1、拱桥讲解之中下承式钢筋混凝土拱桥拱桥讲解之中下承式钢筋混凝土拱桥第三章第三章 中下承式钢筋混凝土拱桥中下承式钢筋混凝土拱桥第一节第一节 适用场合与总体布置适用场合与总体布置当桥梁的建筑高度受到严格限制时，若采用上承式拱桥往往有困当桥梁的建筑高度受到严格限制时，若采用上承式拱桥往往有困难，可采用下承式拱桥满足桥下建筑高度；在不等跨的多孔连续难，可采用下承式拱桥满足桥下建筑高度；在不等跨的多孔连续拱桥中，为了平衡左右桥墩的水平推力，将较大跨径一孔的失跨拱桥中，为了平衡左右桥墩的水平推力，将较大跨径一孔的失跨比加大，做成中承式拱桥，可以减小大跨的水平推力；在平坦地比加大，做成中承式拱桥，可以减小大跨
2、的水平推力；在平坦地形的河流上，采用中、下承式拱桥可以降低桥面的高度，有利于形的河流上，采用中、下承式拱桥可以降低桥面的高度，有利于改善桥梁两端引道的工程数量。应注意的是中下承式拱桥是推力改善桥梁两端引道的工程数量。应注意的是中下承式拱桥是推力拱，宜选择较好的地基。拱，宜选择较好的地基。一、适用场合一、适用场合二、总体布置二、总体布置1、中承式拱桥、中承式拱桥组组成成拱肋拱肋横向联系横向联系悬挂结构悬挂结构钢筋混凝土或钢管混凝土钢筋混凝土或钢管混凝土两拱肋一般在平行的平面；为了提高横向稳定，也可用提蓝式拱两拱肋一般在平行的平面；为了提高横向稳定，也可用提蓝式拱拱轴线一般采用二次抛物线，也可采用
3、悬链线拱轴线一般采用二次抛物线，也可采用悬链线拱肋一般采用无铰拱；通常，拱肋失跨比取值在拱肋一般采用无铰拱；通常，拱肋失跨比取值在1/41/7之间之间横向联接系一般可做成横撑、对角撑或空格式等构造横向联接系一般可做成横撑、对角撑或空格式等构造吊杆分刚性和柔性吊杆两类吊杆分刚性和柔性吊杆两类行车道系由桥面板和纵、横梁组成行车道系由桥面板和纵、横梁组成第二节第二节 中下承式钢筋混凝土拱桥的构造中下承式钢筋混凝土拱桥的构造一、拱肋的构造一、拱肋的构造构构造造宽度宽度高度高度截面变化截面变化h=L/40L/70b=0.5h1.0h宽度宽度高度高度截面变化截面变化b=0.5h1.0hL100m:h=L/
4、100+L=100m300m:h=L/100+a矩形工字和箱形钢筋混凝土拱肋钢筋混凝土拱肋钢管混凝土拱桥钢管混凝土拱桥（1）优点）优点利用钢管约束混凝土，改善混凝土性能利用钢管约束混凝土，改善混凝土性能解决钢箱梁局部稳定解决钢箱梁局部稳定便于施工便于施工（3）计算要注意：应力叠加（2）缺点）缺点混凝土是否与钢共同工作，混凝土质量控制难度大主拱混凝土与钢管自重全部由钢管承受（按施工过程计算）钢管中混凝土的收缩、徐变，使混凝土与钢之间引起不可忽视的内力重分布，尤其在拱的轴压力较大时 1、刚性吊杆、刚性吊杆 刚性吊杆截面一般为矩形，采用预应力混凝土；除承受轴力外，还必须抵刚性吊杆截面一般为矩形，采用
5、预应力混凝土；除承受轴力外，还必须抵抗上下节点处的局部弯矩。为了减小刚性吊杆承受的弯矩，其截面尺寸在顺抗上下节点处的局部弯矩。为了减小刚性吊杆承受的弯矩，其截面尺寸在顺桥方向应设计得小一些，而在横桥向为了增加拱肋的稳定性，尺寸应该设计桥方向应设计得小一些，而在横桥向为了增加拱肋的稳定性，尺寸应该设计得大一些。得大一些。二、吊杆的构造二、吊杆的构造刚性吊杆刚性吊杆柔性吊杆柔性吊杆2、柔性吊杆、柔性吊杆 柔性吊杆一般采用高强钢丝索或冷轧粗圆钢制作，只承受轴力。关键柔性吊杆一般采用高强钢丝索或冷轧粗圆钢制作，只承受轴力。关键是保证钢索的耐久性，防止钢丝的锈蚀非常重要。目前碳纤维是保证钢索的耐久性，防
6、止钢丝的锈蚀非常重要。目前碳纤维CFRP）的应用研究也引起关注。的应用研究也引起关注。三、桥面板及纵梁的构造三、桥面板及纵梁的构造四、横梁的构造桥面横梁固定横梁：为桥面系与拱肋相交处的横梁，其截面尺寸与 刚度远比其它横梁大。普通横梁：通过吊杆悬挂在拱肋下的横梁刚架横梁：中承式拱桥通过立柱支承在拱肋上的横梁1、固定横梁2、普通横梁3、刚架横梁（见拱上刚架的构造）五、拱上门式刚架的构造第四章第四章、拱式组合体系桥、拱式组合体系桥 拱式组合体系为在拱式桥跨结构中，将梁和拱两种基拱式组合体系为在拱式桥跨结构中，将梁和拱两种基本结构组合起来，共同承受荷载，充分发挥梁受弯，拱受本结构组合起来，共同承受荷载
7、，充分发挥梁受弯，拱受压的特点，拱式组合体系有多种类型。压的特点，拱式组合体系有多种类型。第一节第一节 主要类型及设计特点主要类型及设计特点拱式组合体系桥拱式组合体系桥钢筋混凝土整体式拱桥 桁架拱桥桁架拱桥刚架拱桥 拱式组合桥拱式组合桥（有推力拱）（有推力拱）有推力拱有推力拱无推力拱（系杆拱）无推力拱（系杆拱）空腹段空腹段实腹段实腹段空腹段空腹段图 1 钢筋混凝土整体式拱桥 是一种主拱与拱上结构整体构造的上承式钢筋是一种主拱与拱上结构整体构造的上承式钢筋混凝土组合式拱桥混凝土组合式拱桥 一、钢筋混凝土整体式拱桥 图2 桁架拱空腹段纵梁实腹段II横系梁横系梁拱腿斜撑横系梁 微弯板 现浇桥面混凝土
8、 实腹肋或纵梁肋I I图3 刚架拱二、拱式组合桥二、拱式组合桥 拱系杆组合结构拱梁组合结构拱肋吊杆桥面板横梁系杆纵梁4-2-70图 简支拱式组合桥的主要构造（典型系杆拱）（典型系杆拱）杆立柱a)纵梁拱肋吊杆盖梁系横梁横梁桥面板立柱b)纵梁拱系杆组合结构拱肋拱梁组合结构吊杆c)纵梁拱肋图 连续拱式组合桥（无推力）三、拱式组合桥主要类型三、拱式组合桥主要类型 柔性系杆刚性拱柔性系杆刚性拱系杆仅受拉系杆仅受拉拱肋受压和弯拱肋受压和弯严格讲：系拱)/()(EIEI一般要求:80)/()(系拱EIEI 柔性系杆拱是无推力组合拱桥中出现得教早的一种类柔性系杆拱是无推力组合拱桥中出现得教早的一种类型，早期系
9、杆有多种形式，如型钢等，现多采用预应力索型，早期系杆有多种形式，如型钢等，现多采用预应力索拱式组合桥有很多类型，这里主要介绍系杆拱桥 刚性系杆柔性拱刚性系杆柔性拱（拱梁体系）（拱梁体系）系杆受拉和弯系杆受拉和弯拱肋主要受压拱肋主要受压80/1)/()(系拱EIEI这种体系以梁为主要承重结构，相当于把桁架弦杠与梁组合起来，以梁为受力主体，曲线桁架对梁加劲。刚性系杆刚性拱（刚性系杆刚性拱（拱梁体系）拱梁体系）系杆、拱肋受力介于以上两者之间,拱肋和系杆都有一定的抗弯刚度，荷载引起的弯矩在拱肋和系杠之间按刚度分配，共同承受纵向力和弯矩。适设计荷载较大的桥梁采用。80)/()(80/1系拱EIEI一、拱
10、肋第二节、拱式组合体系桥的构造第二节、拱式组合体系桥的构造与简单体系中下承式拱桥相同，拱肋截面形式有与简单体系中下承式拱桥相同，拱肋截面形式有柔性系杆刚性拱：与普通中下承式拱相同刚性系杆柔性拱：可将拱肋高h压缩到（1/1001/120)l，若采用刚性吊杆，则横向刚度较大的拱肋、吊杠于系杠组成半框架，一般情况下可不设横梁。刚性系杆刚性拱刚性系杆刚性拱：拱肋高：拱肋高 h（1/1001/120)l其中二、桥面系系杆（单度系杆与桥面分开）承担拱水平推力的拱式组合桥，桥面结构参与拱共同作用的性能较弱，在拱与系杆组成的结构中，拱主要起承重作用、系杆承担拱产生的水平推力。柔性系杆刚性拱柔性系杆刚性拱：与普
11、通中下承式拱相同：与普通中下承式拱相同c)吊杆系杆索吊杆滚轮横梁横梁a)系杆箱吊杆横梁b)预留系杆孔道（刚性系杆柔性拱刚性系杆柔性拱，刚性系杆刚性刚性系杆刚性）拱梁体系拱梁体系梁本身起到系杆的作用，为拉弯构件BABA三、系杆 构造原则：一方面要考虑系杆与拱肋联接，保证系杆能很构造原则：一方面要考虑系杆与拱肋联接，保证系杆能很好地与拱肋共同受力；另一方面又要避免桥面行车道因阻碍系好地与拱肋共同受力；另一方面又要避免桥面行车道因阻碍系杆受拉而遭到破坏。构造上处理方法有：杆受拉而遭到破坏。构造上处理方法有：在行车道设置横向断缝系杠采用型刚或扁钢制造采用独立的刚架混凝土或预应力系杆（现用得较少）柔性系
12、杆刚性拱的系杆柔性系杆刚性拱的系杆采用预应力索（目前常采用的形式采用预应力索（目前常采用的形式）采用预应力索作为系杆采用预应力索作为系杆（刚性系杆柔性拱刚性系杆柔性拱，刚性系杆刚性刚性系杆刚性）拱梁体系拱梁体系无单独系杆，在梁体配置预应力筋承受拉力四、拱肋与系杆（梁体）的连接柔性系杠刚性拱拱梁体系拱梁体系压应力拉应力a)b)第五节、第五节、拱式组合桥内力计算与设计拱式组合桥内力计算与设计荷载因素恒载内力恒载内力温度、收缩徐变温度、收缩徐变活载内力活载内力自重：根据施工过程计算自重：根据施工过程计算二期恒载二期恒载车道荷载：总体车道荷载：总体车辆荷载：局部车辆荷载：局部系杆张拉力系杆张拉力动力荷
13、载动力荷载风地震1 荷载拱式组合桥是一种在构造与受力方面很有特点的拱式组合桥是一种在构造与受力方面很有特点的组合体系拱桥，这些特点也对设计计算提出了更组合体系拱桥，这些特点也对设计计算提出了更高的要求。目前，拱梁组合桥主要采用杆系有限高的要求。目前，拱梁组合桥主要采用杆系有限单元法电算。下面介绍拱梁组合桥在结构电算时单元法电算。下面介绍拱梁组合桥在结构电算时的基本假定、计算模型，以及应考虑的施工过程的基本假定、计算模型，以及应考虑的施工过程等问题。等问题。主拱、系杆可采用用空间梁柱单元模拟，吊杆采用空间杆 系单元模拟，桥面根据实际情况可采用空间梁柱单元或板 壳单元模拟2、计算模型一般采用有限元
14、方法建立整体计算模型边界条件很重要刚臂拱梁组合结构单侧设置刚臂单侧设置节点系杆柔性吊杆单元 桥面结构简支或连续纵向单侧水平滑动拱系杆组合结构eijki柔性系杆刚性拱柔性系杆刚性拱桥面结构作为附属结构悬吊于拱肋，系杆表示为只承受轴向力的构件刚臂单元节点柔性吊杆ijkei刚臂eijk单元节点柔性吊杆拱梁组合结构系杆刚臂刚臂拱系杆组合结构 桥面结构简支或连续根据构造选择桥面约束或支撑条件根据构造加约束i跨径较大、采用柔性吊杆的下承式和中承式拱梁组合结构，吊杆在施工时的初张力对结构成型状态的影响较大不合适的初拉力可能会出现柔性吊杆受压的情况，这可能意味着吊杆需采用多次张拉工艺几个结构计算问题 _柔性吊
15、杆初张力在桥梁成型状态，调整吊杆拉力是不能同时有效地实现内力与变位的最优的，纵梁的最优线形主要由施工预变位（拱度）来控制不论在施工期还是在使用阶段，吊杆的拉力主要取决于结构的整体受力；纵梁的成型线形，应由施工期的初始预变位（拱度）决定几个结构计算问题 _柔性吊杆的张拉过程拱梁组合桥的柔性吊杆，与斜拉桥拉索相似，需根据施工与结构受力要求按一定的次序张拉吊杆张拉力的大小、张拉的次序均对结构受力产生不小的影响，故在施工分析时应认识并考虑这一特殊工况几个结构计算问题_横梁简化计算横梁简化计算几个结构计算问题_活载横向分布 3 验算验算主拱主拱吊杆：一般为拉杆，如为刚性吊杆，则为拉弯构件系杆：一般为拉弯
16、构件桥面：受弯为主连接系：一般为拉、压构件强度稳定刚度（压弯构件）动力分析一、概述引起振动的主要因素车辆引起振动地震风振雨振结构自振频率与周期及振型1、拱肋（箱）脱模吊运过程中的验算、拱肋（箱）脱模吊运过程中的验算 将预制拱肋（箱）顶起脱离底板模板时，应进行脱模验算将预制拱肋（箱）顶起脱离底板模板时，应进行脱模验算 可近似不考虑拱肋曲率，按直线梁计算，支点位置可近似不考虑拱肋曲率，按直线梁计算，支点位置由千斤顶或吊机的吊点确定由千斤顶或吊机的吊点确定荷载拱肋（箱）自重力拱肋（箱）与底板与模板的粘着力，按1.5kN/m2计拱肋超重第六节 施工过程计算与验算拱肋吊运过程（从预制场至悬挂位置）验算荷
17、载拱肋（箱）自重力拱肋超重计算中应计入1.2的吊装动载系数吊点一般与脱模支点相同slal 吊运时，一般采用两个支点，如拱肋上下对称配筋，其吊点位置一般设值在离各段拱肋（箱）端头的0.22 0.24 处，并应位于拱肋（箱）弯曲平面形心轴以上，以防止拱段吊运中侧翻。slsl 为保证吊点位于拱肋（箱）弯曲平面形心轴以上，对于为保证吊点位于拱肋（箱）弯曲平面形心轴以上，对于园弧拱，要求各段拱肋的吊环离中心线的距离园弧拱，要求各段拱肋的吊环离中心线的距离 满足下式：满足下式：al22)2()(aalhRl对于悬链线，每段可近似按园弧考虑2、拱肋悬挂内力计算、拱肋悬挂内力计算 以分三段吊装并用一根扣索悬挂
18、边跨拱肋为例介绍，对于采用多段施工的拱桥，计算原理基本相同。（1）边段拱肋悬挂时扣索的计算扣索拉力T1、拱脚的水平反力H1和拱脚的竖向反力V1，可按下式计算sincos0111111TGVTHhGbTGbhT由则G拱肋自重为扣索与水平线的夹角，由于扣索的拉力随的减小而增大，因此020（2）边跨拱肋悬挂时自重内力计算任意截面的任意截面的i 内力可按下式计算内力可按下式计算iiiiiiiiiiiiiHQNHHGVQaGyHxVMcossin1111弯矩竖直力水平力轴向力iQiMiNiHiaiiGixiy1H1V（3）边段拱肋（箱）在自重和中段拱肋自重R共同作用下的内力计算 中段拱肋吊装合拢时，对边
19、段悬臂端部的作用力大小很难准确确定。目前，一般按中段拱肋自重的1525作为中段合拢时对边段悬臂端部的作用力（R）。由右图，可以计算出在R作用下，扣索拉力 、支点水平反力 、竖向反力 为：2T2H2Vsincos22222TRVTHhRlT任意截面 i 的内力为:iiiiiiHVNyHxVMcossin2222弯 矩：轴向力：（4）边段拱肋重力和中段拱肋重力R共同作用的内力iiiiiiNNNMMM弯 矩：轴向力：（5）中段拱肋安装时的内力计算受力特点：中段拱肋在吊装合拢时，由于起重索放松过程很慢，往往在起重索部分受力的情况下，接头与拱座逐渐顶紧，拱肋已受轴向力作用，因此在设计时，虽然中段拱肋仍按
20、简支于两边段悬臂端的梁来计算，但计算荷载则按中段拱肋自重的3050计算，计算的均布荷载为：lWg)5.03.0(3、施工加载计算箱形拱桥施工加载 的几个计算阶段裸拱箱纵缝混凝土横墙腹拱主拱实腹段填料腹拱填料路面和人行道工程施工加载计算步骤绘制计算截面的内力（弯矩、轴力）影响线（一般拱顶、拱脚、拱跨的1/8，1/4，3/8点）根据施工条件参考有关施工经验，初步拟定施工顺序在拱上按拟定程序施工拱上结构，计算其重力计算各计算截面的内力，并验算强度根据强度验算情况，调整施工加载顺序和范围4、施工加载挠度的计算和控制 施工加载程序确定后，还应计算施工加载各工序相应的各点挠度值，以便在施工过程中控制拱轴线
21、的变形情况。当实测挠度过大或出现不对称变形等异常现象时，应立即分析原因，采用措施，及时调整加载程序。挠度的控制一般以拱顶、l/4，l/8点作为观测点。（二）悬臂拼装施工过程的主拱计算1、各伸臂阶段拱桁架自重产生的内力和挠度计算EAlNNfpi11NpNl 悬臂桁架端部 i 点的挠度 点单位荷载作用下各杆件内力自重力作用下各杆件的内力各杆件的长度2、起吊框构时拱桁架产生的内力变形及挠度计算3、伸臂拼装拱桁架的连接设计与上弦拉杆计算4、箱形拱顶、底板加载过程中桁架的内力计算5、拱上建筑加载过程中主拱的内力计算6、顶板、底板加载过程中桁架的稳定验算第五章、施工阶段的主拱计算第五章、施工阶段的主拱计算主拱的受力在不同的施工阶段是不同的，且与成桥后的主拱受力情况相差较大，必须验算施工阶段主拱的强度和稳定性。（一）缆索吊装施工阶段的主拱验算（一）缆索吊装施工阶段的主拱验算
