基本介紹
- 中文名：三鉸拱橋
- 外文名：Three hinged arch bridge
- 特點：造價低，效果好
- 拼音：san jiao gong qiao
拱橋簡介,反兀型,結構靜力分析,套用,
拱橋簡介
如圖，在拱橋的兩個拱腳和拱的中間各設一鉸稱為三鉸拱。屬外部靜定結構構。因而溫度變化，支座沉陷等不會在拱內產生附加應力，故當地質條件不良，可以採用三鉸拱，但鉸的存在使其構造複雜，施工困難，維護費用高，而且減小了整體剛度降低了抗震能力，因此一般較少使用。
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。它的優點是：便於施工，外型美觀， 結構合理，節約建材。反兀型三鉸拱橋的拱軸線選擇，拱圈內力計算，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，l / 4處斷面彎矩值最大，因此僅就此截面，進行比較分析。
實際工程中拱圈為受壓受彎構件，由於軸向壓力的存在，使受拉應力有所緩和，但是反兀型斷面對正兀型斷面的優越性不會改變，由於軸向壓力的存在而引起受壓應力的增加，仍遠遠小於混凝土受壓允許強度。
根據拱圈受力特性，和便於在拱腳拱頂處設鉸，拱肋採取變高度，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，拱肋高度變化係數。( 在實際工程中，拱板均採用等厚度。)
橋台形式選擇
橋台是否穩定，至於拱圈的強度，只要施工時注意質量，則在設計計算和在實際運用中，都是足夠安全的。
這種橋台的特點是：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，增加橋台的穩定性，同時也減少地基應力；3、有較高的後牆台背， 後牆基坑開挖成傾斜形狀，便於保持原狀土不擾動。所靠的台背土抗力，對於抵抗拱圈推力，保持橋台穩定是一個必不可少的因素。
橋台設計要點：1、在拱圈推力H，垂直力V，自重，土重及牆後主動土壓力作用下，合力作用線基本通過底板中心，使得底板前後地基反力均勻 ，並小於地基允許承載力。2、底板對地基的摩阻力加上牆後被動土壓力之和，大於拱圈水平推力，這樣拱圈在抗滑穩定方面，就有較可靠的保證。
施工注意事項
小跨徑三鉸拱橋計算理論十分簡單，計算應力均小於材料容許應力。
1、了解地基 土質分布情況，使地基持力層至少應在海淤土以上50厘米，如果底板底面高程位於海淤土上或接近海淤土，則應進行可靠的加固處理。
2、 基坑開挖應力求保持原狀土不擾動。對於保持橋台穩定，十分重要 。
3 、拱圈澆築均用土模，土模寬度至少大於拱圈寬度1 ~ 2米，便於操作及立側模，土模填築要分層夯實牢固，表而平整並鋪墊一層油毛氈或塑膠布。
4 、拱板拱肋應分兩次澆築，待拱板達到一定強度後，再澆拱肋，注意拱板拱肋的養護工作。
5 、當拱板拱肋達到一定強度後，即可進行側牆砌築和拱上還土，要求對稱進土，分層夯實 。
6、當拱板拱肋達到28天強度後，即可進行土模拆除。土模拆除亦要對稱均衡，先從拱頂開始向兩邊對稱開挖，土模拆除後，拱圈受力變形，拱頂必然下沉，因此在做土模時，應預留起拱度約 5 ~ 10 厘米。
7 、側牆在拱頂處，要留有足夠寬度的伸縮縫，避免側牆產生裂縫 。
結構靜力分析
利用Maple 編寫了求解三鉸拱結構反力及內力的電腦程式，並同時畫出了結構的內力圖。實例表明： 用Maple 編程求解三鉸拱結構的力學問題，精確性高，可操作性強，快速、便捷，提高了計算效率及繪圖效果。
Maple 等具有符號計算、數值計算、圖形處理等功能。語言簡單、界面友好，操作方便。提高計算精度方面。
三鉸拱的約束力與內力
以豎向載荷作用下的平拱，說明三鉸拱的約束力與內力的計算方法。
1）支座約束力的計算
三鉸拱是由2 根曲桿與地基之間按“三剛片規則”組成的靜定結構。
2）內力的計算
約束力求出後，用截面法即可求出拱上任一截面的內力。
分析
用 Maple 語言編程，求解三鉸拱的反力，內力( 剪力、彎矩和軸力) ，並繪製了內力( 剪力、彎矩和軸力)圖，具有如下特點：
( 1) 概念清晰、計算快捷、作圖方便，容易領會。
( 2) 所編程式思路通用性強，適用於對稱的、非對稱的、平拱、斜拱、多工況、超靜定等複雜情況。
( 3) 只求解了三鉸拱的反力和內力，但對於畫出結構影響線有很大指導意義。
( 4) 在計算方面，用 計算機編程 比手算更精確，且快捷； 在繪圖方面，前者更具有優越性： 利用循環語句，進行多點計算，使曲線加密，使圖形的拐點、突變、極值點，曲線凸凹度更為準確。
實例說明所編的程式，精確性高，可視化效果好，可操作性強，大大提高計算時間、繪圖效果。所編的程式可進一步推廣，擴充其套用範圍，為理論分析和實際套用提供工具。
套用
雙曲拱橋、二鉸平板拱橋、三鉸拱橋等新型橋樑。這些新型橋樑具有造價低、材料省、施工工藝 簡單、跨徑適應性大等特點。
在林區公路建設中，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。曾構想微彎板可做腹拱，也應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，採用預製安裝，拱腳適當用80# 水泥砂漿砌片石護拱。建成後，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。建成後經過試車，證明具有較大的承載能力，剛性也較好。試車時，貨車滿載( 總重量約8.5噸 )，在橋上緊急剎車、啟動 ，拱度變化甚微 (不超過1毫米)。與梁式橋比較，鋼筋用量節省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，設計要求乾容重達到1.6 克/ 厘米3 以上。施工中進行了夯壓 ，夯壓後取5個土樣進行土壤試驗 ，結果說明，土壤密實度與設計要求接近。進行了量載過車試驗 ，跨中拱度(矢高)設計預留拱度3厘米，實際拱度沉落值與設計接近 (略大) ，未發現裂紋等其它異常現象，證明三鉸拱橋具有足夠的承載能力與安全性。從經濟效果看，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%。
