桥梁工程0803-拱式组合体系课件.ppt

1、【模块编号】MU-07-03MU-07-031Modular Unit-0703 拱拱 式式 组组 合合 体体 系系【模块编号】MU-07-03MU-07-032主主 要要 内内 容容1、拱式组合体系桥的一般特点、拱式组合体系桥的一般特点 2、主要类型及其特点、主要类型及其特点3、构造特点、构造特点4、*【附】【附】其他常用类型拱桥简介其他常用类型拱桥简介【模块编号】MU-07-03MU-07-0331、拱式组合体系桥的一般特点拱式组合体系桥的一般特点 1-1、体系特点：、体系特点：以梁、拱共同作为主要承重结构，具有梁、拱两种基以梁、拱共同作为主要承重结构，具有梁、拱两种基本结构体系的特点，能

2、充分发挥梁受弯、拱受压的结本结构体系的特点，能充分发挥梁受弯、拱受压的结构特性及其组合作用。构特性及其组合作用。外形与拱桥相同。外形与拱桥相同。1-2、体系分类：、体系分类：按拱、梁的联结方式不同，一般分为：按拱、梁的联结方式不同，一般分为：有推力、无推力两类有推力、无推力两类【模块编号】MU-07-03MU-07-0341-3、无推力拱式组合体系、无推力拱式组合体系（系杆拱桥）（系杆拱桥）特点特点：外部静定、内部高次超静定；外部静定、内部高次超静定；兼具兼具（拱桥的）（拱桥的）跨越能力强和跨越能力强和（简支梁的）（简支梁的）桥对地桥对地基适应能力强两大特点，较为常用。基适应能力强两大特点，较

3、为常用。可划分为：可划分为：柔性系杆刚性拱、刚性系杆柔性拱、刚性系杆刚性拱。柔性系杆刚性拱、刚性系杆柔性拱、刚性系杆刚性拱。【模块编号】MU-07-03MU-07-0351-4、尼尔森体系、尼尔森体系 特点特点柔性系杆刚性拱、刚性系杆柔性拱、刚性系杆刚性拱的柔性系杆刚性拱、刚性系杆柔性拱、刚性系杆刚性拱的竖吊杆，竖吊杆，-均可以用斜吊杆来代替均可以用斜吊杆来代替，即成尼尔森体系。，即成尼尔森体系。-由瑞典由瑞典 O.F.Nelson 首创，故称。首创，故称。【模块编号】MU-07-03MU-07-0361-5、有推力的拱式组合体系、有推力的拱式组合体系 无系杆；无系杆；梁和拱共同受力，梁和拱共

4、同受力，推力仍由墩台承受。推力仍由墩台承受。一般可做成一般可做成刚性梁柔性拱刚性梁柔性拱 或或 刚性梁刚性拱刚性梁刚性拱。【模块编号】MU-07-03MU-07-037 2、主要类型及其特点、主要类型及其特点2-12-1柔性系杆刚性拱柔性系杆刚性拱假设系杆和吊杆均为柔性杆件，只受轴力而无压力和弯矩；假设系杆和吊杆均为柔性杆件，只受轴力而无压力和弯矩；拱肋视作普通拱桥的拱肋，为偏心受压构件。拱肋视作普通拱桥的拱肋，为偏心受压构件。系杆的刚度远小于拱肋的刚度【系杆的刚度远小于拱肋的刚度【（EIEI）系系/（EIEI）拱拱1/801/80】时，】时，忽略系杆承受的弯矩是可行的。忽略系杆承受的弯矩是可

5、行的。此时认为弯矩均由拱肋承受，系杆只受拉。此时认为弯矩均由拱肋承受，系杆只受拉。适用跨径为适用跨径为20m20m90m90m；矢跨比一般为；矢跨比一般为1/41/41/51/5；拱肋高度：拱肋高度：公路桥：一般为跨径的公路桥：一般为跨径的1/301/301/501/50；铁路桥：一般为跨径的铁路桥：一般为跨径的1/251/251/401/40。随着跨径和荷载的增大，拱肋截面尺寸增大较快，系杆和拱肋的联随着跨径和荷载的增大，拱肋截面尺寸增大较快，系杆和拱肋的联结部位更加复杂；结部位更加复杂；故在大跨、重载条件下较少采用。故在大跨、重载条件下较少采用。【模块编号】MU-07-03MU-07-03

6、82-22-2刚性系杆柔性拱刚性系杆柔性拱拱肋刚度远小于系杆的刚度【拱肋刚度远小于系杆的刚度【（EIEI）拱拱/（EIEI）系系1/801/80】，】，忽略拱肋中的弯矩。忽略拱肋中的弯矩。系杆受拉、弯，拱肋只受轴向力，故称柔性拱；系杆受拉、弯，拱肋只受轴向力，故称柔性拱；奥地利奥地利LangerLanger首创，故称朗格尔梁。首创，故称朗格尔梁。该体系相当于把桁架弦杆与梁组合起来，以梁为受力主体，该体系相当于把桁架弦杆与梁组合起来，以梁为受力主体，而曲线桁架对梁加劲，形成具有刚性梁的曲线桁架，特点：而曲线桁架对梁加劲，形成具有刚性梁的曲线桁架，特点：内力分配均匀，刚性系杆与吊杆、横撑可以组成刚

7、度较大的框架；内力分配均匀，刚性系杆与吊杆、横撑可以组成刚度较大的框架；在适用跨度内，拱肋不会发生面内在适用跨度内，拱肋不会发生面内S S状变形，拱的稳定性有充分保状变形，拱的稳定性有充分保证。证。刚性系杆柔性拱的适用跨径可达刚性系杆柔性拱的适用跨径可达100100m m，矢跨比通常为矢跨比通常为1/51/51/71/7，拱肋高度常取跨径的，拱肋高度常取跨径的1/1001/1001/1201/120，刚性系杆高度刚性系杆高度公路桥：一般为跨径的公路桥：一般为跨径的1/251/251/351/35，铁路桥：一般为跨径的铁路桥：一般为跨径的1/221/221/301/30。【模块编号】MU-07-

8、03MU-07-0392-32-3刚性系杆刚性拱刚性系杆刚性拱当当（EIEI）拱拱/（EIEI）系系在在1/801/808080之间，拱肋和系之间，拱肋和系杆都有一定的抗弯刚度，二者共同承受纵向力和杆都有一定的抗弯刚度，二者共同承受纵向力和弯矩，介于柔性系杆刚性拱和刚性系杆柔性拱之弯矩，介于柔性系杆刚性拱和刚性系杆柔性拱之间。间。该体系为德国该体系为德国H.RoseH.Rose首创，故称洛泽梁（拱）。首创，故称洛泽梁（拱）。体系刚度较大，适合于设计荷载较大的桥梁。体系刚度较大，适合于设计荷载较大的桥梁。拱肋和系杆受力较均匀；拱肋和系杆受力较均匀；该拱轴线常用二次抛物线；该拱轴线常用二次抛物线；

9、拱肋高一般为跨径的拱肋高一般为跨径的1/501/501/801/80，拱肋宽一般为，拱肋宽一般为拱肋高拱肋高0.80.81.21.2倍。倍。【模块编号】MU-07-03MU-07-03103、构造特点、构造特点3-13-1拱肋拱肋3-1-13-1-1、柔性系杆刚性拱的拱肋、柔性系杆刚性拱的拱肋拱肋构造基本可参考普通的下承式肋拱桥。拱肋构造基本可参考普通的下承式肋拱桥。拱肋高度拱肋高度h h（1/251/251/501/50）l l,拱肋宽度拱肋宽度b b（0.40.40.50.5）h h。拱肋截面可根据跨径的大小和荷载等级选用矩拱肋截面可根据跨径的大小和荷载等级选用矩形、工字形或箱形。形、工字

10、形或箱形。拱肋纵向受力钢筋一般沿上下缘对称布置，钢拱肋纵向受力钢筋一般沿上下缘对称布置，钢筋数量由计算确定。筋数量由计算确定。【模块编号】MU-07-03MU-07-03113-1-23-1-2、刚性系杆柔性拱的拱肋、刚性系杆柔性拱的拱肋高度高度h h常取（常取（1/1001/1001/1201/120）l l。但但因刚性系杆柔性拱以梁为受力主体，故拱肋高度还可进一步减小到因刚性系杆柔性拱以梁为受力主体，故拱肋高度还可进一步减小到（1/1401/1401/1601/160）l l，使其保证一定的强度和稳定性即可。，使其保证一定的强度和稳定性即可。拱肋宽度一般采用拱肋宽度一般采用b b（1.51

11、.52.52.5）h h。拱肋截面常采用宽矮实心矩形断面。拱肋截面常采用宽矮实心矩形断面。若采用刚性吊杆，则横向刚度较大的拱肋与吊杆、横梁组成若采用刚性吊杆，则横向刚度较大的拱肋与吊杆、横梁组成半框架，此时拱肋间一般可不设横撑而做成敞口桥，使视野半框架，此时拱肋间一般可不设横撑而做成敞口桥，使视野开阔些。开阔些。拱轴线通常采用二次抛物线；拱轴线通常采用二次抛物线；为了方便施工，可用折线代替；为了方便施工，可用折线代替；拱肋截面内的钢筋可采用普通钢筋、型钢及钢管，以缩小拱拱肋截面内的钢筋可采用普通钢筋、型钢及钢管，以缩小拱肋面积。为增强混凝土的承压能力，箍筋可采用螺旋筋。肋面积。为增强混凝土的承

12、压能力，箍筋可采用螺旋筋。【模块编号】MU-07-03MU-07-03123-1-33-1-3、刚性系杆刚性拱的拱肋、刚性系杆刚性拱的拱肋为便于支承节点处的构造连接，常将拱肋和系杆设计为便于支承节点处的构造连接，常将拱肋和系杆设计成相同的截面形式；成相同的截面形式；多采用工字形截面。多采用工字形截面。跨径较大时常采用箱形截面；跨径较大时常采用箱形截面；拱肋高度拱肋高度h h=（1/501/501/801/80）l l，拱肋宽度拱肋宽度b b（0.80.81.21.2）h h。为便于施工，拱肋可采用等高度截面。为便于施工，拱肋可采用等高度截面。【模块编号】MU-07-03MU-07-03133-

13、23-2系杆系杆考虑系杆与拱肋的连接，保证系杆能很好地与拱肋考虑系杆与拱肋的连接，保证系杆能很好地与拱肋共同受力；共同受力；考虑系杆与行车道之间的相互作用，避免行车道因考虑系杆与行车道之间的相互作用，避免行车道因约束系杆变形而遭到破坏。约束系杆变形而遭到破坏。常用的构造措施：常用的构造措施：在行车道中设置横向断缝，行车道简支在横梁上，使行车在行车道中设置横向断缝，行车道简支在横梁上，使行车道不参与系杆的受力。道不参与系杆的受力。系杆采用型钢或扁钢制作，与行车道完全不接触。系杆采用型钢或扁钢制作，与行车道完全不接触。为了防止行车道与系杆受力，一般还要在行车道内为了防止行车道与系杆受力，一般还要在

14、行车道内设置横向断缝。设置横向断缝。【模块编号】MU-07-03MU-07-03143-23-2系杆系杆（续）（续）采用独立的钢筋混凝土系杆。每个系杆由两部分组成，采用独立的钢筋混凝土系杆。每个系杆由两部分组成，安放在吊杆两侧，自由地搁置在横梁上。安放在吊杆两侧，自由地搁置在横梁上。采用预应力钢筋混凝土系杆。采用预应力钢筋混凝土系杆。为了方便连接，系杆截面形式与拱肋截面形式一致。为了方便连接，系杆截面形式与拱肋截面形式一致。行车道内可设横向断缝，亦可不设；行车道内可设横向断缝，亦可不设；从行车条件考虑以不设为宜从行车条件考虑以不设为宜【模块编号】MU-07-03MU-07-03153、构造特点

15、、构造特点系系（续）（续）3-33-3拱肋与系杆的连接构造拱肋与系杆的连接构造拱肋与系杆的连接构造重要、复杂；拱肋与系杆的连接构造重要、复杂；其构造形式随拱助和系杆截面尺寸的不同而不同。其构造形式随拱助和系杆截面尺寸的不同而不同。3-43-4吊杆及其连接构造吊杆及其连接构造吊杆一般为长细构件，通常按轴向受力构件设计。吊杆一般为长细构件，通常按轴向受力构件设计。吊杆与拱肋的连接通常形式：吊杆与拱肋的连接通常形式：当采用钢筋混凝土吊杆当采用钢筋混凝土吊杆 当采用钢吊杆时，当采用钢吊杆时，当采用高强钢丝束时当采用高强钢丝束时【模块编号】MU-07-03MU-07-03163、构造特点、构造特点系系（

16、续）（续）3-53-5横向联结系横向联结系主要是防止横向失稳。主要是防止横向失稳。截面可设计成矩形、截面可设计成矩形、T T形或箱形。形或箱形。在平面上，可布置成在平面上，可布置成X X形、形、K K形，或做成简单的与纵向垂形，或做成简单的与纵向垂直的直的“一一”字形。字形。在顺桥向，可布置成单数或双数（单数居多）在顺桥向，可布置成单数或双数（单数居多）即拱顶布置一根，两侧对称布置。即拱顶布置一根，两侧对称布置。从受力上看，横向联结以承受轴力和自身恒载为主，配从受力上看，横向联结以承受轴力和自身恒载为主，配筋可据此进行。筋可据此进行。【模块编号】MU-07-03MU-07-034、其他常用类型

17、拱桥简介、其他常用类型拱桥简介.4-14-1、钢管混凝土拱桥、钢管混凝土拱桥4-1-14-1-1、特点、特点内填混凝土能增强钢管壁的稳定性；而钢管对核心混凝土内填混凝土能增强钢管壁的稳定性；而钢管对核心混凝土又具有套箍作用，使核心混凝土处于三向受压状态。又具有套箍作用，使核心混凝土处于三向受压状态。钢管混凝土刚度大、承载能力大、质量轻，与桥梁转体施钢管混凝土刚度大、承载能力大、质量轻，与桥梁转体施工工艺相结合，可以解决转体质量大和转体结构的强度、刚工工艺相结合，可以解决转体质量大和转体结构的强度、刚度的矛盾。度的矛盾。钢管混凝土应用的形式：钢管混凝土应用的形式：直接用做主拱结构直接用做主拱结构

18、-钢管混凝土拱桥，钢管混凝土拱桥，二是以钢管混凝土作为劲性骨架二是以钢管混凝土作为劲性骨架劲性骨架主要用于大跨度拱桥。劲性骨架主要用于大跨度拱桥。先用无支架方法架设拱形劲性骨架，然后灌注管内混凝土。先用无支架方法架设拱形劲性骨架，然后灌注管内混凝土。再围绕骨架浇注外包混凝土；再围绕骨架浇注外包混凝土；-钢管作为混凝土的钢筋骨架，也称埋入式钢拱架。钢管作为混凝土的钢筋骨架，也称埋入式钢拱架。【模块编号】MU-07-03MU-07-03184-1-2、钢管混凝土拱桥的横截面型式、钢管混凝土拱桥的横截面型式按拱肋横截面可分为：按拱肋横截面可分为：单肋型、双肢哑铃型、四肢格构型、单肋型、双肢哑铃型、四

19、肢格构型、三角形格构型、集束型。三角形格构型、集束型。【模块编号】MU-07-03MU-07-03194-1-3、套箍指标、套箍指标套箍指标：套箍指标：钢管截面积和其抗拉强度设计值的乘积钢管截面积和其抗拉强度设计值的乘积（钢管轴向力）（钢管轴向力）与与核心混凝土截面积和其抗压强度设计值的乘积核心混凝土截面积和其抗压强度设计值的乘积（砼轴向力）砼轴向力）之比。之比。套箍指标是钢管混凝土结构的一个重要参数，宜控制在套箍指标是钢管混凝土结构的一个重要参数，宜控制在0.33.0之间，以确保钢管混凝土构件在使用荷载作用下处于弹之间，以确保钢管混凝土构件在使用荷载作用下处于弹性工作阶段，且在破坏前具有足够

20、的延性。性工作阶段，且在破坏前具有足够的延性。套箍指标小于套箍指标小于0.3：当混凝土等级较高时，将因钢管的套箍能力不：当混凝土等级较高时，将因钢管的套箍能力不足而引起脆性破坏；足而引起脆性破坏；套箍指标大于套箍指标大于3：当混凝土等级过低时，结构会在使用荷载下产生：当混凝土等级过低时，结构会在使用荷载下产生塑性变形。塑性变形。【模块编号】MU-07-03MU-07-03204-2、桁架拱桥、桁架拱桥主要构造主要构造桁架拱片桁架拱片主要承重结构，由上、下主要承重结构，由上、下弦杆、腹杆、拱顶实腹段组弦杆、腹杆、拱顶实腹段组成；成；横向联结系横向联结系拉杆、横系梁、横隔板、拉杆、横系梁、横隔板、

21、剪刀撑剪刀撑桥面系桥面系【模块编号】MU-07-03MU-07-0321【属于【属于4-2】桁架拱桥的特点桁架拱桥的特点1）拱与桁架组合，共同受力，整体性好，发挥全截面材料）拱与桁架组合，共同受力，整体性好，发挥全截面材料的作用；的作用；2）桁架部分的构件主要承受轴力；）桁架部分的构件主要承受轴力；3）拱的水平推力使跨中弯距减少，恒载下主要承受轴力，）拱的水平推力使跨中弯距减少，恒载下主要承受轴力，活载下承受弯距，为偏心受压构件；活载下承受弯距，为偏心受压构件；4）节点为刚性连接，易开裂，影响整体刚度及耐久性；）节点为刚性连接，易开裂，影响整体刚度及耐久性；5）整体自重轻，构件可预制，适合软土

22、地基；）整体自重轻，构件可预制，适合软土地基；【模块编号】MU-07-03MU-07-03224-3、组合桁架拱桥、组合桁架拱桥跨中部分桁架拱桥支撑在两边悬臂桁架上的组合结构体系；跨中部分桁架拱桥支撑在两边悬臂桁架上的组合结构体系；【模块编号】MU-07-03MU-07-03234-3-1、组合桁架拱桥的结构特点、组合桁架拱桥的结构特点是桁架拱和桁架梁的继承与发展，受力特性介于拱桥和是桁架拱和桁架梁的继承与发展，受力特性介于拱桥和梁桥之间；梁桥之间；在悬臂桁架梁端部的下弦杆上支承中间部分的桁架拱在悬臂桁架梁端部的下弦杆上支承中间部分的桁架拱；悬臂桁架的长度一般为主孔跨径的悬臂桁架的长度一般为主

23、孔跨径的0.20.25;悬臂梁与桁架拱间设断缝；悬臂梁与桁架拱间设断缝；横向设系梁与隔板；横向设系梁与隔板；边跨通常采用连续刚构活桁架结构；边跨通常采用连续刚构活桁架结构；易于无支架悬臂拼装；易于无支架悬臂拼装；推力较大，适合于山谷较深，基岩埋深较浅的山区推力较大，适合于山谷较深，基岩埋深较浅的山区【模块编号】MU-07-03MU-07-0324【属于【属于4-3】【模块编号】MU-07-03MU-07-03254-3-2、组合桁架拱桥的构造特点、组合桁架拱桥的构造特点合理的断缝位置设在第合理的断缝位置设在第23节间；节间；节间长度一般在跨径的节间长度一般在跨径的1/81/12，近拱脚处可大些

24、，向跨中方，近拱脚处可大些，向跨中方向节间长度逐渐减小；向节间长度逐渐减小；跨径小于跨径小于160米，矢跨比取米，矢跨比取1/8；跨径；跨径160米，矢跨比取米，矢跨比取1/6为益；为益；主拱圈的截面高度一般为跨径的主拱圈的截面高度一般为跨径的1/1001/120；合理的上弦杆、下弦杆、实腹段跨中刚度比为合理的上弦杆、下弦杆、实腹段跨中刚度比为1:1.8:3.0左右；可充分发挥上弦杆的轴向力；左右；可充分发挥上弦杆的轴向力；【模块编号】MU-07-03MU-07-03264-4、刚架拱桥、刚架拱桥是在刚架、斜腿刚架等基础上发展而来是在刚架、斜腿刚架等基础上发展而来【模块编号】MU-07-03MU-07-03274-4-1、结构组成、结构组成刚架拱片刚架拱片主要承重结构；主要承重结构；由跨中实腹段的由跨中实腹段的主梁、空腹段的次梁、主梁、空腹段的次梁、主拱腿、次拱腿构成；主拱腿、次拱腿构成；横向联系及桥面系横向联系及桥面系【模块编号】MU-07-03MU-07-03284-4-1、特点及适用性、特点及适用性构件小，自重小，适用于软土地基；构件小，自重小，适用于软土地基；结构变形小，整体结构刚度大；结构变形小，整体结构刚度大；施工方便，造价较底；施工方便，造价较底；