长安大学拱桥课程设计电子版.docx

长安大学拱桥课程设计电子版.docx

《长安大学拱桥课程设计电子版.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《长安大学拱桥课程设计电子版.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

长安大学拱桥课程设计电子版

悬链线箱形拱桥课程设计任务书

1．设计资料

设计荷载：

公路Ⅰ级，人群荷载3.5KN/m

.

矢跨比1/4桥宽1.5+9+1.5

拱顶填土包括桥面的平均高度

＝0.5m

净跨径：

=45m+3*5=60m;

合拢温度：

10

最高月平均温度30

最低月平均温度0

2.主要构件材料及其数据

桥面铺装为8cm钢筋混凝土（

＝25KN/m

）+6cm沥青混凝土（

＝23KN/m

）

拱顶填土材料容重

＝22.5KN/m

护拱及拱腔为1号石灰砂浆砌筑片石，

＝23KN/m

腹拱圈为C30混凝土预制圆弧拱，

＝24.5KN/m

腹拱墩为C30钢筋混凝土矩形截面排架式墩，

＝25KN/m

主拱圈为C40钢筋混凝土箱形截面，

＝25.5KN/m

3.设计依据

1．交通部部标准《公路桥涵设计通用规范（JTGD60－2004）》；

2．交通部部标准《公路圬工桥涵设计规范—JTGD61--2005》；

3．交通部部标准《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTGD60－2004》；

二、拱圈截面的几何要素的计算

（一）主拱圈横截面设计

三、确定拱轴系数

3.1上部结构构造布置

上部结构构造布置如下图所示：

图3.1上部结构构造尺寸（单位：

cm）

3.1.1主拱圈

假定m=2.514，相应的y?

/f=0.215，f0/l0=1/4，查《拱桥》（上册）表（III）-20（6）得：

sinφj=0.76774，cosφj=0.64076，φj=50?

09'4.95"

主拱圈的计算跨径和计算矢高：

l=l0+2y下sinφj=85+2×0.8449×0.76774=86.2973m

f=f0+y下（1cosφj）=21.25+0.8449×（10.64076）=21.8035m

拱脚截面的水平投影和竖向投影

x=Hsinφj=1.65×0.76774=1.2668m

y=Hcosφj=1.65×0.64076=1.0573m

将拱轴沿跨径24等分，每等分长

，每等分点拱轴线的纵坐标

（其中

由拱桥（Ⅲ）-1查得）,相应的拱背曲面坐标

，拱腹曲面坐标

。

具体数值见下表：

表3.1主拱圈几何性质表

截面号

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

43.1487

1

21.8035

0.64076

1.2565

1.3186

20.5470

23.1221

1

39.5530

0.8140

17.7484

0.69422

1.1597

1.2170

16.5887

18.9655

2

35.9573

0.6534

14.2466

0.74578

1.0795

1.1329

13.1670

15.3795

3

32.3616

0.5154

11.2376

0.7942

1.0137

1.0638

10.2239

12.3015

4

28.7659

0.3976

8.6698

0.83839

0.9603

1.0078

7.7095

9.6776

5

25.1702

0.2981

6.4990

0.87757

0.9174

0.9628

5.5816

7.4618

6

21.5745

0.2150

4.6878

0.91126

0.8835

0.9272

3.8043

5.6149

7

17.9788

0.1470

3.2049

0.93928

0.8571

0.8995

2.3478

4.1045

8

14.3831

0.0929

2.0250

0.96171

0.8372

0.8785

1.1879

2.9036

9

10.7874

0.0517

1.1278

0.97874

0.8226

0.8633

0.3052

1.9910

10

7.1917

0.0228

0.4977

0.99065

0.8127

0.8529

（0.3150）

1.3505

11

3.5960

0.0057

0.1239

0.99768

0.8070

0.8469

（0.6831）

0.9708

12

0.0000

0.0000

0.0000

1

0.8051

0.8449

（0.8051）

0.8449

3.1.2拱上腹孔布置

从主拱圈两端起拱线起向外延伸3m后向跨中对称布置4孔圆弧小拱，腹拱圈厚

，净跨径

，净矢高

，座落在宽为0.5m的钢筋混凝土排架式腹孔墩支撑的宽为0.6m的钢筋混凝土盖梁上。

腹拱拱顶的拱背和主拱拱顶的拱背在同一标高。

腹孔墩墩中线的横坐标

以及各墩中线自主拱拱背到腹孔起拱线的高度

，分别计算如下表：

表3.2腹孔墩高度计算表

项目

1号立柱

39.1

0.9062

1.4253

17.2786

1.0287

1.4346

15.8787

2号立柱

32.9

0.7625

1.1993

11.6594

0.7918

1.2755

10.3875

3号横墙

26.7

0.6188

0.9733

7.3770

0.5956

1.1639

6.1950

4号墩拱座

20.7176

0.4801

0.7552

4.3059

0.4353

1.0906

3.1829

空、实腹段分界线

20.6353

0.4782

0.7522

4.2701

0.4332

1.0898

3.1478

由

，根据圆弧线拱轴方程得

sinφ0=0.470588，cosφ0=0.882353，φ0=28?

04'20"

腹拱拱脚的水平投影和竖向投影

x'=d'×sinφ0=0.35×0.470588=0.1647m；

y'=d'×cosφ0=0.35×0.882353=0.3088m

上部结构恒载计算

恒载计算，首先把桥面系换算成填料厚度，然后按主拱圈、横隔板、拱上空腹段、拱上实腹端及腹拱推力共5个部分进行。

3.2.1桥面系

1.桥面系

桥面系包括栏杆、人行道构造和附设的管路。

栏杆每幅长3.50m，栅板分三部分预制，如图4所示。

（1）每侧栏杆的重力

中栅0.041×25=1.025kN

边栅2×0.0244×25=1.22kN

立柱0.0852×25=2.13kN

中底枋0.0144×25=0.36kN

边底枋2×0.01284×25=0.642kN

扶手0.042×25=1.050kN

∑=6.427kN

每延米桥长的栏杆重力g=6.427×2/3.868=3.493kN/m

（2）人行道构件（图1）

a.人行道块件，γ=25kN/m3

[0.05×0.3+（0.07+0.15）×0.6/2+0.2×0.75

+1.75×0.15+0.2×0.8]×25×2=32.675kN/m

b.人行道板，γ=24kN/m3

2.25×0.03×24×2=3.24kN/m

c.人行道板下填砂层，γ=18kN/m3

2.25×0.02×18×2=2.16kN/m

d.人行道块件内水管铸铁容重为78.5kN/m3，

水的容重为10kN/m3，水管内径为35cm，

外径为36cm。

[π×0.355×0.01×78.5+π×0.352×10/4]×2=3.6752kN/m

e.人行道块件里填砂砾石或装电缆，γ=18kN/m3

[1.75*0.6-π×0.362/4]×18×2=34.1356kN/m

每延米桥长人行道构件重力∑=75.8858kN/m

（3）拱顶填料及沥青表处面层重力

（0.65×22.5+0.08×25+0.06×23）×12=216.06kN/m

以上三部分恒载由拱圈平均分担，则换算容重为γ=22.5kN/m3的计算平均填料厚度为：

hd=（3.493+75.8858+216.06）/（15.4×22.5）=0.8526m

3.2.2主拱圈

3.横隔板

横隔板的设置受箱肋接头位置的控制，必须先确定接头位置后再按箱肋轴线等弧长布置横隔板。

（1）箱肋有关几何要素

a.箱肋截面积（图5）

A'=2×0.1×1.45+1.0×0.1

+2×0.1×0.1/2=0.4m2

b.箱肋截面静矩

J'=2×0.1×1.45×1.45/2+1.0×0.10×0.10/2

+2×0.1×0.1×（0.1/3+0.1）/2

=0.2166m3

c.截面重心距箱底的距离

y'下=J'/A'=0.541m

d.箱肋计算跨径l'=l0+2y'下sinφj=85+2×0.541×0.76774=85.8307m

e.箱肋轴线弧长S'=2×0.57823l'=99.2598m

（2）确定箱肋接头、设置横隔板

a.确定接头位置箱肋分三段吊装合拢，接头宜选在箱肋自重作用下弯矩值最小的反弯点附近，即ξ=0.35~0.37之间，此处相应的弧长为（图6）：

式中

值根据ξ值从《拱桥（例集）》的附表1-1内插算得。

b.布置横隔板

横隔板沿箱肋中轴线均匀设置，取板间间距Δl'=3.17m，中段箱肋设11道横隔板，端横隔板到接头中线的距离为0.3m，则中段箱肋弧长之半为：

SII/2=（3.17×10+2×0.3）/2=16.15m

则接头位置刚好在ξ=0.37处。

端段箱肋弧长SI=（S'SII）=（99.259832.3）/2=33.4799m

端段箱肋设11道横隔板，则端横隔板距起拱面的长度为：

ΔS=SI3.17×100.3=1.4799m

（3）横隔板与接头加强部分的重力

横隔板厚均为0.06m。

靠拱脚的一块为实心板，其余均为空心板。

接头处两相邻横隔板之间以及拱脚截面至第一块横隔板之间的箱底板和两侧板均加厚0.10m，加强后的断面尺寸如图7所示。

a.横隔板重力

空心板

P=[（1.0×1.350.6×0.95+4×0.12/2）

×0.06+4×0.5×0.052×1.35]×25×9=12.319kN

实心板

P=（1.0×1.35×0.06

+4×0.5×0.052×1.35）×9×25=19.74375kN

b.中接头加强部分

P=[2×0.1×0.54×1.35+0.1×0.54×（1.0-2×0.1）

4×0.5×0.052×1.35]×9×25=41.01kN

c.拱脚加强段

P=[0.1×2×1.35×1.1799+0.1×1.1799×（1.0-2×0.1）2×0.5×0.052×1.35]×9×25=92.1578kN

d.各集中力作用线的横坐标

各集中力作用线的横坐标lx，可以根据

值从《拱桥（例集）》书后附表1查得ξ值，再由l=l'×ξ/2求得。

lx的值和各集中力分别对l/4和拱脚截面的力臂见表3。

横隔板的横坐标与力臂计算表表3

集中力

编号

Sx

=2Sx/l肋

ξ

lx=l肋ξ/2

力臂

l/4-lx

l/2-lx

1号

3.17

0.0739

0.0738

3.1675

18.4068

39.9811

2号

6.34

0.1477

0.1474

6.3243

15.2500

36.8243

3号

9.51

0.2216

0.2203

9.4560

12.1183

33.6926

4号

12.68

0.2955

0.2926

12.5550

9.0193

30.5936

5号

15.85

0.3693

0.3648

15.6565

5.9179

27.4922

6号

16.45

0.3833

0.3777

16.2084

5.3659

26.9402

7号

19.62

0.4572

0.4465

19.1600

2.4144

23.9887

68.4925

8号

22.79

0.5310

0.5142

22.0670

21.0817

9号

25.96

0.6049

0.5801

24.8951

18.2535

10号

29.13

0.6788

0.6440

27.6385

15.5102

11号

32.3

0.7526

0.7056

30.2818

12.8668

12号

35.47

0.8265

0.7648

32.8198

10.3289

13号

38.64

0.9004

0.8215

35.2561

7.8926

14号

41.81

0.9742

0.8759

37.5887

5.5599

15号

44.98

1.0481

0.9278

39.8174

3.3312

314.3375

16号

48.15

1.1220

0.9774

41.9437

1.2050

0号

0

0.0000

0.0000

0.0000

21.5743

43.1487

中接头

16.15

0.3763

0.3713

15.9325

5.6419

27.2162

拱脚加强段

48.889

1.1392

0.9887

42.4290

0.7196

4.拱上空腹段

（1）腹孔上部（见图8）

腹拱圈外弧跨径l外=l0+2d'sinφ0=5.6+2×0.35×0.470588=5.9294m

腹拱圈内弧半径R0=l0/（2sinφ0）=5.6/（2×0.470588）=5.95m

腹拱圈重力

Pa=2φ0Rd'γ3B0=2×28?

04'20"×π/180×（5.95+0.35/2）×0.35×24.5×15.4=792.584kN

腹拱上面的护拱重力Pb=（2sinφ0-sinφ0cosφ0-φ0）R2γ2B0=（2×0.470588

0.470588×0.882353-28?

04'20"×π/180）×（5.95+0.35/2）2×23×15.4=479.510kN

填料及桥面系重力Pc=l外hdγ1B0=5.9294×0.8526×22.5×15.4=1751.698kN

Pd={（0.6-x'）y'γ4+[（f'0+d'-y'）γ2+hdγ1]（0.62x'）}B0={（0.6-0.1647）×0.3088×25+

[（1.050.3088）×23+0.8526×22.5]×（0.62×0.1647）}×15.4=202.7536kN

一个腹拱总重力：

P=∑Pi=792.584+479.51+1751.698+202.7536=3226.5456kN

（2）腹孔下部（见图10）

盖梁重力P=[0.6×0.5×15.4+4×（1.5+0.5）×0.5×0.3/2]×25=130.5kN

底梁重力P=[0.5×0.5×15.4+4×（0.7+1.3）×0.5×0.2/22×0.32×0.5/2]×25=105.125kN

1号立柱重力P=4×（15.87871.5）×0.5×0.5×25=359.4675kN

2号立柱重力P=4×（10.38751.5）×0.52×25=222.1875kN

3号拱墙重力P=[0.6×16.2+（6.1950.5）×15.4+2×0.3×0.4/2

2×（π×0.52/2+0.3×1）]×0.5×25=1201.97kN

4号腹拱座重力P=（3.1829+0.3088/2）×0.1647×25×15.4=211.6165kN

（3）腹孔集中力

P13=3226.5456+130.5+105.125+359.4675=3821.6381kN

P14=3226.5456+130.5+105.125+222.1875=3684.3581kN

P15=3226.5456+1201.97=4428.5156kN

P16=（3226.5456202.7536）/2+211.6165=1723.5125kN

5.拱上实腹段（见图11）

（1）拱顶填料及桥面系重P18=lxhdγ1B0=20.6353×0.8526×22.5×15.4=6096.2025kN

（2）悬链线曲边三角形

P19=lf1（shkξkξ）γ2B0/[2（m1）k]=86.2973×21.3521/[2×（2.514-1）×1.5729]

×（sh0.75220.7522）×23×15.4=10003.506kN

式中f1=f+y上（11/cosφj）=21.8035+0.8051×（11/0.64076）=21.3521m

其重心距原点（拱顶）的水平距离

ηlx=[（shkξkξ/2）-（chkξ1）/kξ]lx/（shkξkξ）=0.752lx=15.5177m

6.腹拱推力

靠近主拱拱顶一侧的腹拱，一般多做成两平铰拱，在较大的恒载作用下和考虑到周围的填料等构造的作用，可以折中地按无铰圆弧拱计算其推力，而不计弯矩的影响。

腹拱拱脚的水平推力

F=（C1g1+C2g2+C3g3）RB0

式中g1=γ1hd=22.5×0.8526=19.1835kN/m2

g2=γ2{（R+d'/2）[（R+d'/2）2l2/4]?

}

=23×{（6.125+0.35/2）[（6.125+0.35/2）25.76472/4]?

}=16.0547kN/m2

g3=γ3d'=24.5×0.35=8.575kN/m2

由f0/l'0=1/8和b=I/AR2=0.000272查《拱桥》（上册）表（I）-4得

C1=0.7769488，C2=0.1072884，C3=0.7900976

F=（0.7769488×19.1835+0.1072884×16.0547+0.7900976×8.575）

×6.125×15.4=2207.409kN

腹拱拱脚推力作用线的纵坐标见图12所示，其距x轴的偏心距为：

e=d'+f0-y'/2-y上=0.35+0.7-0.3088/2-0.8051=0.3993m

腹拱推力对各截面重心产生的力矩Mi=Fx（yie）

6.验算拱轴系数

恒载对l/4截面和拱脚截面的力矩见表4。

由表4可知：

∑M?

/∑Mj=200023.0271/941436.3489=0.2125

该值与0.215之差小于半级即0.0025，故可确定上面拟定的桥跨结构形式的设计拱轴系数m=2.514。

半拱恒载对拱脚和l/4截面产生的弯矩表4

项目

集中力编号

重力（kN）

l／4截面

拱脚截面

力臂

力矩（kN·m）

力臂

力矩（kN·m）

主拱圈

P0~12

4727.67

15832.67

66814.3

横隔

P1~14

157.5

48.5095

509.34975

222.2351

2333.46855

板及

P16

14.49

0.8635

12.512115

加强

P0

5.25

15.2358

79.98795

30.4717

159.976425

段

中接头

23.31

4.0262

93.850722

19.262

448.99722

拱脚段

30.5053

0.5329

拱上

P13

2140.76601

2.97165

6361.607314

空腹

P14

2029.91591

8.37165

16993.74553

段

P13

2145.31001

13.77165

29544.4586

P16

856.285705

3.718225

3183.862915

18.95405

16230.08207

实腹

P17

1884.9171

9.518175

17940.97082

24.754

46659.23789

段

P18

1788.19

6.645625

11883.64017

21.88145

39128.19008

∑

15804.11004

49524.33232

224702.8321