第八章 其他桥型(拱桥)

2020年2月28日李亚东：《桥梁工程概论》第八章1第八章其他桥型预应力混凝土连续梁桥拱桥斜拉桥悬索桥背景图片：巴黎阿列克山大III世桥2020年2月28日李亚东：《桥梁工程概论》第八章2一、概述拱桥－以拱为承重结构的桥梁反力－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圬工拱桥－可以利用抗拉性能较差而抗压性能较好的圬工材料（石料、混凝土、砖等）来建造拱桥其他材料的拱桥－钢筋混凝土拱桥，钢管混凝土拱桥和钢拱桥关键技术－施工－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2020年2月28日李亚东：《桥梁工程概论》第八章3二、拱桥的基本组成及分类拱桥－由桥跨结构（上部结构）和下部结构组成拱桥分类：按拱上建筑形式－实腹拱和空腹拱实腹拱桥组成2020年2月28日李亚东：《桥梁工程概论》第八章4拱桥的基本组成及分类空腹拱桥示意公路空腹拱桥铁路空腹拱桥2020年2月28日李亚东：《桥梁工程概论》第八章5拱桥的基本组成及分类按拱圈材料分类－石，素混凝土，钢筋混凝土，钢拱桥按桥面相对于拱的高度－上承拱，中承拱和下承拱上承拱－构造简单，行车视野开阔，广为采用下承拱－必须布置吊杆，形成悬吊结构，车辆在拱肋之间行驶中承拱－需要布置吊杆和立柱，在桥梁建筑高度受到限制时采用，只能用拱肋2020年2月28日李亚东：《桥梁工程概论》第八章6钢拱桥以结构钢制成的拱桥。在20世纪30年代，铆接钢桁架技术业已成熟，曾经修建了跨度超500m的公路钢拱桥两座：美国贝永（Bayonne）桥和澳大利亚悉尼港桥，均为两铰桁架式拱。第二次世界大战之后，焊接技术开始流行。建成若干打跨度钢拱桥，如1961年建成的瑞典阿斯克勒海峡桥（被船撞毁），1967年捷克建成的两铰钢箱形拱桥，跨度330m。1977年美国建成新河谷桥（桁架拱）等。正在设计的上海卢浦大桥，为钢箱作为拱肋的提篮拱桥，跨度550m，建成后将为世界第一大拱桥2020年2月28日李亚东：《桥梁工程概论》第八章7拱桥的基本组成及分类按结构体系－三铰拱、两铰拱和无铰拱；联拱；组合体系属外部静定结构。无附加内力。适于地质条件不良情况。铰的构造复杂，施工困难，维护费用高；桥面不连续。历史上多为三铰钢拱桥。属外部一次超静定结构。结构整体刚度较三铰拱大。在墩台基础可能发生位移的情况下或坦拱中采用。附加内力较小。在钢拱桥中的使用业已相当普遍。也叫固端拱，属外部三次超静定结构。材料用量省。由于不设铰，结构的整体刚度大，构造简单，施工方便，维护费用少；且随着跨度的增大，由稳度、混凝土收缩和徐变产生的附加内力的影响会相对地减小。广泛用于石拱桥和钢筋混凝土拱桥。2020年2月28日李亚东：《桥梁工程概论》第八章8拱桥的基本组成及分类组合体系－行车道梁与拱圈共同受力的拱桥无推力体系（系杆拱）－可在地质条件不好的地区采用有推力体系－此种组合体系拱没有系杆，由单独的梁和拱共同受力，拱的推力仍由墩台承受。刚性梁柔性拱刚性梁刚性拱柔性系杆刚性拱刚性系杆柔性拱刚性系杆刚性拱2020年2月28日李亚东：《桥梁工程概论》第八章9拱桥的基本组成及分类按拱轴线形式－圆弧，抛物线，悬链线拱按主拱圈截面变化－等截面，变截面按拱圈截面类型－板拱，肋拱，双曲拱，箱形拱，钢管混凝土拱等其他－桁架拱，刚架拱，扁壳拱等2020年2月28日李亚东：《桥梁工程概论》第八章10三、拱桥的设计与计算简介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标高桥面标高－由线路设计与总体布置及设计综合研究决定拱顶底面标高－满足拱顶最小填料厚度和主拱拱顶截面高度的要求起拱线标高－根据拱顶底面标高和桥下净空要求拟定基础底面标高－根据地基情况决定2020年2月28日李亚东：《桥梁工程概论》第八章11拱桥的设计与计算简介（续）矢跨比－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。陡拱，坦拱，拱的水平推力同矢跨比成反比分跨－等跨分孔和不等跨分孔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。圆弧线，抛物线，悬链线（普遍采用）2020年2月28日李亚东：《桥梁工程概论》第八章12桥例：广西邕宁邕江桥1996年，跨度312m，中承式拱2020年2月28日李亚东：《桥梁工程概论》第八章13桥例：德国费马恩（Femarnsund）桥Tiedarchbridgewiththespanof248.8m,withintercrossedties(Nielsensystem)Forhighway&railwayusesCompletedin19632020年2月28日李亚东：《桥梁工程概论》第八章14桥例：日本大三岛（OmishimaIsland）桥Half-throughtwo-hingedsteelarchbridgewithspanof297mVerysmallheightofarchribsCompletion19792020年2月28日李亚东：《桥梁工程概论》第八章15桥例：日本泉大津桥Singlearchringalongthebridge’slongitudinalaxisConstructedbyfloatingcraneCompletedin1976,span:175m2020年2月28日李亚东：《桥梁工程概论》第八章16桥例：德国Albgrun桥上承式钢拱桥，1986年2020年2月28日李亚东：《桥梁工程概论》第八章17桥例：西班牙LaBarouema桥为1992年世界博览会修建带斜吊杆的系杆拱桥，跨度168m2020年2月28日李亚东：《桥梁工程概论》第八章18桥例：西班牙BachdeRoda-FelipeII桥中承式提篮拱跨线桥，跨度46m构思巧妙，造型新奇1985－872020年2月28日李亚东：《桥梁工程概论》第八章19桥例：英国世纪眼（MillenniumEye)桥人行及开启桥2000年建成2020年2月28日李亚东：《桥梁工程概论》第八章20桥例：挪威达芬奇（DaVinci）桥达芬奇在1502年构思，原长352m，石拱桥，未被采纳人行木拱桥，长77m，三片弓状拱肋被视为功能与美学的完美结合，2001年10月在奥斯陆附近建成2020年2月28日李亚东：《桥梁工程概论》第八章21桥例：西班牙LaDevesa桥西班牙LaDevesa设计的一座人行桥，1991年建成构思大胆怪异，其结构稳定性不易看出2020年2月28日李亚东：《桥梁工程概论》第八章22四、其他类型的拱桥－钢管混凝土拱桥在薄壁钢管内填充混凝土，形成两者共同工作的一种组合构件。基本力学特征是，管内混凝土受到钢管的约束，在承受轴向压力时发生的侧向膨胀受到限制而处于三向受压状态，从而具有比普通钢筋混凝土大得多的承载能力和变形能力。钢管既可看作是混凝土中的受力钢筋，又可起到劲性骨架作用。a)单肢；b)双肢哑铃形；c)三肢格构式；d)四肢双哑铃形2020年2月28日李亚东：《桥梁工程概论》第八章23桥例：黑龙江依兰牡丹江桥主跨100m，两条分离式拱肋，截面为三角形钢管混凝土桁架，199？年建成2020年2月28日李亚东：《桥梁工程概论》第八章24桥例：广州丫髻沙大桥位于广州环城高速公路上中承式钢管混凝土系杆拱，主跨360m，2000年完工2020年2月28日李亚东：《桥梁工程概论》第八章25桥例：瑞士LaPlata拱桥系杆拱桥，1990年建成拱肋为钢管，两端实体段与与刚性梁连为整体线条流畅，变化有致2020年2月28日李亚东：《桥梁工程概论》第八章26桥例：日本松岛（Matsushima）大桥Span:126m,completion:1966Archring:twohollowsteeltubesof1.8mLateralbracesbetweentubes2020年2月28日李亚东：《桥梁工程概论》第八章27桥例：法国Antrena钢管拱桥单肋下承式钢管混凝土拱桥，跨度56m获1995年度法国公共工程部银绶带奖2020年2月28日李亚东：《桥梁工程概论》第八章28贵州水柏铁路北盘江大桥2001年11月7日，世界铁路第一高桥、最大跨度的上承式推力转体铁路拱桥——贵州水（城）柏（果）铁路北盘江大桥拱上梁架设完工。这标志着这座拱跨236米、高达280米的创世界奇迹的转体铁路钢管拱桥建造成功。桥跨布置：3×24m预应力混凝土梁＋236m提篮上承式钢管混凝土拱＋5×24m预应力混凝土梁。桥长468.20米，桥高280米。每侧拱桁管中心高为4.4米，宽为1.5米，由4根Φ1000×16mm的Q345d钢管及H腹杆、腹板以栓焊连接而成；上下游拱肋之间则以Φ800×14及Φ600×14钢管组成Ж字型构件，管管相贯焊接；拱肋拱顶中心距6.16米，拱趾中心距19.6米。拱肋钢管内灌注500#微膨胀混凝土。大桥施工方案：236米主跨钢管桁架拱采用工厂内分单元制造，铁路、公路运输，在大桥南北两岸陡峭峡谷的工地支架上进行栓焊连接成两个半拱，单铰水平转体合拢（南岸水平逆转180度，北岸水平逆转135度），钢管内混凝土以泵送顶升法施工；拱上结构用吊重60吨、跨度为480米的缆索吊机施工。2020年2月28日李亚东：《桥梁工程概论》第八章29四、其他类型的拱桥－桁架拱桥一般，把承重结构为桁架式的拱桥统称为桁架拱桥。由于钢材的抗拉、压性能良好，这一型式在钢拱桥中早有应用。将钢拱桥的拱圈从肋形或箱形改为桁架，是为了增加结构刚度，加大跨度并节省材料。－ArchedTruss钢筋混凝土桁架拱桥则主要指把常规拱桥的传力构件（拱上建筑）与承重构件（主拱圈）联成整体桁架、共同承载的拱桥。－TrussedArch钢筋混凝土桁架拱桥的上部结构由桁架拱片、横向联结系和桥面三部分组成2020年2月28日李亚东：《桥梁工程概论》第八章30桥例：贵州江界河桥1995年建成，在瓮安县，跨越乌江，跨度330m，在桁架拱桥的应用上有所创新，成为目前跨度最大的桁架式拱桥2020年2月28日李亚东：《桥梁工程概论》第八章31桥例：澳大利亚里普桥主跨183m的桁式板拱2020年2月28日李亚东：《桥梁工程概论》第八章32桥例：澳大利亚悉尼港大桥ArchedTruss2020年2月28日李亚东：《桥梁工程概论》第八章33四、拱桥施工简介有支架施工法－就地灌注或砌筑，建造拱桥的支架，又叫拱架。石拱桥（木支架），铁路桥（常备式拱形钢结构），费工费料，施工工序多，工期长实现大跨度钢筋混凝土拱桥的关键问题：不在设计，而在施工。施工所需解决的问题，是在如何承担尚未成拱的拱圈（肋）的材料自重。按支架施工的老办法难以解决问题。新办法则是两条：一是增加拉索（斜索、力筋），使拱圈能够悬拼；一是及早让部分材料成圈（成拱），使其具有承受随后增加的材料重量的能力。无支架施工法－悬臂施工，缆索吊装，转体施工劲性骨架施工2020年2月28日李亚东：《桥梁工程概论》第八章34悬臂施工安装钢拱桥所最常用的方法，1874年就开始采用1932年建成的澳大利亚悉尼港桥，1979年建成的南斯拉夫KrK桥，1995年建成的江界河桁架式拱桥，均采用悬臂施工（拼装）法。Krk桥施工示意2020年2月28日李亚东：《桥梁工程概论》第八章35缆索吊装将一拱分成若干段，用缆索吊机起吊，从两岸拱趾悬拼伸出，并用斜索扣住其悬出端，直至合龙。随后，填筑工地混凝土，完成整个拱圈2020年2月28日李亚东：《桥梁工程概论》第八章36缆索吊装（续）对钢筋混凝土拱桥，用缆索吊装方法或悬臂法让几条较轻的拱圈合龙，再在合龙的拱圈上填筑其余的混凝土截面。2020年2月28日李亚东：《桥梁工程概论》第八章37转体施工以半拱为单元，分别在两岸预制，随后，可以让半拱绕拱趾水平线竖转，也可以绕拱端竖直线平转，让半拱在拱