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拱桥构造
拱桥是我国公路上常用的一种桥梁型式。拱桥与梁桥的区别,不仅在于外形不同,更重要的是两者受力性能有差别。梁式结构在竖向荷载作用下,支承处仅产生竖向支承反力,而拱式结构在竖向荷载作用下,支承处不仅产生竖向反力,而且还产生水平推力。
拱桥的主要优点是:(1)跨越能力较大。(2)能充分做到就地取材,与钢桥和钢筋混凝士梁式桥相比,可以节省大量的钢材和水泥。(3)耐久性好,而且养护、维修费用少。(4)外形美观。(5)构造较简单。
拱桥的主要缺点是:(1)自重较大,相应的水平推力也较大,增加了下部结构的工程量,当采用无铰拱时,对地基要求高。(2)拱桥与梁桥桥相比,由于拱桥拱圈曲线形状的影响,对桥面上下建桥空间有一定要求,尤其是上承式拱桥建筑高度较高,用于城市及平原区时,会增加桥头引线长度或纵坡,增加工程量,不易与原有道路衔接。(3)由于拱桥水平推力较大,在连续多孔的大、中桥梁中,为防止一孔破坏而影响全桥的安全,需要设置单向推力墩,增加了造价。
1、拱桥的组成及类型
一、拱桥的主要组成
图2-3-1 拱桥各主要组成部分拱桥和其他梁桥一样,也由上部结构和下部结构及附属结构组成。图2.3-l
图2-3-1 拱桥各主要组成部分
拱桥的上部结构是由拱圈及其上面的拱上建筑所构成。拱圈是拱桥的主要承重结构。
拱桥的下部结构由桥墩、桥台及基础等组成,用以支承桥跨结构,将桥跨结构的荷载传至地基并与两岸路堤相连接。
拱圈最高处横向截面称为拱顶,拱圈和墩台连接处的横向截面称为拱脚(或起拱面)。拱圈各横向截面形心的连线称为拱轴线。
二、拱桥的主要类型
1.按拱圈横截面形式分类
⑴板拱桥(图2.3-2a
主拱圈采用矩形实体截面是圬工拱桥的基本形式。由于它的构造简单、施工方便,因而使用广泛。
图2.3-2 拱圈截面形式
a) 板拱 b) 肋拱 c) 双曲拱 d) 箱拱
⑵肋拱桥(图2.3-2b)
在板拱桥的基础上,将板拱划分成两条(或多条),形成分离的、高度较大的拱肋,肋与肋间用横系梁相连。
⑶双曲拱桥(图2.3-2c)
这种拱桥的主拱圈横截面是由一个或数个小拱组成的,由于主拱圈在纵向及横向均呈曲线形,故称之为双曲拱桥。
⑷箱形拱(图2.3-2d)
箱形截面拱圈的拱桥,外形与板拱相似,由于截面挖空,使箱形拱的截面抵抗矩较相同材料用量的板拱大很多,所以能节省材料,对于大跨径桥则效果更为显著。特别适用于无支架施工。但由于箱形截面施工制作较复杂,一般情况下,跨径在50m以上的拱桥采用箱形截面才是合适的。
2.按建筑材料分类
可分为圬工拱桥、钢筋混凝土拱桥、钢拱桥、钢管混凝土拱桥。
3.按拱上建筑形式分类
⑴实腹式拱桥
其构造比较简单,施工方便,但重力大,常用于跨径20m以下拱桥。
⑵空腹式拱桥
其圬工体积小,桥型美观,还可以以增大泄洪能力,但施工不如实腹式拱桥简单,常用于跨径25m以上的拱桥。
4.按主拱圈所采用的拱轴线形式分类
可分为圆弧拱、悬链线拱和抛物线拱。从施工力方面看,圆弧拱比悬链线拱简单。从力学性能方面来看,悬链线拱比圆弧拱好。大跨径拱桥,为了改善受力,可以采用高次抛物线。
5.按桥面的位置可分类
可分为上承式拱、中承式拱、下承式拱。
6.按静力体系分类
⑴三铰拱
⑵无铰拱
⑶两铰拱
7.按结构的体系分类
⑴简单体系拱桥
图2.3-3 桁架拱的主要形式在简单体系拱桥中,桥面系结构(拱上结构或拱下悬吊结构)不参与主拱肋(圈)一起受力,主拱肋(圈)为主要承重结构。一般采用拱肋(圈)与墩台固结,即
图2.3-3 桁架拱的主要形式
图
图2.3-4 刚架拱桥
⑵桁架拱桥
桁架拱桥的主要承重结构是桁架拱片,也称为拱片桥,如图2.3-3。桁架拱桥是由拱和桁架两种结构体系组合而成,因此具有桁架和拱的受力特点。
⑶刚架拱桥
刚架拱桥是在桁架拱桥、斜腿刚架桥等基础上发展起来的另一种桥型,属于有推力的高次超静定结构,如图2.3-4所示。它具有构件少、质量小、整体性好、刚度大、施工简便、造价低和造型美观等优点。
⑷梁拱组合体系桥
梁拱组合体系桥是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、拱受压的结构特性。一般可分为有推力和无推力两种类型。
2、主拱圈的构造
一、板拱
1.石板拱
按照砌筑拱圈的石料规格,又可以分为料石拱、块石拱及片石拱等各种类型。
用来砌筑拱圈的石料应石质均匀,不易风化,其强度等级不应低于MU50。砌筑用的砂浆强度等级,对大、中跨径拱桥不得小于M10,小跨径不得小于M7.5。
2.素混凝土板拱
在缺乏合格天然石料的地区,可以用素混凝土来建造板拱,混凝土板拱可以采用整体现浇,也可以采用预制砌筑。
3.钢筋混凝土板拱
与混凝土板拱相比
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