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        桁架拱橋的構(gòu)造特點(diǎn)

        2012-10-16 03:14:24
        黑龍江交通科技 2012年3期
        關(guān)鍵詞:豎桿桿式斜桿

        楊 儉

        (貴州省交通建設(shè)咨詢監(jiān)理有限公司)

        桁架拱橋又稱拱形桁架橋。桁架拱橋一般由上、下弦桿、腹桿、實(shí)腹段組成的桁架拱片,橫向連接系和橋面三部分組成。桁架拱橋布置如圖1所示。

        圖1 桁架拱橋立面布置圖

        桁架拱橋的拱上結(jié)構(gòu)與拱肋融為一體共同受力,整體性好。桁架部分各桿件主要承受軸向力,具有普通桁架的受力特點(diǎn)。實(shí)腹段具有拱的受力特點(diǎn):水平推力減小了跨中彎矩,使跨中實(shí)腹段在恒載作用下,主要承受軸向壓力;在活載作用下,跨中實(shí)腹段將承受彎矩,成為偏心受壓構(gòu)件。桁架拱橋綜合了桁架和拱的有利因素,以承受軸向力為主,可采用圬工材料修建,并能充分發(fā)揮圬工材料的特性。同時(shí),拱上結(jié)構(gòu)與拱肋已形成桁架,能充分發(fā)揮全截面材料的作用,與相同跨徑梁橋相比,節(jié)省鋼材較多,圬工用量與梁橋接近,但比同等跨徑拱橋要少。另外,由于桁架拱外部通常采用兩鉸結(jié)構(gòu),因而地基位移、溫度變化等產(chǎn)生的附加內(nèi)力較小。桁架拱橋受力合理,自重輕、用料少,適合軟土地基上采用。

        桁架拱各節(jié)點(diǎn)均為剛性連接,由于節(jié)點(diǎn)的次應(yīng)力容易導(dǎo)致桿件兩端開裂,影口向桁架拱的耐久性;桁架拱是推力結(jié)構(gòu),支點(diǎn)反力大,對(duì)地基有一定的要求;桁架拱一般采用預(yù)制安裝,預(yù)制和安裝中對(duì)施工工藝要求較高等。因此,桁架拱橋的應(yīng)用范圍以20~50 m的中等跨徑為宜。但是,如果對(duì)桁架拱施加預(yù)應(yīng)力,可克服受拉桿件開裂的問題,并可使跨徑增大。

        1 斜(腹)桿式拱橋

        斜(腹)桿式,其中三角形腹桿的桁架拱片腹桿根數(shù)少,桿件的總長(zhǎng)度也最短,因此腹桿用料省,整體剛度較大。但是當(dāng)拱跨較大、矢高較高時(shí),三角形體系的節(jié)間就過大,為了承受橋面荷載,就要增加橋面構(gòu)件鋼筋用量。因此,宜增設(shè)豎桿來減少節(jié)間長(zhǎng)度,成為帶豎桿的三角形桁架拱。根據(jù)斜桿傾斜方向不同,又有斜壓桿和斜拉桿兩種。前者斜桿受壓,豎桿受拉,且斜桿的長(zhǎng)度隨矢高和節(jié)間長(zhǎng)度的增大而顯著增大,尤其是第一個(gè)節(jié)間內(nèi)的斜桿長(zhǎng)度更大。為了防止斜桿失穩(wěn)而需增大截面尺寸,可采用不同截面尺寸的斜桿以節(jié)省材料,但施工麻煩。同時(shí),這種斜壓桿式的桁架拱外形不太美觀,故目前較少采用。斜拉桿則相反,斜桿受拉而豎桿受壓。為避免拉桿及節(jié)點(diǎn)開裂,并減小截面尺寸,節(jié)省材料,可采用預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉桿,外形也較美觀,是常用的一種形式。

        2 豎(腹)桿式拱橋

        豎(腹)桿式桁架拱片外形較整齊美觀,節(jié)點(diǎn)構(gòu)造簡(jiǎn)單,施工方便,但整體剛度小,豎桿與上、下弦桿連接點(diǎn)易開裂,適用于荷載小、跨徑較小的橋梁。

        3 桁肋式拱橋

        這種形式實(shí)質(zhì)上為普通型上承式拱橋,僅是將主拱圈改為桁架結(jié)構(gòu)。桁肋高度小,裝方便,適宜于無支架施工。但由于桁架在拱腳處固結(jié),基礎(chǔ)變位、溫度變化和混凝土徐變引起的附加內(nèi)力較大,拱腳上弦桿易開裂。

        4 桁式組合拱橋

        桁式組合拱橋與普通桁架拱橋的主要區(qū)別在于上弦桿斷點(diǎn)位置不同。普通桁架拱橋的上弦桿簡(jiǎn)支于墩(臺(tái))上,上弦桿與墩(臺(tái))之間沒有斷縫(即斷點(diǎn)),而桁式組合拱橋上弦桿卻是在墩(臺(tái))頂部至拱頂之間適當(dāng)位置斷開,形成一條斷縫(即斷點(diǎn)),從斷點(diǎn)至墩(臺(tái))頂部形成一個(gè)懸臂桁架,并與墩(臺(tái))固結(jié),跨間兩斷點(diǎn)之間為一普通桁架拱,全橋下弦桿保持連續(xù)。從力學(xué)上看,相當(dāng)于普通桁架拱支承于兩端的懸臂桁梁上,從而形成梁拱組合體系,優(yōu)化斷點(diǎn)位置,一般在(0.5~0.6)L處。

        桁式組合拱常用于100 m以上跨徑的特大型預(yù)應(yīng)力混凝土拱橋,目前已建成的貴州江界河大橋,跨徑達(dá)330 m,居世界首位。

        桁式組合拱的特點(diǎn)是保留了普通桁架拱的優(yōu)點(diǎn),縱、橫剛度大,施工和運(yùn)營(yíng)階段穩(wěn)定性好,拱頂正彎矩比同跨徑普通桁架拱減少30%以上,構(gòu)造簡(jiǎn)單,由于上弦桿斷開,其拉力比同跨徑普通桁架拱減少2/3以上。懸臂桁架在施工和運(yùn)營(yíng)階段受力一致,不需額外增加施工用材,總體經(jīng)濟(jì)性較好。

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