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1、桥梁工程（II）课程设计姓 名： 学 号：年 级： 班 级：专 业：2015 年 6月36等截面空腹式石拱桥设计与计算一、设计资料1、设计标准设计荷载：公路II级汽车荷载2、主拱跨径及桥宽净跨径：净矢高：净矢跨比：桥面净宽：净720.25m安全护栏，B=7.5m3、材料及依据主（腹）拱顶填土高度：M12.5砂浆砌筑MU50粗料石容重为M10砂浆砌筑MU40块石容重为拱上横墙、拱上侧墙容重拱顶填料、桥面铺装层换算容重安全护栏：1.0kN/m拱圈材料抗压强度设计值：拱圈材料抗剪强度设计值：拱圈材料弹性模量：二、主拱圈计算1、主拱圈几何尺寸1）、截面特性按经验公式取拱圈厚度：d=1.6 m主拱圈横桥
2、向取1m单位宽度计算，横截面面积惯性矩：截面抵抗矩：截面回转半径：2）、计算跨径和计算矢高假定拱轴系数：m=2.814，根据拱轴系数m与关系得，查拱桥上册，表（III）20（8）得3）、拱轴截面投影4）、计算主拱圈坐标将拱圈沿跨径24等分，每等分长=61.1216/24=2.5467m以拱顶截面形心为坐标原点，拱轴线各截面纵坐标表1主拱圈截面坐标表截面号(m)(m)(m)(m)x(m)拱脚01.00000012.229400.713191.1217211.1076813.3511230.560410.8100489.906400.764311.046708.8597110.9531028.01
3、3720.6472897.915960.811000.986446.929528.9023925.467030.5084716.218300.852380.938555.279757.1568422.920340.3908204.779490.888000.900903.878595.6804020.373650.2919883.570840.917820.871632.699214.4424717.8269L/4 60.2100002.568170.942120.849151.719033.4173215.280270.1432181.751470.961370.832150.919322.
4、5836212.733580.0903081.104410.976140.819550.284861.9239710.186890.0502130.614070.986960.81057-0.196491.424647.6401100.0221330.270670.994300.80459-0.533911.075265.0934110.0055060.067340.998600.80112-0.733790.868462.5467拱顶 12001.000000.80000-0.800000.800000注：（1）本表截面半拱分为12段，与拱桥（上册）附录图()-1对照，本表截面号的2倍为拱桥
5、（上册）附录图()-1的截面号。第2栏数据取自拱桥（上册）表()-1，第四栏数据取自表()-202、 拱上构造尺寸1）、腹拱圈腹拱净跨径：，净矢高：腹拱厚度：，腹拱墩宽：，净矢跨比，查表有，所以，腹拱圈拱脚截面的投影:水平投影：竖向投影：2） 、腹拱墩 墩厚表2腹拱墩高度计算表墩号x(m)(m)h(m)1#横墙26.67168.857450.78892-0.214047.29342#横墙21.77165.569320.86845-0.121184.09813#横墙16.87163.196720.92694-0.063051.78374#拱座12.28161.636650.96399-0.029
6、880.2568空、实腹段分界线12.14161.601080.96480-0.029190.2219注：表中的由表1的有关数据内插计算得到3、确定拱轴系数m1）、主拱圈荷载2）、拱上空腹段的恒载 腹拱圈外弧半径：腹拱内弧半径：腹拱上部：利用CAD求面域，得荷载如下：腹拱圈重：腹拱侧墙护拱重：拱座部分侧墙护拱重：腹拱下部：3）、拱上实腹段的恒载 拱顶填料及面重悬链线曲边三角形部分重量：各块恒载对拱脚及1/4拱跨截面的弯矩表3分块号恒重（kN）1/4截面拱脚截面力臂（m)弯矩(kN）力臂（m)弯矩(kN)10137.87335343.009146547.1212129.7463.88928283
7、.0081612.1078.789214169.1311237.17413.689216935.922451.6632.99881354.44718.27928256.038846.5739.20967796.59924.490020732.573936.4716.15145760.60821.431820070.259总计17351.60750254.662234994.053验算拱轴系数：由上表可得到该值与假定拱轴系数m=2.814相应的接近,故取m=2.814作为拱轴系数三、拱轴弹性中心及弹性压缩系数1、弹性中心2、弹性压缩系数四、主拱圈截面内力计算1、不计弹性压缩的恒载推力2、计入弹性
8、压缩的恒载内力1）、拱顶截面2）、拱脚截面3、汽车荷载冲击力效应拱顶填料厚度平均为,必须计算汽车冲击力。汽车荷载冲击系数按下式计算：当时，当时，当时， 式中f结构基频 结构基频f的计算公式： 式中：,为拱桥矢跨比, 结构的计算跨径， 结构材料的弹性模量， 结构跨中截面的惯性矩， 结构跨中处单位长度的质量， 故 4、汽车荷载效应计算拱圈宽度为7.5m，承载双车道公路II级汽车荷载，计入汽车冲击力，每米拱宽承载均布荷载：210.50.75/7.5（1+）=2.11.05=2.205kN/m，承载集中荷载：23600.75/7.5（1+）=721.05=75.6kN1） 、拱顶截面表4拱顶截面弯矩及
9、其相应的轴向力影响线面积影响线正弯矩负弯矩均布荷载考虑弹性压缩弯矩影响线面积27.0849-17.0355相应轴向力影响线面积21.127918.0407集中荷载不考虑弹性压缩弯矩影响线坐标3.3036-0.7005相应水平推力影响线坐标1.11460.5446 a）拱顶截面正弯矩均布荷载作用下考虑弹性压缩的弯矩：相应的考虑弹性压缩的轴向力：集中荷载作用下不考虑弹性压缩的弯矩：相应的不考虑弹性压缩的水平推力：弹性压缩的附加水平推力：弹性压缩附加弯矩：考虑弹性压缩后的水平推力：考虑弹性压缩后弯矩：a） 拱顶截面负弯矩均布荷载作用下考虑弹性压缩的弯矩：相应的考虑弹性压缩的轴向力：集中荷载作用下不考
10、虑弹性压缩的弯矩：相应的不考虑弹性压缩的水平推力：弹性压缩的附加水平推力：弹性压缩附加弯矩：考虑弹性压缩后的水平推力：考虑弹性压缩后弯矩：2） 、拱脚截面表5拱脚截面弯矩及其相应的水平推力和左拱脚反力影响线面积和坐标影响线正弯矩负弯矩均布荷载考虑弹性压缩弯矩影响线面积74.4928-52.6381相应轴向力影响线面积27.455221.9011集中荷载不考虑弹性压缩弯矩影响线坐标3.3012-3.6141相应水平推力影响线坐标0.99190.3223相应左拱拱脚反力影响线坐标0.706490.93757a） 拱脚截面正弯矩均布荷载作用下考虑弹性压缩弯矩：相应的考虑弹性压缩的轴向力集中荷载作用下
11、不考虑弹性压缩的弯矩：相应的不考虑弹性压缩的水平推力：弹性压缩的附加水平推力：弹性压缩附加弯矩：考虑弹性压缩后的水平推力：考虑弹性压缩后弯矩：与相应的左拱脚反力：（通规第4.3.1条规定，集中荷载计算剪力时，乘以1.2）轴向力：b） 拱脚截面负弯矩均布荷载作用下考虑弹性压缩弯矩：相应的考虑弹性压缩的轴向力：集中荷载作用下不考虑弹性压缩的弯矩：相应的不考虑弹性压缩的水平推力：弹性压缩的附加水平推力：弹性压缩附加弯矩：考虑弹性压缩后的水平推力：考虑弹性压缩后弯矩：与相应的左拱脚反力：（通规第4.3.1条规定，集中荷载计算剪力时，乘以1.2）轴向力：荷载作用效应组合表6汽车荷载效应汇总表荷载效应单位
12、拱顶拱脚正弯矩负弯矩正弯矩负弯矩轴向力kN129.53180.307158.109101.093弯矩kNm220.3999-87.891363.825-392.407注：按公路桥涵通用设计规范（JTG D60-2004），汽车荷载产生的拱各截面正弯矩，拱顶至拱跨1/4点，乘以0.7折减系数；拱脚乘以0.9折减系数；拱跨1/4点至拱脚，用直线插入法确定。5、温度作用效应年平均最高温度28，年平均最低气温2，按通规第4.3.10条条文说明，结构最高温度为：结构最低温度为：，合拢温度为15，在合拢后升温29.915=14.9，降温152.4=12.6。按拱桥手册公式（4-32），温度变化引起的弹性中心赘余力为：以上计算为温度变化1是每米拱宽的弹性中心赘余力，温度上升取正值，温度下降取负值，按规范第5.1.8条，上式内温度作用效应乘以0.7折减系数温度上升14.9，温度下降12.6，温度变化引起的截面效应见手册公式（4-33）（4-34）1）、拱顶截面温度上升引起的截面轴向力、弯矩、剪力2)、拱顶截面温度下降引起的截面轴向力、弯矩、剪力3）、拱脚截面温度上升引起的截面轴向力、弯矩、剪力4）、拱脚截面温度下降引起的截面轴向力、弯矩、剪力 五、拱的整体“强度稳定”验算用的荷载效应半拱全部自重力为
