第章拱式桥梁的构造与设计方案.docVIP

第1章 拱式桥梁的构造与设计 第一节 拱式桥梁的组成与分类 1.1.1拱桥的受力特点 拱桥(Arch Bridge)在竖向荷载作用下，两端支承处除有竖向反力外，还会产生水平推力(Horizontal Thrust)，正是这个水平推力，使拱内产生轴向压力，并大大减小了跨内弯矩。图1.1为三铰拱在竖向荷载作用下的内力计算图。 图1.1 三铰拱内力计算图式 由《结构力学》可知，拱圈内任意截面D的内力为： 1-1 1-2 轴向力： 1-3 剪力： 1-4 从式(1-1)不难发现，由于水平推力的影响，使拱圈截面内的弯矩要比同等跨径承受相同荷载的简支梁截面弯矩要小，主拱圈以受压为主，从而使主拱圈材料得到充分发挥，跨越能力增大，可以充分利用抗压性能较好的圬工材料(石料、混凝土、砖等)来建造拱桥。这里为拱圈截面在处的水平倾角。 1.1.2拱桥的基本特点 由上可知，拱桥是一种受力优越的结构，在条件适宜的情况下，修建拱桥是经济合理的。 拱桥的建筑材料来源丰富，可以修建成圬工拱桥、钢筋混凝土拱桥、钢拱桥和组合材料的拱桥，如钢管混凝土拱桥。拱桥的优点在于：跨越能力较大，目前钢筋混凝土拱桥最大跨径为420m， 钢拱桥为518m；能就地取材，与其他体系桥梁相比，拱桥的造价是较低的；圬工及钢筋硷拱桥耐久性好，养护、维修费用少；拱桥外形美观，能与周围环境较好协凋，特别是在西部地区，山陵沟窒，在此建造拱桥，犹如一条彩虹飞跃两岸；构造简单，技术容易被掌握，有利于推广。拱桥的缺点在于:自重较大，由于水平推力的存在，对地基条件要求较高，相应增大了下部构造工程量，同时，对连续多孔的大、中型桥梁，为防止一孔破坏而影响全桥安全，需采用较复杂的措施或设置单向推力墩，增加了造价；其次是拱桥的施工，无论是有支架施工(如圬工拱桥)还是无支架施工(如钢筋混凝土拱桥)，一直是影响拱桥发展和造价的重要因素；与梁式桥相比，上承式拱桥的建筑高度较高，尤其在平原地区，为满足桥下净空要求，必须抬高桥面标高，使两岸接线增长，或便桥面纵坡增大，既增加工程量又对行车条件不利。 尽管如此，拱桥的优点仍很突出，仍然是我国公路和城市桥梁的一种主要桥梁形式，尤其是西部地区，地质、地形条件适宜，建材丰富，非常适合于修建各种形式的拱桥。随着设计理论、计算方法和施工技术的提高，拱桥的跨径也在不断增大，如何减轻拱桥结构自重、改进施工方法，开发和使用高强混凝土，已成为修建和发展拱桥的重要问题。我国在箱形拱桥的基础上，发展和独刨了刚架拱桥、预应力混凝土组合柿架拱桥、钢管混凝土拱桥和劲性骨架混凝土拱桥等新型拱桥。尤其是钢管混凝土拱桥，以其突出的优点在国内迅速崛起。短短十年中，国内已建和在建钢筋混凝土拱桥愈加显示出了强大生命力和竞争力。 1.1.3拱桥的组成 拱桥和其他体系桥梁一样，也是由桥跨结构和下部结构两部分组成。 根据行车道位置不同，拱桥的桥跨结构可以做成上承式、中承式和下承式3种，如图1-2所示。 图1-2 a)上承式；b)中承式；c)下承式 上承式拱桥的桥跨结构由主拱圈(肋)及其上面的拱上建筑所构成。拱圈是拱桥的主要承重结构，承受桥上的全部荷载，并通过它把荷载传递给墩台及基础。由于主拱圈是曲线形，车辆荷载无法直接在弧面上行驶，所以在行车道系与主拱圈之间需要有传递荷载的构件和填充物，这些主拱圈以上的行车道系和传载构件或填充物称为拱上建筑。拱上建筑可做成实腹式(图1-3)或空腹式(图7-2a)，相应称为实腹式拱和空腹式拱。在图1-3中，表示出拱桥的主要组成部分、主要尺寸和名称。 图1-3 实腹式拱桥 l一主拱圈；2一拱顶；3一拱脚；4一拱轴线；5一拱腹；6一拱背； 7一起拱线；8一桥台；9—桥台基础；10—锥坡；11一拱上建筑； 一净跨径; 一计算跨径;一净矢高；一计