1、橋梁工程2課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)資料（一）設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)1 設(shè)計(jì)荷載公路一級(jí)，人群荷載3kN/。2 跨徑及橋?qū)拑艨鐝絣0=45m，凈失高,凈失跨比。橋面凈寬為凈7+2（0.25m+0.75m人行道），。(二)材料及其數(shù)據(jù)1. 拱上建筑拱頂填料厚度，包括橋面系的計(jì)算厚度為0.736m，平均重力密度。拱上護(hù)拱為漿砌片石，重力密度。腹孔結(jié)構(gòu)材料重力密度。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=22kN/2. 主拱圈M10砂漿砌MU40塊石，重力密度。軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值=。抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。彈性模量。拱圈設(shè)計(jì)溫差為3. 橋墩地基土為中等密實(shí)的軟石夾沙、碎石，其容許承載力=500kN/?；A(chǔ)與地

2、基間的滑動(dòng)摩擦系數(shù)取。(三)設(shè)計(jì)依據(jù)4. 交通部部標(biāo)準(zhǔn)公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范，（JTG D60-2004）2004年。簡(jiǎn)稱橋規(guī)1；5. 交通部部標(biāo)準(zhǔn)公路圬工橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG D61-2005）2005年，人民交通出版社，簡(jiǎn)稱橋規(guī)2；6. 交通部部標(biāo)準(zhǔn)公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范，人民交通出版社，簡(jiǎn)稱橋規(guī)3；7. 公路設(shè)計(jì)手冊(cè)-拱橋上下冊(cè)，人民交通出版社，1978。簡(jiǎn)稱拱橋。主拱圈計(jì)算（一）確定拱軸系數(shù)拱軸系數(shù)m值的確定，一般采用“五點(diǎn)重合法”，先假定一個(gè)m值，定出拱軸線，擬定上部結(jié)構(gòu)各種幾何尺寸，計(jì)算出半拱恒載對(duì)拱橋截面形心的彎矩和自拱頂至跨的恒載對(duì)跨截面形心的彎矩。其比值=。求得值后，可由m

3、=中反求m值，若求出的m值與假定的m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.兩者接近為止。1. 擬定上部結(jié)構(gòu)尺寸（1） 主拱圈幾何尺寸1) 截面特性截面高度d=mK取d=1.0m主拱圈橫橋向取1m單位寬度計(jì)算，橫面面積A =1;慣性矩I=截面抵抗矩W=截面回轉(zhuǎn)半徑2）計(jì)算跨徑和計(jì)算失高假定m=2.814,相應(yīng)的=0.21。查“拱橋”表（III）-20（8）得sin=0.70097,cos=0.71319計(jì)算跨徑計(jì)算失高3）拱腳截面的投影水平投影豎向投影4)計(jì)算主拱圈坐標(biāo)（圖1-1） 將拱圈沿跨徑24等分，每等分長(zhǎng)。以拱頂截面的形心為坐標(biāo)原點(diǎn)，拱軸線上個(gè)截面的縱坐標(biāo) 主拱圈截面坐

4、標(biāo)表 表1-1截面號(hào)1234567801. 9. 0. 0. 8. 9. 22. 10. 7. 0. 0. 6. 8. 20. 20. 5. 0. 0. 5. 6. 19. 30. 4. 0. 0. 4. 5. 17. 40. 3. 0. 0. 3. 4. 15. 50. 2. 0. 0. 2. 3. 13. 60. 1. 0. 0. 1. 2. 11. 70. 1. 0. 0. 0. 1. 9. 80. 0. 0. 0. 0. 1. 7. 90. 0. 0. 0. -0. 0. 5. 100. 0. 0. 0. -0. 0. 3. 110. 0. 0. 0. -0. 0. 1. 120. 0

5、. 1. 0. -0. 0. 0. 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)沙漿砌M60粗料石等截面圓弧拱，截面高度,靜失高,凈失跨比。查拱橋上冊(cè)表3-1得水平投影豎向投影2） 腹拱墩腹拱墩采用M7.5沙漿M30塊石的橫墻，厚0.8m。在橫墻中間留出上部為半徑R=0.5m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，其

6、計(jì)算過(guò)程及其數(shù)值見(jiàn)表1-2 腹拱墩高度計(jì)算表 表1-2項(xiàng)目1*橫墻19.30097 0.84465 1.43131 6.10697 0.73735 0.80486 4.98574 2*橫墻15.00097 0.65647 1.11243 3.45401 0.50705 0.89190 2.39340 3*拱座10.59752 0.46377 0.78589 1.63831 0.32495 0.95105 0.61258 空、實(shí)腹段分界線10.49407 0.45924 0.77821 1.60490 0.32116 0.95210 0.57974 注：橫墻高度也可根據(jù)表1-1的有關(guān)數(shù)值內(nèi)插計(jì)算

7、得到。1. 恒載計(jì)算恒載分主拱圈、拱上實(shí)腹三部分進(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)算圖式見(jiàn)圖1-2。f0（1） 主拱圈恒載(2)拱上空腹段的恒載1) 腹孔上部（圖1-3）圖 1-3 （以上三個(gè)系數(shù)依次分別查拱橋上冊(cè)表3-1、表1-10、表1-9）填料及路面重兩腹拱之間起拱線以上部分的重量 （圖1-4）2) 腹拱下部3）集中力（3）拱上實(shí)腹段的恒載（圖1-5）1）拱頂填料及面重 圖 1-5 懸鏈線曲邊三角形部分重量式中：重心位置（3） 各塊恒載對(duì)拱腳及拱跨1/4截面的力矩見(jiàn)表1-3半拱橫載對(duì)拱腳和1/4拱跨截面的彎矩 表 1-3分塊號(hào)恒重（kN）l/4 截 面 拱 腳 截 面力臂

8、（m）力矩（kNm）力臂（m）力矩（kNm）P0-12631.6788 1646.58326827.4331P13204.1910 3.5495724.7789P14154.4181 7.84951212.1068P1552.0977 0.4449623.181412.2530638.3517P16127.1702 5.99545762.442817.60352238.6350P17134.8408 3.25147438.430914.87532005.7995合計(jì)2870.638313647.10503驗(yàn)算拱軸系數(shù)由表1-3得 該比值與假定拱軸系數(shù)m=2.814相應(yīng)（二）拱軸彈性中心及彈性壓

9、縮系數(shù)1. 彈性中心 2. 彈性壓縮系數(shù) （三）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。為節(jié)省篇幅，本例只驗(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)力必須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)”完全重合，本例中二者相差0.21084-0.210.00084。當(dāng)這個(gè)偏差較大時(shí)，要用“假載法”計(jì)入其影響 計(jì)入彈性壓縮的恒載內(nèi)力 表1-4項(xiàng)目拱

10、頂1/4截面拱腳3.0487 1.1286 -6.0947 1.0000 0.9421 0.7132 1476.1609 1321.3907 1321.3907 1476.1609 1568.8072 2081.1005 50.0040 18.5107 -99.9640 （1）不計(jì)彈性壓縮的恒載推力 (2)計(jì)入彈性壓縮的恒載內(nèi)力見(jiàn)表1-42. 活載內(nèi)力計(jì)算（1）公路二級(jí)和人群荷載的內(nèi)力 單位拱寬汽車等代荷載 式中，c=2為車道數(shù)；1為車道折減系數(shù)，雙車道不折減。單位拱橋人群等代荷載式中，b=0.75m為人行道寬度；Q人3KN為人群荷載。不計(jì)彈性荷載的公路二級(jí)及人群內(nèi)力見(jiàn)表1-5不計(jì)彈性荷載的公

11、路一級(jí)及人群內(nèi)力 表1-5影響線面積影響線豎標(biāo)活載內(nèi)力截面項(xiàng)目表值乘數(shù)面積豎標(biāo)QkPk合計(jì)人群荷載1234582.3333375.55556110.5拱頂Mmax0.007252088.5786615.142202.4701435.33179186.63261221.964397.57110相應(yīng)H10.06913228.4246015.790991.1646936.8456587.99886124.844517.89550相應(yīng)N0.3456745.7009715.797450.0000036.860730.0000036.860737.89873Mmin-0.004562088.57866-9

12、.52392-0.52373-22.22248-39.57095-61.79342-4.76196相應(yīng)H10.05903228.4246013.483900.5446631.4624441.1519972.614436.74195相應(yīng)N0.2951645.7009713.489100.0000031.474560.0000031.474566.74455l/4截面Mmax0.008822088.5786618.421262.7009342.98295204.07006247.053019.21063相應(yīng)H10.04035228.424609.216930.6901621.5061852.145

13、2473.651414.60847相應(yīng)N0.2215545.7009710.125050.0000023.625120.0000023.625125.06252Mmin-0.010472088.57866-21.86742-1.35869-51.02398-102.65657-153.68054-10.93371相應(yīng)H10.08771228.4246020.035121.1646946.7486287.99886134.7474810.01756相應(yīng)N0.4660045.7009721.296650.0000049.692190.0000049.6921910.64833拱腳Mmax0.019

14、942088.5786641.646262.4683197.17460186.49449283.6690920.82313相應(yīng)H10.09242228.4246021.111000.3223449.2590024.3543373.6133410.55550相應(yīng)V0.1706745.700977.799780.2935218.1995022.1771440.376643.89989相應(yīng)N0.4491945.7009720.528420.0000047.899640.0000047.8996410.26421Mmin-0.014092088.57866-29.42807-2.70230-68.66

15、550-204.17365-272.83916-14.71404相應(yīng)H10.03575228.424608.166180.9919519.0544274.9474594.001874.08309相應(yīng)V0.3293345.7009715.050700.9375735.1183070.83862105.956927.52535相應(yīng)N0.3583245.7009716.375570.0000038.209670.0000038.209678.18779注：在求拱腳相應(yīng)反力V時(shí)，以公路II級(jí)等代荷載乘以全部反力影響線面積。人群反力則只乘以相應(yīng)的影響線面積。計(jì)如彈性壓縮的公路II級(jí)和人群荷載內(nèi)力見(jiàn)表1-

16、6 計(jì)如彈性壓縮的公路II級(jí)和人群內(nèi)力 表1-6項(xiàng)目拱頂l/4截面拱腳MmaxMminMmaxMminMmaxMmin軸向力1.00000 0.94212 0.71319 0.00000 0.33528 0.70097 與M相應(yīng)的H1124.84451 72.61443 73.65141 134.74748 73.61334 94.00187 與M相應(yīng)的V40.37664 105.95692 N124.84451 72.61443 78.17625 143.02582 160.81804 282.96221 H1.37329 0.79876 0.81017 1.48222 0.80975 1.

17、03402 N1.37329 0.79876 0.76327 1.39643 0.57750 0.73745 Np123.47122 71.81567 77.41298 141.62938 160.24054 282.22476 彎矩M221.96439 -61.79342 247.05301 -153.68054 283.66909 -272.83916 y3.04870 1.12858 -6.09471 M4.18674 2.43517 0.86142 1.57599 -3.51971 -4.49456 Mp226.15114 -59.35825 247.91443 -152.10456

18、280.14938 -277.33372 注：初拱腳截面外，其余截面的軸向力用N=作近似計(jì)算。3. 溫度內(nèi)力計(jì)算拱圈合攏溫度15拱圈砌體線膨脹系數(shù)變化溫差15 溫度變化在彈性中心產(chǎn)生的水平力： 拱圈溫度變化內(nèi)力見(jiàn)表1-7 溫 度 內(nèi) 力 表1-7項(xiàng) 目溫度上升拱頂l/4截面拱腳1.00000 0.94212 0.71319 y=3.04870 1.12858 -6.09471 7.82370 7.37086 5.57978 -23.85208 -8.82968 47.68318 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。（四）拱圈的截面

19、強(qiáng)度驗(yàn)算拱圈截面強(qiáng)度驗(yàn)算按規(guī)范第5.1.4條第一款規(guī)定進(jìn)行。當(dāng)按規(guī)定第4.0.6條計(jì)算時(shí)，不計(jì)長(zhǎng)細(xì)比對(duì)受壓構(gòu)件承載力的影響，即令小于3取為3按通規(guī)公式（4.1.6-1），結(jié)構(gòu)按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)的基本組合為 通規(guī)（4.0.6-1）式中：-結(jié)構(gòu)重要性系數(shù) ，取=1.0-永久作用效應(yīng)分項(xiàng)系數(shù)，取=1.2或1.0-汽車作用效應(yīng)分項(xiàng)系數(shù)，取=1.4-人群或溫度作用效應(yīng)分項(xiàng)系數(shù)，人群作用取1.4 ，溫度作用效應(yīng)取1.4-除汽車作用效應(yīng)（含汽車沖擊力、離心力）外的其他可變作用效應(yīng)的組合系數(shù)，人群和溫度作用組合，取=0.7、-永久作用、汽車作用、人群作用與溫度作用效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值按規(guī)范公式（4.0.5）式中：=

20、1.0-軸向力設(shè)計(jì)值A(chǔ)-構(gòu)件截面面積，每米拱寬A=1-M10砌MU60塊石砌體軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，=4.22MPa-偏心距e和長(zhǎng)細(xì)比對(duì)受壓構(gòu)件承載力的影響系數(shù)，見(jiàn)規(guī)范第4.0.6條 式中； 、-分別為x方向和y方向偏心受壓構(gòu)件承載力影響系數(shù)；x、y-分別為x方向和y方向截面中心至偏心方向邊緣的距離、-軸向力在x方向、y方向的偏心距，=0，=，其中為繞x軸的彎矩設(shè)計(jì)值，為軸向力設(shè)計(jì)值m-截面形狀系數(shù)，矩形截面m=8、-彎曲平面內(nèi)回轉(zhuǎn)半徑,分別為繞x軸和y軸的界面慣性矩，A為截面面積-與砂漿強(qiáng)度有關(guān)的系數(shù)，=0.002-構(gòu)件在x方向、y方向長(zhǎng)細(xì)比，按規(guī)定公式(4.0.7-1)、(4.0.7-2)，

21、當(dāng)小于3時(shí)取為3 在截面強(qiáng)度驗(yàn)算中，不計(jì)，即取小于3取為3.這樣公式(4.0.6-2)、(4.0.6-3)等號(hào)右邊第二項(xiàng)均為1.0；又=0， =1.0.=0.2598m,y=0.45m,得 最后得 =1) 拱頂截面強(qiáng)度驗(yàn)算拱頂截面驗(yàn)算由表5-1和表5-2完成其中表5-1內(nèi)軸向力的結(jié)構(gòu)自重分項(xiàng)系數(shù)取1.2，表5-2中取1.0 ,兩表各以較大的軸向力和較大的偏心距對(duì)承載力作比較。拱頂截面強(qiáng)度驗(yàn)算（每米拱寬） 表5-1作用效應(yīng)+溫升+溫降+溫升+溫降（kN）1773.93661758.1701.1686.（kNM）354.36975257.-45.1.0.0.-0.0.0.0.0.0.（kN）240

22、4.16412998. 4147. 4203.均能符合要求。拱頂截面強(qiáng)度驗(yàn)算（每米拱寬） 表5-2作用效應(yīng)+溫升+溫降+溫升+溫降（kN）1509.65841494.1437.1422.（kNM）361.37286392.-54.-7.0.0.-0.-0.0.0.0.0.（kN）2026.11331834.4094.093024201.上兩表計(jì)算中，偏心距限值均在規(guī)范表4.0.9規(guī)定范圍內(nèi)。偏心距限值為0.6S=0.60.45=0.27m，以上計(jì)算均小于0.27m，承載力驗(yàn)算也符合規(guī)定。2) 拱腳截面強(qiáng)度驗(yàn)算拱頂截面驗(yàn)算由表5-1和表5-2完成其中表5-1內(nèi)軸向力的結(jié)構(gòu)自重分項(xiàng)系數(shù)取1.2，表

23、5-2中取1.0 ,兩表各以較大的軸向力和較大的偏心距對(duì)承載力作比較以下兩表計(jì)算中，的結(jié)構(gòu)自重分項(xiàng)系數(shù)，凡使彎矩總和絕對(duì)值較大者取1.2，反之取1.0下兩表計(jì)算中，偏心距限值均在規(guī)范表4.0.9規(guī)定范圍內(nèi)。偏心距限值為0.6S=0.60.45=0.27m，以上計(jì)算均小于0.27m，承載力驗(yàn)算也符合規(guī)定。拱腳截面強(qiáng)度驗(yàn)算（每米拱寬） 表5-3作用效應(yīng)+溫升+溫降+溫升+溫降（kN）2475.34942464.2646.2635.（kNM）284.82934258.-428.-521.0.0.-0.-0.0.0.0.0.（kN）3367.40523484.2817.2421.拱腳截面強(qiáng)度驗(yàn)算（每米

24、拱寬） 表5-3作用效應(yīng)+溫升+溫降+溫升+溫降（kN）2102.76842091.2273.2262.（kNM）308.71288276.-410.-504.0.0.-0.-0.0.0.0.0.（kN）2993.47723166.2608.2177.（五）拱圈整體“強(qiáng)度-穩(wěn)定”驗(yàn)算拱圈整體“強(qiáng)度-穩(wěn)定”驗(yàn)算應(yīng)按規(guī)范第5.1.4條第2款進(jìn)行。按規(guī)范第4.0.6條計(jì)算時(shí)，按規(guī)范第5.1.4條第2款第3項(xiàng)，如板拱拱圈寬度等于或大于1/20計(jì)算跨徑時(shí)，砌體拱不考慮橫向長(zhǎng)細(xì)比對(duì)構(gòu)件承載力的影響，可令小于3取為3。拱圈整體“強(qiáng)度-穩(wěn)定”驗(yàn)算所用作用效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值見(jiàn)表4-21. 抗壓承載力驗(yàn)算1) 按規(guī)范公式

25、（4.0.5）驗(yàn)算構(gòu)件溫度上升時(shí)承載力式中：=1.0-軸向力設(shè)計(jì)值，=1.21321.+1.47.82370=1594.kNA-構(gòu)件截面面積，每米拱寬A=1-M10塊石砌體軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，=4.22MPa-偏心距e和長(zhǎng)細(xì)比對(duì)受壓構(gòu)件承載力的影響系數(shù)，見(jiàn)規(guī)范第4.0.6條 式中；、-分別為x方向和y方向偏心受壓構(gòu)件承載力影響系數(shù)；x、y-分別為x方向和y方向截面中心至偏心方向邊緣的距離、-軸向力在x方向、y方向的偏心距，=0，=，其中為繞x軸的彎矩設(shè)計(jì)值，為軸向力設(shè)計(jì)值m-截面形狀系數(shù)，矩形截面m=8、-彎曲平面內(nèi)回轉(zhuǎn)半徑,分別為繞x軸和y軸的界面慣性矩，A為截面面積-與砂漿強(qiáng)度有關(guān)的系數(shù)，=0.002-構(gòu)件在x方向、y方向長(zhǎng)細(xì)比，按規(guī)定公式(4.0.7-1)、(4.0.7-2)，當(dāng)小于3時(shí)取為3 在截面強(qiáng)度驗(yàn)算中，不計(jì)，即取小于3取為3.這樣公式(4.0.6-2)、(4.0.6-3)等號(hào)右邊第二項(xiàng)均為1.0；又=0，=1.0.=0.2887m,y=0.5m,得 最后得=0.=0.0.=2594.652kN1321.3907 kN