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【拱桥的拼音】拱桥总体布置的技术探讨

来源:管理论文 时间:2019-04-09 点击: 推荐访问:简述拱桥的总体布置原则

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摘要:拱桥是最古老的一种桥型,造型优美,适应性强。其总体布置是否合理,不但影响桥梁的总造价,而且影响桥梁今后的使用、维护、管理。根据国内外已经建成拱桥的经验,文章从桥梁孔数、设计高程等方面对拱桥的设计进行分析,阐述总体布置时的方案选择。
  关键词:拱桥;总体布置;矢跨比
  中图分类号: U448 文献标识码: A 文章编号:
  1 序言
  拱桥因能将桥面系传来的压力转化为轴向压力,使主拱截面的材料强度得到充分发挥,故在我国公路桥上使用广泛。拱桥的总体布置应该按照适用、安全、经济和兼顾美观的原则进行设计。
  2桥梁孔数的确定
  当桥梁全长确定后,可根据桥址处的地形、地质情况,结合选用的结构体系和形式、施工条件,进一步确定选择单孔还是双孔。如采用多孔拱桥,如何进行分孔,是总体布置中一个比较重要的问题。
  如果跨越通航河流,在确定孔数与跨径时,首先需进行通航净空论证和防洪论证。分孔时,除应满足设计洪水通过的要求外,还应确定通航孔数;对于航道可能变迁的河流,必须设置几个通航的桥垮;对于非通航河段,桥孔划分按经济原则考虑;深水区或不良的地质地段,可将跨径加大;水下基础结构复杂、施工困难的地方,可考虑采用较大跨径;跨越峡谷、水流湍急宽阔的河道或水库时,建造大跨径桥梁比多孔小跨径经济合理;桥中,连孔数量大于等于4孔时,需设置单向推力墩,以防止一孔坍垮而引起全桥坍垮。此外,分孔时,还需注重整座桥的造型和美观。
  3 桥梁设计高程和矢跨比的确定
  3.1桥梁设计高程
  拱桥的高程有桥面高程、拱顶底面高程、起拱线高程、基础底面高程。这几项高程的合理确定,是拱桥总体布置中的另一个重要问题。
  3.1.1桥面高程
  桥面高程代表着建桥的高度,特别在平原地区,在相同纵坡的情况下,桥高会使两端的引桥或引道工程增加,将增加总造价。反之,如果桥修矮了,不但有被洪水冲毁的危险,而且影响桥下通航。故桥面高程必须综合考虑有关因素,正确合理地确定。
  建在山区河流上的拱桥,桥面高程一般由两岸线路的纵面设计所控制;对跨越平原区河流的拱桥,其桥面最小高度一般由桥下净空控制;对于通航河流,通航孔的最小桥面高度,应满足对不同航道等级所规定的桥下净空界限的要求;对于有淤泥的河床,桥下净空应适当加高。
  3.1.2拱顶底面的高程
  当桥面高程确定之后,由桥面高程减去拱顶的建筑高度,就是拱顶底面的高程。为保证漂浮物能通过,拱顶底面应高出设计洪水位1.0m。
  3.1.3起拱线高程
  为减小墩台基础底面的弯矩,节省墩台的工程量,起拱线高程一般宜设计成低拱脚,但对于有铰拱桥,拱脚需高出设计洪水位以上0.25m。当洪水带有大量漂浮物时,若拱上建筑采用立柱,宜提高起拱线高程,以防漂浮物对立柱的撞击。从美学角度来看,应避免就地起拱,使墩台露出地面一定高度。
  3.1.4基础底面的高程
  基础底面的高程主要根据冲刷深度、地基承载能力等因素确定。
  3.2矢跨比
  矢跨比是拱桥的一个特征数据,不但影响主拱圈内力、施工方法,而且影响拱桥的外形与周围景物的协调关系。
  拱的恒载水平推力Hg与垂直反力Vg之比值,随矢跨比的减小而增大。当矢跨比减小时,拱的推力增加。推力大,在主拱圈内产生的轴向力较大,对主拱圈本身的受力状况是有利的,但对墩台基础不利;矢跨比小,则弹性压缩、混凝土收缩和温度等附加内力均较大,对主拱圈不利。在多孔情况下,矢跨比小的连拱作用较矢跨比大的显著,对主拱圈也不利。然而矢跨比小却能增加桥下净空,降低桥面纵坡,对拱圈的砌筑和混凝土的浇筑比较方便。因此,在设计时,矢跨比的大小应经过综合比较。
  通常,对于砖、石、混凝土拱桥和双曲拱桥,矢跨比一般为1/4~1/8,不宜小于1/10;钢筋混凝土拱桥的矢跨比一般为1/5~1/10,但拱桥最小矢跨比不宜小于1/12。
  4不等跨分孔问题的处理
  多孔拱桥宜选用等跨分孔。在受地形、地质、通航等条件的限制,或引桥很长,考虑与桥面纵坡协调一致时,可以考虑用不等跨分孔的办法予以处理。不等跨拱桥,由于相邻孔的恒载推力不等,使桥墩和基础增加了恒载的不平衡推力。为减小这个不平衡推力,改善桥墩基础受力状况,可采用以下措施。
  4.1 采用不同的矢跨比
  由于跨径一定时,矢跨比与推力大小成反比,故在相邻两孔中可采用大跨径用较陡的拱(矢跨比较大),小跨径用较坦的拱(矢跨比较小)的方法,以尽量减小两相邻孔在恒载作用下的不平衡推力。
  4.2 采用不同的拱脚高程
  降低大跨径孔的拱脚,使两相邻孔的拱脚高程不在同一水平线上,从而减小大跨径孔拱脚水平推力对基底的力臂,使大跨与小跨的恒载水平推力对基底产生的弯矩得到平衡。
  4.3 调整拱上建筑的自重
  大跨径用轻质的拱上填料或采用空腹式拱上建筑,小跨径用重质的拱上填料或采用实腹式拱上建筑,用增加小跨径拱的恒载来增大恒载的水平推力。
  4.4 采用不同类型的拱跨结构
  小跨径常用板拱结构,大跨径用分离式肋拱结构,用减轻大跨径拱的恒载来减小恒载的水平推力。有时,为了进一步减小大跨径拱的恒载水平推力,可加大大跨径拱肋的矢高,而做成中承式肋拱桥梁。
  在设计时,也可以将以上几种措施同时采用。如果仍不能达到完全平衡推力的目的,则设计成体型不对称或加大桥墩和基础的尺寸加以解决。
  5 拱桥体系、结构类型和拱轴线的选择
  5.1拱桥体系的选择
  拱桥可分为两大体系,既简单体系拱桥与组合体系拱桥。总体设计应在已知桥位自然条件、通航要求、分孔及道路等级等情况下,从经济合理性、技术可行性、耐久实用性等方面进行分析选择。
  5.2结构类型的选择
   对于简单体系拱桥,因无铰拱结构钢度大、受力好而作为首选;在地基较差地区考虑采用两铰拱结构,以适应不良地基引起的墩台不均匀沉降、水平位移及转动;因拱顶铰结构复杂、施工困难及整体刚度差,故极少采用三铰拱结构。
  5.3拱轴线的选择
   一般来说,拱桥拱轴线的选择应满足以下要求:尽量减小主拱截面的弯矩,并使其在温度、混凝土收缩、徐变等影响下各主要截面的应力相差不大;对于无支架施工的拱桥,应能满足各施工阶段的应力要求,并尽可能减少或不用临时性施工措施;线型美观,且便于施工。目前,我国拱桥常用的拱轴线形有以下几种。
  5.3.1 圆弧线
   圆弧形简单,施工最方便,易与掌控。但圆弧线拱轴线与恒载压力线偏离较大,拱圈各截面受力不均匀。因此常用于20m以下的小跨径拱桥。少量的大跨预制装配式钢筋混凝土拱桥,也有采用圆弧形拱轴线。
  5.3.2 悬链线
   实复式拱桥拱圈的恒载压力线是一条悬链线,因此实腹式拱桥采用悬链线作为拱轴线。在恒载作用下,当不计拱圈弹性压缩影响时,拱圈截面只承受轴向力而无弯矩。
   空腹式拱桥拱圈的恒载压力线是一条有转折点的多段曲线。与悬链线有偏离,但此偏离对主拱控制截面的受力有利,而悬链线拱轴对各种空腹式拱上建筑的适应性较强,并有一套完备的计算图表,因此,空腹式拱桥也广泛采用悬链线作为拱轴线。悬链线是目前我国大、中跨径拱桥采用最普遍的拱轴线形式。
  5.3.3 抛物线
   在竖向均布荷载作用下,拱的压力线是二次抛物线。对于恒载集度比较接近均匀的拱桥,往往可以采用二次抛物线作为拱轴线。而有些大跨径拱桥,由于拱上建筑布置的特殊性,为了使拱轴线尽可能与恒载压力线相吻合,也可采用高次抛物线作为拱轴线。
   一般情况下,上承式小跨径拱桥可采用实腹圆弧拱或实腹悬链线拱;大、中跨径上承式拱桥,往往可以采用空腹式悬链线拱;轻型拱桥、失跨比较小的大跨径上承式拱桥、中承式和下承式拱桥及各种组合式拱桥,可采用抛物线或悬链线。在特殊条件下,也可采用压力线的拟合曲线作为拱轴线。
  6 结束语
   拱桥的总体布置在桥梁的设计中具有十分重要的作用,是衡量桥梁设计好坏的重要标准。只有结合多方面因素进行考虑,桥梁的经济性、美观性、安全性、实用性才能完美融合。
  
  参考文献:
  [1]顾安邦,向中富.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社,2012.
  [2]中华人民共和国行业标准.JTG D60—2004公路桥涵设计通用规范. 北京:人民交通出版社,2004.
  [3]中华人民共和国行业标准.JTG D61—2005公路圬工桥涵设计规范. 北京:人民交通出版社,2005.
  
  [作者简介]
  杨鹏(1990-),男,四川巴中,四川农业大学城乡建设学院,研究方向为桥梁工程。

本文来源:http://www.acandnoa.com/gl/57623/

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