第四章 简单体系拱桥计算

第四章 简单体系拱桥计算

[A3-4.1] 拱桥的曲线形主拱圈必须借助拱上建筑（或拱下悬吊结构）来提供行人或行车通道，因此，拱桥实际上是拱上建筑（或拱下悬吊结构）与主拱圈密切结合的多次超静定空间结构，拱上建筑（或拱下悬吊结构）与主拱圈连接构造的强弱必然影响到如何对拱桥进行简化计算，如何将复杂的拱桥结构简化为具有相当计算精度的简化分析结构模型。

[A3-4.2] 如果拱上建筑与拱刚性连接成一体，拱上建筑与主拱圈共同承受荷载的作用，这种现象称为“拱上建筑与主拱的联合作用”或简称“联合作用”。研究表明，拱式拱上建筑的联合作用较大，梁板式拱上建筑的联合作用较小。在拱式拱上建筑中，联合作用的大小又与许多因素有关，例如，腹拱圈、腹拱墩对主拱圈的相对刚度越大，联合作用越显著；腹拱越坦，抗推刚度越大，联合作用亦越大。此外，拱脚与 l/4截面的联合作用较大，而与拱顶的联合作用较小。随着拱上建筑的轻型化，拱上建筑对主拱圈的约束减小，联合作用亦随之减小，当采用轻型的梁板式拱上建筑时，联合作用的影响可以略去不计。因此，如何在计算时考虑普通拱桥拱上建筑的联合作用，使这一联合作用成为有利、合理、明确的结构安全储备，是结构计算分析的难点。在简单体系拱桥的设计计算中，若采用结构力学方法进行计算（手算），则一般不考虑联合作用的影响，即假定作用在桥上的荷载全部由拱圈承担。这种简化计算方法既减少了计算分析难度又提升了拱圈设计安全余量，因而对整体主拱圈设计是有利的。

[A3-4.3] 拱桥作为空间结构，虽然受力复杂，但整体受力特点明显，具有空间受力平面简化的条件。因此，除一些结构局部空间应力分析、空间稳定及动力分析等特殊问题外，为了便于设计计算，拱桥通常被简化为平面杆系结构。这种平面结构是沿拱桥纵向划分出的一条、一根或一片可以代表结构整体的部分。如：肋拱桥可以取出一根代表性的拱肋及相应肋间范围内的结构部分将空间结构平面化；板拱桥可以划出某一宽度的板拱条和相应拱上结构部分而化为平面结构；整体式拱桥可取出一个平面拱片成为平面结构。其他构造的拱桥也是用相似的方法，实现空间结构的平面简化。

[A3-4.4] 通过空间受力平面简化的方法，就可以类似梁桥一样简化解决拱桥活载横向受力问题。拱桥横桥向受力方面，不论活荷载是否作用在桥面的中心，在拱桥的横断面上都会出现应力（内力）的不均匀分布，这种现象称为“活载的横向分布”。拱桥的活载横向分布与结构形式、拱上建筑的形式、拱圈的截面形式与刚度等因素有关。对于上承式板式拱圈的石拱、箱形拱及拱上建筑为立墙的双曲拱，联合作用较大的拱脚及 l/4截面，横向分布比较均匀；而联合作用较弱的拱顶截面，活载横向分布影响较大。但总体而言，这些拱桥的拱圈横向受力比较均匀，设计中一般不考虑活载的横向分布，而假定活载由主拱全宽均匀地承受。然而，肋拱桥尤其是中承与下承式拱结构，活载横向分布影响较大。同样，上承式组合拱桥（整体式拱桥或拱片拱）和拱梁组合结构桥，也是活载横向分布影响较大的结构。因此，简单体系的肋拱桥、组合体系拱桥，都是活载横向不均匀分布影响较大的结构。实际上，拱顶截面不考虑横向分布影响，往往会偏于不安全。对于拱上建筑为立墙的上承式板式拱圈的石拱、箱形拱及双曲拱桥，当活载横桥向分布不超出拱圈范围，一般可假定活载由主拱全宽均匀承受，不考虑横向不均匀受力影响。根据结构空间受力的特点，双肋拱桥一般可近似采用杠杆法计算横向分布系数；对于多肋拱桥的横向分布系数，窄桥时可采用偏心压力法近似计算、宽桥时则可用弹性支承连续梁法计算。上承式组合拱桥和拱梁组合结构桥横向分布系数的计算方法同上述肋拱桥。

[A3-4.5] 简单体系拱桥以主拱圈为主要承重结构，拱轴线形状、拱圈几何性质、拱上结构布置紧密相关，互相影响，决定了主拱圈内力分布，因此，简单体系拱桥结构计算应先确定拱轴线形状和拱圈几何性质，再针对主拱圈内力进行分析计算。

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