双曲拱桥的构造
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双曲拱桥【two-way curved arch bridge】指的是拱圈由纵向拱肋和横向拱波组成的拱桥。
所谓双曲拱是指桥梁有纵、横两个方向的桥拱。
纵向拱的是指桥梁的主拱圈,在外形上与一般拱桥完全一样,为弧度不同的拱圈。
横向拱是双曲拱的主要奥秘,它是指在纵向的大拱圈上,并排砌筑几组小拱圈,就像是一排排向上鼓起的瓦垄,由于切面像波浪一样,所以称为拱波。
这个波形的展开方向与纵向纵圈相互垂直,使桥梁整体表现为纵横两个方向的曲形,因此叫双曲拱。
1964年江苏省无锡县建桥职工创造的一种新型拱桥。
他的主拱圈由拱肋,拱波,拱板,和横向联系构件几个部分组成,外形在纵横两个方向均成弧形曲线,因之称为双曲拱。
双曲拱桥的最大优点是提高了桥梁的强度和稳定性,它克服了一般拱桥在重压下横向容易弯曲变形的弱点,使桥梁压力较好地分布于桥梁整体。
另外,双曲拱还可以以同样的材料,获得比一般拱桥大得多的跨度。
如跨度相同,则可以节约一半左右的钢材等建筑材料。
在造型上,双曲拱桥由于二向曲形,更富于变化,更加美观、舒展。
主拱圈的形式有单波,多波,多波高低肋等。
拱肋截面有矩型,倒T形,I形,L形,薄壁箱形等。
双曲拱桥按其行车道所处的位置属于上承式拱桥。
若从主拱圈的横截面上看,它是由拱肋、拱波、拱板和横向联系等几部分组成。
由于介于拱肋之间的拱波也呈曲线形,且与主拱圈的曲线正交,故而称为双曲拱桥。
最早的双曲拱桥---1964年,江苏省无锡的建桥工人在无锡县东亭小河上建起了我国第一座双曲拱桥,这座拱桥是一座农桥,全长仅9米,采用了钢筋混凝土预制构件,在现场安装而成,采用三肋二波砖结构,可通行手扶拖拉机。
目前最长的双曲拱公路桥----是江苏省沐阳的新沂河大桥,全长1267米,有39孔,1969年建成通车。
河南省嵩县的前河桥是我国单孔跨径最大的双曲拱桥,孔距跨度达150米,矢跨比为1∶10,1969年建成。
在铁路工程中,也广泛采用了双曲拱型桥梁。
我国第一座用于铁路双曲拱桥是位于湖南省长沙与韶山之间的东方红双曲拱桥,1967年底建成通车。
双曲拱桥双曲拱桥是常见的桥梁之一。
它由路面、主拱圈、拱上结构和墩台所组成。
除路面构造外,和双曲拱渡槽基本相似,但双曲拱桥在构造和内力计算方面也有一些特点,现简述如下。
(1)桥面构造(如图1):为了分布车轮荷载的集中压力和减小冲击力的影响,主拱圈及腹拱顶部的填料厚度(包括路面),一般为30~50cm。
填料常为透水性较好的砂石或混凝土,路面设排水坡,并做好排水设施。
图1双曲拱桥构造图(单位:cm)(a)半正面图;(b)拱顶横断面图1—主拱圈;2—井注桥墩;3—两铰腹拱;4—拱肋;5—预制拱波;6—现浇拱波;7—填料;8—路面;9—栏杆;10—拉杆(2)初拟主拱圈的高度可用下列经验公式计算:kld)35100(+=(1)式中d——主拱圈厚度l——主拱圈计算跨径k——系数,可选用表1所列数值表1荷载汽车—15 挂车—80 汽车—10 履带—50 小汽车—10k 1.1~1.3 0.9~1.1 0.8~0.9 取用k值时,随跨径增大而减小,随矢跨比减小而增大。
当拱肋中距大于2m,单波主拱圈及矢跨比小于1/10时,主拱圈高度d 值应适当加大。
拱肋的高度,对无支架施工的矩形或倒T形的拱肋,一般不小于跨径的0.009~0.012;有支架施工,肋高dh)6.0~3.0(=,肋底宽hb)0.1~6.0(=,肋顶宽取(0.5~0.6)b。
(3)双曲拱桥主拱圈轴线常采用圆弧形和悬链线两种。
跨径在20m 以下时,多选用实腹式圆弧拱;大中跨径多采用空腹式悬链线拱。
矢跨比常用1/4~1/8。
悬链线拱轴系数m值的选择一般不宜过大,宜选在1.756左右。
(4)由于有车辆荷载的作用,为使主拱圈有较好的整体性,应加强横向联系。
对跨径较大的双曲拱桥,在拱顶、1/4拱跨、腹拱立墙(柱)下面、分段预制拱肋接头等处必须设置横隔板,板厚15~20cm,间距3~5 m。
对于小跨径的双曲拱桥,当桥面较宽时,拱顶处的横隔板应特别加强。
当桥面较宽时,为节省材料,人行道可用悬臂挑出。
什么叫双曲拱
双曲拱桥指的是拱圈由纵向拱肋和横向拱波组成的拱桥。
主拱圈由拱肋,拱波,拱板,和横向联系构件几个部分组成,外形在纵横两个方向均成弧形曲线,因之称为双曲拱。
其主拱圈的形式有单波,多波,多波高低肋等。
拱肋截面有矩型,倒T形,I形,L形,薄壁箱形等。
双曲拱桥按其行车道所处的位置属于上承式拱桥。
若从主拱圈的横截面上看,它是由拱肋、拱波、拱板和横向联系等几部分组成。
由于介于拱肋之间的拱波也呈曲线形,且与主拱圈的曲线正交,故而称为双曲拱桥。
这种桥型是20世纪60年代我国江苏省无锡县由建桥职工首创的一种桥型,它充分发挥了预制装配的优点,可以不要拱架施工,节省木料,加快施工进度,而所耗用的工料又不多。
双曲拱比单曲拱能承受更大的载荷,主要是因为双曲拱不仅在一个方向上呈拱形,而且在与其垂直的另一方向也呈拱形。
自行车的挡泥板就是这种双曲拱形的。
当它受力时,力使沿着两个拱的方向更均匀地传递;某一局部受力过大时,双曲拱能迅速自行调整平衡,使整个双拱曲不会因局部受力过大而损坏。
拱形结构除了能用于建造桥梁外,另一个重大的用处就是建造水坝。
特别是双曲拱形坝,由于拱形顶所受的水压力能通过拱体均匀地传递给河岸,依靠坚固的两岸来维持的稳定,它与完全靠自身重量来维持平衡的重力坝相比,不仅可以减少体积,节约材料,而且还有一定的弹性,对地基的局部变形具有一定的适应能力,有较好的抗震性能。
它的最主要特点是:将主拱圈以“化整为零”的方法按先后顺序进行施工,再以“集零为整”的方式组合成承重的整体结构。
因主拱圈分期形成,呈现组合结构的受力特征,整体性较弱,在地震荷载作用下容易破坏。
各种桥梁构造图解各种桥梁构造图解箱型梁桥:(xiang xing liang qiao) box-girder bridge 箱梁结构的基本概念在于全部上部结构变为整体的空心梁,而当主要荷载通过桥上的任何位置时,空心梁的所有各部分(梁肋,顶板和底板)作为整体同时参加受力。
其结果可节省材料,成为薄壁结构,提高了抗扭强度。
箱梁桥可分为单室,双室,多室几种。
组合梁桥:(zhu he liang qiao) composite beam bridge指以梁式桥跨作为基本结构的组合结构桥,既两种以上体系重叠后,整体结构的反力性质仍与以受弯作用负载的梁的特点相同。
这类桥的特点主要表现在设计计算工作繁重,构造细节及内力复杂。
空腹拱桥:(kong fu gong qiao) open spandrel arch bridge 在拱桥拱圈上设置小拱,横墙或支柱来支撑桥面系,从而减轻桥梁恒载并增大桥梁泻水面积者称为空腹拱桥。
实腹拱桥:(shi fu gong qiao) filled spandrel arch bridge在拱桥拱圈上腹部两侧填实土壤或粒料后铺装路面,这种拱桥称为实腹拱桥。
小跨径的砖,石,混凝土拱常采用这种构造形式。
无铰拱桥:(wu jiao gong qiao) hingless arch bridge如图,在整个拱上不设铰,属外部三次超静定结构。
由于无铰,结构整体钢度大,构造简单,施工方便,维护费用少,因此在实际中使用最广泛。
但由于超静定次数高,温度变化,材料收缩,结构变形,特别是墩台位移会产生较大附加应力。
混凝土空腹无铰拱桥三铰拱桥:(san jiao gong qiao) three-hinged arch bridge 如图,在拱桥的两个拱脚和拱的中间各设一铰称为三铰拱。
属外部静定结构构。
因而温度变化,支座沉陷等不会在拱内产生附加应力,故当地质条件不良,可以采用三铰拱,但铰的存在使其构造复杂,施工困难,维护费用高,而且减小了整体刚度降低了抗震能力,因此一般较少使用。
双曲拱桥的构造
双曲拱桥由主拱圈、拱上建筑和墩台组成。
其主拱圈外形在纵横两个方面均呈弧形曲线,故称双曲拱桥。
如图1.2所示
1主拱圈的构造
双曲拱桥的主拱圈一般由拱肋、拱波、拱板和横向联系构件等几部分组成。
1、拱肋
拱肋是施工阶段的拱架,又是主拱圈的主要组成部件,分段预制的拱肋在支架上拼装或无支架悬吊拼装成拱后,再在其上砌置拱波,浇筑拱背混凝土,然后设置拱上建筑并浇筑桥面,常用的拱肋截面形式有矩形、倒T形、槽形以及工字形等截面型式。
1—拱肋;2—预制拱波;3—橫隔板;4—防水层;5 —填料;6—路面;?一人行道;
8 —侧墻;9—腹拱:10 —盖梁:11—立柱:12—桥墩
图1.2 双曲拱桥的结构组成
2、拱波
拱波一般都用混凝土预制,常做成圆弧形,有时为了节约水泥,也可因地制
宜地采用砖砌或石砌拱波。
第一座双曲拱桥的拱波就是用砖块砌成的拱波不仅是与主拱圈共同承受荷载的组成部分,而且是浇注拱板混凝土的模板。
3、拱板
拱板多采用现浇混凝土,它把拱肋、拱波结合成整体,使拱圈能以实现“集零为整”。
因此,拱板在加强拱圈整体性方面起着重要的作用。
早期建造的双曲拱桥的拱波曾采用填平式拱板,因其体积大,且主拱圈截面厚薄不均,刚度相差较大,波顶最弱,在活载和混凝土收缩、温度变化等附加荷载作用下,常导致波顶纵向开裂。
后改用波型或折线型拱板,既可以节省材料,减轻自重;又使主拱圈截面刚度均匀,截面形心接近中部,受力也较合理。
4、横向联系
主拱圈设置横向联系的目的,是为了保证主拱圈的整体性。
在无支架施工中,它可提高裸拱肋的横向稳定性,并承受砌筑拱波和拱板时的横向水平推力。
在主拱圈形成后,它可以提高截面的横向刚度,使主拱圈在活载作用下受力均匀,避免拱波顶可能出现的纵向裂缝。
横向联系常用的结构形式是横系梁和横隔板,通常布置在拱顶、腹拱墩下面以及分段吊装的拱肋接头处等。
2拱上建筑的构造
拱桥主拱圈以上的部分称为拱上建筑,用来构成平缓的桥面,有的与主拱圈共同承受活载。
拱上建筑分为空腹式和实腹式两种,双曲拱桥一般多设计成空腹式。
空腹式拱上建筑一般由腹拱、横墙或立柱、底梁与盖梁、拱上填料、桥面、侧墙等组成。
1、腹孔
腹孔采用较多的是等截面圆弧形混凝土板拱,施工时可按全厚度预制后安装也可先预制6-8cm厚的板拱,安装后再在其上现浇一层混凝土。
腹拱也可以采用等截面圆弧形双曲拱或薄壳的形式,对于无填料的拱上建筑,为了减轻自重,也可以采用梁板式腹孔。
2、横墙或立柱
双曲拱桥的腹拱墩常采用横墙和立柱。
横墙施工简便,节省钢材,常用于基础较好及河流有漂浮物时。
为了节约场工,横墙也可以在横向挖空。
当地基较差时,为了减轻自重,腹拱墩可采用立柱。
3、底梁与盖梁
底梁的作用是传递横墙和立柱的荷载并较均匀地分布到拱圈,同时也便于横墙砌筑和立柱的安装。
当腹拱墩采用立柱时,在立柱上需设有盖梁,一般采用整根预制的钢筋混凝土连续梁。
4、拱上填料
主拱圈拱顶和腹拱拱顶上的填料可以减轻车辆的冲击,起到分散荷载的作用。
填料常采
用沙砾,也有采用较轻的炉渣。
软土地基上采用轻型拱上建筑时,
可不设填料,而在拱圈上直接铺筑混凝土桥面,但行车道边缘的厚度不得小于
8cm。