32第三章-拱桥上部结构-单跨悬链悬链线无铰板拱设计分析.ppt

第三章 拱桥上部结构-2 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 §3.4 单跨悬链线无铰板拱的设计 3.4.1 确定桥梁的设计标高和矢跨比 3.4.2 主拱圈截面尺寸的拟定 3.4.3 拱轴线选择 3.4.4 其它结构设计 3.4.1 确定桥梁的设计标高和矢跨比 拱桥的标高主要有四个，即桥面标高、拱顶底面标高、起拱线标高、基础底面标高 桥面标高 ：纵断面设计 、泄洪或通航的要求 起拱线标高 ：宜选择低拱脚的设计方案 拱桥的主要标高示意图 矢跨比 当跨径大小在分孔时已初步拟定后，根据跨径及拱顶、拱脚标高，就可确定主拱圈的矢跨比 f /L 矢跨比：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。 恒载的水平推力 Hg 与垂直反力 Vg 之比值：随矢跨比的减小而增大。当矢跨比减小时，拱的推力增大，反之则推力减小。 推力大，相应地在拱圈内产生的轴向力也大，对拱圈自身的受力状况是有利的，但对墩台基础不利 。 附加内力：拱圈受力后因弹性压缩，或温度变化、混凝土收缩、墩台位移等原因，在无铰拱的拱圈内产生附加的内力，而拱愈坦（即矢跨比越小），附加内力越大。 当拱的矢跨比过大时，拱脚区段过陡，给拱圈的砌筑或混凝土浇筑带来困难。 拱桥的外形是否美观，与周围景物能否协调等也与矢跨比有很大关系。 在设计时，矢跨比的大小应经过综合比较后进行选定。 板拱桥，矢跨比可采用1/3~1/7，不宜超过1/8。 拱桥下净空的有关规定 3.4.2 主拱圈截面尺寸的拟定 拱圈宽度：主要取决于桥面净空的宽度。 板拱桥：主拱圈宽度宜不小于计算跨径的1/20，否则应验算拱的横向稳定性。 拱圈宽度接近桥宽 拱圈宽度小于桥宽 悬臂式人行道结构 钢筋混凝土挑梁 拱圈宽度的确定及人行道的布置 主拱圈高度的拟定 中、小跨径公路石拱桥主拱圈高度估算： l0——主拱圈净跨径（cm）； d——主拱圈高度（cm）； m——系数，4.5~6，随矢跨比的减小而增大； k——荷载系数，汽车－10级为1.0，汽车－15级为1.1，汽车－20级为1.2。 3.4.3 拱轴线选择 三铰拱在任意荷载作用下任意截面的弯矩为： 对于竖直均布荷载： 令拱内各截面弯矩均为零，则有 求得 二次抛物线 竖直均布荷载作用下的拱的合理拱轴线 合理拱轴线：在某一荷载作用下使得拱的各个截面弯矩为零的拱轴线。 选择拱轴线的原则：尽可能降低由于荷载产生的弯矩数值，以充分利用圬工材料的抗压性能。 板拱桥：基本上是圬工结构，最理想的拱轴线是采用合理拱轴线， 但事实上实际工程中不可能获得这样的拱轴线，因为除恒载外，拱圈还要受到活载、温度变化和材料收缩等因素的作用。 当恒载压力线与拱轴线吻合时，在活载作用下就不再吻合。 目前拱桥常用的拱轴线 圆弧线：线型简单，易于掌握，施工放样方便。但拱轴线与恒载压力线偏离较大，使拱圈各截面受力不均匀。 常用于15~20m以下小跨径拱桥。或大跨径预制装配式钢筋混凝土拱桥。 圆弧线与抛物线的拱轴线 抛物线：竖向均布荷载作用下的合理拱轴线。适用情况：恒载强度比较接近均布的拱桥—— 矢跨比较小的空腹式钢筋混凝土拱桥 中、下承式拱桥 钢筋混凝土桁架拱、刚架拱 钢管混凝土拱桥等轻型拱上结构的拱桥 大跨径拱桥为了使拱轴线尽可能与恒载压力线相吻合，采用高次抛物线。 悬链线 对实腹式拱桥，若其沿桥纵向的恒载集度是由拱顶向拱脚连续分布、逐渐增大，则可推导出其恒载压力线为一条（倒）悬链线。 实腹式拱桥的恒载分布图 悬链线拱桥的恒载压力线 空腹式拱桥，恒载从拱顶到拱脚不再是连续分布，既承受拱圈自重的分布恒载，又承受拱上立柱（或横墙）传来的集中恒载，其压力线是一不平滑的曲线。 悬链线是目前中、小跨径拱桥采用最普遍的拱轴线型。 五点重合法： 采用悬链线作为空腹拱的拱轴线，同时保证拱轴线与恒载压力线在拱顶、1/4跨径和拱脚五个截面相重合。 可利用现成的完整的悬链线拱计算用表来计算各项内力；而且采用悬链线拱轴对空腹拱主拱的受力是有利的。 悬链线拱轴线方程 实腹式拱桥的恒载强度，从拱顶向拱脚是均匀增加的，压力线是一条悬链线。 实腹式拱桥采用悬链线作拱轴线，在恒载作用下，当不计拱圈由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。 实腹式拱桥的恒载分布图 任意点的恒载强度gx ： g