钢管制作的工厂化加快了施工进度。
2、结构性能方面的优点
（1）钢管混凝土耐腐蚀性能比钢筋混凝土弱，而与钢结构相比，比表面减少了一半。
（2）钢管混凝土耐火性能较空钢管及钢筋混凝土好，其防火性能更加优越。
（3）钢管混凝土结构还具有较好的耐冲击能力和动力性能。圆形钢管混凝土柱（4）在抵抗方向不确定的地震力作用时，由于其各个方向的强度相同，显示出其有效性。
3、结构的优势：
（1）与钢结构相比，钢管混凝土结构可节省钢材约50%，并减少大量的焊接工作，提高结构的耐火性、动力性及稳定性。
（2）与普通钢筋混凝土结构相比，施工用钢相应减少，混凝土用量和构件自重减少约50%，构件截面面积减少约一半。
（3）在高层建筑中，钢管混凝土结构解决了“胖柱”的问题，增加了建筑的有效面积，加快了施工进度，综合效益较好。
（4）在大跨度拱桥中，钢管混凝土解决了材料高强度和施工无支架的两大难题，跨越能力较之钢筋混凝土大许多。
（四）钢管混凝土拱桥主要构造
1、主拱肋：
钢管混凝土拱桥主拱圈形式有实体肋式和桁式
实体肋式中又分单管、哑铃形、集束形
桁式中又分横哑铃形、多肢桁式、混合桁式

a.肋拱桥中绝大部分为哑铃形断面，哑铃形断面的特征是由两管组成，且腹腔较薄，两根圆管一般为竖向排列，类似于工字形拱肋。
b.较之单圆管截面，截面抗弯刚度较大。
c.桁式拱肋能够采用较小的钢管直径取得较大的纵横向抗弯刚度，且杆件以受轴向力为主，能够发挥材料的特性。
2、桥面系构造
梁板式桥面系的布置形式有三种
a.纵铺桥面板式(悬吊横梁)
纵铺桥面板式主要应用于拱支桥中。桥面系由横梁和桥面板组成。大部分钢管混凝土拱桥采用纵铺桥面板式。
纵铺桥面板式——桥面板构造
预制桥面板
可选用实心板、空心板、p型板、槽型板和T型板
先简支后连续桥面板: 先简支后连续桥面板，能保证桥面板之间和桥面板与横梁之间的联结，以提高整体性和抗震防落梁的能力。比简支桥面连续性好
现浇桥面板
b.横铺桥面板式（悬吊纵梁）
c.整体肋板式（悬吊整体板）
• 整体肋板式主要用于拱梁组合体系中，由纵梁、横梁以及桥面板组成。其中纵横梁采用固结构造。
• 横梁有端横梁和普通横梁（吊杆横梁）两种。
3、 立柱
主要形式：钢筋混凝土立柱和钢管混凝土立柱
4、 系杆
系杆用于拱梁组合体系和刚架系杆拱中
拱梁组合体系中的系杆为预应力混凝土梁，为拉弯构件
刚架系杆拱中的系杆为预应力拉索
系杆所采用的拉索体系有配夹片群锚的半平行钢绞线索和配墩头锚或冷铸锚的平行高强钢丝索。
系杆防腐通常采用PE防护，高强钢丝有采用镀锌的，也有采用非镀锌的。系杆箱中可灌以防腐密封材料。
5、 吊杆
吊杆材料
• 中下承式拱桥一般采用柔性吊杆，多采用了斜拉桥中的斜拉索构造。
• 吊杆材料有圆钢、高强钢丝和钢绞线。
• 采用配冷铸锚或墩头锚的半平行钢丝索或夹片群锚配平行钢绞线索。
拱肋截面吊杆的布置

吊杆的布置有平行式、双吊杆式和斜交叉式
双吊杆式可分为：
纵桥向双吊杆式：
横桥向双吊杆式：

吊杆的防护措施
外包钢管内灌填砂浆或黄油防护，在上端采用套入式，下端可以焊在横梁上。
采用PE防护，在工厂加工成成品索，两端锚头可以完全由工厂加工镦头，也可以一端在现场镦头。
6、 横撑
各类桥型的横撑构造
• 上承式肋拱横向联系通常为等间距的径向横撑（或横系梁）
• 中承式拱桥面以上布置少量横撑，以下部分采用刚度较大的K式或X式横撑，以加强拱脚段的横向刚度。
• 下承式肋拱不能布置强大的K撑或X撑。
横撑的类型——钢管截面
——桁式截面

系部主任：　　　　　　　　教研室主任：　　　　　　　任课教师：盛可鉴
抽查情况：　　　　　　　　抽查情况：　　　　　　　　任课班级：B03级