1、第二章第二章 钢拱桥钢拱桥 2-1 钢拱桥的发展及分类钢拱桥的发展及分类2-2 拱梁组合体系桥拱梁组合体系桥2-3 钢拱桥的构造钢拱桥的构造第一节第一节 钢拱桥的发展及分类钢拱桥的发展及分类一、钢拱桥的发展一、钢拱桥的发展l 建桥建桥材料材料的发展：铸铁拱桥的发展：铸铁拱桥锻铁拱桥锻铁拱桥钢拱桥钢拱桥l 钢拱桥钢拱桥跨越能力跨越能力的发展：的发展：钢拱桥发展史上的里程碑钢拱桥发展史上的里程碑美国纽约狱门桥；美国纽约狱门桥；20世纪跨径超过世纪跨径超过500m的三的三座钢拱桥座钢拱桥美国贝永桥、美国贝永桥、新河谷大桥、澳大利亚悉尼港湾大桥；新河谷大桥、澳大利亚悉尼港湾大桥；21世纪典型的钢拱桥世
2、纪典型的钢拱桥韩国傍花大桥。韩国傍花大桥。l 钢拱桥施工方法的发展：悬臂施工、缆索吊挂法钢拱桥施工方法的发展：悬臂施工、缆索吊挂法 组合施工法、整体顶推法组合施工法、整体顶推法l 结构构造形式的发展与优化结构构造形式的发展与优化美国狱门（美国狱门（Hell Gate）桥）桥 跨径跨径298m，通行四列列车，通行四列列车u 国外钢拱桥赏析国外钢拱桥赏析美国贝永（美国贝永（Bayonne）桥）桥 美国贝永桥建成于美国贝永桥建成于1931年，跨径年，跨径504m，双铰式，初期该桥公，双铰式，初期该桥公路桥宽度为路桥宽度为12.2m，交通量大时还可以增加两条高速列车道。此，交通量大时还可以增加两条高速
3、列车道。此桥桥型为钢桁架拱桥，起到了州间的交通纽带作用，拱肋为两桥桥型为钢桁架拱桥，起到了州间的交通纽带作用，拱肋为两根钢桁梁，中心距根钢桁梁，中心距22.57m，拱端桁高，拱端桁高20.4m，拱顶桁高，拱顶桁高11.3m。悉尼港湾大桥悉尼港湾大桥 该桥最大的特点是拱架，其拱架跨度为该桥最大的特点是拱架，其拱架跨度为503m，而且是单孔拱形，而且是单孔拱形，这是当时世界上罕见的。该桥矢高这是当时世界上罕见的。该桥矢高107m，两拱肋中心间距为，两拱肋中心间距为48.8m，从海面到桥面高，从海面到桥面高58.5m，从海面到桥顶高达，从海面到桥顶高达134m，万吨，万吨巨轮可以从桥下通过。巨轮可以
4、从桥下通过。韩国傍花大桥韩国傍花大桥 傍花大桥是韩国典型桥梁之一，其主跨长达傍花大桥是韩国典型桥梁之一，其主跨长达181.5m，大桥，大桥两侧的拱肋为对称形式。由于桥基处于地下两侧的拱肋为对称形式。由于桥基处于地下20m深的堆积层深的堆积层中，而持力层处于地下中，而持力层处于地下37-42m处，因此在施工架设过程中，处，因此在施工架设过程中，河床和岸跨处分别采用了沉井基础和桩基础。河床和岸跨处分别采用了沉井基础和桩基础。u 我国的钢拱桥赏析我国的钢拱桥赏析表1 我国部分钢拱桥一览表Tab.1 List of some steel arch bridges in China序号建造时间桥梁名称主
5、跨径（m）11997九江长江大桥180+216+18022001卢浦大桥55032003菜园坝大桥42042003新光大桥162+428+16252004朝天门大桥552 广州新光大桥全桥长广州新光大桥全桥长1082m，中间拱跨度为，中间拱跨度为428m，侧拱长度侧拱长度177m，是一座连续的三跨钢桁架拱桥。桥面宽度，是一座连续的三跨钢桁架拱桥。桥面宽度37.62m，双向六车道。新光大桥的受力特点：结构受力体，双向六车道。新光大桥的受力特点：结构受力体系为先简支到后连续转换，技术上有重大的创新和突破。系为先简支到后连续转换，技术上有重大的创新和突破。广州新光大桥广州新光大桥Fig.Guangz
6、hou Xinguang Bridge重庆朝天门大桥重庆朝天门大桥 重庆朝天门大桥全长重庆朝天门大桥全长1741m，其中主桥长度，其中主桥长度932m，主拱长度，主拱长度552m，两侧拱长度均为，两侧拱长度均为190m，是一座中承式双层桥面的连续，是一座中承式双层桥面的连续钢桁系杆拱桥。上层桥面包括双向六车道和两侧人行道；下层钢桁系杆拱桥。上层桥面包括双向六车道和两侧人行道；下层桥面中间为双线城市轻轨，两侧为双向两车道。桥面中间为双线城市轻轨，两侧为双向两车道。上海卢浦大桥上海卢浦大桥 钢箱拱桥钢箱拱桥，为空间提篮中承式拱，为空间提篮中承式拱梁组合体系。梁组合体系。二、钢拱桥的分类二、钢拱桥的
7、分类 钢拱桥上部结构主要由钢拱桥上部结构主要由拱圈、吊杆（或拱上立柱）拱圈、吊杆（或拱上立柱）系杆、桥道梁系杆、桥道梁等构件组成。等构件组成。钢拱桥的组成钢拱桥的组成 1、按照结构构造形式分类按照结构构造形式分类（1）按照主拱圈截面形式分为：）按照主拱圈截面形式分为：钢箱拱、钢管拱、钢桁架拱钢箱拱、钢管拱、钢桁架拱（2）按照两拱肋的空间姿态分：）按照两拱肋的空间姿态分：平行拱肋、提篮拱肋、蝶形拱肋平行拱肋、提篮拱肋、蝶形拱肋（3）按照行车道系所处位置分：）按照行车道系所处位置分：上承式、中承式、下承式拱桥上承式、中承式、下承式拱桥（4）按照吊杆的布置形式分类：按照吊杆的布置形式分类：平行竖吊杆
8、、斜吊杆、网状吊杆平行竖吊杆、斜吊杆、网状吊杆2、按照结构体系分类按照结构体系分类（1）简单体系拱桥：）简单体系拱桥：仅有拱圈是主体受力构件，简单体系均为仅有拱圈是主体受力构件，简单体系均为 有推力拱结构，有推力拱结构，拱的推力直接由墩台或基础拱的推力直接由墩台或基础 承受。承受。（2）组合体系拱桥：）组合体系拱桥：行车道梁与拱组合，共同受力。行车道梁与拱组合，共同受力。大连港栈桥大连港栈桥 引桥采用引桥采用5跨跨112.6米米简支下承式简支下承式刚性系杆钢管刚性系杆钢管混凝土拱桥混凝土拱桥，钢拱肋采用，钢拱肋采用双拱肋，单片拱肋为双肢双拱肋，单片拱肋为双肢桁式断面桁式断面。下承式下承式平行肋
9、平行肋平行平行竖直吊杆竖直吊杆钢管砼拱钢管砼拱平行拱肋模型图平行拱肋模型图内倾式提篮拱：内倾式提篮拱：大大提高了桥梁的大大提高了桥梁的侧向刚度，增加拱桥侧向刚度，增加拱桥的横向稳定性。的横向稳定性。菜园坝长江大桥菜园坝长江大桥各类蝶形拱桥各类蝶形拱桥广西南宁大桥广西南宁大桥蝶形曲线拱桥蝶形曲线拱桥第二节第二节 拱梁组合体系桥拱梁组合体系桥一、拱梁组合体系桥的分类一、拱梁组合体系桥的分类n 1、根据拱脚有、无水平推力分类：、根据拱脚有、无水平推力分类：有推力拱、无有推力拱、无推力拱。推力拱。l（1）有推力拱主要用于上承式拱桥，推力由墩台承担；）有推力拱主要用于上承式拱桥，推力由墩台承担；l（2）
10、无推力拱：行车道系与拱组合，拱的推力由系梁或系杆）无推力拱：行车道系与拱组合，拱的推力由系梁或系杆承受，墩台不受水平推力。承受，墩台不受水平推力。n 2、根据拱肋和系梁刚度的比例关系分类、根据拱肋和系梁刚度的比例关系分类 l 1）柔性系杆刚性拱）柔性系杆刚性拱系杆拱系杆拱l 2）刚性系杆柔性拱）刚性系杆柔性拱兰格尔拱兰格尔拱l 3）刚性系杆刚性拱）刚性系杆刚性拱洛泽拱洛泽拱l 4）上述三种均采用竖直吊杆，采用斜吊杆来代替竖直吊杆，）上述三种均采用竖直吊杆，采用斜吊杆来代替竖直吊杆，即为即为尼尔森拱尼尔森拱单跨拱梁组合体系桥单跨拱梁组合体系桥a.柔性系杆刚性拱柔性系杆刚性拱系杆拱系杆拱b.刚性系
11、杆柔性拱刚性系杆柔性拱朗格尔拱朗格尔拱c.刚性系杆刚性拱刚性系杆刚性拱洛泽拱洛泽拱d.斜吊杆斜吊杆尼尔森拱尼尔森拱e.下承式下承式d.中承式中承式f.上承式上承式n 3、其他组合体系拱桥、其他组合体系拱桥l 1）网状拱桥）网状拱桥 部分斜吊杆至少要与其他吊杆相交两次部分斜吊杆至少要与其他吊杆相交两次l 2）悬臂梁）悬臂梁拱拱桁架的组合结构桁架的组合结构l 3）叠合拱桥）叠合拱桥网状吊杆拱桥网状吊杆拱桥巴拿马的塔歇尔桥巴拿马的塔歇尔桥悬臂梁悬臂梁拱拱桁架组合结构桁架组合结构浙江雁荡山大桥浙江雁荡山大桥叠合拱桥叠合拱桥二、系杆拱的受力特点二、系杆拱的受力特点1、中承式中承式系杆拱桥的力学特性系杆拱
12、桥的力学特性 属于梁拱组合桥属于梁拱组合桥 在受力特征上为典型的三元结构：在受力特征上为典型的三元结构：活载分布构件活载分布构件桥面系桥面系 力的传递构件力的传递构件吊杆吊杆 主要承重构件主要承重构件拱肋及系杆拱肋及系杆2、下承式下承式刚架系杆拱桥刚架系杆拱桥 主拱与下部结构采用主拱与下部结构采用固结方式固结方式联结，系杆采用联结，系杆采用柔性拉杆柔性拉杆，不参与桥面系受力。，不参与桥面系受力。第三节第三节 钢拱桥的构造钢拱桥的构造一、钢拱桥主要组成部分的构造特点一、钢拱桥主要组成部分的构造特点u 1、拱肋、拱肋 结构的主要结构的主要承重构件承重构件，主要承受轴向压力，还承受部分弯矩，主要承受
13、轴向压力，还承受部分弯矩，以受压为主的偏心受压构件以受压为主的偏心受压构件。根据截面形式分为：根据截面形式分为：箱形、管形、桁架式箱形、管形、桁架式 桁架式桁架式拱肋自重轻，跨越能力更大，经济性好。拱肋自重轻，跨越能力更大，经济性好。u 2、吊杆、吊杆 是一种传力构件是一种传力构件，把桥面系荷载传递至承重构件拱肋，把桥面系荷载传递至承重构件拱肋，吊杆主要是轴心受拉构件吊杆主要是轴心受拉构件。吊杆可分为吊杆可分为刚性和柔性刚性和柔性两种，刚性吊杆多用钢管或型两种，刚性吊杆多用钢管或型钢制成，可承受压力；柔性吊杆采用高强钢丝束或钢绞线钢制成，可承受压力；柔性吊杆采用高强钢丝束或钢绞线制成，制成，只
14、能受拉只能受拉，施工方便，外形美观。，施工方便，外形美观。吊杆的吊杆的立面布置立面布置 吊杆间距即为行车道纵梁的跨长，通常吊杆取相等间距。吊杆间距即为行车道纵梁的跨长，通常吊杆取相等间距。吊杆按其在拱平面内的布置形式分为：平行竖吊杆、倾吊杆按其在拱平面内的布置形式分为：平行竖吊杆、倾斜式吊杆、网状吊杆。斜式吊杆、网状吊杆。按照布置数量还分为单吊杆、双吊杆按照布置数量还分为单吊杆、双吊杆刚性双吊杆刚性双吊杆u 3、系杆（梁）、系杆（梁）对于无推力拱，拱的推力全部由系杆承担，系杆承受较大对于无推力拱，拱的推力全部由系杆承担，系杆承受较大 的的轴向拉力轴向拉力。分为：刚性系杆、柔性系杆。分为：刚性系
15、杆、柔性系杆。系杆示意图系杆示意图u 4、横撑、横撑 为了为了保证两片拱肋的横向刚度和稳定保证两片拱肋的横向刚度和稳定，从而，从而承受承受作用在作用在 拱肋、桥面及吊杆上的拱肋、桥面及吊杆上的横向水平力横向水平力，必须设置横撑。，必须设置横撑。横撑可以横撑可以大大提高全桥的面外刚度和扭转刚度大大提高全桥的面外刚度和扭转刚度，但是，但是 基本不提高面内刚度。基本不提高面内刚度。基本要求基本要求 设置在桥面净空高度范围之外的拱段上；设置在桥面净空高度范围之外的拱段上；横撑宽度不应小于长度的横撑宽度不应小于长度的1/15。横撑的构造形式横撑的构造形式 常见的有常见的有“一字撑一字撑”、“K形撑形撑”
16、、“X形撑形撑”、“米形撑米形撑”；横撑位置一般与吊点位置对应，对称于拱顶横撑位置一般与吊点位置对应，对称于拱顶奇数布置奇数布置；拱顶一般设置拱顶一般设置“一字撑一字撑”，1/4L附近拱肋一般附近拱肋一般设置设置“K形撑形撑”；大跨径宽桥常在拱顶设置大跨径宽桥常在拱顶设置“米形撑米形撑”，两侧布置，两侧布置“K形撑形撑”。横撑示意图横撑示意图u 5、拱上立柱、拱上立柱 立柱用于立柱用于上承式拱桥上承式拱桥或者中承式拱桥的或者中承式拱桥的上承部分上承部分，是桥面系与主拱肋之间的是桥面系与主拱肋之间的传力结构传力结构。上承式钢桁架拱桥立柱上承式钢桁架拱桥立柱u 6、桥面系、桥面系二、拱肋的总体设计
17、参数二、拱肋的总体设计参数 大跨度钢桁架拱桥的主要设计参数有：大跨度钢桁架拱桥的主要设计参数有：矢跨比；拱轴线的选取；拱顶和拱脚高度的选择。矢跨比；拱轴线的选取；拱顶和拱脚高度的选择。p 矢跨比矢跨比 主要根据桥址的地形、地质条件、桥下净空要求等因素确定。主要根据桥址的地形、地质条件、桥下净空要求等因素确定。拱肋矢跨比常用范围在拱肋矢跨比常用范围在1/41/7，钢桁架拱桥矢跨比通常在，钢桁架拱桥矢跨比通常在 1/41/5 矢跨比越小，拱脚水平推力越大；地质条件差时，可采用较大矢跨比越小，拱脚水平推力越大；地质条件差时，可采用较大矢跨比以减少水平推力。矢跨比以减少水平推力。p 拱轴线拱轴线 最理想拱轴线是与拱上压力线吻合，截面只承受压力而无弯矩，最理想拱轴线是与拱上压力线吻合，截面只承受压力而无弯矩，可以充分利用材料强度。可以充分利用材料强度。常见的拱轴线形式：常见的拱轴线形式：圆弧线、二次抛物线、悬链线圆弧线、二次抛物线、悬链线p 拱肋的拱顶与拱脚高度选择拱肋的拱顶与拱脚高度选择 根据拱肋高度的变化，分为根据拱肋高度的变化，分为等高度拱肋和变高度拱肋等高度拱肋和变高度拱肋 跨径较大时采用变高度拱肋跨径较大时采用变高度拱肋，以适应拱肋内力分布并，以适应拱肋内力分布并 节省工程量。节省工程量。
