桥梁工程网上辅导材料7

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1、桥梁工程网上辅导材料1第4章第3节拱桥设计【教学基本要求】1．了解拱矢度对拱桥的影响。2．理解平衡推力的措施。3．掌握拱轴线型合理选择的基本原理。4．了解合理拱轴的推导。【学　习　重　点】1．合理拱轴的概念。2．合理拱轴相对性原因。3．悬链线拱轴的选用机理与试算方法。4．掌握各种拱桥的合理拱轴线型。【内容提要和学习指导】一、矢跨比（拱矢度）与平衡推力措施在拱桥设计中，拱桥的总体布置是否合理至为重要，应按照适用、经济、安全、美观的设计总原则，综合考虑桥址自然状况、结构类型特点、施工条件和有关使用要求，通过技术经济比较

2、来确定。（一）拱矢度拱矢度是拱桥设计的重要参数，它不仅决定拱桥外形的陡坦能否与桥址景观相协调，而且直接影响主拱的受力与施工的难易。所以首先要明白拱矢度对拱桥的影响。1.Hg随拱矢度的变化对常用的悬链线无铰拱桥，其恒栽推力与垂直反力的比值Hg/Vg随拱矢度（f/L）的变化:f/L越小,Hg越大，对基础产生的力矩越大，对下部结构越不利，但桥面标高下降，两岸引道工程量越省而长度越短。2.附加内力主拱因温度变化、混凝土收缩和拱脚变位等附加因素所产生的附加内力将恶化主拱受力，它随f/L的减小而加大，当f/L<1/8后附加内力

3、增加显著。3.稳定性主拱视为受压曲杆，其稳定性当f/L过大或过小时均不利。因f/L过小，Hg8显著加大；而f/L过大，则主拱受压计算长度明显加大。4.连拱作用这主要是针对对多跨拱桥而言。由于桥墩结构非绝对刚体，从而引致变形与内力由荷载孔向非荷载孔逐次传递。考虑连拱作用，对主拱因增加拱脚变位所生的附加内力而不利，对下部结构因计及推力在各墩的传布分配而显得有利。根据分析，连拱作用的影响程度系随f/L的减小而加大。5.施工当f/L过大时，主拱拱脚段过陡，无论砌筑圬工或浇筑混凝土都带来困难。6.对桁架拱与刚架拱，减小f/L

4、，将使腹杆长度减短，拱片刚度加强，对拱桥是有利的。所以说，拱桥拱矢度应因地制宜，针对不同桥型，综合考虑拱桥上、下部结构和两岸引道的综合技术经济合理性来决定。(二)平衡推力措施多跨拱桥应尽可能采用等跨同型方案，以方便施工与缩短工期，且使各墩恒载推力Hg平衡，设计时仅考虑比Hg小很多的活载单向推力Hp，桥墩与基础受力负担显著减轻。考虑平战结合需要，为避免战时一孔毁坏而出现恒载单向推力Hg使全桥逐孔连锁倒毁，我国公路桥规规定每隔3～5孔应设置能抵抗Hg单向作用的加强墩。如果桥下河槽与河滩部分地形、地质、水文等自然条件差异

5、较大或有通航、桥梁美学等特殊要求时，可考虑采用分段等跨或不等跨分孔。这时，不等跨拱桥的各桥墩和分段等跨拱桥的分界墩，由于相邻孔不等跨而恒载推力不等使桥墩和基础增加了不平衡恒载推力的负担。所以，为节约材料和造价，改善其受力条件，就必须采取适当的平衡推力措施。因为水平推力与荷载强度、跨径、拱矢度有关，故平衡推力措施有：1.调整拱上恒载重量大跨径孔用轻质填料（或无填料）和空腹式拱上建筑，小跨径孔用重填料和实腹式拱上建筑；2.采用不同矢跨比当跨径一定时，推力大小与拱矢度成反比，所以大跨用矢跨比较大的陡拱，小跨用矢跨比较小的

6、坦拱；3.拱脚不同标高大跨拱脚降低，减小其推力对基底的力臂，小跨拱脚抬高，增大其推力对基底的力臂，从而使两者对基底的力矩得到平衡。8上述几种措施设计时可综合应用，但前两种是平衡推力本身，第三种则是平衡推力对基底的力矩，且对桥型外观的影响不佳。如仍达不到完全平衡推力作用的效果，则需设计体型不对称或加大截面尺寸的桥墩和基础来解决。二、主拱拱轴线型选择拱轴线的形状不仅直接影响主拱的内力分布和截面应力的大小（拱圈承载能力），而且对拱桥的经济合理性、结构耐久性（开裂影响）和施工安全性都关系密切，所以主拱拱轴线型的合理选择是拱

7、桥设计的关键所在。(一)合理拱轴概念1.荷载压力线以三铰拱为研究对象：1)荷载压力线的形状随荷载作用情况的变化而变化，换言之，一种荷载作用情况必有一条特定的荷载压力线与之对应；2)拱任一截面的三个内力可由RD完全确定：cosαsinα（4-3-1）3)由公式（4-3-1）可知，当拱任一截面的拱轴线与荷载压力线间偏距e越大，则该截面的弯矩越大。2.合理拱轴的相对性最理想的拱轴线是使外荷载作用下的主拱任一截面只有轴向力，而无弯矩与剪力，即处于纯压状态，截面压应力分布均匀。但在桥梁工程实践中，绝对合理的拱轴是找不到的。原

8、因在于：(1)主拱总荷载是恒载和活载的组合，由于活载（车辆、行人）的频繁变动，总荷载将随时发生变化，因此，以一条选定的拱轴线去适应频繁变化的荷载压力线是不可能的；(2)主拱并非绝对刚体，承载后将发生变形，变形后的实际拱轴线将偏离原来设计位置，即使是与设计拱轴线相适应的荷载作用下，主拱截面也将出现弯矩。所以只能找到相对合理拱轴。由于恒载不变，且在主拱总承载所占