《拱桥设计计算说明书》由会员分享，可在线阅读，更多相关《拱桥设计计算说明书（32页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、目录一、 设计背景1（一）概述1（二）设计资料11、设计标准12、主要构件材料及其参数13、设计目的及任务24、设计依据及规范2二、 主拱圈截面尺寸3（一）拟定主拱圈截面尺寸31、拱圈的高度32、拟定拱圈的宽度33、拟定箱肋的宽度34、拟定顶底板及腹板尺寸3（二）箱形拱圈截面几何性质4三、确定拱轴系数5（一）上部结构构造布置51、主拱圈52、拱上腹孔布置6（二）上部结构恒载计算71、桥面系72、主拱圈7（三）拱上空腹段71、填料及桥面系的重力72、盖梁、底梁及各立柱重力73、各立柱底部传递的力8（四）拱上实腹段81、拱顶填料及桥面系重82、悬链线曲边三角形8四、拱圈弹性中心及弹性压缩系数10（
2、一）弹性中心10（二）弹性压缩系数10五、主拱圈截面内力计算11（一）结构自重内力计算111、不计弹性压缩的恒载推力112、计入弹性压缩的恒载内力11（二）活载内力计算111、车道荷载均布荷载及人群荷载内力112、集中力内力计算13（三）温度变化内力计算141、设计温度15C下合拢的温度变化内力142、实际温度20C下合拢的温度变化内力15（四）内力组合151、内力汇总162、进行荷载组合16六、拱圈验算17（一）主拱圈正截面强度验算171、正截面抗压强度和偏心距验算17（二）主拱圈稳定性验算181、纵向稳定性验算182、横向稳定性验算18（三）拱脚竖直截面（或正截面）抗剪强度验算181、自重
3、剪力182、汽车荷载效应193、人群荷载剪力204、温度作用在拱脚截面产生的内力215、拱脚截面荷载组合及计算结果21七、裸拱验算22（一）裸拱圈自重在弹性中心产生的弯矩和推力22（二）截面内力221、拱顶截面221 2、截面2243、拱脚截面22（三）强度和稳定性验算23八、总结24九、参考文献25一、设计背景(一) 概述在我国公路桥梁建设中，拱桥，特别是圬工拱桥得到了广泛的应用。本次设 计为等截面悬链线无铰拱结构，拱桥设计在桥梁建设中应用十分重要，也较为复 杂，需结合理论力学、材料力学、结构力学的基础力学知识，根据桥梁专业特点 来进行设计并解决设计中遇到的各种问题。本设计任务书，主要包括了
4、主拱圈截 面的几何要素计算，确定拱轴系数，弹性中心位置以及计算弹性压缩系数，温度 及混凝土收缩时产生的内力，拱圈截面强度验算，拱圈整体稳定及强度验算，拱 脚截面直接抗剪验算以及它们所包含的荷载计算、拱圈内力的调整等。(二) 设计资料1、设计标准(1) 设计荷载:公路一I级，人群荷载按规范取3kN / m2。(2) 桥面净空：拱顶桥面标高+50.0m(3) 净跨径：10 =70+ (学号-10)X5m=70+ (13-10)X5m=85m(4) 净矢跨比：f /1 =1，即净矢高f = 14.17m0060(5) 桥梁净宽：净-8+2X(0.25m栏杆+1.0m人行道)=10.5m(6) 设计合
5、拢温度为15C，月平均最高温度40C，月平均最低气温-5C2、主要构件材料及其参数(1) 主拱圈为C40钢筋混凝土箱形截面，匕=25kN / m3(2) 桥面铺装为8cm的钢筋混凝土( y =25 kN/m3) +6cm沥青混凝土( y =23 kN / m3)(3) 拱上简支梁为C30钢筋混凝土，丫广25kN / m3(4) 拱上桥墩为C30钢筋混凝土矩形截面墩，y 1= 25kN / m3(5) 拱顶填料平均高度匕=0.55m，拱顶填料容重y3 = 20kN/ m3（6）主拱圈截面参考图图1-1主拱圈截面参考图（单位：cm）3、设计目的及任务本设计主要是独立完成一座等截面悬链线空腹式无铰箱
6、型板砼拱桥设计和 计算，旨在通过本设计进一步熟悉拱桥的纵横断面和平面布置以及它的主要构件 和各构件的主要尺寸及构造细节；进一步掌握圬工拱桥上部结构的内力计算步 骤，原理和方法；熟悉有关拱桥内力计算图表的用法。本设计主要任务包括以下 九点：（1）桥型布置和尺寸拟定。（2）拱轴系数的确定。（3）悬链线无铰拱的几何性质及弹性中心。（4）恒载作用下悬链线无铰拱的内力计算。（5）活载作用下悬链线无铰拱的内力计算。（6）裸拱内力计算。（7）温度变化、混凝土收缩和拱脚变位的内力计算。（8）拱圈强度和稳定性验算。（9）拱圈内力的调整。4、设计依据及规范1 中华人民共和国行业标准公路桥涵设计通用规范JTGD60
7、-2004，人民 交通出版社，2004年9月。2 中华人民共和国行业标准公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规 范JTGD62-2004，人民交通出版社，2004年9月。3 邵旭东主编.桥梁工程，人民交通出版社。 公路桥涵设计手册拱桥上册，1994年6月，人民交通出版社。5 公路桥涵设计手册基本资料，1993年7月，人民交通出版社。6 王国鼎主编.桥梁计算示例集一一拱桥（第二版），2000年10月， 人民交通出版社。7 向中富.桥梁工程毕业设计指南，人民交通出版社，2010，P129-1428 有关拱桥设计图纸。9 拱桥设计任务书。二、主拱圈截面尺寸（一）拟定主拱圈截面尺寸1、拱圈的高度按经验
8、公式估算:85100 X=+ 0.8 = 1.65m100式中：h拱圈高度（m）；10拱圈净跨径（m）；A0常数，一般取0.70.9m，本设计取A0=0.8m。2、拟定拱圈的宽度为了节省材料，箱型拱可以通过采用悬挑桥面减少拱圈宽度，即采用窄拱圈 形式。根据经验值，拱圈宽度一般为桥宽的1.00.6倍，桥面悬挑可达到4.0m但 为了保证其横向稳定性，拱宽不宜小于跨径的1/20。本次设计取桥宽的1.0倍， 即拱宽为10.5m。3、拟定箱肋的宽度拱宽确定后，在横向划分为几个箱肋，主要取决于（缆索）吊装能力。目前 我国缆索吊机的吊装能力超过100J箱肋宽度一般取1.21.7m。结合本地施工设 备和吊装能
9、力，本设计取边箱肋宽1.5m，内箱肋宽1.4m。拱圈底面宽B = 1.4 x5 +1.5 x 2 + 0.04 x 6 = 10.24m，边箱肋上沿向外悬挑出 13cm。图2-1主拱圈横断面尺寸（单位：cm）4、拟定顶底板及腹板尺寸对常用的由多条闭口箱肋组成的箱型拱，其截面各部分尺寸取值与跨径及荷 载大小有关。顶板、底板厚度一般为1522cm，顶板和底板可以等厚，也可以不 等厚，在跨径大、拱圈窄时取大值。本设计取顶底板等厚为20cm。两边箱外腹 板厚一般为1215cm，内箱肋腹板厚常取45cm，以尽量减轻吊装重量为先。本 设计考虑到拱圈顶板、底板、腹板太薄可能出现压溃，所以取边箱外腹板厚为 1
10、5cm，内箱肋腹板厚为5cm。填缝宽度根据受力大小确定（主要考虑轴力大小），一般采用2035cm。本设计去填缝宽度为28cm。为保证填缝混凝土浇筑质量， 安装缝通常取4cm，本设计也取安装缝为4cm。拱圈横断面的尺寸构造如上图2-1所示。（二）箱形拱圈截面几何性质整个主拱截面的面积为:A = 10.5 x 1.65 - 2 x (1.65 - 0.2) x 0.25 - 1 x 0.05 2 - 0.12 x 0.22-7 x (1.65 - 2 x 0.2) x (1.4 - 2 x 0.12 - 2 x 0.05)-4 x 1 x 0.05 22=7.310 m 2绕箱底边的面积矩为:S
11、= 1 x 10.5 x 1.65 22-2 x (1.65 - 0.2) x 0.25 x 1.65 ； 0.2 - 2 x 0.05-7 x (1.65 - 2 x 0.2) x (1.4 - 2 x (0.12 + 0.05)0.050.2 2x (1.65 0.2) 0.12 x221.65, 0.05 2 0.225 +1.425 nx4 xx122=6.136 m 3主拱圈截面重心轴为:S 6.136y 十=一 =0.839 m下 A 7.310y 上=1.65-0.839=0.811 m主拱圈截面对重心轴的惯性矩:I = x 10.5 x 1.653+(165-0.811)2 x
12、 10.5 x 1.65122-2x(1.65 - 0.2)3 x 0.25+ ( 0.839- 1.65 -0.2)2 x(1.65-0.2)x 0.25 122-些 + (0.811 - 0.2 -些)2 x 些 36320.12 x 0.230.2-+ (0.838 )2 x 0.12 x 0.2122(1.65 - 2 x 0.2) 37 x x (1.4 2 x (0.12 + 0.05)12+(岑顼811)2 x (拓5-2 血)x (L4 - 2 x (0-12 + 0.05)-4 x 05 + 2x (0.811 - 0.2 - 005)2 x 05 + 2x (0.839 -
13、 0.2 - 05/ x 05 363232=2.628 m4主拱圈截面绕中心轴的回转半径：i =2,628 = 0.5996 m7.310三、确定拱轴系数（一）上部结构构造布置上部结构构造布置如下图所示:孙一8594图3-1上部结构构造尺寸（单位：cm）1、主拱圈拱轴系数m值的确定，采用“五点重合法”，先假定一个m值，定出拱轴 线，拟订上部结构各种几何尺寸，然后计算拱圈和拱上建筑恒载对l/4和拱脚截面的力矩E Mg和S M.,求比值E Mi /4/ E Mj =f / %，再利用式m = 1（上-2）2 -1算出m值，如与假定的m值不符，则以求得的m值作为假定2 yl /4值，重新计算，直至两者接近为止。对于空腹式拱，设计时拱轴系数m是根据全桥恒载确定的。采用无支架施工 时，为了兼顾裸拱阶段的受力状态，在设计时宜选用较小的m值。本设计初步选定拱轴系数m = 1.167，相应得七徊/ f = 0.245,人/1。= 6，查拱桥（上册）表（III） -20 （1）得：sin巾.=0.56490,cos8. = 0.82516主拱圈的计算跨径和计算矢高：l = l + 2y sin巾.=85 + 2x 0.839x 0.56490 = 85.9484mf = f + 2y下 x （1-cos。）= 14.17 + 2 x 0.839 x （1 - 0.82516） =
