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拱圈截面变化规律和截面尺寸的拟定
拱圈截面变化规律
拱桥的主拱圈,有等截面和变截面两种形式。变截面拱圈的做法通常有两种:一种是拱圈沿拱轴方向不变宽度而只变厚度;另一种是厚度不变而改变拱圈的宽度。
主拱(圈)截面沿跨径的变化规律是确定拱圈截面尺寸的基础,应当适应拱内内力的变化,尽量使正应力沿拱轴方向保持均匀,这样,有利于充分发挥拱的每个截面的材料强度。同时,截面变化形式还应当能使其构造简单,便于设计与施工。
任何载的作用下,由于轴向力自拱顶向拱脚逐渐增大,拱圈的截面也应自拱顶向拱脚逐渐增大,此时,拱圈的圬工量比等截面拱圈少,稳定性较好,但施工较复杂。无铰拱截面的变化规律通常是采用惯性矩从拱顶向拱脚逐渐增大的形式,其解析函数式采用Ritter公式。
事实上,Ritter公式主要是针对上承式无铰实腹拱的,当进行中、下承式拱桥设计时,由于其受力特点的不同,一般拱肋的截面变化形式不再采用Ritter公式,而是采用二次或高次多项式变化或者其他的变化形式。
拱圈截面惯性矩自拱顶向拱脚变化的方式主要有截面自拱顶向拱脚等宽度变厚度40和等厚度变宽度0(b两种。等厚度变宽度方式,主要是在大跨径拱桥中,为了抵抗向拱脚增大的轴力而采用的一种变化规律,它能够有效地提高拱的横向稳定性,但增大了下部结构的宽度,增加了造价,而且由于拱脚位置大宽,美观上会受影响,在实际中使用的并不多,目前主要用于中承式拱桥,即在中承式拱桥中,桥面以上的拱肋为使构造简单而采用等宽度,而对桥面以下则采用变宽度。
惯矩变化均是自拱顶向拱脚增大的,法国工程师巴烈脱曾提出了与此相反的变化式,即惯性矩自拱顶向拱脚逐渐减小,这种拱被称为镰刀形拱0。采用镰刀形拱的目的是为了尽量减小无铰拱的拱脚弯矩,并使拱内弯矩趋于均匀分布。目前这种桥型在世界上还建造不多。
由于变截面拱的构造复杂,施工不便,因此一般拱桥跨径不大时,都尽量采用等截面拱。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。
拱箱内设置横隔板是为了加强箱壁的局部稳定性,提高箱拱的抗扭刚度。横隔板的勾布置由拱桥跨径大小和桥宽来定,除了在腹孔墩处均宜布置外,一般间距为2. 5~5m。横隔板厚度在100~150mm左右,中间可挖空,以减小重量,方便施工和养护人员通行。