1、拱橋的設(shè)計(jì)原那么及計(jì)算分析 拱橋的設(shè)計(jì)原那么及計(jì)算分析 【摘 要】拱橋是我國(guó)城市橋梁上使用很廣的一種橋型。拱橋和梁橋的區(qū)別不僅在于外形，更重要的在于受力性能方面的不同。在自重和豎向活荷載作用下，梁在支撐處將僅受到豎向反力作用，而拱橋在豎向荷載作用下，支撐處將同時(shí)承受水平和豎向反力。拱承受的彎矩將比同跨徑的梁橋小很多，拱圈主要承受軸向壓力。這樣拱橋不僅可以充分利用鋼材的抗拉性能，也可以充分發(fā)揮混凝土抗壓性能好的特性。 【關(guān)鍵詞】拱橋；拱肋； 1、引言 橋梁是市政工程建設(shè)中的重要構(gòu)成局部，是城市路網(wǎng)建設(shè)的關(guān)鍵控制點(diǎn)，在當(dāng)前城市交通迅速開(kāi)展以及對(duì)城市橋梁景觀要求越來(lái)越高的情況下，普通的梁橋已經(jīng)不能滿

2、足城市橋梁開(kāi)展的需要了。拱橋作為景觀和受力都比擬好的一種橋型，在城市橋梁中得到了廣泛的運(yùn)用。 2、拱橋的設(shè)計(jì)原那么 2.1拱橋的組成和類型 拱橋的組成 拱橋和其他橋梁一致，也是由上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)兩大局部組成。拱橋的主要承重構(gòu)件是拱圈，拱圈在橫橋向有整體式和別離式兩種。根據(jù)橋面系在拱橋上部結(jié)構(gòu)立面上的位置，拱橋可以分為：上承式、中承式、下承式。上承式拱橋的橋面在拱圈之上，橋面板和拱圈之間通過(guò)傳力構(gòu)件或填充物過(guò)度形成平順的橋面；中承式的橋面板在拱圈立面的中部，通過(guò)橫梁處的吊桿和立柱將荷載傳遞到拱肋；下承式拱橋的拱圈由別離拱肋組成，拱肋立面的底部均由吊桿懸吊在拱肋上。 拱橋的類型 拱橋的開(kāi)展歷史長(zhǎng)

3、，使用廣泛，形式多樣、構(gòu)造各有差異，可以按照不同的方式將拱橋分類。 按照拱圈與橋面結(jié)構(gòu)聯(lián)接構(gòu)造的方式，可以把拱橋分為簡(jiǎn)單體系拱橋和組合體系拱橋兩大類。簡(jiǎn)單體系拱橋按照不同的靜力圖式又可以分為：三餃拱、無(wú)餃拱和兩餃拱；組合體系拱橋根據(jù)不同的組合方式及受力特點(diǎn)又可分為無(wú)推力的和有推力的外部靜定和超靜定的。 拱圈的橫截面形式最常用的有以下幾種：板拱、肋板拱、雙曲拱、箱型拱等形式。 2.2 拱橋的計(jì)算過(guò)程分析 設(shè)計(jì)高程確實(shí)定 拱橋設(shè)計(jì)高程的控制因素主要有以下四方面：橋面高程、跨中底面高程、起拱線高程、根底底面高程。橋面高程需要同時(shí)滿足拱橋兩岸的順接和橋下的泄洪或通行要求。 失跨比確實(shí)定 拱橋的矢跨比是

4、拱橋設(shè)計(jì)的主要參數(shù)之一，它的大小直接影響了拱橋的構(gòu)造形式、拱圈內(nèi)力大小和施工方法的選擇。拱腳的水平推力與矢跨比呈反比關(guān)系。矢跨比的選擇應(yīng)該綜合考慮彈性壓縮、溫度變化、混凝土收縮徐變等因素，另外矢跨比與拱橋的外形是否美觀，與周圍的建筑是否協(xié)調(diào)也有很大的關(guān)系。因此矢跨比不能隨意選定。對(duì)于簡(jiǎn)單體系的石、混凝土拱橋矢跨比一般為1/41/8。組合式拱橋矢跨比一般為1/51/10，或者更小一些，但一般不小于1/12。 拱橋體系確實(shí)定 拱橋體系從大的方面可以分為簡(jiǎn)單體系和組合體系兩大類，這兩個(gè)體系的拱橋不僅在受力和構(gòu)造方面有差異，在造價(jià)和施工方法等方面也有很大的差異。經(jīng)濟(jì)合理是拱橋體系選擇的一個(gè)根本原那么，

5、并因地制宜選用當(dāng)?shù)亟ú模叩燃?jí)道路橋梁也應(yīng)依橋位處的環(huán)境，選擇適宜的體系。在特定的橋位環(huán)境下，拱橋體系的選擇還應(yīng)考慮維護(hù)的簡(jiǎn)便性和經(jīng)濟(jì)性。 拱橋結(jié)構(gòu)類型確定 簡(jiǎn)單體系拱橋：在地基差的地區(qū)，一般可選擇采用二鉸拱結(jié)構(gòu)，因其能適應(yīng)不良地基引起的墩臺(tái)不均勻沉降。對(duì)于平原地區(qū)的城市橋梁，橋面標(biāo)高是需要嚴(yán)格控制的，采用中承式或下承式可降低建筑高度，并提供比擬大的橋下空間。 拱軸線確實(shí)定 選擇適宜的拱軸線是確保拱橋經(jīng)濟(jì)性和合理性的重要因素，拱軸線的選擇原那么是盡量降低荷載產(chǎn)生的彎矩，最理想的拱軸線是拱上荷載作用下的壓力線與拱軸線重合。一般說(shuō)來(lái)，拱軸線的選擇應(yīng)滿足以下幾方面：盡量減小主拱截面的彎矩，盡量減小截

6、面的拉應(yīng)力，線性美觀、施工方便。 目前我國(guó)拱橋常采用的拱軸線形式有：圓弧線、懸鏈線、拋物線。圓弧線常用于1520米以下的小跨徑拱橋。實(shí)腹式拱橋一般采用懸鏈線作為拱軸線，在恒載作用下，拱圈將只承受壓力而無(wú)彎矩。中承式、下承式及組合體系拱橋一般采用二次拋物線作為拱軸線。 拱橋計(jì)算 1、一般跨徑拱橋，滿足彈性理論根本假定，可采用有限元方法計(jì)算。 2、對(duì)于大跨徑拱橋，應(yīng)計(jì)入幾何非線性的影響。 3、拱橋計(jì)算應(yīng)考慮施工過(guò)程對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力狀態(tài)的影響。 4、應(yīng)考慮根底變位、溫度變化、水浮力、橫向風(fēng)荷載等對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。 5、將空間吊桿簡(jiǎn)化為平面結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，應(yīng)考慮吊桿力變化的影響。 6、除對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行總體荷載效應(yīng)分析外

7、，還應(yīng)對(duì)拱橋的一些特殊部位進(jìn)行局局部析。 施工階段計(jì)算 1、拱橋施工工藝復(fù)雜多變，在施工過(guò)程中應(yīng)該對(duì)重要節(jié)點(diǎn)及各種體系轉(zhuǎn)化進(jìn)行平安性驗(yàn)算，各個(gè)施工階段的計(jì)算模型應(yīng)與施工過(guò)程的劃分保持一致。 2、施工階段計(jì)算內(nèi)容包括：拱橋內(nèi)力，拱橋截面的應(yīng)力、位移，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，必要時(shí)還應(yīng)考慮非線性影響。 3、拱橋預(yù)拱度設(shè)計(jì)應(yīng)考慮施工過(guò)程對(duì)結(jié)構(gòu)變形的影響，并考慮拱腳變位對(duì)拱軸線的影響及1/2汽車荷載的豎向撓度。 拱橋抗震計(jì)算 1、拱橋應(yīng)按照E1和E2兩級(jí)抗震設(shè)防。 2、大跨徑拱橋的地震反響分析應(yīng)該采用時(shí)程分析和反響譜法。 3、大跨度拱橋應(yīng)采用對(duì)稱的結(jié)構(gòu)形式，上下部結(jié)構(gòu)之間的連接構(gòu)造應(yīng)均勻?qū)ΨQ。 4、地震反響分析時(shí)，采用的計(jì)算模型應(yīng)真實(shí)模擬橋梁結(jié)構(gòu)的剛度、質(zhì)量分布及邊界條件。 拱橋的主要構(gòu)件強(qiáng)度驗(yàn)算 1、應(yīng)該對(duì)拱肋、主梁、橋面板體系進(jìn)行施工過(guò)程及成橋狀態(tài)下正常使用階段的強(qiáng)度驗(yàn)算。 2、混凝土橋面板和拱座等構(gòu)件的截面強(qiáng)度需要符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。 3、吊桿、水平拉索運(yùn)營(yíng)狀態(tài)的平安系數(shù)不應(yīng)小于2.2，施工階段最不利狀態(tài)的平安系數(shù)不小于2.0。 4、對(duì)主梁、吊桿、拱肋還應(yīng)該進(jìn)行疲勞應(yīng)力計(jì)算。 5、拱橋根底計(jì)算除了結(jié)構(gòu)自重、活載，還應(yīng)計(jì)入墩、拱座施工偏心，施工全過(guò)程最不利不平衡水平力和恒向荷載對(duì)根底的影響，同時(shí)也應(yīng)考慮上部結(jié)構(gòu)對(duì)根底產(chǎn)生的二