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桁架拱桥也称为拱形桁架桥。一般由桁架拱片、横向联系和桥面结构等部分组成。其主拱是拱形桁架和桥面板组成的整体结构。
桁架拱桥是一种具有水平推力的桁架结构,其下弦杆为拱形,上弦杆一般与桥面结构组合成一整体而共同工作。在跨中部分,因上、下弦杆很靠近而做成实腹段。
横向联系
横向联系是设置在桁架拱片之间,为了把桁架拱片联成整体,使之共同受力,并保证其横向稳定性的。一般由拉杆、横系梁、横隔板和剪刀撑等组成。
拉杆和横系梁分别设置在上、下弦杆的节点处,拱顶实腹段每隔3~5m也应设置横系梁。当跨径较小时,横系梁也可用拉杆代替。而对于城市宽桥,拱顶实腹段的横向联系宜加强,这样有利于活载横向分布。
横隔板一般设置在实腹段与桁架部分连接处及跨中,它在高度方向常直抵桥面板。横桥向的剪刀撑一般设置在四分之一跨径附近的上、下节点之间及跨径端部。较小跨径的桁架拱可不设端部剪刀撑。对于大跨径桁架拱桥,除设置竖向剪刀撑外,还可在下弦杆平面内置一些连接系杆件,以加强桥梁的横向刚度。
拱形结构的水平推力减少了跨间弯矩,使跨中实腹段在恒载作用下主要承受轴向压力,在活载作用下将承受弯矩,成为一偏心受压构件。空腹段的桁架杆件主要承受轴向力。由于桁架拱桥兼有桁架和拱式结构的有利因素,因此能充分发挥材料的受力性能。现利用拱上结构与拱圈形成桁架,使之整体受力,与一般拱桥相比,并不需要增加很多材料。因此桁架拱具有结构受力合理,整体性强,节省材料,自重较轻,对软土地基有较好的适应性等特点。
桥面结构
桁架拱桥的桥面结构形式有:横向微弯板、纵向微弯板和预应力混凝土空心板等。
横向微弯板桥面比较省钢材,但跨径较小,因此拱片的片数较多。较大跨径的桁架拱桥,为厂减少拱片的片数,uj米用空心板或纵l旬微弯板,但纵向微弯板需要较强的横梁。桁架拱在跨径较大或桥面很宽时,也可局部采用预应力结构,一般可在受拉腹杆、上弦杆、跨中实腹段和桥面板内施加预应力。预应力可以避免杆件裂缝,减少用钢量,提高结构的质量,另外还可以作为拼装手段。为了经济目的,也可设计成部分预应力结构,以限制或消除在经常性荷载作用下的混凝土裂缝。
桁架拱与墩I台l的连接
桁架拱,与墩(台)的连接包括:-F弦杆、上弦杆与桥墩(台)的连接和多孔桁架拱桥桥跨结构之间的连接等。
中小跨径桁架拱桥目前常采用的下弦杆与墩台连接形式是:在墩台帽上预留深lOOmm左右(或与肋高相同)的槽孔,将下弦杆的端头插入,然后四周用砂浆填塞。在跨径较大时,由于墩台位移等原因,往往造成支承面局部承压,引起反力偏心和结构内力变化,因此宜采用较完善的铰接。
桁架拱桥的构件除桥面外大部分都可预制,其安装块件的尺寸和重量由运输和安装能力而定。通常,中等跨径的桁架拱片可分两至三段预制安装,每段重约十余吨,当起重能力大时,分段还可减少,或跨径还可增大,而且桁架拱桥的预制构件品种少,施工工序少,因此工期较短。但对构件的预制安装工艺有较高的要求。重庆君正生产的桥梁预制充气内模,是先用氯丁橡胶、天然橡胶与锦纶布复合而成的材料,后用硫化工艺后制成橡胶充气芯模。既有很好的抗胀强度,又有弹性和柔韧性,抗高温并有良好的脱离性能,桥梁预制充气内模同时也具有良好的耐老化,耐磨性能,使用寿命长等特点,取代传统的刚模木模。
由于桁架拱桥是有推力的结构,跨径过大,支点反力也大,对地基承载能力的要求就高,施工中对起重设备和工艺的要求也高;构件纤细,施工和运输均须仔细小心;模板较复杂;并且由于桁架节点是刚性连接,使交汇于节点的竖杆、斜杆、拉杆及实腹段下缘易出现裂缝,影响整体刚度和耐久性,难以维修养护。在较大跨径的桁架拱桥中,已越来越多地采用预应力混凝土结构,利用预应力混凝土结构的特性来改善桥梁的受力状态,消除裂缝,增强结构整体性,增大跨越能力,但同时也增加了节点构造的复杂性。
尽管这种桥梁结构很早以前就出现了,但由于存在上述较明显的缺点,没能得到广泛使用,通常只适用于跨度不大的城市桥梁或次等级公路,给人们提供另一种桥梁景观。