1、拱橋課程設(shè)計(jì)等截面懸鏈線圬工拱橋設(shè)計(jì)計(jì)算書專業(yè)：道路與橋梁工程課程：橋梁工程課程設(shè)計(jì)學(xué)號(hào)：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：日期：1/18拱橋課程設(shè)計(jì)橋梁工程課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求1、擬訂各部分尺寸及所用資料2、選定拱軸系數(shù)3、拱圈彈性中心及彈性壓縮系數(shù)4、永久荷載內(nèi)力計(jì)算（構(gòu)造自重、混凝土縮短）二、設(shè)計(jì)原始資料跨徑50米等截面懸鏈線圬工拱橋計(jì)算橋面凈空：凈-7+2。設(shè)計(jì)荷載：公路I級(jí)荷載，人群。三、設(shè)計(jì)完成后提交的文件和圖表1、設(shè)計(jì)說(shuō)明書2、圖紙：橋梁整體部署圖，平、縱、橫。四、主要參照資料1公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范（JIJ02189）人民交通初版北京一社2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（

2、JIJ023一85）人民交通初版社3橋梁工程概論李亞?wèn)|，西南交通大學(xué)初版社；4橋梁工程姚玲森，人民交通初版社；5混凝土簡(jiǎn)支梁（板）橋易建國(guó)，人民交通初版社；6.橋梁計(jì)算示例集易建國(guó)，人民交通初版社。五、課程設(shè)計(jì)成就裝訂序次1封面2設(shè)計(jì)任務(wù)書3目錄4正文5設(shè)計(jì)總結(jié)及改進(jìn)建議參照文件圖紙或附表2/18拱橋課程設(shè)計(jì)目錄1、設(shè)計(jì)資料41.2資料及其數(shù)據(jù)42、主拱圈計(jì)算52.1確定拱軸系數(shù)52.2拱軸彈性中心及彈性壓縮系數(shù)112.3主拱圈截面內(nèi)力計(jì)算112.4主拱圈正截面強(qiáng)度驗(yàn)算142.5主拱圈牢固性驗(yàn)算162.6主拱圈裸拱強(qiáng)度和牢固性驗(yàn)算172.6.1.彈性中心的彎矩和推力17截面內(nèi)力173/18拱橋

3、課程設(shè)計(jì)1、設(shè)計(jì)資料1.1設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)荷載公路I級(jí)，人群3.0kNm2。2.跨徑及橋?qū)拑艨鐝絣050m，凈矢高f0f10m，凈矢跨比l00。5橋面凈空為凈，B8.5m。1.2資料及其數(shù)據(jù)拱上建筑拱頂填料厚度，hd0.5m，包括橋面系的計(jì)算厚度為0.736m，平均重力密度120kNm3。拱上護(hù)拱為漿砌片石，重力密度223kNm3。腹孔構(gòu)造資料重力密度324kNm3。主拱拱腔填料為砂、礫石夾石灰爐渣黃土，包括兩側(cè)側(cè)墻的平均重力密度19kNm3。主拱圈M10砂漿砌MU40塊石，重力密度524kNm3。極限抗壓強(qiáng)度Raj6500kNm2。彈性模量Em800Raj5200000kNm2拱圈設(shè)計(jì)溫差為15

4、C。橋墩地基土為中等密實(shí)的軟石夾沙、碎石，其同意承載力0500kNm2?；A(chǔ)與地基間的滑動(dòng)摩擦系數(shù)取0.5。4/18拱橋課程設(shè)計(jì)2、主拱圈計(jì)算2.1確定拱軸系數(shù)拱軸系數(shù)m的確定，一般采用“五點(diǎn)重合法”，先假定一個(gè)m值，定出拱軸線，擬訂上部構(gòu)造各種幾何尺寸，計(jì)算出半拱恒載對(duì)拱橋截面形心的彎Mj和自拱頂至lM矩跨截面形心的彎矩Ml。其比值44Myl4。求fylm1f2（2）1得4值后，可由2yl中反求m值，若求出的m值與假定的mf4值不符，則應(yīng)以求得的m值作為假定值，重復(fù)上述計(jì)算，直至兩者湊近為止。擬訂上部構(gòu)造尺寸1）主拱圈幾何尺寸1）截面特點(diǎn)截面高度dmK3l03500098.49cm=0.98

5、49m，取。主拱圈橫橋向取1m單位寬度計(jì)算，橫截面面積A2；慣性矩I1d34；12截面抵抗矩w1d23；6截面輾轉(zhuǎn)半徑d。w0.2887122）計(jì)算跨徑和計(jì)算失高假定，相應(yīng)的yl。查拱橋表（）（）得4fIII-208sinj0.70980，cosj0.70440。計(jì)算跨徑ll0dsinj5050.70980m；計(jì)算失高ff0d(1cosj)101.0(10.70440)10.1478m。223）拱腳截面的投影水平投影xdsinj0.7098m；5/18拱橋課程設(shè)計(jì)豎向投影ydcosj0.7044m。4）計(jì)算主拱圈坐標(biāo)（圖1-1）將拱圈沿跨徑24均分，每均分長(zhǎng)ll。以拱頂截面的形2.1129m2

6、4心為坐標(biāo)原點(diǎn)，拱軸線上各截面的縱坐標(biāo)y1表（III）-1值f，相應(yīng)拱d，相應(yīng)拱腹坐標(biāo)d。其數(shù)值見(jiàn)表1-1背坐標(biāo)y1y1y1y12cosj2cosj主拱圈截面坐標(biāo)表表1-1ddd截面號(hào)y1fy1y1y1xcos2cos2cos2cos123456780123456789101112注：第2欄由拱橋附錄（III）表（III）-1查得第4欄由拱橋附錄（III）表（III）-20（3）查得出現(xiàn)的表（III）-值或表（III）-（）值均為拱橋下冊(cè)相應(yīng)表格的數(shù)值。2）拱上構(gòu)造尺寸1）腹拱圈腹拱圈為M10號(hào)砂漿砌M30粗料石等截面圓弧拱，截面高度6/18拱橋課程設(shè)計(jì)，凈矢高f0.6m，凈矢跨比f(wàn)l15。查

7、拱橋上冊(cè)表3-1得sin0，cos00.724138；水平投影xdsin00.2069m；豎向投影ydcos00.2172m。2）腹拱墩腹拱墩采用M7.5砂漿M30塊石的橫墻，厚。在橫墻中間留出上部為半徑的半圓和下部高為R寬為2R的矩形組成的檢查孔。腹拱的拱頂拱背和主拱圈的拱頂拱背在同一水平線上，從主拱圈拱背至腹拱起拱軸線之間橫墻中線的高度hy1d(11)(df)，其計(jì)2cos算過(guò)程及其數(shù)值見(jiàn)表1-2腹拱墩高度計(jì)算表表1-2xy1f(chk1)tan2fk1shkcos2項(xiàng)目x（m）km1(m1)ltan1hl2號(hào)橫墻號(hào)橫墻號(hào)拱座空、實(shí)腹段分界線注：橫墻高度也可依照表1-1的有關(guān)數(shù)據(jù)內(nèi)插計(jì)算獲

8、取。klnmm21恒載計(jì)算恒載分主拱圈、拱上實(shí)腹和腹拱三部分進(jìn)行計(jì)算。不考慮腹拱推力和彎矩對(duì)主拱圈的影響。其計(jì)算圖示見(jiàn)圖1-2.7/18拱橋課程設(shè)計(jì)（1）主拱圈恒載P012表(III)19(9)值A(chǔ)5lM表(III)19(9)值A(chǔ)22145l4Mj表(III)19(9)值A(chǔ)5l250.7098242）拱上空腹段的恒載1）腹孔上部（圖1-3）244m2448065.9219kNm腹拱圈外弧跨徑腹拱圈內(nèi)弧半徑l外l2dsin03.4138m；R02.1750md腹拱圈重Pa1.52202(R0)d32腹拱側(cè)墻護(hù)拱重Pb0.11889(R0d)22以上三個(gè)系數(shù)依次分別查拱橋上冊(cè)表3-1、表1-10、

9、表1-9）8/18拱橋課程設(shè)計(jì)填料及路面重Pl外hd1兩腹拱之間起拱線以上部分的重量（圖1-4）hPx)y(fdy)212xd2423202d一個(gè)腹拱重Ppa2）腹拱下部1#橫墻P2#橫墻P3#拱座P10.2172)222/2)/924126.6534kN/2)/92477.8547kN243）集中力P13P14P14.8421)/215（3）腹拱上實(shí)腹段的恒載（圖1-5）拱頂填料及面重P16lxhd1213.5445kN懸鏈線曲邊三角形部分9/18拱橋課程設(shè)計(jì)l1f1重量P171)k(shk0k0)4(mkN式中：f1f11)(1yi(1)9.9380mcosj2lx=l1(shk0k0)(

10、chk01)/k0重心地址lx2lxlx10.9443m(shk0k)0各塊恒載對(duì)拱腳及拱跨1/4截面的力矩見(jiàn)表1-3半拱恒載對(duì)拱腳和1/4拱跨截面的彎矩表1-3l/4截面拱腳截面恒重分塊號(hào)力矩力臂力矩力臂kNP0-12P13mkNmmkNml2P14l2l2P15P16P17合計(jì)3.驗(yàn)算拱軸系數(shù)l214.5071218.1014l2ML由表1-3得M4Jy1該比值與假定拱軸系數(shù)相應(yīng)得40.205十分湊近，故可確定f為設(shè)計(jì)拱軸系數(shù)。10/18拱橋課程設(shè)計(jì)2.2拱軸彈性中心及彈性壓縮系數(shù)1.彈性中心y表（III）3值3.3543m彈性壓縮系數(shù)aId22wA120.0833ma2wf21112.3

11、主拱圈截面內(nèi)力計(jì)算大跨徑拱橋應(yīng)驗(yàn)算拱頂、3/8拱跨、1/4拱跨和拱腳四個(gè)截面，必要時(shí)應(yīng)驗(yàn)算1/8拱跨截面。對(duì)中小跨徑橋只驗(yàn)算拱頂、1/4拱跨和拱腳三個(gè)截面的內(nèi)力。其余截面，除不計(jì)彈性壓縮的內(nèi)力必定在影響線上直接布載求得以外，其步驟和1/4拱跨者相同。1.恒載內(nèi)力計(jì)算計(jì)算拱圈內(nèi)力時(shí)，為利用現(xiàn)有的表格，一般采用所確定的拱軸線進(jìn)行計(jì)算。但是在確定拱軸系數(shù)時(shí)，計(jì)算得的恒載壓力線與確定的拱軸線很難在“五點(diǎn)”完整重合，兩者相差0.000228。當(dāng)這個(gè)偏差較大時(shí)，要用“假載法”計(jì)入其影響.（1）不計(jì)彈性壓縮的恒載推力HgMjf（2）計(jì)入彈性壓縮的恒載內(nèi)力見(jiàn)表1-4計(jì)入彈性壓縮的恒載內(nèi)力表1-4項(xiàng)目拱頂l/4

12、截面拱腳yyy1cosHg11Hg1Hg(1)Hg/cosNg1cos11Mg1Hgy活載內(nèi)力計(jì)算11/18拱橋課程設(shè)計(jì)1）公路I級(jí)和人群荷載的內(nèi)力單位拱寬汽車等代荷載K1cK一級(jí)2K一級(jí)式中，c2為車道數(shù)；為車道折減系數(shù)，雙車道不折減。單位拱橋人群等代荷載K22bq人式中，b0.75為人行道寬度；3.0kN為人群荷載。不計(jì)彈性荷載的公路級(jí)及人群內(nèi)力表表1-5計(jì)算荷載影響線面積力與彎矩截項(xiàng)22人群荷面目表中值乘數(shù)pkqkq人面積級(jí)荷載載Mmaxl2相應(yīng)l2/f拱H1頂Mminl2相應(yīng)l2/fH1Mmaxl2相應(yīng)l2/fH1截面Mminl2相應(yīng)l2/fH1Mmaxl2相應(yīng)l2/fH1拱相應(yīng)腳Vl

13、Mminl212/18拱橋課程設(shè)計(jì)相應(yīng)H1相應(yīng)l2/fVl計(jì)入彈性壓縮的公路級(jí)和人群荷載內(nèi)力計(jì)算表表1-7拱頂l/4截面拱腳項(xiàng)目MmaxMminMmaxMminMmaxMmincossin軸與M相應(yīng)的H與M相應(yīng)的V向NH1cos+VsinH1H1力1NHcosNpNN1549308M彎y=ysy1MNy矩MpMM注：除拱腳截面外，其余截面的軸向力用NH1/cos作近似計(jì)算。溫度內(nèi)力計(jì)算拱圈合攏溫度15C拱圈砌體線膨脹系數(shù)變化溫差t15C溫度變化在彈性中心產(chǎn)生的水平力：HtEIt8106106155.0916kN表（III）5值f210.14782拱圈溫度變化內(nèi)力見(jiàn)表1-813/18拱橋課程設(shè)計(jì)

14、溫度內(nèi)力計(jì)算表表1-8項(xiàng)目溫度上升l/4截面拱頂拱腳cosy=ysy1NtHtcosMtHty注：1.溫度下降時(shí)的內(nèi)力與溫度上升的內(nèi)力符號(hào)相反；2.當(dāng)砂漿為小石子混凝土?xí)r，應(yīng)酌情計(jì)入徐變的影響。2.4主拱圈正截面強(qiáng)度驗(yàn)算依照橋規(guī)規(guī)定，構(gòu)件按極限狀態(tài)設(shè)計(jì)的原則是：荷載效應(yīng)不利組合的設(shè)計(jì)值小于或等于構(gòu)造抗力效應(yīng)的設(shè)計(jì)值，即0SR(fd,ad)式中，0構(gòu)造重要性系數(shù)，本題為二級(jí)設(shè)計(jì)安全等級(jí)為1.0；s作用效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值，按公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范（JTGD602004）的規(guī)定計(jì)算；R（，）構(gòu)件承載力設(shè)計(jì)值函數(shù)；fd資料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；ad幾何參數(shù)設(shè)計(jì)值，可采用會(huì)集參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值ak，即設(shè)計(jì)文件規(guī)定值。正截面受壓

15、強(qiáng)度驗(yàn)算1）荷載組合荷載效應(yīng)不利組合的設(shè)計(jì)值見(jiàn)表1-9主拱圈荷載效應(yīng)不利組合的設(shè)計(jì)值表1-9系拱頂l/4截面拱腳荷載效應(yīng)數(shù)MNMNMN恒載公路I級(jí)Mmax公路I級(jí)Mmin14/18拱橋課程設(shè)計(jì)溫度上升溫度下降荷載組合MjNjMjNjMjNj恒+汽Mmax+溫升恒+汽Mmin+溫升恒+汽Mmax+溫降恒+汽Mmin+溫降注：荷載安全系數(shù)的取值，對(duì)于構(gòu)造自重，當(dāng)其彎矩與車輛荷載的彎矩同號(hào)時(shí)取1.2，軸向力的荷載安全系數(shù)與其相應(yīng)的彎矩相同，對(duì)于其余荷載都取1.4。（一）拱圈截面抗力依照橋規(guī)022第條規(guī)定，拱圈抗力效應(yīng)的設(shè)計(jì)值為RNARaim相應(yīng)的同意獨(dú)愛(ài)距e0分別為e0詳盡計(jì)算見(jiàn)表1-10經(jīng)驗(yàn)算表示

16、主拱圈截面的荷載效應(yīng)不利組合的設(shè)計(jì)值均小于其抗力效應(yīng)的設(shè)計(jì)值，即NjAfcd，而且軸向力的獨(dú)愛(ài)距都在同意范圍之內(nèi)。主拱圈抗力效應(yīng)的設(shè)計(jì)值表1-10截面編號(hào)e0MjAfcde拱頂N678967jl/4截面8967拱腳89正截面受剪強(qiáng)度驗(yàn)算一般是拱腳截面處的剪力最大，依照橋規(guī)條規(guī)定正截面直接受剪的強(qiáng)度，按下式計(jì)算15/18拱橋課程設(shè)計(jì)VAf10dvdfNk式中，VdAfvd剪力設(shè)計(jì)值；受剪截面面積；砌體或混凝土抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；f摩擦系數(shù)，采用f0.7；NK與受剪截面垂直的壓力標(biāo)準(zhǔn)值。1）內(nèi)力計(jì)算恒載QgHgsinjVgcosjNg公路I級(jí)+人群荷載2P2Hpk1qk2Pk22VPqkQPNP120.4250.425122.5主拱圈牢固性驗(yàn)算拱上建筑未合攏就脫架的主拱圈，由橋規(guī)第條及第條規(guī)定按下式驗(yàn)算其縱向牢固性0NdfcdA式中AfNdcd軸向力設(shè)計(jì)值；構(gòu)件截面面積；砌體或混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；構(gòu)件軸向力的獨(dú)愛(ài)距e和長(zhǎng)細(xì)比對(duì)受壓構(gòu)件承載力的影響系數(shù)。拱圈牢固性驗(yàn)算情況見(jiàn)表1-1016/18拱橋課程設(shè)計(jì)主拱圈牢固性驗(yàn)算表1-10截面Nj1.2Nge0Mg/Nge0Afcd拱頂l/4截面拱腳2.6主拱圈裸拱強(qiáng)度和牢固性驗(yàn)算本橋采用早期脫架施工，必定驗(yàn)算在裸拱自重內(nèi)力作用下的強(qiáng)度和牢固性。2.6.1.彈性中心的彎矩和推力Mg表(III)15值A(chǔ)l252424/42880.7