三鉸拱橋反兀型

反兀型三鉸拱橋，拱圈截面形式是拱肋在上，拱板在下，類似反二型。它的優(yōu)點(diǎn)是：便于施工，外型美觀， 結(jié)構(gòu)合理，節(jié)約建材。反兀型三鉸拱橋的拱軸線選擇，拱圈內(nèi)力計(jì)算，和一般三鉸拱相同。

拱截面比較分析

三鉸拱橋在受靜、活荷載時(shí)，l / 4處斷面彎矩值最大，因此僅就此截面，進(jìn)行比較分析。

實(shí)際工程中拱圈為受壓受彎構(gòu)件，由于軸向壓力的存在，使受拉應(yīng)力有所緩和，但是反兀型斷面對(duì)正兀型斷面的優(yōu)越性不會(huì)改變，由于軸向壓力的存在而引起受壓應(yīng)力的增加，仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于混凝土受壓允許強(qiáng)度。

根據(jù)拱圈受力特性，和便于在拱腳拱頂處設(shè)鉸，拱肋采取變高度，在拱腳拱頂處為零，在接近l / 4處取最大值，下面列出拋物線型拱軸線 ，受正彎矩時(shí)，拱肋高度變化系數(shù)。( 在實(shí)際工程中，拱板均采用等厚度。)

橋臺(tái)形式選擇

橋臺(tái)是否穩(wěn)定，至于拱圈的強(qiáng)度，只要施工時(shí)注意質(zhì)量，則在設(shè)計(jì)計(jì)算和在實(shí)際運(yùn)用中，都是足夠安全的。

這種橋臺(tái)的特點(diǎn)是：1、基坑開挖較淺，使地基壤土持力層一般在0.5米以上，不需要進(jìn)行地基人工處理； 2、底板有較大的寬度，使得上部填土較多，增加橋臺(tái)的穩(wěn)定性，同時(shí)也減少地基應(yīng)力；3、有較高的后墻臺(tái)背， 后墻基坑開挖成傾斜形狀，便于保持原狀土不擾動(dòng)。所靠的臺(tái)背土抗力，對(duì)于抵抗拱圈推力，保持橋臺(tái)穩(wěn)定是一個(gè)必不可少的因素。

橋臺(tái)設(shè)計(jì)要點(diǎn)：1、在拱圈推力H，垂直力V，自重，土重及墻后主動(dòng)土壓力作用下，合力作用線基本通過底板中心，使得底板前后地基反力均勻 ，并小于地基允許承載力。2、底板對(duì)地基的摩阻力加上墻后被動(dòng)土壓力之和，大于拱圈水平推力，這樣拱圈在抗滑穩(wěn)定方面，就有較可靠的保證。

施工注意事項(xiàng)

小跨徑三鉸拱橋計(jì)算理論十分簡(jiǎn)單，計(jì)算應(yīng)力均小于材料容許應(yīng)力。

1、了解地基 土質(zhì)分布情況，使地基持力層至少應(yīng)在海淤土以上50厘米，如果底板底面高程位于海淤土上或接近海淤土，則應(yīng)進(jìn)行可靠的加固處理。

2、 基坑開挖應(yīng)力求保持原狀土不擾動(dòng)。對(duì)于保持橋臺(tái)穩(wěn)定，十分重要 。

3 、拱圈澆筑均用土模，土模寬度至少大于拱圈寬度1 ~ 2米，便于操作及立側(cè)模，土模填筑要分層夯實(shí)牢固，表而平整并鋪墊一層油毛氈或塑料布。

4 、拱板拱肋應(yīng)分兩次澆筑，待拱板達(dá)到一定強(qiáng)度后，再澆拱肋，注意拱板拱肋的養(yǎng)護(hù)工作。

5 、當(dāng)拱板拱肋達(dá)到一定強(qiáng)度后，即可進(jìn)行側(cè)墻砌筑和拱上還土，要求對(duì)稱進(jìn)土，分層夯實(shí) 。

6、當(dāng)拱板拱肋達(dá)到28天強(qiáng)度后，即可進(jìn)行土模拆除。土模拆除亦要對(duì)稱均衡，先從拱頂開始向兩邊對(duì)稱開挖，土模拆除后，拱圈受力變形，拱頂必然下沉，因此在做土模時(shí)，應(yīng)預(yù)留起拱度約 5 ~ 10 厘米。

7 、側(cè)墻在拱頂處，要留有足夠?qū)挾鹊纳炜s縫，避免側(cè)墻產(chǎn)生裂縫 。

如圖1所示，在拱橋的兩個(gè)拱腳和拱的中間各設(shè)一鉸稱為三鉸拱。屬外部靜定結(jié)構(gòu)構(gòu)。因而溫度變化，支座沉陷等不會(huì)在拱內(nèi)產(chǎn)生附加應(yīng)力，故當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件不良，可以采用三鉸拱，但鉸的存在使其構(gòu)造復(fù)雜，施工困難，維護(hù)費(fèi)用高，而且減小了整體剛度降低了抗震能力，因此一般較少使用。

利用Maple 編寫了求解三鉸拱結(jié)構(gòu)反力及內(nèi)力的計(jì)算機(jī)程序，并同時(shí)畫出了結(jié)構(gòu)的內(nèi)力圖。實(shí)例表明： 用Maple 編程求解三鉸拱結(jié)構(gòu)的力學(xué)問題，精確性高，可操作性強(qiáng)，快速、便捷，提高了計(jì)算效率及繪圖效果。

Maple 等具有符號(hào)計(jì)算、數(shù)值計(jì)算、圖形處理等功能。語言簡(jiǎn)單、界面友好，操作方便。提高計(jì)算精度方面。

三鉸拱的約束力與內(nèi)力

以豎向載荷作用下的平拱，說明三鉸拱的約束力與內(nèi)力的計(jì)算方法。

1）支座約束力的計(jì)算

三鉸拱是由2 根曲桿與地基之間按“三剛片規(guī)則”組成的靜定結(jié)構(gòu)。

2）內(nèi)力的計(jì)算

約束力求出后，用截面法即可求出拱上任一截面的內(nèi)力。

分析

用 Maple 語言編程，求解三鉸拱的反力，內(nèi)力( 剪力、彎矩和軸力) ，并繪制了內(nèi)力( 剪力、彎矩和軸力)圖，具有如下特點(diǎn)：

( 1) 概念清晰、計(jì)算快捷、作圖方便，容易領(lǐng)會(huì)。

( 2) 所編程序思路通用性強(qiáng)，適用于對(duì)稱的、非對(duì)稱的、平拱、斜拱、多工況、超靜定等復(fù)雜情況。

( 3) 只求解了三鉸拱的反力和內(nèi)力，但對(duì)于畫出結(jié)構(gòu)影響線有很大指導(dǎo)意義。

( 4) 在計(jì)算方面，用 計(jì)算機(jī)編程 比手算更精確，且快捷； 在繪圖方面，前者更具有優(yōu)越性： 利用循環(huán)語句，進(jìn)行多點(diǎn)計(jì)算，使曲線加密，使圖形的拐點(diǎn)、突變、極值點(diǎn)，曲線凸凹度更為準(zhǔn)確。

實(shí)例說明所編的程序，精確性高，可視化效果好，可操作性強(qiáng)，大大提高計(jì)算時(shí)間、繪圖效果。所編的程序可進(jìn)一步推廣，擴(kuò)充其應(yīng)用范圍，為理論分析和實(shí)際應(yīng)用提供工具。

雙曲拱橋、二鉸平板拱橋、三鉸拱橋等新型橋梁。這些新型橋梁具有造價(jià)低、材料省、施工工藝 簡(jiǎn)單、跨徑適應(yīng)性大等特點(diǎn)。

在林區(qū)公路建設(shè)中，共建微彎板涵、二鉸平板拱橋、三鉸拱橋 ( 涵 )， 均獲得良好效果。

微彎板涵

雙曲拱橋中，有用微彎板做腹拱的。曾設(shè)想微彎板可做腹拱，也應(yīng)該可以做小跨徑涵洞蓋板。建了一座跨徑1 米的微彎板涵，板厚5厘米，矢跨比1 /10，采用預(yù)制安裝，拱腳適當(dāng)用80# 水泥砂漿砌片石護(hù)拱。建成后，通過試車，證明具有足夠的承載能力。這樣，又修建了4座80 一100厘米的微彎板涵，與矩形板涵比較，使用材料量少，且施工簡(jiǎn)便。

二絞平板拱橋

一 座跨徑10米，空心箱形鋼筋混凝土二鉸平板拱橋。建成后經(jīng)過試車，證明具有較大的承載能力，剛性也較好。試車時(shí)，貨車滿載( 總重量約8.5噸 )，在橋上緊急剎車、啟動(dòng) ，拱度變化甚微 (不超過1毫米)。與梁式橋比較，鋼筋用量節(jié)省4 / 5左右。

三絞 拱橋

跨徑6.40米三鉸拱橋一座，跨徑 2.0米無筋三鉸拱涵兩座，其中6.40 米三鉸拱橋建成試車。拱上填土，設(shè)計(jì)要求干容重達(dá)到1.6 克/ 厘米³ 以上。施工中進(jìn)行了夯壓 ，夯壓后取5個(gè)土樣進(jìn)行土壤試驗(yàn) ，結(jié)果說明，土壤密實(shí)度與設(shè)計(jì)要求接近。進(jìn)行了量載過車試驗(yàn) ，跨中拱度(矢高)設(shè)計(jì)預(yù)留拱度3厘米，實(shí)際拱度沉落值與設(shè)計(jì)接近 (略大) ，未發(fā)現(xiàn)裂紋等其它異常現(xiàn)象，證明三鉸拱橋具有足夠的承載能力與安全性。從經(jīng)濟(jì)效果看，三鉸拱橋與跨徑6.0米板式橋比，砼體積減少45%，鋼筋用量減 少80%。 2100433B