圬工和钢筋混凝土拱桥.docx
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圬工和钢筋混凝土拱桥
第三篇圬工和钢筋混凝土拱桥
第3篇第1章拱桥概述
1.1拱桥的基本特点
拱桥与梁桥的区别
拱桥的基本特点
⏹跨越能力大
⏹就地取材,节约钢材水泥
⏹耐久性能好,维护费用低
⏹外形美观、构造简单
同时:
⏹自重大,采用无铰拱时,对地基条件要求较高
⏹圬工拱桥随着跨径和桥高的增加,总造价增加较多
⏹连续多跨拱桥推力平衡、建筑高度较高
1.2拱桥的基本组成
1.3拱桥的主要类型
⏹按主拱圈所使用建筑材料分:
圬工拱桥、钢筋混凝土拱桥、钢拱桥、钢-混凝土组合拱桥
⏹按拱上建筑形式分:
⏹按主拱圈所使用建筑材料分:
圬工拱桥、钢筋混凝土拱桥、钢拱桥、钢-混凝土组合拱桥
⏹按拱上建筑形式分:
实腹式拱桥、空腹式拱桥
⏹按主拱圈线形分:
圆弧线、悬链线、抛物线
⏹按主拱圈所使用建筑材料分:
圬工拱桥、钢筋混凝土拱桥、钢拱桥、钢-混凝土组合拱桥
⏹按拱上建筑形式分:
实腹式拱桥、空腹式拱桥
⏹按主拱圈线形分:
圆弧线、悬链线、抛物线
⏹按桥面的位置分:
上承式拱桥、中承式拱桥、下承式拱桥
1.3.1按照结构受力图示分类:
●简单体系拱桥
●组合体系拱桥
●拱片桥
简单体系拱桥
⏹三铰拱
⏹两铰拱
⏹无铰拱
组合体系拱桥
由拱肋、系杆、吊杆(或立柱)、行车道梁(板)及桥面系等组成
1.3.2按照主拱圈截面形式分类:
●板拱桥
●板肋拱桥
●肋拱桥
●双曲拱桥
●箱形拱桥
第3篇第2章拱桥的构造
2.1主拱圈的构造
2.1.1板拱
⏹~7.5号
⏹形式:
等截面圆弧拱、等截面或变截面悬链线拱。
⏹细部构造:
编号和砌筑方法
2.1.2肋拱
⏹肋拱桥的组成:
⏹拱肋布置:
⏹拱肋形式:
拱肋形式:
矩形截面:
肋高h=(1/40~1/60)l;肋宽b=(0.5~2.0)h
工字形截面:
肋高h=(1/25~1/35)l;肋宽b=(0.4~0.5)h
腹板厚b’=30~50cm
钢管混凝土肋拱:
肋高h=(1/45~1/65)l
箱形截面:
肋高h=(1/40~1/55)l
2.1.3箱形拱
特点:
⏹截面抗弯、抗扭刚度大,拱圈整体性好;
⏹单条箱肋稳定性好,能单箱肋成拱,便于无支架施工;
⏹箱形截面能适应主拱圈各截面抵抗正负弯矩的需要;
⏹自重相对较轻;
⏹制作要求较高,吊装设备较多,主要适用于大跨径拱桥。
箱形拱的组成方式:
⏹由多条U形肋组成多室箱形截面;
⏹由多条工字形肋组成多室箱形截面;
⏹由多条闭合单箱肋肋组成多室箱形截面;
⏹单箱多室截面。
2.1.3箱形拱
箱形拱的高度和宽度
⏹高h=(1/55~1/75)l或h=l0/100+(0.6~0.8)m
⏹宽b=(0.5~1.0)x桥宽
2.1.4双曲拱桥
双曲拱桥的组成
主拱圈截面型式
2.2拱上建筑的构造
分为实腹式和空腹式两类
2.2.1实腹式拱上建筑构造
组成:
拱腹填料、侧墙、护拱、变形缝、防水层、泄水管及桥面系等
2.2.2空腹式拱上建筑构造
空腹式拱除了具有实腹式拱上建筑相同的构造外,还具有腹孔和腹孔敦。
⏹腹孔
腹孔构造
A.拱式拱上建筑
腹孔的布置
●主拱圈受力的要求:
避免荷载过分集中于腹孔墩
●拱桥外形美观的要求:
腹孔的形式:
●圆弧线板式结构:
矢跨比r=1/2~1/5
●微弯板或扁壳结构:
矢跨比r=1/10~1/12
腹拱截面:
●石板拱30cm
●混凝土15cm
●微弯板14cm(预制6cm+现浇8cm)
腹孔的变形缝
B.梁式拱上建筑
腹孔墩
横墙(立墙)式和立柱式
2.3拱桥的其它细部构造
⏹拱上填料、桥面及人行道
⏹伸缩缝与变形缝
⏹排水与防水层
⏹拱桥中铰的设置
拱桥中铰的设置
⏹按两铰拱或三铰拱设计的主拱圈
⏹腹拱圈因构造需要而设置
⏹腹空墩上下因构造需要而设置
⏹施工中为消除部分附加内力而设置的临时铰
铰的种类
⏹弧形铰
⏹铅垫铰
⏹平铰
⏹不完全铰
⏹钢铰
2.4其它类型拱桥的构造
2.4.1.桁架拱桥
特点
●整体工作,拱上结构与主拱圈构成桁架,共同受力;
●材料省身,重量轻,对软土地基有较好的适用性。
主要构造
上部结构由桁架拱片、横向联结系和桥面三部分组成
本章回顾
2.1主拱圈的构造
板拱、肋拱、箱拱、双曲拱桥
2.2拱上建筑构造
实腹式拱上建筑
空腹式拱上建筑
2.3其它细部构造
拱上填料、桥面及人行道
伸缩缝与变形缝
排水与防水层
拱桥中铰的设置
2.4其它类型拱桥构造
桁架拱桥
刚架拱桥
第3篇第3章拱桥的设计
3.1拱桥的总体体布置
3.1.1.拱桥的设计标高和矢跨比
⏹设计标高
线路纵断面、通航要求——桥面标高——拱顶填料及拱圈结构高度——拱顶底面标高——通航、泄洪等要求及经济性——起拱线标高
⏹矢跨比
Ø矢跨比与结构受力
矢跨比f/l越小,Hg/Vg越大
矢跨比f/l越小,附加内力越大
Ø矢跨比与施工方式
Ø矢跨比与桥梁美观
不同类型拱桥的常用矢跨比
⏹石、混凝土板拱及双曲拱桥f/l=1/4~1/6
⏹箱形拱桥f/l=1/6~1/8
⏹钢筋混凝土桁架拱桥f/l=1/6~1/10
⏹钢筋混凝土刚架拱桥f/l=1/6~1/10
3.1.2.不等跨连续拱的处理方法
为减小恒载下由于不等跨产生的不平衡推力,可以:
●采用不同的矢跨比
●采用不同的拱脚标高
●调整拱上建筑的恒载重量
●采用不同类型的拱跨结构
3.2拱轴线的选择和拱上建筑的布置
3.2.1.拱轴线选择的原则
●尽量减少拱圈截面的弯矩,最好截面上不出现拉应力
●满足施工要求
●线型美观
3.2.2.常用拱轴线型
●圆弧线
●悬链线
●抛物线
本章回顾
第3篇第4章拱桥的计算
4.1.1.实腹式悬链线拱
●实腹式悬链线拱的拱轴方程
●实腹式悬链线拱的荷载分布
●拱轴系数
●拱轴线方程
●实腹式悬链线拱轴系数的确定
●拱轴系数与悬链线线形的关系
4.1.2.空腹式悬链线拱
五点重合法
三铰拱的情形
●拱轴系数m的求解
1)假定初始的m0;
2)根据已知的矢跨比和拱轴系数,查得相应的半拱悬臂自重对1/4截面和拱脚截面的弯矩,进一步计算整个拱上建筑对1/4截面和拱脚截面的弯矩;
3)由下式计算新的拱轴系数m,并与m0比较。
相差不大,则可。
无铰拱的情形
4.1.2.空腹式悬链线拱
●任意截面的偏离弯矩
●对于拱顶截面
●对于拱脚截面
结论:
空腹式无铰拱的拱轴线,采用悬链线比恒载压力线更合理。
4.2恒载作用下拱的内力计算
4.2.1.不考虑弹性压缩的恒载内力
实腹式悬链线拱的恒载内力
空腹式悬链线无铰拱的恒载内力:
直接根据静力平衡条件写出:
由于拱轴线与恒载压力线有偏离,故还要叠加偏离产生的附加内力。
中小跨径空腹式拱可偏安全地不考虑偏离弯矩的影响。
4.2.2.考虑弹性压缩引起的内力
在恒载产生的压力作用下,拱沿轴线方向会产生弹性压缩。
由此将在超静定结构上产生内力。
水平赘余力为:
实腹式悬链线拱的内力:
轴向力:
弯矩:
剪力:
空腹式悬链线拱的恒载内力:
轴向力:
弯矩:
剪力:
4.2.4.计算实例
如图所示无铰拱,计算跨径l=80m,主拱圈及拱上建筑恒载见图,主拱圈截面面积A=5.0m2,截面惯性矩I=1.0m4,容重γ=25kN/m3。
试应用“五点重合法”,
⏹确定拱桥拱轴系数m
⏹计算拱脚处竖向力、水平推力以及恒载轴力
(考虑拱的弹性压缩)
⏹计算弹性压缩引起的拱脚截面
和拱顶截面弯矩
1确定拱桥拱轴系数m
⏹取悬臂曲梁为基本结构
⏹计算拱上建筑恒载对1/4截面和
拱脚截面的弯矩
⏹假定初始拱轴系数m=2.514,查《拱桥》表,得半拱悬臂自重对1/4截面和拱脚截面的弯矩
⏹计算所有半拱悬臂荷载对1/4截面和拱脚截面的弯矩
⏹计算拱轴系数m
⏹比较前后两个拱轴系数m,相差大于半级,须计算拱轴系数m。
重复上述计算过程,直至满足要求。
2计算拱在不考虑弹性压缩时的拱脚反力
⏹根据确定的拱轴系数m,查表
计算得半拱悬臂自重对拱脚截面的竖向剪力
⏹计算半拱悬臂恒载对拱脚截面总的竖向剪力
⏹按下式计算拱脚截面水平推力
⏹计算拱脚截面恒载轴力
3计算拱考虑弹性压缩引起的Vg、Hg和Ng
⏹根据确定的拱轴系数m
计算弹性中心位置
⏹查表计算弹性中心处的水平拉力S
⏹计算Vg、Hg和Ng
4.3活载作用下拱的内力计算
4.3.1.不考虑弹性压缩影响的活载内力
1计算赘余力影响线
⏹基本结构:
简支曲梁
⏹典型方程为
2绘制内力影响线
⏹拱中水平推力影响线
⏹拱脚竖向反力影响线
⏹任意截面弯矩影响线
4.4裸拱的内力计算
1.计算的必要性
⏹早期脱架施工
⏹无支架施工
2.裸拱的受力特征
⏹实际拱轴系数比拱轴线采用的要小,导致拱顶和拱铰一般都产生正弯矩。
本章小结
⏹悬链线拱的几何性质及弹性中心
⏹恒载作用下拱的内力计算
⏹活载作用下拱的内力计算
⏹裸拱的内力计算
第3篇第5章拱桥的施工方法
⏹有支架施工
⏹无支架施工
5.1有支架施工
5.1.1.拱架
⏹拱架的形式与构造
满布式拱架
⏹拱盔
⏹卸架设备
⏹拱架下部支架
拱式拱架
5.1.2.拱架的计算
拱架的计算荷载
⏹拱架自重
⏹拱圈重量,可视为活荷载
⏹施工重量
⏹横向风力
拱架预拱度的计算与设置
⏹拱架的弹性与非弹性变形
⏹拱圈在自重、温度变化和墩台位移等因素下的弹性下沉
5.2缆索吊装施工
⏹主索
⏹起重索
⏹牵引索
⏹结索
⏹扣索
⏹浪风索(缆风索)
⏹塔架及索鞍
⏹地锚
⏹卷扬机
⏹放样
⏹支模
⏹分节段浇筑
⏹养护
5.2.3.拱肋的吊装
为了保证吊装的稳定和安全,一般应:
⏹扣索的设置:
各拱肋段(处最后的拱顶合拢段外),均应设置一组扣索将拱肋悬挂住
⏹风缆的设置:
至少保证2根基肋设置固定风缆
⏹松索的时机:
小跨径的箱形拱,当截面高度(0.009-0.012跨径)和宽度(0.6-1.0肋高)满足一定条件,且横向稳定安全系数不小于4时,单根拱肋成拱后即可松索;
大中跨径的箱形拱,单肋横向稳定安全系数小于4时,先悬扣拱脚段或次拱脚段,然后用横夹木临时将相邻两肋联结,待拱顶单根拱肋合拢成拱后,即可松索;
当拱肋跨径超过80米,应采用双基肋合拢松索成拱方式
5.2.4.拱肋吊装过程中的内力计算
⏹吊点的位置确定:
避免倾翻,吊点必须在该段拱肋重心以上
从该段拱肋的合理受理确定吊点的位置
⏹各施工阶段的内力计算:
边段拱肋悬挂时扣索的计算
边段拱肋悬挂时自重内力的计算
中段拱肋搁置于边段拱肋上时内力的计算
中段拱肋安装时的内力的计算
5.3其它施工方法
5.3.1.悬臂施工方法
⏹塔架斜拉索法
⏹斜吊式悬浇法
5.3.2.转体施工方法
⏹竖向转体施工方法
⏹平面转体施工方法
⏹转动机构
5.4钢管混凝土拱桥
⏹钢和混凝土的理想结合
钢管中混凝土由于受到钢管的约束,抗压强度大体可提高一倍;另一方面由于混凝土对钢管屈曲的约束
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