1、等截面懸鏈線圬工拱橋設(shè)計(jì)任務(wù)書1. 目的與要求1）通過(guò)課程設(shè)計(jì)使學(xué)生進(jìn)一步熟悉拱橋的縱橫斷面和平面布置以及它的主 要構(gòu)件和各構(gòu)件的主要尺寸及構(gòu)造細(xì)節(jié)。2）通過(guò)主要承重結(jié)構(gòu)-主拱圈的設(shè)計(jì)計(jì)算，使同學(xué)進(jìn)一步掌握圬工拱橋上 部結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算步驟，原理和方法。3）熟悉有關(guān)拱橋內(nèi)力計(jì)算圖表的用法。4）要求同學(xué)必須在1周之內(nèi)完成：A圬工拱橋設(shè)計(jì)計(jì)算書一份；B繪制拱橋的總體布置圖（立面圖、縱橫斷面圖、平面布置圖及大樣圖） 一張，內(nèi)容要正確齊全，尺寸無(wú)誤，布圖合理，線條清晰，并要求做到計(jì)算尺 寸與圖上尺寸一致，說(shuō)明要與圖紙相符。2. 設(shè)計(jì)資料1. 設(shè)計(jì)說(shuō)明1）該課程設(shè)計(jì)是一座圬工無(wú)鉸拱橋的上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算2

2、）拱橋的拱軸線形為懸鏈線。2. 主要技術(shù)指標(biāo)座位號(hào)車道何載人群荷載kN/m2凈跨徑m凈矢咼m15公路1級(jí)3.05010610公路1級(jí)3.0 kN/m24081115公路1級(jí)3.0 kN/m23061620公路1級(jí)3.0 kN/m22042125公路II級(jí)3.5 kN/m250102630公路II級(jí)3.5 kN/m24083135公路II級(jí)3.5 kN/m23063640公路II級(jí)3.5 kN/m22044145公路II級(jí)3.0 kN/m250104651公路II級(jí)3.0 kN/m2408橋面凈寬：凈7 + 2X 1.0m。橋面縱坡為0%,雙向橫坡1.0%3. 材料及相關(guān)數(shù)據(jù)拱上建筑拱頂填土 0

3、.5m，包括橋面系的計(jì)算厚度為0.736m,換算平均容重丫 1 =20kN/m3,拱上護(hù)拱為漿砌片石，容重 丫 2= 23kN/m3,腹孔結(jié)構(gòu)材料容重丫 3 = 24kN/m3,主拱拱腔填料為砂、礫石夾石灰渣黃土，包括兩側(cè)側(cè)墻的平均容重 丫 4= 19kN/m3。主拱圈10號(hào)砂漿40號(hào)塊石，容重丫 5= 24kN/m3,極限抗壓強(qiáng)度Ra= 6.5Mpa= 6.532X 10 kN/m ,極限直接抗剪強(qiáng)度 Rt = 0.33Mpa = 0.33 X 103kN/m2 ,彈性模量2E=800Ra=5.2kN/m。拱圈設(shè)計(jì)溫度差為土 15°C 橋墩7.5號(hào)砂漿30號(hào)片石，材料容重 丫 6

4、= 23kN/m3，極限抗壓強(qiáng)度 Ra=3.0kN/m2。地基土為中等密實(shí)的卵石夾砂、碎石，其容許承載力（T 0= 500kN/m2, 基礎(chǔ)與地基間的滑動(dòng)摩擦系數(shù)取卩=0.5。橋臺(tái)5號(hào)砂漿砌30號(hào)片石、塊石，容重丫 7= 23kN/m3，極限抗壓強(qiáng)度 Ra=2.5kN/m2，極限直接抗剪強(qiáng)度 Rt= 0.24kN/m2。墩、臺(tái)基礎(chǔ)為15號(hào)片石混凝土 丫 8 = 24kN/m3。臺(tái)后填礫石土，夯實(shí)，內(nèi)摩擦角 ©= 35 °，填土容重丫 9= 18kN/m3。地基條件與橋墩相同。4. 設(shè)計(jì)依據(jù)及參考文獻(xiàn)1） 中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范JTG D60-2004,人

5、 民交通出版社，2004年9月；2）中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī) 范JTG D62-2004,人民交通出版社，2004年9月3） 公路橋涵設(shè)計(jì)手冊(cè)拱橋上冊(cè)，1994年6月，人民交通出版社；4）公路橋涵設(shè)計(jì)手冊(cè)基本資料，1993年7月，人民交通出版社；5） 橋梁計(jì)算示例集拱橋第二版，2000年10月，人民交通出版社；6）本課程教材橋梁工程，人民交通出版社；7）有關(guān)拱橋設(shè)計(jì)圖紙。3. 設(shè)計(jì)方法與內(nèi)容1 計(jì)算說(shuō)明書（1）說(shuō)明概述設(shè)計(jì)的要求和依據(jù)，設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮的具體問(wèn)題、設(shè)計(jì)內(nèi)容等。（2）擬定尺寸查閱交通部部標(biāo)準(zhǔn)公路磚石及混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范、公路設(shè)計(jì)手冊(cè)（拱 橋）與橋

6、梁工程等有關(guān)資料，擬定拱圈和拱上建筑的各部尺寸。欄桿部分 可套用標(biāo)準(zhǔn)圖設(shè)計(jì)。（3）確定拱軸系數(shù)拱軸系數(shù)的確定，一般采用五點(diǎn)重合法，即假定一個(gè)m值，定出拱軸線，擬定上部結(jié)構(gòu)各種幾何尺寸，計(jì)算出半拱恒載對(duì)拱腳截面形心的彎矩刀 Mj和自' M iyi拱頂至1/4跨的恒載對(duì)1/4跨截面形心的彎矩刀M1/4。其比值 44。求Z M j fy1得;值之后，可由仆舟-2 y14丿不符，則應(yīng)以求得的m作為假定值,-1反求m值，若求出的m與假定的m值重復(fù)上述計(jì)算，直至兩者接近為止。一般認(rèn)為，選用較小的拱軸系數(shù)較好。 計(jì)算上部結(jié)構(gòu)尺寸內(nèi)容包括：計(jì)算主拱圈幾何尺寸：注意在主拱圈截面特性計(jì)算時(shí)，確定截面高度的

7、系 數(shù)（與汽車荷載相應(yīng)）；確定計(jì)算跨徑及計(jì)算矢高；此時(shí)應(yīng)先假定拱軸系數(shù)；計(jì)算拱腳截面的投影、計(jì)算主拱圈坐標(biāo)（計(jì)算中涉及大量查閱公路設(shè)計(jì) 手冊(cè)（拱橋）（上、下冊(cè)）;拱上構(gòu)造尺寸：通過(guò)擬定腹拱圈、腹拱墩的厚度后，應(yīng)精確計(jì)算出各腹拱 墩（即橫墻）的中心高度及中心坐標(biāo)、對(duì)應(yīng)的拱背點(diǎn)的坐標(biāo)及幾何關(guān)系。 恒載計(jì)算恒載計(jì)算分主拱圈、拱上空腹段、拱上實(shí)腹段三部分計(jì)算內(nèi)容，均不考慮 腹拱推力和彎矩對(duì)主拱圈的影響；主拱圈恒載：計(jì)算主要通過(guò)查拱橋手冊(cè)表 （川）19（8）進(jìn)行;拱上空腹段的恒載：包括腹孔上部、腹孔下部橫墻（腹拱墩）集中力的計(jì)算, 其中腹孔上部計(jì)算套用拱橋手冊(cè)上冊(cè)表3-1、表1-10、表1-9較為方便；

8、拱上實(shí)腹段的恒載：重點(diǎn)在于拱上懸鏈線曲邊三角形部分的恒載計(jì)算，可按懸鏈線拱側(cè)墻體積公式進(jìn)行（取橫橋向Im計(jì)）；各塊恒載對(duì)拱腳及拱跨L/4截面的力矩計(jì)算；對(duì)以上計(jì)算進(jìn)行匯總，目的 在于算出L/4截面與拱腳截面彎矩比及 m。（44）拱軸系數(shù)驗(yàn)算計(jì)算m值，與原假定拱軸系數(shù) m值作比較，若不符，則以計(jì)算值相近的表 列級(jí)數(shù)值作為假定值，重新進(jìn)行計(jì)算，直到兩者之差不超過(guò)半級(jí)表列值為止。 然后選定最接近最后計(jì)算比值的表列拱軸系數(shù)值作為設(shè)計(jì)拱軸系數(shù)。（5）拱圈截面內(nèi)力計(jì)算驗(yàn)算拱頂、拱跨L/4截面和拱腳三個(gè)截面的內(nèi)力。其余截面的計(jì)算步驟基 本相同。 結(jié)構(gòu)自重內(nèi)力計(jì)算彈性壓縮系數(shù) 值可直接查拱橋手冊(cè)表（川）9,表

9、（川）11。計(jì)算出不計(jì)彈性壓縮的恒載推力以后，即可計(jì)算計(jì)入彈性壓縮的恒載內(nèi) 力。 活載內(nèi)力計(jì)算根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范的荷載標(biāo)準(zhǔn)，公路汽車荷載為均布荷載和一個(gè)集中荷載的 疊加，因此在進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算時(shí)，只需要查出相應(yīng)的影響線面積和豎標(biāo)，即可進(jìn) 行活載內(nèi)力計(jì)算。 溫度變化內(nèi)力計(jì)算給出拱圈砌體的線膨脹系數(shù)a值后，即可按已知條件計(jì)算溫度變化內(nèi)力。 因溫度下降時(shí)的內(nèi)力與溫度上升時(shí)的內(nèi)力大小相等，符號(hào)相反，故列表只計(jì)溫 升（或溫降）內(nèi)力即可。 內(nèi)力組合 按現(xiàn)行橋規(guī)的規(guī)定，對(duì)以上已計(jì)算的內(nèi)力進(jìn)行組合，注意正確確定各種荷載的安全系數(shù)。（6）拱圈驗(yàn)算 正截面抗壓強(qiáng)度和偏心距驗(yàn)算通過(guò)正確確定各種荷載系數(shù)后，對(duì)已計(jì)算的各種荷載進(jìn)行組合。 拱腳豎直截面（或正截面）抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算對(duì)于板拱截面，只需按豎向截面進(jìn)行抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算即可。 裸拱驗(yàn)算裸拱的驗(yàn)算包括在裸拱自重內(nèi)力作用下，強(qiáng)度及穩(wěn)定性的驗(yàn)算；首先通過(guò)計(jì)算彈性中心的彎矩和推力，可按拱橋手冊(cè)（下冊(cè)）表（川）15、 表（川）16要求計(jì)算，從而利用表（川）19值分別對(duì)拱頂截面、 截面、拱腳 截面進(jìn)行彎矩、軸力、偏心距