大跨度拱桥.pptx
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1、 第第 7 章章 大跨度拱桥大跨度拱桥大跨度桥梁设计大跨度桥梁设计本章的主要内容本章的主要内容l7.1 拱桥的基本组成和受力特点拱桥的基本组成和受力特点l7.2 拱桥的结构体系拱桥的结构体系l7.3 拱桥的总体构思与构造拱桥的总体构思与构造l7.4 拱桥的计算拱桥的计算l7.5 拱桥的施工拱桥的施工l7.6 工程实例工程实例 7.1 拱桥的基本组成和受力特点拱桥的基本组成和受力特点7.1.1 拱桥的基本组成拱桥的基本组成u上部结构:上部结构:(1)主拱圈:主要承重构件)主拱圈:主要承重构件(2)拱上建筑:桥面系和传力构件或填充物)拱上建筑:桥面系和传力构件或填充物u下部结构:下部结构:桥墩、桥
2、台、基础桥墩、桥台、基础拱拱桥桥的的主主要要组组成成部部分分l0-净跨径净跨径l-计算跨径计算跨径f0-净矢高净矢高f-计算矢高计算矢高f/l-矢跨比矢跨比拱桥的主要技术名词拱桥的主要技术名词拱桥的主要技术名词拱桥的主要技术名词净跨径净跨径净跨径净跨径(l l0 0)每孔拱跨两个起拱线之间的平距每孔拱跨两个起拱线之间的平距每孔拱跨两个起拱线之间的平距每孔拱跨两个起拱线之间的平距计算跨径计算跨径计算跨径计算跨径(l l)相邻两拱脚截面形心之间的平距相邻两拱脚截面形心之间的平距相邻两拱脚截面形心之间的平距相邻两拱脚截面形心之间的平距 (即拱轴线两端点之间的平距即拱轴线两端点之间的平距)净净 矢矢
3、高高净净 矢矢 高高(f f0 0)拱拱 顶顶 截截 面面 下下 缘缘 至至 起起 拱拱 线线 连连 线线 之之 间间 的的 垂垂 距距拱拱 顶顶 截截 面面 下下 缘缘 至至 起起 拱拱 线线 连连 线线 之之 间间 的的 垂垂 距距计计 算算 矢矢 高高计计 算算 矢矢 高高(f f)拱拱顶顶截截面面形形心心至至相相邻邻两两拱拱脚脚截截面面形形心心之之拱拱顶顶截截面面形形心心至至相相邻邻两两拱拱脚脚截截面面形形心心之之 连线的垂距连线的垂距连线的垂距连线的垂距矢矢 跨跨 比比矢矢 跨跨 比比(D D 或或或或 D D0 0)又又 称称又又 称称矢矢 度度矢矢 度度,计计 算算 矢矢 高高
4、与与 计计 算算 跨跨 径径 之之,计计 算算 矢矢 高高 与与 计计 算算 跨跨 径径 之之 比比(比比(D D=f f/l l)或或净净矢矢高高与与净净跨跨径径之之比比)或或净净矢矢高高与与净净跨跨径径之之比比 (D D0 0=f f0 0/l l0 0)7.1 拱桥的基本组成和受力特点拱桥的基本组成和受力特点7.1.1 拱桥的基本组成拱桥的基本组成坦拱坦拱坦拱坦拱:D D D D1/51/51/51/5陡拱陡拱陡拱陡拱:D D D D1/51/51/51/5 7.1 拱桥的基本组成和受力特点拱桥的基本组成和受力特点7.1.1 拱桥的基本组成拱桥的基本组成拱拱桥桥分分类类建桥材料建桥材料圬
5、工拱桥,钢筋混凝土拱桥,钢拱桥圬工拱桥,钢筋混凝土拱桥,钢拱桥拱轴线型式拱轴线型式圆弧拱桥,抛物线拱桥,悬链线桥圆弧拱桥,抛物线拱桥,悬链线桥桥面位置桥面位置上承式拱桥,中承式拱桥,下承式拱桥上承式拱桥,中承式拱桥,下承式拱桥结构体系分结构体系分简单体系拱桥:三铰拱,两铰拱,无铰拱简单体系拱桥:三铰拱,两铰拱,无铰拱组合体系拱桥:无推力拱桥,有推力拱桥组合体系拱桥:无推力拱桥,有推力拱桥主拱圈截面形式主拱圈截面形式拱上建筑形式拱上建筑形式实腹式拱桥,空腹式拱桥实腹式拱桥,空腹式拱桥板拱桥,肋拱桥,双曲拱桥,箱形拱桥板拱桥,肋拱桥,双曲拱桥,箱形拱桥 7.1 拱桥的基本组成和受力特点拱桥的基本组
6、成和受力特点7.1.1 拱桥的基本组成拱桥的基本组成 根据行车道的位置,拱桥可以分成:上承式、下承式和根据行车道的位置,拱桥可以分成:上承式、下承式和中承式三种类型。中承式三种类型。拱桥的基本图示上承式拱桥上承式拱桥1989四四 川涪陵乌江大桥川涪陵乌江大桥(L=200m)桥高桥高84m,矢跨比,矢跨比1/4,主拱圈采用,主拱圈采用3室室箱。箱。涪陵乌江大桥采用转体法施工,先涪陵乌江大桥采用转体法施工,先在两岸上、下游组成在两岸上、下游组成3m宽的边箱,待转宽的边箱,待转体合拢后吊装中箱顶、底板,最后组成体合拢后吊装中箱顶、底板,最后组成3室箱。室箱。1997四川万县长江大桥四川万县长江大桥
7、L=420m)劲性骨架钢筋混凝土箱形拱桥劲性骨架钢筋混凝土箱形拱桥上承式拱桥上承式拱桥巫山巫峡长江大桥巫山巫峡长江大桥丫髻沙大桥丫髻沙大桥中承式拱桥中承式拱桥上海卢浦大桥上海卢浦大桥 2003.6 建成,主桥长建成,主桥长750m,为全钢结构,其中主跨直径达,为全钢结构,其中主跨直径达550m,居世界同类桥梁之首,被誉为,居世界同类桥梁之首,被誉为“世界第一钢拱桥世界第一钢拱桥”。武汉江汉三桥武汉江汉三桥桥长桥长989.75米,主跨米,主跨302.93米,米,为跨径为为跨径为280米的下承式钢管混米的下承式钢管混凝土系杆拱桥。凝土系杆拱桥。浙江省嵊州大桥浙江省嵊州大桥主桥采用下承式钢管混泥土单
8、杆拱桥。主桥采用下承式钢管混泥土单杆拱桥。两跨,跨径长两跨,跨径长136米。米。下承式拱桥下承式拱桥 7.1 拱桥的基本组成和受力特点拱桥的基本组成和受力特点7.1.2 拱桥的受力特点拱桥的受力特点u支座处存在水支座处存在水平推力平推力 拱内拱内产生轴向压力产生轴向压力 弯矩减少弯矩减少 偏心受压偏心受压应力应力较均匀。较均匀。u300800m范范围内,可以与斜围内,可以与斜拉桥竞争。拉桥竞争。7.2 拱桥的结构体系拱桥的结构体系7.2.1 简单体系拱桥简单体系拱桥简单体系拱桥构造简单、受力明确,全部荷载由拱肋承受。简单体系拱桥构造简单、受力明确,全部荷载由拱肋承受。按照拱圈的静力体系分为:按
9、照拱圈的静力体系分为:三铰拱:三铰拱:静定,无附加应力,铰构造复杂,少用。静定,无附加应力,铰构造复杂,少用。无铰拱:无铰拱:三次超静定,刚度大,构造简单,附加应力大,混三次超静定,刚度大,构造简单,附加应力大,混凝土拱多采用无铰拱。凝土拱多采用无铰拱。两铰拱:两铰拱:介于二者之间,钢拱采用较多。介于二者之间,钢拱采用较多。7.2 拱桥的结构体系拱桥的结构体系7.2.2 组合体系拱桥组合体系拱桥 荷载一部分由纵梁承担,一部荷载一部分由纵梁承担,一部分通过吊杆传递给主拱肋承担。分通过吊杆传递给主拱肋承担。柔性系杆刚性拱(系杆拱)柔性系杆刚性拱(系杆拱)刚性系杆柔性拱(蓝格尔拱)刚性系杆柔性拱(蓝
10、格尔拱)刚性系杆刚性拱(洛泽拱)刚性系杆刚性拱(洛泽拱)用斜吊杆时称为尼尔森拱用斜吊杆时称为尼尔森拱l无推力组合体系拱桥无推力组合体系拱桥 7.2 拱桥的结构体系拱桥的结构体系7.2.2 组合体系拱桥组合体系拱桥l多跨无推力组合体系拱桥多跨无推力组合体系拱桥 7.2 拱桥的结构体系拱桥的结构体系7.2.2 组合体系拱桥组合体系拱桥l部分有推力组合体系拱桥部分有推力组合体系拱桥 拱脚在中墩处固结,拱、梁通过立柱和拱顶实体段连接共拱脚在中墩处固结,拱、梁通过立柱和拱顶实体段连接共同承受荷载。同承受荷载。应用交广泛。应用交广泛。u在恒载作用下,通过张拉系杆来平衡主拱的水平力;在恒载作用下,通过张拉系
11、杆来平衡主拱的水平力;u成桥后,由于拱脚固结,水平位移被约束,在活载及其他荷成桥后,由于拱脚固结,水平位移被约束,在活载及其他荷载作用下,拱脚产生水平推力,形成部分有推力拱桥体系。载作用下,拱脚产生水平推力,形成部分有推力拱桥体系。7.2 拱桥的结构体系拱桥的结构体系7.2.2 组合体系拱桥组合体系拱桥l有推力组合体系拱桥有推力组合体系拱桥梁和拱共同受力,拱的推力完全由墩台承担。梁和拱共同受力,拱的推力完全由墩台承担。梁分担一部分荷载,拱脚推力小于简单体系拱桥。梁分担一部分荷载,拱脚推力小于简单体系拱桥。7.2 拱桥的结构体系拱桥的结构体系7.2.2 组合体系拱桥组合体系拱桥拱肋与纵梁连接方式
12、拱肋与纵梁连接方式p中承式梁拱组合体系中承式梁拱组合体系u中边跨纵梁在拱中边跨纵梁在拱肋连接处断开;肋连接处断开;u边跨梁与拱肋固边跨梁与拱肋固结,中跨梁与拱肋结,中跨梁与拱肋连接处断开;连接处断开;u拱梁完全刚性连拱梁完全刚性连接,共同承担荷载。接,共同承担荷载。7.2 拱桥的结构体系拱桥的结构体系7.2.2 组合体系拱桥组合体系拱桥拱肋与纵梁连接方式拱肋与纵梁连接方式p下承式梁拱组合体系下承式梁拱组合体系u拱梁固结;拱梁固结;u拱梁铰接;拱梁铰接;u梁以体外索的形梁以体外索的形式锚固在拱的两端,式锚固在拱的两端,桥面系通过横梁与桥面系通过横梁与吊杆连接,将桥面吊杆连接,将桥面荷载传递给拱肋
13、。荷载传递给拱肋。7.3 拱桥的总体思路与构造拱桥的总体思路与构造7.3.1 拱桥的总体构思拱桥的总体构思 1)上承式拱桥的总体构思)上承式拱桥的总体构思u有推力拱桥;有推力拱桥;u拱圈是主要受力构件;拱圈是主要受力构件;u桥面系不参与拱圈的整体受力,而作为局部受力构件设计。桥面系不参与拱圈的整体受力,而作为局部受力构件设计。7.3 拱桥的总体思路与构造拱桥的总体思路与构造7.3.1 拱桥的总体构思拱桥的总体构思(1)桥长及分孔)桥长及分孔u按照水文计算、通航要求以及技术经济指标确定,可采用按照水文计算、通航要求以及技术经济指标确定,可采用单跨拱桥或多跨拱桥形式;单跨拱桥或多跨拱桥形式;u为避
14、开深水区或不良地质地段,可采用不等跨布置;为避开深水区或不良地质地段,可采用不等跨布置;u一般采用单跨拱桥来跨越高山峡谷、水流急的河道。一般采用单跨拱桥来跨越高山峡谷、水流急的河道。1)上承式拱桥的总体构思)上承式拱桥的总体构思 7.3 拱桥的总体思路与构造拱桥的总体思路与构造7.3.1 拱桥的总体构思拱桥的总体构思(2)桥梁设计高程)桥梁设计高程u桥面高程:桥面高程:由总体路线设计确定。由总体路线设计确定。u拱顶高程:拱顶高程:桥面高程桥面高程-拱顶处的建筑高度。拱顶处的建筑高度。u起拱线高程:起拱线高程:为减轻墩底偏心弯矩,宜采用较低的起拱线为减轻墩底偏心弯矩,宜采用较低的起拱线高程。高程
15、。有铰拱桥:起拱线一般高于设计洪水位有铰拱桥:起拱线一般高于设计洪水位0.25m0.25m;严寒地区;严寒地区桥梁,起拱线不应低于流冰水位桥梁,起拱线不应低于流冰水位0.25m0.25m;无铰拱桥:防止漂浮物撞击,拱圈不宜淹没太多;无铰拱桥:防止漂浮物撞击,拱圈不宜淹没太多;美观角度,拱座一般露出地面一定高度。美观角度,拱座一般露出地面一定高度。u基础底面高程:基础底面高程:根据冲刷深度、地基承载力等计算确定。根据冲刷深度、地基承载力等计算确定。1)上承式拱桥的总体构思)上承式拱桥的总体构思 7.3 拱桥的总体思路与构造拱桥的总体思路与构造7.3.1 拱桥的总体构思拱桥的总体构思(3)跨径布置
16、)跨径布置u三跨拱桥,理想的边中跨比值应使中墩在恒载作用下的水三跨拱桥,理想的边中跨比值应使中墩在恒载作用下的水平推力平衡。则边中跨比为:平推力平衡。则边中跨比为:1)上承式拱桥的总体构思)上承式拱桥的总体构思 7.3 拱桥的总体思路与构造拱桥的总体思路与构造7.3.1 拱桥的总体构思拱桥的总体构思(4)拱轴线的选择)拱轴线的选择u圆弧线:线形简单,施工方便。主要用于圆弧线:线形简单,施工方便。主要用于20m20m以下的拱桥。以下的拱桥。u抛物线:可采用二次抛物线;为使拱轴线与恒载压力线吻抛物线:可采用二次抛物线;为使拱轴线与恒载压力线吻合,可采用高次抛物线。合,可采用高次抛物线。u悬链线:最
17、常采用的拱轴线。悬链线:最常采用的拱轴线。1)上承式拱桥的总体构思)上承式拱桥的总体构思 7.3 拱桥的总体思路与构造拱桥的总体思路与构造7.3.1 拱桥的总体构思拱桥的总体构思(5)矢跨比)矢跨比u矢跨比:拱肋的矢高与跨径的比值。矢跨比减小,拱桥水矢跨比:拱肋的矢高与跨径的比值。矢跨比减小,拱桥水平推力增加,反之推力减小。平推力增加,反之推力减小。u矢跨比影响拱桥整体刚度。矢跨比在矢跨比影响拱桥整体刚度。矢跨比在1/41/6之间时,拱桥之间时,拱桥刚度较大。刚度较大。1)上承式拱桥的总体构思)上承式拱桥的总体构思 2)中、下承式拱桥的总体构思)中、下承式拱桥的总体构思 2)中、下承式拱桥的总
18、体构思)中、下承式拱桥的总体构思 中、下承式拱桥的桥跨结构一般由拱肋、横向联系和中、下承式拱桥的桥跨结构一般由拱肋、横向联系和悬挂结构三部分组成。悬挂结构三部分组成。u拱肋:主要受力构件,可采用钢筋混凝土、钢管混凝土或拱肋:主要受力构件,可采用钢筋混凝土、钢管混凝土或钢箱结构,常用矢跨比为钢箱结构,常用矢跨比为1/71/4。u横向联系:设置在两片拱肋之间,增加横向稳定性。包括横向联系:设置在两片拱肋之间,增加横向稳定性。包括一字型横撑、对角横撑、一字型横撑、对角横撑、K形横撑等。形横撑等。u悬挂结构:包括吊杆和桥面系等。刚性吊杆:混凝土材料;悬挂结构:包括吊杆和桥面系等。刚性吊杆:混凝土材料;
19、柔性吊杆:平行钢丝或钢绞线。吊杆间距一般柔性吊杆:平行钢丝或钢绞线。吊杆间距一般48m。7.3 拱桥的总体思路与构造拱桥的总体思路与构造7.3.1 拱桥的总体构思拱桥的总体构思(1)柔性系杆刚性拱)柔性系杆刚性拱 3)梁拱组合体系拱桥的总体构思)梁拱组合体系拱桥的总体构思 系杆的刚度相对于拱肋的刚度较小,系杆只承受拉力,拱系杆的刚度相对于拱肋的刚度较小,系杆只承受拉力,拱肋按偏心受压构件考虑。肋按偏心受压构件考虑。u跨径:跨径:2090m;矢跨比:;矢跨比:1/51/4;拱肋高度(;拱肋高度(1/501/30)L。7.3 拱桥的总体思路与构造拱桥的总体思路与构造7.3.1 拱桥的总体构思拱桥的
20、总体构思(2)刚性系杆柔性拱)刚性系杆柔性拱 3)梁拱组合体系拱桥的总体构思)梁拱组合体系拱桥的总体构思 拱肋的刚度相对于系杆的刚度较小,刚性系杆承受拉力和拱肋的刚度相对于系杆的刚度较小,刚性系杆承受拉力和弯矩,按弯拉构件考虑。弯矩,按弯拉构件考虑。u跨径:跨径:100m;矢跨比:;矢跨比:1/51/7;拱肋高度(;拱肋高度(1/1201/100)L。7.3 拱桥的总体思路与构造拱桥的总体思路与构造7.3.1 拱桥的总体构思拱桥的总体构思(3)刚性系杆刚性拱)刚性系杆刚性拱 3)梁拱组合体系拱桥的总体构思)梁拱组合体系拱桥的总体构思拱肋和系杆均承担一定的弯矩,体系整体刚度大。拱肋和系杆均承担一
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