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1、 长沙理工大学土木与建筑学院桥梁工程拱桥课程设计计划与任务书 -悬链线等截面无铰箱形拱桥设计指导教师： 适用班级：桥土2008级设计时间：2.5周桥梁工程系2011年9月10日桥梁工程课程设计任务、指导书悬链线等截面箱形无铰拱桥设计第一部分 上部结构计算一、设计资料：1、设计荷载：公路-级或公路-级、人群3.0kN/m2；2、桥面净宽：净7+21.0m人行道；3、净跨径：L0=50.00m、54.00m、63.00m、64.00m、70.00m、72.00m、80.00m、84.00m、90.00m；4、净矢跨比：f0/L0=1/5、1/6、1/7、1/8；5、拱顶最小填料厚度：h=0.50m
2、；6、材料性质：预制闭合拱箱、现浇填缝及横隔板：C30混凝土，E1=3.0104MPa，容重r1=25.0kN/m3；横挑梁：预制C30混凝土，弹性模量E=3.0104MPa，容重r2=24.0kN/m3；拱上底梁、立柱、盖梁、腹拱、人行道栏杆：C20混凝土，容重r3=24.0kN/m3；拱顶及拱腔填料、护拱：10号砂浆砌片石，容重r4=24.0kN/m3；侧面墙：10号砂浆砌块石，容重r5=24.0kN/m3；桥面：沥青混凝土厚0.06m，容重r6=24.0kN/m3；7、栏杆、人行道全桥宽平均每延米9.4kN/m；8、桥面标高：85.460m。二、参考依据1、主拱圈：采用单箱5室结构，各细
3、部尺寸如图所示。2、腹拱墩的布置：高墩采用立柱式，也可采用挖空的横墙式。3、计算温度影响力时，最高月平均气温30，最低月平均气温4，合拢温度14，混凝土收缩按温度下降10计算。三、设计依据及参考资料1交通部.公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004).北京:人民交通出版社,2004.2交通部.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTGD62-2004).北京:人民交通出版社,2004.3交通部.公路砖石及混凝土桥涵设计规范(JTG D61-2005).北京:人民交通出版社,2005.4顾懋清,石绍甫.公路桥涵设计手册拱桥(上册).北京:人民交通出版社,1997.5顾安邦,孙国柱.公
4、路桥涵设计手册拱桥(下册).北京:人民交通出版社,1997.6江祖铭,王崇礼.公路桥涵设计手册墩台与基础.北京:人民交通出版社,1997.7钟圣斌.桥梁计算示例集拱桥(二).北京:人民交通出版社,1989.8王国鼎,钟圣斌.拱桥计算示例集.北京:人民交通出版社,2000.四、计算成果1、设计计算书一份；2、拱上建筑及主拱圈断面图一张。五、计算步骤1、截面几何特性计算通过手算、或使用桥梁结构电算程序设计书中GEO1.FOR、GEO2.FOR程序、或采用通用软件对截面中性轴、面积、抗弯惯性矩、回转半径等进行计算。2、确定拱轴系数假定拱轴系数m、布置拱上建筑；计算各部分恒载的重量对拱脚及1/4截面产
5、生的弯矩、计算，如果计算的与假定的m对应的相差在半级以内，则m即为采用值，否则将计算的拱轴系数作为假定值，重复步计算，直至满足要求为止。3、结构自重作用下拱的内力计算用假载法计算拱轴系数假定值与计算值偏差的影响、用力法计算恒载压力线偏离拱轴线的影响；4、汽车和人群作用下拱的内力计算汽车作用的内力计算按新规范进行，等级为公路-级或公路-级,人群3.0kN/m2。由于作用效应组合时，车道作用效应与人群作用效应组合系数不同，应分开计算。汽车荷载效应和人群荷载效应的计算表格如下。表1-1不计弹性压缩的公路-I级车道荷载效应计算截面项目均布作用计算集中力作用计算力或力矩表值乘数影响线的面积数值表值乘数影
6、响线最大值数值拱顶截面Mmax相应HMmin相应H1/4截面Mmax相应HMmin相应H拱脚截面Mmax相应H相应VMmin相应H相应V表1-2不计弹性压缩的人群荷载效应计算截面项目均布作用计算力或力矩表值乘数影响线面积数值拱顶截面Mmax相应HMmin相应H1/4截面Mmax相应HMmin相应H拱脚截面Mmax相应H相应VMmin相应H相应V5、温度及混凝土收缩内力计算，并考虑徐变的影响其作用效应可乘以下列系数：温度作用效应0.7；混凝土收缩作用效应0.45/。6、作用效应组合（按新规范进行），考虑承载能力极限状态下的基本组合，主要组合为：基本组合：永久作用+汽车作用+人群作用基本组合：永久
7、作用+汽车作用+人群作用+温度影响+混凝土收缩当计算拱的正弯矩时，从拱顶至1/4拱跨各截面应乘以0.7折减系数、拱脚截面乘以0.9、1/4拱跨至拱脚截面，其折减系数按直线内插。7、强度及稳定性验算。(1)混凝土拱圈应按规范第4.0.84.0.10条验算进行截面的“强度-稳定”性验算。受压承载力计算公式如下式：(4.0.8-1)计算时，可按单向偏心受压进行验算。(2)偏心受压构件的偏心矩e应符合规范的规定。表4.0.9 受压构件偏心矩限值作用组合偏心矩限值基本组合0.6s偶然组合0.7s(3)拱圈抗剪强度验算拱圈抗剪强度应满足规范的第4.0.13，其验算公式如下：(4.0.13)六、要求1、 计
8、算书采用长沙理工大学统一的课程设计纸，一律手写，提交的成果有目录、任务书、计算书；2、 拱上建筑及主拱圈断面图纸采用A3纸，制图符合公路桥涵制图习惯，构造正确，一律手绘；3、 计算书整洁、清晰，计算数据准确、统一，一律采用国际单位，小数位数合理并前后一致；4、 独立、认真完成课程设计，按时提交设计成果，遵守纪律。第二部分 桥墩设计计算一、设计资料1、有关资料与上部构造提供的相同；2、桥墩处基底标高62.320m，河床表面标高68.000m，桥面标高85.460m，基岩=0.8MPa；3、桥墩材料：第一层基础15#片石混凝土，r1=24.0kN/m3；第二层基础10#小石子混凝土砌40#块石，r
9、1=24.0kN/m3；二、参考数据桥墩起拱线处墩宽可初定为3.5m，可通过设计计算进行调整，基础采用扩大基础，一般采用2层，层高0.751.00m，其余尺寸参考有关资料及例题，也可自行拟定。三、设计成果1、 桥墩计算书一份；2、桥墩设计图一份。四、说明1、本部分的设计计算只要求桥梁专业方向的学生进行设计，其他方向的学生不作要求。设计任务分配表学号尾数荷载等级净跨径净矢跨比箱梁高度h1(cm)箱梁高度H(cm)1公路-级50m1/5601202公路-级54m1/6651253公路-级63m1/7701304公路-级64m1/8751355公路-级70m1/5801406公路-级72m1/670
10、1307公路-级80m1/8751358公路-级84m1/7801409公路-级90m1/5851450公路-级90m1/690150 5 上部结构设计5.1拱圈截面几何特性拱圈截面分块如图5所示，将截面分为5部分，列表计算分块的几何、物理力学特征值见表-1 。图5 拱圈截面分块 表1 几何分块，物理力学表特征值 拱圈截面几何力学性质计算表编号尺寸及截面面积计算(m)面积A(m2)分块面积重心至全截面底边距离y(m)对底边面积矩S=Ay (m3)对自身重心轴惯矩I0(m4)对底边惯性矩I=Ay2(m4)17.460.10.7460.050.03737.460.10.10.1/12=0.0006
11、216670.7460.050.05=0.001865220.11.0=0.2 40.341.0=1.360.2 1.360.651.01420.11.01.01.0/12=0.0166667 40.341.01.01.0/12=0.11333330.20.650.65=0.0845 1.360.650.65=0.574634(34+44)5/2 2(10+15)5/20.078 0.01250.1240.01184(0.340.05e3/12+217.36E-08)=0.00001555 2(0.10.05e3/12+17.36E-08)=0.000002430.0780.1240.124=
12、0.00199 0.01250.1240.124=0.000244(34+44)5/2 2(10+15)5/20.078 0.01251.1760.11234(0.340.05e3/12+217.36E-08)=0.00001555 2(0.10.05e3/12+17.36E-08)=0.000002430.0781.1761.176=0.10787 0.01251.1761.176=0.017357.60.10.761.250.957.60.10.10.1/12=0.0006333330.761.251.251.18756合计3.2472.12540.281291261.975825 由此得(1) 截面面积：A=3.247m2(2) 截面重心距底边：yb=S/A=2.1254/3.247=0.65m(3) 截面重心距顶边：yt=1.3-0.65=0.65m(4)截面对重
