31第三章-拱桥上部结构-拱桥受力特点、组成与分类、各类常见拱桥构造特点.ppt

第三章 拱桥上部结构-1 第三章 拱桥上部结构Superstructure of Arch Bridge §3.1 概述 §3.2 拱桥的分类 §3.3 常见拱桥的构造特点 §3.4 单跨悬链线无铰板拱的设计 §3.5 拱桥受力特点与主拱设计计算要点 §3.6 拱桥施工 §3.1 概述 3.1.1 拱桥的起源 3.1.2 拱桥的基本特点 3.1.3 拱桥的组成 3.1.1 拱桥的起源 世界上对拱结构的起源众说不一 自然界溶洞天然拱 崩落的堆石拱 砌墙开洞，逐渐由“假拱”演变而成 中国：墓葬结构及仅存实物，拱由梁与侧柱演变为三、五、七等折边拱，演变为圆拱。 跨度由小变大，由二三米而到达净跨37.02m，并保持了千余年的世界记录。 中国现存最早，并保存良好的是隋代赵州安济桥（赵州桥）。桥为敞肩圆弧石拱，拱圈并列28道，净跨37.02m，矢高7.23m，上狭下宽总宽9m。主拱圈等厚1.03m，主拱圈上有护拱石。 安济桥（赵州桥） 中国石拱因南北河道性质及陆上运输工具不同，构造不同。 北方大多为平桥（或平坡桥），实腹厚墩厚拱。 南方水网地区则为驼峰式薄墩薄拱。 南方江浙一带水网地区，以舟行为主。 潮汐河流，软土地基，即使石拱桥亦尽量减轻重量建造为薄墩薄拱。 桥孔自单孔多到85孔（江苏吴江垂虹桥，已塌，尚存残孔8孔）。 薄拱的拱厚最小者仅及拱跨的1／66.7，而一般拱厚则为1／20左右。现存枫桥（清代建）也是薄拱。 薄墩之薄，相邻两拱圈拱石相接，特别是三孔连拱薄墩桥，中孔大、边孔小，两岸以踏步上桥。桥成驼峰形，造型美观。 中国的木拱桥肇始自宋。 宋代张．择端的《清明上河图》，在画面高峰处有北来都城汴京（现河南开封）跨汴水的一座木拱桥，名为虹桥。 为了漕运，水中无桥墩，桥采用了 “贯木’架桥，即大木穿插叠架为木拱。 虹桥桥跨约18．5m，拱矢约4．2m，桥面总宽9．6m。桥毁于金元之际，几百年来一直认为是绝唱。 虹桥 3.1.2 拱桥的基本特点 拱桥与梁桥的区别：外形不同、受力性能有差别。 圬工拱桥的优点 跨越能力大 能就地取材 能耐久，养护、维修费用少 外型美观 构造较简单 圬工拱桥的缺点 自重大，水平推力大，对地基要求高 有支架施工时，施工耗时 连拱拱桥设置构造复杂的单向推力墩，增加了造价 上承式拱桥对标高要求高，城市少用 拱桥发展 石拱桥 钢拱桥 钢筋混凝土拱桥 钢管混凝土拱桥 3.1.3 拱桥的组成 石拱桥的主要组成与名称 拱桥（Arch Bridge） 的组成 桥跨结构（上部结构） superstructure 主拱圈 main arch 拱上结构 spandral structure 下部结构 substructure 墩 pier 台 abutment 基础 foundation 拱轴线：arch axis 起拱线：arch springing impost 跨径：桥梁上部结构的重要技术指标 标准跨径：一般指净跨径 净跨径：clear span 矢高：重要的技术指标之一 净矢高：clear rise of arch 计算跨径： computed span 计算矢高：calculate rise of arch 矢跨比：矢高与跨径之比，设计时一般取净矢高f0与净跨径l0之比为矢跨比（或称净矢跨比） 坦拱：f0/L0（矢跨比）1/5 陡拱：f0/L0 （矢跨比）≥1/5 拱的计算跨径与计算矢高 三铰拱内力计算简图 三铰拱与等跨简支梁内力比较 三铰拱的反力（内力和反力上标加o的为简支梁，不加o的为三铰拱） 令 ，则内力为： 三铰拱的竖向反力与简支梁相同，但在竖直荷载作用下，三铰拱会产生水平反力，而简支梁中没有水平反力的存在。 三铰拱在竖直荷载作用下的水平反力引起拱内力中出现了轴力，同时降低了弯矩与剪力。 §3.2 拱桥的分类 3.2.1 按主拱圈的建筑材料分类 圬工拱桥 钢筋混凝土拱桥 钢拱桥 钢管混凝土拱桥 3.2.2 按行车道位置分类 上承式 车道（桥面系）在拱肋之上的称为上承式 上承式主要用于峡谷和桥面标高较高的桥梁 传统的石拱桥因主拱圈为板式结构，只能采用上承式 上承、下承及中承式拱桥 上承式拱桥构造较为简单 上部结构由主拱圈、拱上建筑组成 拱上建筑：实腹式或空腹式 实腹拱桥：构造简单、自重大，适用于中、小跨度； 空腹拱桥：结构合理、自重较小、利于泄洪，是大、中跨拱桥常用的形式 下承式 下承式拱桥的桥跨结构由拱肋、悬吊结构和横向联结系三部分组成。 车辆在两片（三片）拱肋之间行驶，需要用吊杆将桥面系悬挂在拱肋下。桥面系和这些传力构件称为悬吊结构。 中承式：行车平面位于肋拱矢高的中间部位