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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 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 83、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
2、曲边三角形 8四、拱圈弹性中心及弹性压缩系数 11（一）弹性中心 11（二）弹性压缩系数 11五、主拱圈截面力计算 12（一）结构自重力计算 121、不计弹性压缩的恒载推力 122、计入弹性压缩的恒载力 12（二）活载力计算 121、车道荷载均布荷载及人群荷载力 122、集中力力计算 14（三）温度变化力计算 151、设计温度15C下合拢的温度变化力 152、实际温度20C下合拢的温度变化力 16（四）力组合 161、力汇总 172、进行荷载组合 17六、拱圈验算 18（一）主拱圈正截面强度验算 181、正截面抗压强度和偏心距验算 18（二）主拱圈稳定性验算 191、纵向稳定性验算 192、横
3、向稳定性验算 19（三）拱脚竖直截面（或正截面）抗剪强度验算 191、自重剪力 192、汽车荷载效应 203、人群荷载剪力 214、温度作用在拱脚截面产生的力 225、拱脚截面荷载组合及计算结果 22七、裸拱验算 23（一）裸拱圈自重在弹性中心产生的弯矩和推力 23（二）截面力 231、拱顶截面 2312、截面 2343、拱脚截面 23（三）强度和稳定性验算 24八、总结 25九、参考文献 26、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
4、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，人群荷载按规取3kN / m2 o(2) 桥面净空：拱顶桥面标高+50.0m(3) 净跨径:lo=7O+ (学号-10 )x 5m=70+ (13-10 )x 5m=85m1(4) 净矢跨比：f/l。，即净矢高f 14.17m6(5)
5、桥梁净宽：净-8+2 x( 0.25m栏杆+1.0m人行道)=10.5m(6) 设计合拢温度为15C，月平均最高温度40C，月平均最低气温-5 C2、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，4 25kN/m3(2) 桥面铺装为8cm的钢筋混凝土( ！=25kN/m3) +6cm沥青混凝土( 3=23kN/m3 )(3) 拱上简支梁为C30钢筋混凝土，1 25kN/m3(4) 拱上桥墩为C30钢筋混凝土矩形截面墩，1 25kN / m3拱顶填料平均高度hd 0.55m，拱顶填料容重3 20kN/m3图i-i主拱圈截面参考图（单位：cm3、设计目的及任务本设计主要是独立完成一
6、座等截面悬链线空腹式无铰箱型板砼拱桥设计和 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力计算步骤， 原理和方法；熟悉有关拱桥力计算图表的用法。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力计算。（5）活载作用下悬链线无铰拱的力计算。（6）裸拱力计算。（7）温度变化、混凝土收缩和拱脚变位的力计算。（8）拱圈强度和稳定性验算。（9）拱圈力的调整。4、设计依据及规1 中华人民国行业标准公路桥涵设计通用规JTGD6
7、0-2004人民交通，2004年9月。2 中华人民国行业标准公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规 JTGD62-2004人民交通，2004年9月。3 邵旭东主编桥梁工程，人民交通。4 公路桥涵设计手册拱桥上册，1994年6月，人民交通。5 公路桥涵设计手册基本资料，1993年7月，人民交通。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。7 向中富.桥梁工程毕业设计指南，人民交通，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拱圈的高度按经验公式估算：H 丄 x _850.8 1.65m100 10
8、0式中：h拱圈高度（m ；I。拱圈净跨径（m ；0常数，一般取0.70.9m，本设计取 =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100t，箱肋宽度一般取1.21.7m。结合本地施工设 备和吊装能力，本设计取边箱肋宽1.5m，箱肋宽1.4m。拱圈底面宽B
9、01.4 5 1.5 20.04 610.24 m，边箱肋上沿向外悬挑出13cm。图2-1主拱圈横断面尺寸（单位：cn）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，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15cm， 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
10、。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 10.51.652 (1.650.2)0.25 丄 0.05 220.12 0.27 (1.652 0.2)(1.42 0.120.05)0.0527.310 m绕箱底边的面积矩为:S 1 10.51.6522(1.650.2)0.251.650.220.05 2(1.65(1.652 0.2)(1.42 (0.120.05)1.650.05 )0.05 20.20.20.12 20.2251.425
11、 36.136 m主拱圈截面重心轴为：S 6.136y下0.839 mA 7.310y上 1.65-0.839=0.811 m主拱圈截面对重心轴的惯性矩:I10宀(1.652 (1.650.2)3 1240.05 (0.811360.12 0.23127 (1.652 0.2)30.20.25+ ( 0.839- 16502)220.052 2 (1.65-0.2)0.25(0.8380.05)23 )吗22 )0.12 0.212(1.42 (0.120.05)1 652(0.811)2(1.65442 (0.811362.628 m40.2)(1.42 (0.120.05)0.20.052
12、 门2(0.8390.2主拱圈截面绕中心轴的回转半径:2.6280.5996 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：岸一近 + 闵）十63）+650十 鈕十25QP将拱轴沿跨径24等分，每等分长1止竺穿4 * 63.5812 m，每等分点拱轴线的纵坐标y1f （其中上由拱桥f（上册）表（川）-1查得），相应的拱背曲面坐标yiyiy上，拱腹曲面坐标yiy1 丫下。具体数值见下表：coscos表3-1主拱圈几何性质表截面 号xY1y1cosy上y下y上y下coscosy1cosy1cos042.97421.000014.46020.82520.98231.0
13、17313.477915.4776139.39300.836712.09850.84910.95460.988711.143913.0872235.81180.68889.95960.87200.92950.96279.030110.9223332.23070.55598.03860.89380.90680.93927.13198.9778428.64950.43786.33130.91430.88650.91825.44487.2495525.06830.33434.83380.93310.86870.89973.96525.7336621.48710.24503.54280.95000.85320.88372.68954.4265717.90590.16982.45520.96470.84020.87021.61503.3254814.32470.10851.56870.97710.82
