桥梁工程课程设计-空腹式等截面悬链线圬工拱桥设计(12页).doc

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1、-桥梁工程课程设计-空腹式等截面悬链线圬工拱桥设计-第 12 页桥梁工程课程设计专 业：土木工程 学 号： 姓 名指 导 教 师： 时 间 ： 2013年12月 攀枝花学院二O一六年十二月设计题目空腹式等截面悬链线圬工拱桥设计一 设计资料1 桥面净宽：净7+21.5(1.25人行道+0.25安全带)2 荷载：汽车20级 挂车100 人群荷载： 人行道每侧重3 跨径：净跨径L=70m4 矢跨比：1/45 材料（1） 钢筋及钢材：预应力筋：采用钢绞线 标准强度 设计强度普通钢筋：I、II级钢筋钢板：16Mn或A3钢锚具：锚具为夹片锚（2） 混凝土：主梁：C50人行道及栏杆：C30桥面铺装：C30（

2、3）材料重度及其它6.施工工艺：预应力筋采用后张法施工7.参考文献：公路桥涵设计通用规范JTG D60-2004； 公路桥涵设计手册，拱桥（上册）公路桥涵设计手册，拱桥（下册桥梁工程，白宝玉编.拱桥计算实例集 拱桥（一）有关拱桥设计图纸。8.结构尺寸。如图下：图11 二、主拱圈计算 （一）确定拱轴系数拱轴系数m值的确定，一般采用“五点重合法”，先假定一个m值，定出拱轴线，拟定上部结构各种几何尺寸，计算出半拱恒载对拱脚截面形心的弯矩和自拱顶至跨的恒载对跨截面形心的弯矩。其比值=。求得值后，可由m=中反求m值，若求出的m值与假定的m值不符，则应以求得的m值作为假定值，重复上述计算，直至两者接近为止

3、。式中：拱的自重作用下，半拱自重对拱跨1/4点的弯矩； ：拱的自重作用下，半拱自重对拱脚的弯矩；1. 拟定上部结构尺寸（1） 主拱圈几何尺寸1) 截面特性截面高度:拱圈截面高度按经验公式估算 d = /100 + = 70/100 +0.7 = 1.4m主拱圈横桥向取1m单位宽度计算，横面面积A =1.4;惯性矩I=截面抵抗矩W=截面回转半径2）计算跨径和计算失高假定m=2.814,相应的=0.21。查“拱桥”表（III）-20（8）得sin=0.77556,cos=0.63127计算跨径计算失高：3）拱脚截面的投影水平投影竖向投影4)计算主拱圈坐标（图1-1） 将拱圈沿跨径24等分，每等分长

4、。以拱顶截面的形心为坐标原点，拱轴线上各截面的纵坐标 主拱圈截面坐标表 表1-1截面号y1/fy1cosd/(2*cos)拱圈顶面y上(m)拱圈底面y下(m)x1234567801.000000 17.7581 0.63127 1.1089 16.6492 18.8670 35.543 10.810048 14.3849 0.68806 1.0174 13.3676 15.4023 32.581 20.647289 11.4946 0.74265 0.9426 10.5521 12.4372 29.619 30.508471 9.0295 0.79353 0.8821 8.1474 9.911

5、6 26.657 40.390820 6.9402 0.83948 0.8338 6.1064 7.7741 23.695 50.291988 5.1852 0.87966 0.7958 4.3894 5.9809 20.733 60.210000 3.7292 0.91368 0.7661 2.9631 4.4953 17.771 70.143218 2.5433 0.94152 0.7435 1.7998 3.2868 14.810 80.090308 1.6037 0.96344 0.7266 0.8771 2.3303 11.848 90.050213 0.8917 0.97985 0

6、.7144 0.1773 1.6061 8.886 100.022133 0.3930 0.99118 0.7062 -0.3132 1.0993 5.924 110.005506 0.0978 0.99782 0.7015 -0.6038 0.7993 2.962 120.000000 0.0000 1.00000 0.7000 -0.7000 0.7000 0.000 注：第2栏由拱桥上册附录（III）表(III)-1查得 第4栏由拱桥附录（III）表(III)-20（8）查得出现的表（III）-值或表（III）-()值均为拱桥下册相应表格的数值。（2） 拱上构造尺寸1） 腹拱圈腹拱圈为M

7、10号砂浆砌M30粗料石等截面圆弧拱，截面高度,静失高,净失跨比。查拱桥上册表3-2得水平投影竖向投影2） 腹拱墩腹拱墩采用M7.5沙浆M30块石的横墙，厚0.8m。在横墙中间留出上部为半径R=0.5m的半圆和下部高为R宽为2R的矩形组成的检查孔。腹拱的拱顶拱背和主拱圈的拱顶拱背在同一水平线上。从主拱圈拱背至腹拱起拱轴线之间横墙中线的高度，其计算过程及其数值见表1-2 腹拱墩高度计算表 表1-2项目X(m)=X/L=Ln(m+SQRT(m2-1)*y1=f/(m-1)*(ch-1)tg=2*f*k/(m-1)/l*shcos=1/SQRT(tg*tg+1)h=y1+d/2*(1-1/cosi)

8、-(d+f)1#横墙32.6858 0.9196 1.5584 14.4957 1.0596 0.6864 13.28 2#横墙28.8858 0.8127 1.3772 10.8468 0.8661 0.7559 9.72 3#拱座25.3658 0.7137 1.2094 8.0750 0.7125 0.8144 7.02 空、实腹段分界线25.2458 0.7103 1.2036 7.9898 0.7076 0.8163 6.93 注：横墙高度也可根据表1-1的有关数值内插计算得到。2. 恒载计算恒载分主拱圈、拱上空腹段、拱上实腹三部分进行计算。不考虑腹拱推力和弯矩对主拱圈的影响。其计算

9、图式见图1-2。（1） 主拱圈恒载(2)拱上空腹段的恒载1） 腹孔上部（图1-3）图 1-3（以上三个系数依次分别查拱桥上册表3-2、表1-10、表1-9）填料及路面重两腹拱之间起拱线以上部分的重量 （图1-4）2） 腹拱下部3）集中力（3）拱上实腹段的恒载（图1-5）1）拱顶填料及面重 图 1-5 悬链线曲边三角形部分重量式中：重心位置（3） 各块恒载对拱脚及拱跨1/4截面的力矩见表1-3半拱横载对拱脚和1/4拱跨截面的弯矩 表 1-3分块号恒重（KN）l/4截面拱脚截面力臂(m)力矩(KN.m)力臂(m)力矩(KN.m)P0-121382.76 5380.55 22705.21 P1333

10、4.77 2.86 956.46 P14269.35 6.66 1793.11 P1578.61 (7.59)(596.99)10.18 800.02 P16416.56 5.15 2144.66 22.92 9547.45 P171378.79 (1.31)(1809.21)16.46 22693.95 合计3860.84 12286.20 58496.22 3验算拱轴系数由表1-3得 该比值与假定拱轴系数m=2.814相应得（二）拱轴弹性中心及弹性压缩系数1、弹性中心 2弹性压缩系数（三）主拱圈截面内力计算大跨径拱桥应验算拱顶、1/4拱跨和拱脚五个截面，必要时应验算1/8拱跨截面。只验算拱

11、顶，这里只算了1/4拱跨和拱脚五个个截面的内力。其余截面，除不计弹性压缩的内力必须在影响线上直接布载求得以外，其步骤和1/4拱跨者相同。1 恒载内力计算计算拱圈内力时，为利用现有的表格，一般采用所确定的拱轴线进行计算。但是在确定拱轴系数时，计算得的恒载压力线与确定的拱轴线很难在“五点”完全重合，本例中二者相差0.21003-0.210.00003，这个偏差不算大。 计入弹性压缩的恒载内力 表1-4项目拱顶1/4截面拱脚6.13 2.40 -11.63 1.00000 0.91368 0.63127 3275.55 3275.55 3275.55 3294.06 3605.26 5218.14

12、113.40 44.40 -215.20 （1）不计弹性压缩的恒载推力(2)计入弹性压缩的恒载内力见表1-42活载内力计算（1）公路一级和人群荷载的内力单位拱宽汽车等代荷载式中，c=2为车道数；1为车道折减系数，双车道不折减。单位拱桥人群等代荷载式中，b=0.75m为人行道宽度；q人3KN为人群荷载。不计弹性荷载的公路一级及人群内力见表1-5不计弹性荷载的公路一级及人群内力 表1-5截面项目计算荷载影响线面积纵标值力与弯矩 表中值乘数面积拱顶53.75391.750.50.0072511.96882.1960144.9734相应53.75391.750.50.0691314.03901.165

13、194.216453.75391.750.5-0.00456-7.5280-0.4656-41.9658相应53.75391.750.50.0590311.98790.544954.26331/4截面53.75391.750.50.0088214.56072.4013161.8408相应53.75391.750.50.040358.19430.690455.548953.75391.750.5-0.01047-17.28461.2080-103.7441相应53.75391.750.50.0878117.83261.037195.8715拱脚53.75391.750.50.0199432.91

14、832.1945192.0291相应53.75391.750.50.0924218.76880.992395.5698相应V 53.75391.750.50.170676.93450.293531.379953.75391.750.5-0.01409-23.2607-2.4025-181.4803相应53.75391.750.50.035757.26020.322534.2086相应V53.75391.750.50.3293313.38100.9376 80.5053注：在求拱脚相应反力V时，以公路I级等代荷载乘以全部反力影响线面积。人群反力则只乘以相应的影响线面积。计如弹性压缩的公路I级和人

15、群荷载内力见表1-6项 目拱 顶L/4截面拱 脚轴向力10.942120.7131900.335270.70097与M相应的H94.216454.263355.548995.871595.569834.2086与M相应的V31.379980.5053+V94.216454.263352.333792.206790.155880.82901.08950.62730.64211.10821.10470.39551.08950.62730.60491.04400.78790.282193.162953.636051.728891.162789.367980.5419弯矩M144.9734-41.96

16、58161.8408-103.7441192.0291-181.4803y=2.71051.0034-5.41862.95311.70020.60701.0475-4.2693-1.5286147.9625-40.2656162.4478-102.6966187.7598-183.0089注：初拱脚截面外，其余截面的轴向力用N=作近似计算。3.温度内力计算拱圈合拢温度15拱圈砌体线膨胀系数变化温差15 温度变化在弹性中心产生的水平力：拱圈温度变化内力见表1-7 温 度 内 力 表1-7项 目温度上升拱顶l/4截面拱脚10.942120.71319y=2.71051.0034-5.41867.2

17、4687.46855.485721.8895-7.024730.4638注：1.温度下降时的内力与温度上升的内力符号相反；2.当砂浆为小石子混凝土时，应酌情计入徐变的影响。（四）主拱圈正截面强度验算 根据桥规规定，构件按极限状态设计的原则是：荷载效应不利组合的设计值小于或等于结构抗力效应的设计值，即式中 结构重要性系数，本题为二级设计安全等级为1.0； S 作用效应组合设计值，按公路桥涵设计通用规范（JTG D602004） 的规定计算； R（） 构件承载力设计值函数； 材料强度设计值； 几何参数设计值，可采用集合参数标准值，即设计文件规定值。1.正截面受压强度验算（1）荷载组合荷载效应不利组

18、合的设计值见表1-8 主拱圈荷载效应不利组合的设计值 表1-8 编号荷载效应系数拱 顶l/4截面 拱 脚MNMNMN1恒 载1.238.39381234.814514.21301321.9194-70.75361753.77402公路II级Mmax1.4144.973494.164161.840855.5489192.029195.56983公路II级Mmin-41.965854.2633-103.744195.8715-181.480334.20864温度上升-21.96598.1040-7.66097.63493.31795.77975温度下降21.9659-810407.6609-763

19、49-3.3179-57797荷载组合M1N1M1N1M1N16组合恒+汽Mmax+温升0.8233.37351639.3014243.15181675.5691223.55792253.18817恒+汽Mmin+温升-37.89491582.3620-144.16331736.7436-326.88292161.64328恒+汽Mmax+温降276.42661634.4034258.27511160.6047162.17482241.85989恒+汽Mmin+温降5.15831588.4782-129.14791721.7792-388.26602150.3149注：荷载安全系数的取值，对于

20、结构自重，当其弯矩与车辆荷载的弯矩同号时取1.2，轴向力的荷载安全系数与其相应的弯矩相同，对于其它荷载都取1.4。（2） 拱圈截面抗力根据桥规第4.0.5条规定，拱圈抗力效应的设计值为相应的容许偏心距e0分别为 e00.6S 具体计算见表1-9经验算表明主拱圈截面的荷载效应不利组合的设计值均小于其抗力效应的设计值，即Nj。而且轴向力的偏心距都在容许范围之内。主拱圈抗力效应的设计值 表1-9 截面编号拱顶60.14240.17302448.53190.6S=0.277-0.02390.24532876.543480.16910.15462288.467990.00330.27342976.380

21、6截面60.14510.18592526.34650.6S=0.277-0.08300.19262594.438780.22250.16882356.19329-0.07500.20322618.1618拱脚60.09920.16982401.11040.6S=0.277-0.15120.16852398.032480.07230.22562689.05249-0.18060.10762075.35272.正截面受剪强度验算一般是拱脚截面处的剪力最大，根据桥规4.0.13条规定正截面直接受剪的强度，按下式计算式中 剪力设计值； A 受剪截面面积； 砌体或混凝土抗剪强度设计值； 摩擦系数，采用；

22、 与受剪截面垂直的压力标准值。(1)内力计算恒载公路II级+人群荷载(五)主拱圈稳定性验算拱上建筑未合拢就脱架的主拱圈，由桥规第4.0.5条及第4.0.8.1条规定按下式验算其纵向稳定性式中 轴向力设计值；A 构件截面面积； 砌体或混凝土轴心抗压强度设计值； 构件轴向力的偏心距e和长细比对受压构件承载力的影响系数。拱圈稳定性验算情况见表1-10 主拱圈稳定性验算 表1-10截面拱顶1492.57740.03090.6S=0.270.21872095.3407截面1586.30320.01080.6S=0.270.23562296.3024拱脚1944.58520.04380.6S=0.270.20321984.5674注：Ng和Mg来源于表1-4(六)主拱圈裸拱强度和稳定性验算本桥采用早期脱架施工，必须验算在裸拱自重内力作用下的强度和稳定性。1. 弹性中心的弯矩和推力2. 截面内力拱顶截面截面拱脚截面3. 裸拱的强度和稳定性计算见表1-11 裸拱的强度和稳定性计算 表1-11截面拱顶694.72180.15920.6S=0.270.16231298.5063截面744.45400.07100.6S=0.270.19831743.0320拱脚903.620160.18020.6S=0.270.14541145.7265