混凝土拱桥—拱桥的计算-第三章拱轴线的选择(2011[1].5.8).ppt

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1、道路班桥梁工程2012年5月王连华第三篇混凝土拱桥一、概述二、拱轴线的选择与确定三、拱桥内力计算四、主拱验算第三章拱桥的计算拱桥的计算1.联合作用一、概述定义：荷载作用下拱上建筑参与主拱圈共同受力与拱上建筑构造形式及施工程序有关；与拱上建筑和主拱圈相对刚度有关，拱式拱上建筑联合作用较大，梁式拱上建筑较小；主拱圈不计联合作用的计算偏于安全，但拱上结构不安全；特点：为简化分析，拱上建筑与主拱的联合作用，一般偏安全不去考虑拱桥的计算2.活载横向分布一、概述定义：在横桥方向，活载作用在桥面上使主拱截面应力不均匀的现象与拱桥横向构造型式有关；不同主拱截面受活载横向

2、分布的影响不同特点：对板拱、箱拱，忽略活载横向分布的影响，活载由主拱全宽均匀承担；对于肋拱、桁架拱、刚架拱以及桥梁恒载横向分布不均匀，必须考虑横向分布的影响。处理方式：拱桥的计算拱轴线方程的建立拱的内力分析和强度、刚度、稳定验算施工阶段的内力分析：裸拱计算结构自重内力温度、收缩徐变拱脚变位汽车和人群荷载内力主拱验算上承式中下承式其他拱肋横向稳定性吊杆计算桥面系计算桁架拱刚架拱钢管混凝土拱系杆拱拱结构静力有限元分析拱桥的计算3.计算内容一、概述拱桥的计算1.拱轴线的选择二、拱轴线的选择与确定影响着拱圈的内力分布及截面应力的大小与结构的耐久性、经济性和施工有

3、关特点:选择原则尽可能降低由于荷载产生的弯矩数值。最理想的拱轴线是与拱上各种荷载作用下的压力线相吻合压力线：荷载作用下拱截面上弯矩为零的截面合内力作用点的连线恒载压力线：恒载作用下截面弯矩为零的截面合内力作用点的连线合理拱轴线：拱截面上各点为受压应力，尽量趋于均匀分布，能充分发挥圬工材料良好的抗压性能理想拱轴线：与各种荷载压力线重合的拱轴线各种荷载压力线：各种荷载作用下截面弯矩为零的截面合内力作用点的连线常用的拱轴线型圆弧线线型最简单，施工最方便。截面受力不够均匀。常用于15~20m以下的小跨径拱桥或者大跨径的预制装配式钢筋混凝土拱桥。悬链线抛物线在竖向

4、均布荷载作用下，合理拱轴线是二次抛物线。空腹式拱桥(矢跨比较小)，桁架拱和刚架拱，采用二次抛物线作为拱轴线。实腹式拱桥的压力线是悬链线。当不计拱圈弹性压缩影响时，只承受中心压力而无弯矩。悬链线是目前我国大、中跨径拱桥采用最普遍的拱轴线型。拱桥的计算二、拱轴线的选择与确定1.圆弧线圆弧形拱轴线是对应于同一深度静水压力下的压力线，与实际的恒载压力线有偏离。常用的拱轴线型拱桥的计算二、拱轴线的选择与确定圆弧线拱轴线线形简单，全拱曲率相同，施工方便：已知f,l时，利用上述关系计算各种几何量在一些大跨径拱桥中，也采用高次抛物线作为拱轴线，例如KRK大桥采用了三次抛

5、物线。2.抛物线常用的拱轴线型拱桥的计算二、拱轴线的选择与确定在均匀荷载作用下，拱的合理拱轴线的二次抛物线，适宜于恒载分布比较均匀的拱桥，拱轴线方程为3.悬链线常用的拱轴线型拱桥的计算二、拱轴线的选择与确定实腹式拱桥的恒载集度是由拱顶到拱脚连续分布、逐渐增大的，恒载压力线是悬链线。空腹式拱桥恒载的变化不是连续的函数，如果要与压力线重合，则拱轴线非常复杂。五点重合法：使拱轴线和压力线在拱脚、拱顶和1/4点重合来选择悬链线拱轴线的方法目前大中跨径的拱桥都普遍采用悬链线拱轴线形，采用悬链线拱轴线对空腹式拱桥主拱受力是有利的(1)拱轴方程的建立（1）坐标系的建立

6、：拱顶为原点，y1向下为正；（2）对主拱的受力分析拱轴方程的建立二、拱轴线的选择与确定拱的跨径和矢高确定后，拱轴线坐标取决于m，各种不同m，所对应的拱轴坐标可由《拱桥（上）》查出拱轴方程的建立二、拱轴线的选择与确定思考题：拱在什么荷载作用下的合理拱轴线是圆弧线？如何推导？(2)拱轴系数的确定分别为拱顶填料、主拱圈和拱腹填料的容重；分别为拱顶填料厚度、主拱圈厚度、拱脚拱腹填料厚度及拱脚处拱轴线水平倾角。实腹式拱桥拱轴系数拱轴系数的确定二、拱轴线的选择与确定确定拱轴系数的步骤：假定m从《拱桥（上）》附录III表(III)-20查由(3-3-5)式计算新的m若

7、计算的m和假定m相差较远，则再次计算m值直到前后两次计算接近为止。拱轴系数的确定二、拱轴线的选择与确定实腹式拱桥设：为拱顶荷载集度,任意截面荷载集度求：合理拱轴线及恒载水平推力（不计弹性压缩）为拱脚荷载集度.空腹式拱桥拱轴系数的确定拱轴线变化：空腹式拱中桥跨结构恒载分为两部分：分布恒载和集中恒载。恒载压力线不是悬链线，也不是一条光滑曲线。五点重合法：使悬链线拱轴线接近其恒载压力线，即要求拱轴线在全拱有5点（拱顶、拱脚和1/4点）与其三铰拱恒载压力线重合。(2)拱轴系数的确定二、拱轴线的选择与确定拱轴系数的确定五点弯矩为零的条件：只有轴力#2、拱脚弯矩为零

8、：#3、1/4点弯矩为零：#4、主拱圈恒载的#1、拱顶弯矩为零条件：可由《拱桥（