第三节 无推力组合体系拱桥结构体系形成

第三节 无推力组合体系拱桥结构体系形成

[A3-8.18] 补充：系杆拱桥系杆张拉对结构的影响

[A3-8.19][拓展小知识3-3] 拱桥吊装施工
拱桥缆索吊装施工是将拱圈分段吊装拼接而成，拱圈自重、拱上建筑及桥面系自重等通过拱脚逐步施加给墩台，拱脚水平推力将导致墩顶水平位移，若墩顶水平位移过大，主拱圈将无法合龙，或导致拱轴线产生较大偏离而改变主拱圈受力。因此，在施工过程中，首先应将拱脚与桥墩临时固结，其次设置临时水平拉杆或墩顶位移顶推装置，合理控制施工过程中的墩顶位移量。随着架设步骤逐步推进，分步张拉临时水平拉杆或分步顶推桥墩产生反向位移，平衡施工过程中自重产生的拱脚水平位移。

[A3-8.20][学习提示]
拱桥的结构类型与施工方法密切相关。板拱采用圬工材料建造，无论是石拱桥的砌筑，还是混凝土板拱桥的现浇，都需要在支架上完成，因此，采用支架法施工，施工中注意：拱圈浇筑（砌筑）顺序、拱架变形及拱架卸落对拱圈受力影响。箱拱、肋拱可采用支架法施工，但大多数采用吊装法施工，双曲拱桥、刚架拱桥和桁架拱桥采用吊装法施工，施工中注意：拱段划分方式（尽量避开受力较大截面）、拱段长度的确定等直接影响施工控制精度和拱圈受力；拱段预制方式、起吊姿态、吊点位置等对拱圈受力影响；装接顺序及拼装精度也直接影响拱圈受力。拱梁组合体系施工可采用先施工拱圈再施工纵梁方法（先拱后梁法），也可采用先施工纵梁后施工拱圈方法（先梁后拱法），值得注意的是，施工顺序不同，一期恒载产生的结构内力也不同。

[A3-8.21][思考与练习]
1. 拱桥采用有支架施工时，拱圈应怎样浇筑？拱架应怎样卸落？
2. 分析有支架施工的拱桥，为什么“卸架时间宜在白天气温较高时进行”？怎样能够使拱架便于卸落？
3. 拱桥采用缆索吊装施工时，应如何划分拱段吊装长度？各拱段吊点位置应如何确定？各拱段施工阶段应关注哪些工况的内力和变形？
4. 采用竖转方法施工时，在竖转拱圈过程中，拱圈截面内力发生怎样变化？
5. 若主拱圈采用分段预制拼装施工，分段数目和长度应根据什么条件来确定？接头宜设在什么位置？为什么？
6．矢跨比对拱桥的内力及施工会带来哪些影响？
7. 钢筋混凝土肋拱桥采用缆索吊装施工时，拱肋采用平置（拱肋侧面水平放置）预制时（如图3-8-21搁置姿态），分析在吊运、安装过程中拱肋的受力与变形？

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拱段平置图式

[A3-8.22][本篇总结] 补充：系杆拱桥系杆张拉对结构的影响

  • 拱桥在竖向荷载作用下，两端支承处除产生竖向反力外，还产生水平推力，使拱内产生轴向压力，并大大减小了跨中弯矩。主拱截面材料强度得到充分发挥，跨越能力增大。
  • 拱桥按结构体系分为简单体系拱桥和组合体系拱桥两大类。按主拱的静力特点简单体系拱桥又分为三铰拱、两铰拱和无铰拱，无铰拱是国内外拱桥采用最多的一种结构形式。根据不同的组合方式和受力特点，组合体系拱桥又分为无推力组合体系拱和有推力组合体系拱，系杆拱是较常用的无推力组合体系拱。
  • 工程中常用的主拱截面形式有板拱、肋拱、双曲拱和箱拱。双曲拱截面受力复杂，整体性差，目前已较少采用。
  • 拱桥按拱上建筑采用的不同构造方式，可分为实腹式拱桥和空腹式拱桥两种。小跨径拱桥多采用实腹式拱桥，大、中跨径拱桥多采用空腹式拱桥。空腹式拱上建筑除具有实腹式拱上建筑相同的构造外，还有腹孔和腹孔墩。根据腹孔结构的不同可分为拱式腹孔和梁式腹孔。拱式腹孔拱上建筑一般用于圬工拱桥；大跨径拱桥一般都采用梁式腹孔拱上建筑。
  • 拱桥拱轴线的形状直接影响拱圈内力分布与大小，最理想的拱轴线是与拱上各种作用产生的压力线相吻合。常用的拱轴线有圆弧线、抛物线和悬链线。圆弧线主要用于小跨径拱桥；悬链线是目前大、中跨径拱桥所采用的最普遍的拱轴线形式；轻型拱桥、较坦的大跨径钢筋混凝土拱桥、各种组合体系拱桥一般采用抛物线。
  • 多跨连拱设计时，一般情况下，最好选用等跨分孔的方案。在受地形、地质、通航等条件的限制或特殊的美观要求时，可以考虑采用不等跨分孔。由于拱桥采用不等跨，相邻桥孔的恒载推力不相等，使桥墩和基础增加了恒载的不平衡推力，这一不平衡推力导致桥墩和基础受力极为不利。通常有两类处理方法，一是采用无推力的系杆拱以避免水平推力对相邻跨的影响；二是减小连拱作用，即可以采取一些措施（采用不同的矢跨比、采用不同的拱脚高程、调整拱上建筑恒载重量、采用不同类型拱跨结构）减小不平衡推力，改善桥墩和基础的受力状况。
  • 在计算无铰拱的内力（恒载、活载、温度变化、混凝土收缩和拱脚变位）时，为了简化计算常利用拱的弹性中心。根据需要可以取悬臂曲梁或简支曲梁为基本结构，一般活载内力的计算常取简支曲梁为基本结构，其他内力的计算取悬臂曲梁为基本结构。
  • 主拱圈在轴向压力作用下将产生弹性压缩变形，会在无铰拱中产生弯矩和剪力。拱圈弹性压缩的影响与恒载、活载作用下产生的内力是同时发生的，在计算时应分别按不计弹性压缩和计入弹性压缩进行计算，然后再将两者进行叠加。
  • 悬链线无铰拱在最不利荷载组合时，常出现拱脚负弯矩或拱顶正弯矩过大的情况，可从设计和施工上采取一些措施对拱圈内力分布进行调整，这些措施包括设计中采用假载法调整内力、改变拱轴线形调整内力，施工中设置千斤顶、临时铰调整内力等。
  • 拱桥的施工方法与拱桥的结构形式密切相关。一般分为有支架施工和无支架施工。采用有支架施工时，注意拱架变形、拱架卸落时间和卸落顺序对拱圈受力产生的影响；采用无支架施工时，注意拱圈（或拱段）的预制姿态、吊点位置的选择及架设过程中拱圈内力变化。
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图3-Z-1 第三篇学习内容概要

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