拱形鋼結構工程在橋梁搭建中普遍應用,在跨度大的橋梁中我們看到的都是拱形的,拱形鋼結構在承擔豎向荷載作用時支座產生水平推力,利用其幾何曲線將荷載作用轉化為軸向壓力,顯著減小其彎矩和剪力,能夠充分利用材料的強度。隨著鋼結構的發展,拱形鋼結構因其自重輕、材料強度高、抗拉性能好、承載效率高、造型美觀、施工安裝方便等優點,在建筑結構和橋梁工程中得到了普遍的應用。
從結構類型來看,拱形鋼結構工程主要分為實腹式截面拱和桁架拱兩大類,如圖中所示。其中實腹式截面拱包括普通截面鋼拱腹板開孔鋼拱及波形腹板鋼拱等多種形式。實腹式截面拱一般用于中小跨度結構中 ,常用的截面形式有圓管、箱形及工字形截面等。當有設備管線穿過或建筑美觀要求時,可選擇腹板開孔鋼拱。波形腹板鋼拱由于腹板面外波折或波浪從而大大增強了腹板的面外剛度和剪切屈曲承載力。當實腹式截面拱采用圓管或箱形截面時,可在拱身內填充混凝土形成鋼管混凝士拱,提高其剛度和穩定承載力,改變局部穩定性、耐火與耐久性能。桁架拱結合了拱和桁架的雙重優勢,以其曲線形式實現彎矩向軸力的轉化,并通過格構的方式將截面彎矩轉化為弦桿的軸力,具有較高的結構承載效率,常用于超大跨度空間結構中,如鋼結構體育館和橋梁I程中。
拱形鋼結構工程拱的受力與其軸線形式、矢跨比和拱腳邊界條件等密切相關。拱軸線形式的確定原則是,在滿足鋼結構工程建筑外觀要求的前提下。在主要荷載I況下盡量減小截面的彎矩,以軸壓受力為主。常規的拱軸線形式有圓弧形拋物線形、懸鏈線形和橢圓形等。失跨比對拱內力大小與分布影響很大, 一般需要根據工程建筑外觀、承載效率、基礎條件和通航限制等各方面因素綜合確定。關于矢跨比的取值,當鋼拱的跨度定時通常存在使其穩定承載力較高的跨比。
拱形鋼結構工程工藝流程:
建立測量控制網及測量控制 → 主拱支撐架體設計→ 主拱吊裝及安裝 → 卸荷
拱形鋼結構工程操作要點 :
大跨度鋼拱安裝同時涉及分段及吊機的選擇、施工測量定位、支撐架體的設臵、鋼拱的吊裝及安裝、卸荷等多種施工工藝,而鋼拱的吊裝及安裝是整個施工過程的關鍵。
拱形鋼結構工程特點:
1、鋼結構自重較輕;
2、鋼結構工作的可靠性較高;
3、鋼材的抗振(震)性、抗沖擊性好;
4、鋼結構制造的工業化程度較高;
5、鋼結構可以準確快速地裝配;
6、鋼結構室內空間大;
7、容易做成密封結構;
8、鋼結構易腐蝕;
9、鋼結構耐火性差。