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1、了解拱桥拱桥一以拱为承重结构的桥梁反力一在竖向荷载作用下，拱的两端支承处除有竖向反力外，还有水平推力受力性能-拱主要承受压力，而弯矩、剪力较小建造材料-行工拱桥、钢筋混凝土拱桥，钢管混凝土拱桥和钢拱桥施工方法-拱架施工法，缆索吊装施工、无支架施工、转体施工以及劲性骨架 施工等技术。拱桥特点:拱桥与梁桥外形不同，拱桥在竖向荷载作用下在支承处除了竖向力外，还有水 平力的产生，使得拱内的弯矩大大减小。拱肋中主要是受压的轴力。拱肋截面受压，可以充分发挥全截面材料的性能，从而能较大地高跨越能力。相对于梁式和索式结构，拱桥的变形较小，行车条件好。水平推力的存在使得拱桥对基础条件的要求较高。匚实腹拱桥组成1
2、主接部2-HU的3T期附1峨宁I#缶8-大行道块石J m维建10便膈j 11Ifijkg; 1213f 面9 M桥台316W沟3 17T坡歹q存跨径/ 计:胃径乒A净矢高5 u计算矢高5 上比空腹拱桥组成里旅聚拱桥分类根据行车道位詈划分桥面与受力结构（拱）的位置关系上承式中承式下承式4上承拱一构造简单, 行车视野开阔，广为 采用.，中承拱一需要布置吊杆 和立柱.在桥梁建筑高度 受到限制时采用，只能用 肋排.，必须布置吊杆,形成 悬吊堵构，车辆在拱 肋之间行驶.桥面= RfT j空腹式拱桥;I实腹式拱桥与工拱桥钢筋混凝土拱桥钢管混土拱桥 钢拱桥强度的差异重量的差异跨出弟力培加铁肋|吊科I桥面根据
3、拱上建筑的形式划分上承式拱析I拱桥的设计计算流程1:拱桥的总体布置总体布置-确定桥梁长度、分跨、桥面标高、主拱矢跨比和墩台尺寸等。桥面 高程-由线路设计与总体布置及设计综合研究决定。拱顶底面高程-满足拱顶 最小填料厚度和主拱拱顶截面高度的要求。起拱线高程-根据拱顶底面标高和 桥下净空要求（通航泄洪等）拟定。基础底面高程-根据地基情况决定。顶高 拱面满通泄要航位 足航洪求通水基础底面高程矢跨比的确定矢跨比：矢高与跨度的比值。拱桥的最重要设计控制参数。满足泄洪和通航要求，还应从经济、结构受力、施工等方面综合分析比较确定。拱的水平推力同矢跨比成反比。A 铁路:1/4-1/3A公路石、混凝土扳拱二1/
4、8-1/4入公路钢筋混搬土箱形拱:1/10-1/6TZ=7 坦排 “g/8连拱体系中的分跨等跨分孔和不等跨分孔。不平衡水平推力的处理:上不等踏分a中应注食主 跆与功跆的比例.上跑坦i 汕躇的矢鹿比诜择.以减 小中场两劫的操脚推力不 平耐的问题在睬拉通长的飞抵式拱桥系杆平衡主拱的水干推力拱肋的横向布置乱单片挑肋基直布置蚓I斜市宣IB.两片拱肋垂直布置V拱轴线的选择拱轴线选择-形状直接影响主拱截面内力的分布与大小，选择拱轴线的原则, 也就是尽可能降低由于荷载产生的弯矩值0弧线 一小跨拱桥悬链线抛物理实腹拱桥空腹拱桥 I理想拱轴线-仅承受压力，无弯矩和剪力作用。合理拱轴线-荷载压力线尽量 接近理想拱
5、轴线。“五点重合法”-采用悬链线时，设计拱轴线与包载压力线在拱顶、1/4跨和拱脚5处重合。混凝土拱圈断面的设计选择（G ）双曲樵中小盼桥大中跨战桥大巾跆ttt轿混凝土拱圈板拱的截面及尺寸 板拱是指主拱（圈）采用整体实心矩形截面的拱。按照主拱所采用的材料，可 分为石板拱、混凝土板拱和钢筋混凝土板拱等。A.宽度考虑板拱宽度即为拱圈的宽度；板宽略小于桥面宽度（便于排水）；考虑人行道外 挑等因素来减小板宽设置。B.厚度考虑钢筋制镂k 板拱拱顶哼度% =(1/6O - 1 /7OJZL% = h4 /cos 0. =2Zg-(2/i变化现律相通良朵室川阳式c一截面交化国出混凝土拱桥肋拱的截面及尺寸肋拱是
6、指用两条或多条分离的平行窄拱圈即拱助作为上拱医的拱士肚拱方自重轻，包载内力小，的优点，可以充分发挥钢筋混凝土等材料的性能，在大 中型拱桥中得到广泛应用。A.（单一）拱肋的截面选择拱肋自重大小截面特性（H/弯/扭）|施工方便性轮廓美观性一钢管混凝土拱桥B.（单一）拱肋的轮廓尺寸下参照工字型断面；下金廊笳射的断面泣计,考虑拱箱数量少的因 索后tt算谶定.箱式肋拱混凝土拱桥箱拱的截面及尺寸箱拱：主拱圈由多室箱构成的拱，箱形拱通常采用箱式板拱预制拼装施工顶底板及脸板 EU/唳厚/生一般为13clii22fm两衿胆嫉一般为12nl 5cmA内箱腹板一般为4cr”SrmA为保证安全丁欣讲行乐治及局部应力检
7、尊:h = (1/40 1 /60)Z箱彤加而A.拱圈的截面尺寸皿断面工字形断面截面挖空率大一中性轴居中抗弯和抗扭刚度大,整体性好制作要求高，吊装设备多h = (1/25 1/35/b = (0.4 0 5历产一般取桥案的1.缶。.而倍4 一般不小于瞪箱的V20A与吊装能力有关，一般丸7m钢筋涵域土 装用式 箱形板拱b小肉商度 Lu-跨度A取为0.6 0.8拱圈截面一尺寸拟比钢筋混凝土主要特点一装配式 箱形板拱钢筋混凝土 助拱拱围宓度箱助宽度供圈高度助高B.箱拱内横隔板设置考虑6gemC.拱箱间的横向连接细节提高抗扭能力，保证箱壁的局部稳定性: 帮助集中力在箱内的扩散.箱助段端部、吊点”拱上立
8、柱处 下其余部为每隔3 m Ym设一道横向接头的作用：保障各预制箱形拱肋形成拱圈时的整体受力性能。D.拱箱的吊装分段及纵向连接细节吊装分段：拱肋肋的纵向分段（37段），减小吊装重量；纵向接头：确保拱 肋纵向受力的整体性。计算分析内容拱轴线的选择与确定;成桥状态的内力分析和强度、刚度、稳定验算;施工阶段的内力分析和稳定性验算验算。 叵载内力 ?舌载内力 温度、收缩徐变 拱脚变位 内力倜整 拱上建筑的计算总体分析计算 - 巳 构州分析计算 r|局部分析讦算拱桥的U-算方法有限元的分析方法尸桥梁专门程序 一MidasTOV桥梁博士ESAS有限元程序 （Supet SAP一大型通用程序LADENANA
9、STRANTANSYS拱轴线的选择与计算拱轴线线形拱轴线的形状直接影响主截面的内力分布与大小，选择拱轴线的原则，是要尽 可能降低荷载产生的弯矩。最理想的拱轴线是与拱上各种荷载作用下的压力线相吻合。因为此时每一截面 上都只有轴压力而无弯矩与剪力，应力最均匀，材料强度可以得到充分利 用。实际工程中由于活载、主拱圈弹性压缩以及温度、收缩等因素的作用，实际上 得不到理想的拱轴线（压力线与拱轴线不可能是吻合的）。根据混凝土拱桥包载比重大的特点，在实用中一般采用恒载压力线作为拱轴线, 恒载作用愈大，这种选择就愈显得合理。对于活载较大的铁路混凝土拱桥，则可考虑采用包载加一半活载（全桥均布） 的压力线作为拱轴
10、线。选择拱轴线时，除了考虑主拱受力有利以外，还应该考虑外形美观、施工简便 等因素（一）圆弧线拱：线形最简单，施工最方便。但圆弧拱轴线一般与恒载压力线偏离较大，使拱圈各截面受力不够均匀。常用于1520m以下的小跨径拱桥。园弧线的拱轴方程为：K+ T1 - 2 二。x - A sin ?yx = 2? (1 - cos 0 )R 二(1+ / 12 4/只有当圆弧形上作用满布均布的径向荷载时，其拱轴才与恒载压力线重合。当 f/i较小时，两者出入还不算大，采用圆弧拱并不使恒载内力增大过多；但当 f/l接近1/2时，恒载压力线的两端将位于拱脚截面中心上相当远，为了解 决这个问题，实践中常在拱脚处设置护
11、拱，以帮助拱圈受力。（二）抛物线拱在竖向均布荷载作用下，拱的合理拱轴线是二次抛物线。对于恒载集度比较接 近均布的拱桥（如矢跨比较小的空腹式钢筋混凝土拱桥，或钢筋混凝土桁架拱 和刚架拱等轻型拱桥），往往可以采用抛物线拱。其拱轴线方程为：为了使拱轴线尽量与恒载压力线相吻合，也常采用高次抛物线（3次、4次抛物 线）作为拱轴线的。（三）悬链线拱 实腹式拱桥的恒载集度从拱顶到拱脚均匀增加，其压力线是一条悬链线（如下般采用恒载压力线作为实腹式拱桥的拱轴线。空腹式拱桥的包载从拱顶到拱脚不再是连续分布的（如下图），其恒载压力线是一条不光滑的曲线，难于用连续函数来表达。目前最 普遍的还是采用悬连线作为空腹拱的拱
12、轴线，仅需拱轴线在拱顶、跨径的四分之一点和拱脚初与压力线重合。为了计算拱轴线（压力线）的一般方程，需首先知道包载的分布规律。I L ； I；!悬锥钱拱拚、悬链线的拱轴方程1、拱轴方程的建立如果拱轴线为恒载压力线，由对称性原则，拱顶截面的内力为:弯矩：跖=0剪力工色=0轴力（恒载推力）M=0Li=L/2对拱脚截面取矩，有:半拱恒载对拱脚的弯矩对x处任意截面取矩，有，任意截面以右的 全部恒载对该截 面的弯矩值以拱顶为原点，拱轴 线上任意点的坐标两边对X取两次导数dMdx1 Hsdx2J女工拱上任意的恒载集度gx拱的恒载水平推力保定的荷盘分布假定实腹式拱的包载集度与拱轴坐标成线性关系，其任意截面的包
13、载可以用下 式表小：L【=I2I岩质妁徜较第度且工=g/+ZF】=g厘1+(m一1)二L f 当yl=O为我顶当何西拱脚/拱上材料的客重I”(m-l)/ f定义二拱轴 系数任意位置处卖腹拱桥恒载集度的表达式g；= gd + a=gd 1 + (m -1)拱上任重的恒载集度改拱轴线坐标与恒载集度的微分关系式才/ _ 1 d：M _dx2 H, dx2 H。石石定义位置参数自=x=/ dx = lxdc二阶非升次微分方程数学上作悬链线方程定义参数。解微分方程，得到 j的拱轴线（压力线乃= _/_U$_1）方程：一生二1拱轴线悬链线方程 二 S(cd关于悬疑货方程的几点讨论如加=1时，即表示恒载为均
14、布荷载 ,其压力线为一抛物线当拱的矢跨比/确定后，悬链线 的形状将取决干拱轴系数附，不难理 解，拼越大（号对用的比值大），则曲 线在拱脚外越陡，而曲线的四分点位 置就高.jm随他增大而或小（拔轴线抬高） ,随制减小而增大（拱轴线降低）.当加二1时gd=glr可以 证明.在均布荷载作用 下的压力线为二次抛物 域，其方程变为二%=/二由悬链线方程可以看出，当拱的跨度和矢高确定后，拱轴线各点的坐标取决于 拱轴系数mi其线线形可用1/4点纵坐标y1/4的大小表示：/w-1J2（陋+ 1）- 2M 4随m的增大而减小（拱循线 抬高，随m减小而增大（拱轴线 降底）.用1-2-133 推的1/4点帆审标消阳
15、的关茶1 +d*排牌集曲&j=M* b 1 +*Y 2垠 如出版处.1号修二口7j1nL 通R+S d-2cot 4 j拱轴系数m值的确定(1)实腹式拱m值的确定gd 二九% fdhd igUf净LH2J*- h榭H填料皆里；L J;挟肋材料拱顶填料2 :若妻；I I加各为一拱顶填料、拱圈及拱膜填料的容重知 拱顶填料厚度d 拱圈厚度% 拱脚处拱轴线的水平倾角拱顶恒载分布集度g/拱脚恒载分布集度出由上计算m值的公式可以看出，除拱脚倾角 加 为未知数外，其余均为已知;拱的m在具体计算m值时可采用试算法:a）先假设皿b）根据悬链线方程求（1）空腹式拱m值的确定空腹式拱桥中，桥跨结构的包载由两部分组成
16、，即主拱圈承受由实腹段自重的 分布力和空腹部分通过腹孔墩传下的集中力（如左图）。由于集中力的存在， 拱的压力线为在集中力作用点处有转折的曲线。但实际设计拱桥时，由于悬链 线的受力情况较好，故多用悬链线作为拱轴线。为了使悬链线与其包载压力线重和，一般采用“五点重和法”确定悬链线的m值。即要求拱轴线在全拱（拱顶、两 1/41点和两拱脚）与其三较拱的压力 线重和。其相应的拱轴系数确定如下拱轴线悬镒线方程。根据计算用的由，计算由蜀后，即可求得mi4ld）比较叫和mL如两者相符，即假定的叫为真实值；如两者相差较 大，则以计算出的岫+1作为假设值，重新计算，直到两者相等陪 3 j =垣拱：m值选用较小隧拱 m值选用较大=哂+力f d ,4 =九 +介+沙cos，如两者相符，即假定的也即为真实值；如两者 出入较大，则以计算得的用值作为假定值.重 新进行计算，直到两者接近看对悬罐线方程两边取一阶导麴，有：包工二75砧孑 二0如二生二巫一心肽。二仃除dg tti - 1心 /NJ Wf-1）其中n二二的1 道- chtn = hi（7H +m2 -1）gl，知上式，即可求得二辰P J = rishk拱轴系数初值的选定计算或查表求costpj假定一个m由cos用求当由当出一个对应的m，X执顶压力线与 拱辆线空令Md-0x-l 4*Lj一执顶处等矩演二0LlL2IIIIIIIII
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