第4章桥梁工程要点及问题解答 中央电大工学院邵运达 1.拱桥的优缺点有哪些？ 答：拱桥的优点主要有：(1)跨越能力较大 (2)材料的适应性强 (3)节约钢材 (4)桥形美观 (5)耐久性好没，养护维修费用省 拱桥的缺点主要有： (1) 自重较大，结构比梁桥复杂 (2) 建筑高度大 (3) 下部结构负担重，对地基要求高 (4) 军事适应性差 2.拱桥的主要适用情形有哪些？ 答：(1)地基条件好的山区，可就地取材，因地制宜发挥拱桥自身优势 (2)城市、风景区、侧重美学要求而选用拱桥 (3)较大跨径桥梁的竞争方案，在80200m的跨径范围，拱桥方案时颇具有竞争力的。 3.拱桥的基本组成结构包括哪几部分？ 答：拱桥的基本组成结构与梁桥一样，主要组成部分为上部结构和下部结构两部分组成。 其中上部结构包括：主拱、拱上建筑、桥面系组成：下部结构主要由制成像林桥垮的桥墩、 制成桥梁边跨并与路堤连接的桥台及其辖的基础组成。 4.箱形拱有何特点？ 答：箱形拱主要有以下特点： (1)截面挖空率大，与同宽同高的板拱相比，挖空率可达50%70%，使拱体用材与 重量大减，相应减轻下部结构负担，故箱形拱对大跨径拱桥的适应性较强，其常用跨径范围 为50150m: (2) 截面材料集中于上下缘，中性轴大致居中，可充分适应主拱各截面正负弯矩的 变化，对抵抗正负弯矩具有几近相等能力： (3) 闭合箱形截面抗弯与抗扭刚度大，应力分布较为均匀：
第 4 章 桥梁工程要点及问题解答 中央电大工学院 邵运达 1.拱桥的优缺点有哪些？ 答：拱桥的优点主要有：（1）跨越能力较大 （2）材料的适应性强 （3）节约钢材 （4）桥形美观 （5）耐久性好没，养护维修费用省 拱桥的缺点主要有： （1） 自重较大，结构比梁桥复杂 （2） 建筑高度大 （3） 下部结构负担重，对地基要求高 （4） 军事适应性差 2.拱桥的主要适用情形有哪些？ 答：（1）地基条件好的山区，可就地取材，因地制宜发挥拱桥自身优势 （2）城市、风景区、侧重美学要求而选用拱桥 （3）较大跨径桥梁的竞争方案，在 80~200m 的跨径范围，拱桥方案时颇具有竞争力的。 3.拱桥的基本组成结构包括哪几部分？ 答：拱桥的基本组成结构与梁桥一样，主要组成部分为上部结构和下部结构两部分组成。 其中上部结构包括：主拱、拱上建筑、桥面系组成；下部结构主要由制成像林桥垮的桥墩、 制成桥梁边跨并与路堤连接的桥台及其辖的基础组成。 4.箱形拱有何特点？ 答：箱形拱主要有以下特点： （1） 截面挖空率大，与同宽同高的板拱相比，挖空率可达 50%~70%，使拱体用材与 重量大减，相应减轻下部结构负担，故箱形拱对大跨径拱桥的适应性较强，其常用跨径范围 为 50~150m； （2） 截面材料集中于上下缘，中性轴大致居中，可充分适应主拱各截面正负弯矩的 变化，对抵抗正负弯矩具有几近相等能力； （3） 闭合箱形截面抗弯与抗扭刚度大，应力分布较为均匀；
(4) 基肋断面宽度与刚度较大，稳定性好，便于无支架吊装的操作安全，保证施工 的质量： (5) 构件尺寸重量较大，其制作与吊装设备能力要求较高。 5.拱矢度变化对拱桥哪些方面有影响？ 答：(1)H.随拱矢度的变化 (2)附加内力 主拱因温度变化、混凝土收缩和拱脚变位等附加因素所产生的附加内力将恶化主拱受 力，它随f/几的减小而加大，当f/九<1/8后附加内力增加显著。 (3)稳定性 主拱视为受压曲杆，其稳定性当f几过大或过小时均不利。因fL过小，H显著加大： 而fL过大，则主拱受压计算长度明显加大。 (4)连拱作用 这主要是针对对多跨拱桥而言。由于桥墩结构非绝对刚体，从而引致变形与内力由荷载 孔向非荷载孔逐次传递。 考虑连拱作用，对主拱因增加拱脚变位所生的附加内力而不利，对下部结构因计及推力 在各墩的传布分配而显得有利。 根据分析，连拱作用的影响程度系随九的减小而加大。 (5)施工 当fL过大时，主拱拱脚段过陡，无论砌筑圬工或浇筑混凝土都带来困难。 (6)对桁架拱与刚架拱，减小L,将使腹杆长度减短，拱片刚度加强，对拱桥是 有利的。 6.拱桥平衡推力的措施主要有哪几种？ 答：因为水平推力与荷载强度、跨径、拱矢度有关，故平衡推力措施有： (1)调整拱上恒载重量：大跨径孔用轻质填料（或无填料）和空腹式拱上建筑，小跨 径孔用重填料和实腹式拱上建筑： (2)采用不同矢跨比：当跨径一定时，推力大小与拱矢度成反比，所以大跨用矢跨比 较大的陡拱，小跨用矢跨比较小的坦拱： (3)拱脚不同标高：大跨拱脚降低，减小其推力对基底的力臂，小跨拱脚抬高，增大 其推力对基底的力臂，从而使两者对基底的力矩得到平衡。 这几种措施设计时可综合应用，但前两种是平衡推力本身，第三种则是平衡推力对基底
（4） 基肋断面宽度与刚度较大，稳定性好，便于无支架吊装的操作安全，保证施工 的质量； （5） 构件尺寸重量较大，其制作与吊装设备能力要求较高。 5.拱矢度变化对拱桥哪些方面有影响？ 答：（1）Hg 随拱矢度的变化 （2）附加内力 主拱因温度变化、混凝土收缩和拱脚变位等附加因素所产生的附加内力将恶化主拱受 力，它随 f/L 的减小而加大，当 f/L<1/8 后附加内力增加显著。 （3）稳定性 主拱视为受压曲杆，其稳定性当 f/L 过大或过小时均不利。因 f/L 过小，Hg 显著加大； 而 f/L 过大，则主拱受压计算长度明显加大。 （4）连拱作用 这主要是针对对多跨拱桥而言。由于桥墩结构非绝对刚体，从而引致变形与内力由荷载 孔向非荷载孔逐次传递。 考虑连拱作用，对主拱因增加拱脚变位所生的附加内力而不利，对下部结构因计及推力 在各墩的传布分配而显得有利。 根据分析，连拱作用的影响程度系随 f/L 的减小而加大。 （5）施工 当 f/L 过大时，主拱拱脚段过陡，无论砌筑圬工或浇筑混凝土都带来困难。 （6） 对桁架拱与刚架拱，减小 f/L，将使腹杆长度减短，拱片刚度加强，对拱桥是 有利的。 6.拱桥平衡推力的措施主要有哪几种？ 答：因为水平推力与荷载强度、跨径、拱矢度有关，故平衡推力措施有： （1）调整拱上恒载重量：大跨径孔用轻质填料（或无填料）和空腹式拱上建筑，小跨 径孔用重填料和实腹式拱上建筑； （2）采用不同矢跨比：当跨径一定时，推力大小与拱矢度成反比，所以大跨用矢跨比 较大的陡拱，小跨用矢跨比较小的坦拱； （3）拱脚不同标高：大跨拱脚降低，减小其推力对基底的力臂，小跨拱脚抬高，增大 其推力对基底的力臂，从而使两者对基底的力矩得到平衡。 这几种措施设计时可综合应用，但前两种是平衡推力本身，第三种则是平衡推力对基底
的力矩，且对桥型外观的影响不佳。如仍达不到完全平衡推力作用的效果，则需设计体型不 对称或加大截面尺寸的桥墩和基础来解决。 7.拱轴上荷载压力线的性质有哪些？ 答：荷载压力线性质主要有以下3点： (1)荷载压力线的形状随荷载作用情况的变化而变化，换言之，一种荷载作用情况 必有一条特定的荷载压力线与之对应。 (2)拱任一截面的三个内力可由R完全确定： ND=Rp●cosa Qo=Ro●sina Mp=Np·e (3)若拱任一截面的拱轴线与荷载压力线间偏距e越大，则该截面的弯矩越大。 8.什么是合理的拱轴？ 答：拱轴线的形状直接影响主拱截面的内力分布与大小，最理想的拱轴线是使外荷载作 用下的主拱任一截面只有轴向力，而无弯矩与剪力，即处于纯压状态，截面压应力分布均匀。 我们把荷载压力线完全吻合的拱轴线称为合理拱轴。 9.桥梁工程中，绝对合理的拱轴是找不到的，其原因是什么？ 答：(1)主拱总荷载是恒载和活载的组合，由于活载（车辆、行人）的频繁变动，总荷 载将随时发生变化，因此，以一条选定的拱轴线去适应频繁变化的荷载压力线是不可能的： (2)主拱并非绝对刚体，承载后将发生变形，变形后的实际拱轴线将偏离原来设计位置， 即使是与设计拱轴线相适应的荷载作用下，主拱截面也将出现弯矩。 所以只能找到相对合理拱轴。 10.拱轴线形、拱轴系数与恒载分布状况循环相关，拱轴系数m往往通过试算确定，其 步骤是什么？ 答：(1)拟订主拱Lo,f,和主拱截面高d(是等截面还是变截面)： ②假定，相应求出'兰值 f (③)查表定出p,计算出：L=Lo+d;sinp,,∫=∫ot da di 22 cosj
的力矩，且对桥型外观的影响不佳。如仍达不到完全平衡推力作用的效果，则需设计体型不 对称或加大截面尺寸的桥墩和基础来解决。 7.拱轴上荷载压力线的性质有哪些？ 答：荷载压力线性质主要有以下 3 点： （1） 荷载压力线的形状随荷载作用情况的变化而变化，换言之，一种荷载作用情况 必有一条特定的荷载压力线与之对应。 （2） 拱任一截面的三个内力可由 RD 完全确定： = • ND RD cosα = • QD RD sinα M N e D D = • （3） 若拱任一截面的拱轴线与荷载压力线间偏距 e 越大，则该截面的弯矩越大。 8.什么是合理的拱轴？ 答：拱轴线的形状直接影响主拱截面的内力分布与大小，最理想的拱轴线是使外荷载作 用下的主拱任一截面只有轴向力，而无弯矩与剪力，即处于纯压状态，截面压应力分布均匀。 我们把荷载压力线完全吻合的拱轴线称为合理拱轴。 9.桥梁工程中，绝对合理的拱轴是找不到的，其原因是什么？ 答：(1)主拱总荷载是恒载和活载的组合，由于活载（车辆、行人）的频繁变动，总荷 载将随时发生变化，因此，以一条选定的拱轴线去适应频繁变化的荷载压力线是不可能的； (2)主拱并非绝对刚体，承载后将发生变形，变形后的实际拱轴线将偏离原来设计位置， 即使是与设计拱轴线相适应的荷载作用下，主拱截面也将出现弯矩。 所以只能找到相对合理拱轴。 10.拱轴线形、拱轴系数与恒载分布状况循环相关，拱轴系数 m 往往通过试算确定，其 步骤是什么？ 答：(1)拟订主拱 L0,f0 和主拱截面高 d (是等截面还是变截面)； (2)假定 m，相应求出 f y 4 1 值； (3)查表定出 j ，计算出：L=L0+djsin j , j dd d j f f cos 2 2 = 0+ −
这里，d、d分别为主拱在拱顶、拱脚处截面高：p,为拱脚处的拱轴切线倾角。 (4)进行拱上建筑布置，计算∑MA,∑M: (5)将计算值 4 ∑M f 与前假定值比较，相符为度。 M 所谓相符，是指计算与假定值相差在半级(0.005)以内。如不符，可重新假定m或调 整拱上布置，再进行试算。 11.何谓活载的横向分布？ 答：拱桥在活载作用下，其主拱截面将出现挠度、内力的横向不均匀现象，这就是所谓 活载横向分布问题。 12.对于箱形拱轴线选择时，m值一般偏低采用，其理由是什么？ 答：拱轴常采用悬链线，为适应无支架施工，m值应偏低采用，即m≤3.5其理由主要 有： (1)避免施工中裸拱弯矩过大 (2)适应拱上建筑轻型化 (3)降低拱顶正弯矩 13.拱桥设计时，恒载内力有哪些项，其计算的假设前提是什么，假定与实际情况有哪 些差距？ 答：恒载内力分为三项，即基本内力、弹性压缩内力和偏离内力。 恒载基本内力是假定拱圈绝对刚性，恒载压力线与拱轴线吻合为计算前提，拱内仅产生 轴向压力而无弯矩和剪力，但实际的拱圈并非绝对刚体，主拱圈在轴向压力作用下将产生弹 性压缩变形，拱轴要缩短，拱内将产生弹性压缩内力，而偏离内力是对大跨径桥梁来说，除 拱顶、拱脚、1/4跨径外，其它各点与压力线有偏离，使拱内产生附加内力
这里，dd、dj 分别为主拱在拱顶、拱脚处截面高； j 为拱脚处的拱轴切线倾角。 (4)进行拱上建筑布置，计算∑Ml/4，∑Mj； (5)将计算值 = M j M f y 4 1 4 1 与前假定值比较，相符为度。 所谓相符，是指计算与假定值相差在半级（0.005）以内。如不符，可重新假定 m 或调 整拱上布置，再进行试算。 11.何谓活载的横向分布？ 答：拱桥在活载作用下，其主拱截面将出现挠度、内力的横向不均匀现象，这就是所谓 活载横向分布问题。 12.对于箱形拱轴线选择时，m 值一般偏低采用，其理由是什么？ 答：拱轴常采用悬链线，为适应无支架施工，m 值应偏低采用，即 m≤3.5 其理由主要 有： (1)避免施工中裸拱弯矩过大 (2）适应拱上建筑轻型化 (3)降低拱顶正弯矩 13.拱桥设计时，恒载内力有哪些项，其计算的假设前提是什么，假定与实际情况有哪 些差距? 答：恒载内力分为三项，即基本内力、弹性压缩内力和偏离内力。 恒载基本内力是假定拱圈绝对刚性，恒载压力线与拱轴线吻合为计算前提，拱内仅产生 轴向压力而无弯矩和剪力，但实际的拱圈并非绝对刚体，主拱圈在轴向压力作用下将产生弹 性压缩变形，拱轴要缩短，拱内将产生弹性压缩内力，而偏离内力是对大跨径桥梁来说，除 拱顶、拱脚、1／4 跨径外，其它各点与压力线有偏离，使拱内产生附加内力