48m钢筋混凝土拱板桥静动力概述

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1、48m钢筋混凝土拱板桥静动力概述1绪论1.1拱板组合桥的发展桥梁是人类在生产和生活活动中，为了跨越障碍而建造的结构物。拱桥历史悠久[1-3]，具有造型优美、承载潜力大、经济适用等优点，被广泛应用于桥梁建设中。拱桥最早起源于石拱桥，每个有悠久历史的国家都保存有古老的石拱桥。中国石拱桥自东汉出现到赵州桥的建成，经过600余年的积累达到登峰造极的程度。随着生产力的发展，19世纪以后钢拱桥和钢筋混凝土拱桥相继出现。当时中国生产力落后，桥梁事业发展较为缓慢，到20世纪80年代才有钢筋混凝土拱桥诞生。万县长江大桥是目

2、前世界上跨度最大的钢筋混凝土拱桥，主跨420m，于1997建成通车，打破了南斯拉夫于1980年建成的克尔克桥390m的跨度记录。新材料的出现，计算理论和施工技术的进步都促进了拱桥结构体系及样式多样化的发展。未来将有更多轻型、美观的拱桥在世界范围内建成，为交通运输发挥重要作用。一座桥可以成为一道风景，尤其是城市桥梁，优美的造型能够发挥其凸显城市风格、美化环境的功能。本文所研究的对象是钢筋混凝土拱板组合桥，是一种将桥面板放置在拱结构之上的桥型。拱板组合桥以结构轻盈以及良好的建筑表现力著称。同时，该类桥型造价较

3、合理，竞争力较强[4]。..1.2拱板组合桥的静力特性研究拱结构在竖向荷载的作用下，拱脚处除了有竖向反力外，还产生水平推力，水平推力的存在使得拱圈产生轴向压力。水平推力的产生能够减小拱圈的弯矩，使拱圈成为压弯构件，使主拱圈的材料强度得以充分发挥，有利于增加拱圈的跨越能力。拱圈作为上部构件是主要受力部件，以承受压力为主。在设计中，通常采用抗拉性能差而抗压性能较好的圬工材料建造拱圈。针对拱板组合桥这一特殊的结构型式，国内外学者进行了较多的研究，并已取得了一些有价值的成果。研究结果表明，影响拱桥受力的一些主要因

4、素包括矢跨比、拱轴系数以及桥面板的约束条件等，这些因素对桥梁结构静、动力力学性能等均有影响[5]。顾安邦，孙国柱对拱式体系的受力性能进行了系统的分析，阐述了上承式拱桥、中下承式简单体系拱桥、桁架拱桥、刚架拱桥、拱梁组合桥的计算、设计和施工方法[7-8]。熊峰的研究结果表明：（1）拱轴系数变化对于拱圈轴力影响很小，随着拱轴系数的增大,拱圈各截面的内力逐渐增大,但增幅不大。（2）拱轴系数的变化对拱圈的面内弯矩影响较大。拱轴系数的较小变化,会导致弯矩的很大变化。（3）拱轴系数变化对于拱桥的面内反对称振动、面外对

5、称及反对称振动的影响很小。（4）拱轴系数变化对于拱桥的各阶面内对称振动的频率影响较大[9]。于淑兰的研究成果表明，无铰拱对整体温度变化和拱脚位移作用敏感，特别是水平位移，设计时应对其给予充分考虑。但并未给出各因素影响幅度[10]。向中富，顾安邦研究了桥面与拱上立柱对拱圈横向稳定性的影响，研究结果表明影响大小取决于拱肋、立柱和桥面的连接方式以及桥面和立柱的侧向抗弯刚度。对于上承式拱，提高桥面与立柱侧向抗弯刚度可以增加其横向稳定性，提高立柱侧向抗弯刚度的效果更明显[11]。2拱板组合桥静力分析2.1上承式空腹

6、拱板桥计算原理空腹式拱桥结构的自重可视为主拱圈和通过腹孔墩传下来的集中力两部分的组成。集中力的存在使得拱的结构自重压力线是一条在集中力作用下有转折的曲线。在空腹式拱桥设计时，因悬链线拱受力性能较好，又有完整的计算表格可供利用，所以多用悬链线作为拱轴线。一般采用五点重合法确定悬链线拱轴线的拱轴系数m，拱轴系数的计算方法如下：拱轴线与压力线偏离会在主拱圈中产生附加内力-弹性中心赘余力。采用五点重合法确定的拱轴线在拱顶、两L/4点和两拱脚五点与三铰拱的结构自重压力线重合，与无铰拱结构自重压力线并不会五点重合。研

7、究证明，在空腹式拱桥计算中，采用五点重合法得到的拱轴曲线，偏离弯矩对拱顶截面和拱脚截面均有利。工程计算中，常近似采用抛物线形式。..2.2静力分析本文以一座敞肩式拱板组合板桥为研究对象，如图2.2所示。该桥主体结构为单跨拱板组合桥，桥梁总长为85m，全宽27.75m。桥梁横向布置为：0.5m栏杆+4.7m人行道+4.5m非机动车道+1.8m绿化带+15.75m机动车道+0.5m防撞护栏组成。主拱圈作为拱板组合桥主要承重构件，本桥梁主拱圈采用无铰箱型拱的结构形式，主拱圈与拱上立柱之间采用刚性连接。主拱圈计算

8、跨径l=48m，计算矢高f=6.857m，矢跨比f/l=1/7，拱圈厚度1.3m。拱轴线采用2次抛物线，拱结构横截面和纵向截面图如图2.3所示。拱上桥跨结构采用钢筋混凝土预制空心板,空心板连续。下部结构采用柱式墩，桥台采用钻孔灌注桩基础。下部结构尺寸见图2.2所示。结合工程实例，本桥共有四个钻孔，中间两个孔钻探深度为40m，两侧边孔钻探深度为30m。地层总体上部Q2壤土厚0.7～2.5m，下部为0.2m灰岩夹含碎石粘土。其中灰