拱桥设计计算内容及方法

 拱桥设计计算内容及方法

拱桥实用计算——计算内容

需要计算的部位：

主拱、拱上建筑；

组合体系拱：主拱圈、系梁、吊杆 ；

桁架拱：上下弦杆、斜杆；

主要荷载：

结构重力、预应力、活载、常年及日照温差、拱脚水平位移推力；

计算项目：

主拱强度设计、验算；

拱上建筑强度设计、验算；

系梁、吊杆强度设计、验算；

横梁、桥面板强度设计、验算；

主拱稳定性验算；

主拱变形计算、预拱度计算；

关键局部应力验算；

主拱内力调整计算。

拱桥实用计算——计算方法

合理拱轴线：

按照拱轴线的形状直接影响主拱截面内力大小、分布的原则选取拱轴线。尽可能降

低由于荷载产生的弯矩值，使拱轴线与拱上各种荷载的压力线相吻合，也就是合理拱轴线。

有推力主拱自重内力：

无支架施工拱桥：按实际结构尺寸计算恒载集度，按施工方法确定各种荷载作用的体系与截面。

有支架施工拱桥：按一次落架计算，常采用弹性中心法。

有推力拱活载内力:

利用弹性中心法公式查表计算，利用影响线加载计算。多肋式主拱以及拱上建筑为

排架的双曲拱必须考虑横向分布作用，箱形截面应作箱梁应力析。

有推力拱温差及拱脚水平位移内力：

利用弹性中心法公式查表计算，或利用有限元结构计算程序进行。

拱上建筑计算：

进行拱上建筑的计算时应该考虑联合作用的影响，否则是不安全的。

联合作用的计算必须与拱桥的施工程序相适应。若是在拱合拢后即拆架，然后再建拱上建筑，则拱与拱上建筑的自重及混凝土收缩影响的大部分仍有拱单独承受，只有后加的那部分恒载和活载及温度变化影响才由拱与拱上建筑共同承担；

如果拱架是在拱上建筑建成后才拆除，那么全部恒载和活载以及其它影响力可考虑都由拱与拱上建筑共同承受；

拱与拱上建筑的联合作用计算是解高次超静定问题，可以应用平面杆件系统程序进行计算。

组合体系拱桥恒载内力：

高次超静定结构必须采用有限元结构程序进行计算。

最优吊杆张拉力:通过吊杆张拉力和系梁内预应力大小的调整可以使主拱与系梁基本

处于受压状态。

组合体系拱活载内力计算：

采用影响线加载计算包络图，拱肋也必须用横向分布系数考虑车列的偏载。

桁架拱桥计算：

桁架拱桥是高次超静定结构，横载、活载以及各种次内力均必须采用有限元结构分

析程序计算。

活载计算必须考虑横向布系数。

纵向稳定验算：

细长比不大时纵向稳定性验算一般可表达为强度校核的形式，即将拱圈换算为相当

长度的压杆，按平均轴向力计算，以强度校核形式控制稳定。

细长比较大时可以按临界力控制稳定。

横向稳定验算：

板拱或肋拱可近似用矩形等截面抛物线双铰拱，在均布竖向荷载作用下的横向稳定

公式来计算临界轴向力。

有横向连接系的拱的横向稳定计算是一个较复杂的问题，通常可将拱展开成一个与拱轴等长的平面桁架，按组合压杆计算其稳定性。

主拱变形计算、预拱度计算：

一般验算拱顶挠度，拱顶挠度是由恒载和静活载（不记冲击力）产生的挠度，其值

不超过跨径的1/800；当用平板挂车或履带车时，上述值可增加20%。当恒载和静活载产生的拱顶挠度不超过跨度的1/1600 时，可以不设，预拱度的设置按照恒载加上1/2 的活载进行计算。

关键部位局部应力验算：

对拱脚、拱肋与系梁连接处，吊杆的吊点，横梁与系梁连接处，均应进行局部应力

分析。一般采用大型有限元程序结合模型试验进行。

主拱内力调整：

是指在不改变主拱截面的情况下采用各种方法来优化主拱的受力状态，主要的方法

有：

1.假载法调整悬链线拱的内力：当悬链线主拱某一控制截面的应力过大，而另一控制截面的应力有较大富余时，我们可调整拱轴线系数m，修正拱轴线；调整后的拱轴线即非恒载压力线，因此主拱截面在恒载作用下，即使不记入弹性压缩的影响，也要产生弯矩，用此弯矩来改善主拱截面的应力状态。

2、 临时铰法：修建主拱时，在拱顶和拱脚截面处设置铅板制作的临时铰，待成桥后将铰拆除。如果临时铰偏心安装则可能起到调整主拱内应力的作用，特别可消除混凝土收缩引起的附加内力。

3、 用千斤顶调整内力：将千斤顶平放在拱顶预留的空洞内，利用千斤顶对两半拱缓缓施加推力，使两半拱即分开又抬升。由于千斤顶施力时，拱被抬升使拱架易于卸出；同时拱桥基础立即产生的变形影响亦可消除；而调整千斤顶施力点的位置和加力的大小，即可达到调整主拱应力的目的。