拱桥荷载受力计算.ppt

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1、第二章上承式拱桥第一节上承式拱桥的设计与构造第二节上承式拱桥的施工第三节拱桥的计算1、拱桥计算主要内容（1）成桥状态（恒载和活载作用）的强度、刚度、稳定性验算及必要的动力计算；（2）施工阶段结构受力计算和验算；2、联合作用：荷载作用下拱上建筑参与主拱圈共同受力；（1）联合作用与拱上建筑构造形式及施工程序有关；（2）联合作用大小与拱上建筑和主拱圈相对刚度有关，通常拱式拱上建筑联合作用较大，梁式拱上建筑较小；（3）主拱圈计算不计联合作用偏于安全；3、活载横向分布：活载作用在桥面上使主拱截面应力不均匀的现象。在板拱情况下常常不计荷载横向分布，认为主拱圈全宽均匀承担荷载

2、。4、计算方法：手算和程序计算。第三节拱桥计算一、拱轴线的选择与确定二、确定拱轴系数三、主拱圈弹性中心及弹性压缩系数计算四、主拱圈截面内力计算五、主拱圈正截面强度验算六、主拱圈稳定性验算七、主拱圈裸拱强度和稳定性验算八、主拱圈应力调整2.3.1拱轴线的选择与确定拱轴线的形状直接影响主拱截面内力大小与分布。1、相关概念：压力线：荷载作用下拱截面上弯矩为零（全截面受压）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；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；理想拱轴线：与各种荷载压力线重合的

3、拱轴线；合理拱轴线：拱圈截面上各点均为受压应力，尽量趋于均匀分布，能充分发挥圬工材料良好的抗压性能；选择拱轴线的原则：尽量降低荷载弯矩值；考虑拱轴线外形与施工简便等因素。选择原则：尽可能降低荷载弯矩值三种拱轴线形：（1）圆弧线----15m-20m石拱桥、拱式腹拱（2）抛物线----轻型拱桥或中承式拱桥（3）悬链线----最常用的拱轴线2、圆弧线（1）圆弧线拱轴线线形简单，全拱曲率相同，施工方便：（2）已知f、l时，利用上述关系计算各种几何量。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。3、抛物线（1）在均匀荷载作用下，拱的合理拱轴

4、线是二次抛物线，适宜于恒载分布比较均匀的拱桥，拱轴线方程为：（2）在一些大跨径拱桥中，也采用高次抛物线作为拱轴线。4、悬链线（1）实腹式拱桥的恒载集度由拱顶到拱脚是连续分布、逐渐增大的，其恒载压力线是一条悬链线。（2）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。（3）悬链线方程为：五点重合法：使拱轴线和恒载压力线在两拱脚、拱顶和两1/4点重合来选择悬链线拱轴线的方法。由于空腹式拱桥恒载的变化不是连续的，即使做到拱轴线和恒载压力线五点重合,也不能保证其余各点重合.通常压力线在L/8处偏低,在3L/8处偏高,偏离的绝对值以L/8附近较大

5、。为使恒载压力线同拱轴线吻合度更好，可调整拱上结构重力及其分布状况，充分注意减少空腹段恒载的离散度；或者另外选择一条悬链线作拱轴线，使压力线同拱轴线在两拱脚、拱顶三点重合，允许在L/4点略有偏离，而在全拱范围内压力线同拱轴线更加接近。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。拱轴线和恒载压力线拱的跨径和矢高确定后，拱轴线坐标取决于m，各种不同的m，所对应的拱轴坐标可由《拱桥》（上）第575页附录III表(III)-1查出。悬链线方程：第三节拱桥计算一、拱轴线的选择与确定二、确定拱轴系数三、主拱圈弹性中心及弹性压

6、缩系数计算四、主拱圈截面内力计算五、主拱圈正截面强度验算六、主拱圈稳定性验算七、主拱圈裸拱强度和稳定性验算八、主拱圈应力调整2.3.2拱轴系数的确定1、实腹式拱桥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。拱顶拱脚拱轴系数1）确定拱轴系数的步骤：（1）假定m（2）从《拱桥（上）》第1000页附录III表(III)-20查（3）由公式计算新的m′（4）若计算的m′和假定m相差较远，则再次计算m′值（5）直到前后两次计算接近(相差半级)为止。2、空腹式拱桥拱轴系数的确定拱轴线

7、变化：空腹式拱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。1）五点弯矩为零的条件：（1）拱顶弯矩为零条件：，只有轴力（2）拱脚弯矩为零：（3）1/4点弯矩为零：（4）主拱圈恒载的可由《拱桥（上）》第988页附录III表(III)-19查得。2）拱轴系数的确定步骤：（1）假定拱轴系数m（2）布置拱上建筑，求出（3）利用（1-2-24）和（1-2-27）联立解出m为（4）若计算m与假定m不符，则以计算m作为假

8、定值m重新计算，直到两者