长安大学拱桥课程设计电子版

长安大学拱桥课程设计

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SANY标准化小组 #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#

悬链线箱形拱桥课程设计任务书

1．设计资料

设计荷载： 公路Ⅰ级，人群荷载m 2. 矢跨比1/4 桥宽 +9+ 拱顶填土包括桥面的平均高度'd h ＝ 净跨径： 0l =45m+3*5=60m; 合拢温度：10o c 最高月平均温度 30o c 最低月平均温度 0o c

2.主要构件材料及其数据

桥面铺装为 8cm 钢筋混凝土（4γ＝25 KN/m 3）+6cm 沥青混凝土（2γ＝23 KN/m 3）

拱顶填土材料容重1γ＝ KN/m 3

护拱及拱腔为1号石灰砂浆砌筑片石，2γ＝23 KN/m 3 腹拱圈为C30混凝土预制圆弧拱，3γ＝ KN/m 3

腹拱墩为C30钢筋混凝土矩形截面排架式墩，4γ＝25 KN/m 3 主拱圈为C40钢筋混凝土箱形截面，5γ＝ KN/m 3

3.设计依据

1． 交通部部标准《公路桥涵设计通用规范（JTGD60－2004）》； 2． 交通部部标准《》；

3．

交通部部标准《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范

（JTG D60－2004》；

二、拱圈截面的几何要素的计算 （一）主拱圈横截面设计

三、确定拱轴系数

上部结构构造布置

上部结构构造布置如下图所示：

图上部结构构造尺寸（单位：cm ）

主拱圈

假定m=，相应的y ?/f =，f 0/l 0=1/4，查《拱桥》(上册)表(III)-20(6)得：

sin φj =，cos φj =，φj =50?09'" 主拱圈的计算跨径和计算矢高：

l =l 0+2y 下sin φj =85+2××= f =f 0+y 下(1?cos φj )=+×(1?=

拱脚截面的水平投影和竖向投影 x =Hsin φj =×= y =Hcos φj =×=

将拱轴沿跨径24等分，每等分长86.2973 3.59572424

l l m ?=

==，每等分点拱轴线的纵坐标f f y y ?????

??=11(其中??

?

???f y 1由拱桥 (Ⅲ)-1查得),相应的拱背曲面坐标?cos 11

上

y y y -='，拱腹曲面坐标?

cos 11

下y y y +=''。具体数值见下表： 表主拱圈几何性质表

拱上腹孔布置

从主拱圈两端起拱线起向外延伸3m 后向跨中对称布置4孔圆弧小拱，腹拱圈厚'0.35d m = ，净跨径'0 5.6l m = ，净矢高'00.7f m =， 座落在宽为的钢筋混凝土排架式腹孔墩支撑的宽为的钢筋混凝土盖梁上。腹拱拱顶的拱背和主拱拱顶的拱背在同一标高。腹孔墩墩中线的横坐标x l 以及各墩中线自主拱拱背到腹孔起拱线的高度'101

(1)(d'f )cos h y y φ

=+?-

-+上，分别计算如下表：

由

00'1

'8

f l ，根据圆弧线拱轴方程得 sin φ0=，cos φ0=，φ0=28?04'20" 腹拱拱脚的水平投影和竖向投影

x '=d'×sin φ0=×=0.1647m； y '=d'×cos φ0=×=0.3088m

上部结构恒载计算

恒载计算，首先把桥面系换算成填料厚度，然后按主拱圈、横隔板、拱上空腹段、拱上实腹端及腹拱推力共5个部分进行。 桥面系

1.桥面系

桥面系包括栏杆、人行道构造和附设的管路。栏杆每幅长，栅板分三部分预制，如图4所示。

(1)每侧栏杆的重力 中栅 ×25= 边栅 2××25= 立柱 ×25= 中底枋 ×25= 边底枋 2××25= 扶手 ×25= ∑=

每延米桥长的栏杆重力 g=×2/=m

(2)人行道构件(图1)

a.人行道块件，γ=25kN/m 3

[×++×2+×

+×+×]×25×2=m

b.人行道板，γ=24kN/m 3

××24×2=m

c.人行道板下填砂层，γ=18kN/m 3

××18×2=m

d.人行道块件内水管铸铁容重为m 3

，

水的容重为10kN/m 3

，水管内径为?35cm ， 外径为?36cm 。

[π×××+π××10/4]×2=m

e.人行道块件里填砂砾石或装电缆，γ=18kN/m 3

[*π×4]×18×2=m

每延米桥长人行道构件重力 ∑=m (3)拱顶填料及沥青表处面层重力

（×+×25+×23）×12=m

以上三部分恒载由拱圈平均分担，则换算容重为γ=m 3

的计算平均填料厚度为： h d =++/×=

主拱圈

01243(0.578239.74066886.293725.5P A l γ-==???=

????表Ⅲ)-19(7)值12393.9184kN

2241/4

0.126859.74066886.297325.5(58661.588444

A l M kN m γ???===?????表Ⅲ)-19(7)值2240.535329.74066886.297325.5(247557.914744

j A l M kN m γ???===?????表Ⅲ)-19(7)值 3.横隔板

横隔板的设置受箱肋接头位置的控制，必须先确定接头位置后再按箱肋轴线等弧长布置横隔板。

(1)箱肋有关几何要素 a.箱肋截面积(图

5)

A'=2××+×

+2××2=

b.箱肋截面静矩

J'=2×××2+××2 +2×××3+/2 =

c.截面重心距箱底的距离 y'下=J'/A'=

d.箱肋计算跨径 l '=l 0+2 y'下sin φj =85+2××=

e.箱肋轴线弧长 S'=2×'= (2)确定箱肋接头、设置横隔板

a.确定接头位置箱肋分三段吊装合拢，接头宜选在箱肋自重作用下弯矩值最小的反弯

点附近，即ξ=~之间，此处相应的弧长为(图6) ：

220l S 1sh d (0.355-0.376028)l'/215.2349m~16.1374m 2x k ηξξ'

'=+?=?=?

式中 ?+ξ

ξξη0

22d sh 1k 值根据ξ值从《拱桥(例集)》的附表1-1内插算得。

b.布置横隔板

横隔板沿箱肋中轴线均匀设置，取板间间距Δl '=，中段箱肋设11道横隔板，端横隔板到接头中线的距离为0.3m ，则中段箱肋弧长之半为：

S II/2=×10+2×/2=

则接头位置刚好在ξ=处。

端段箱肋弧长 S I =(S'2S II )= 端段箱肋设11道横隔板，则端横隔板距起拱面的长度为：

ΔS=×= (3)横隔板与接头加强部分的重力

横隔板厚均为0.06m 。靠拱脚的一块为实心板，其余均为空心板。接头处两相邻横隔板之间以及拱脚截面至第一块横隔板之间的箱底板和两侧板均加厚0.10m ，加强后的断面尺寸如图7所示。 a.横隔板重力 空心板

P=[× × +4×××]×25×9=

实心板 P=××

+4××××9×25=

b.中接头加强部分 P=[2×××+×××

24×××]×9×25=

c.拱脚加强段

P=[×2××+××× 22×××]×9×25=

d.各集中力作用线的横坐标

各集中力作用线的横坐标l x ，可以根据/2d sh 10

22l S k k x '÷=+=?

ξξξξη值从《拱桥(例

集)》书后附表1查得ξ值，再由l =l '×ξ/2求得。l x 的值和各集中力分别对l /4和拱脚截面的力臂见表3。

横隔板的横坐标与力臂计算表 表3

集中力 编号 Sx

?

+ξ

ξ

ξη0

22d k sh 1

=2Sx/l 肋

ξ

lx=l 肋ξ/2 力 臂 l/4-lx l/2-lx

1号 2号 3号 4号 5号 6号 7号

4.拱上空腹段

(1)腹孔上部(见图8)

腹拱圈外弧跨径l外=l?0+2d'sinφ0=+2××=

腹拱圈内弧半径 R0= l?0/(2sinφ0)=(2×=

腹拱圈重力

P a=2φ0Rd'γ3B0=2×28?04'20"×π/180×+2)×××=

腹拱上面的护拱重力 P b=(2sinφ0-sinφ0cosφ0-φ0)R2γ2B0=(2×

×?04'20"×π/180)×+2)2×23×=

填料及桥面系重力 P c=l外h dγ1B0=×××=

P d={')y'γ4+[(f'0+d'-y') γ2+h dγ1]')}B0={ [一个腹拱总重力：P=∑P i=+++=

(2)腹孔下部(见图10)

盖梁重力P=[××+4×+××2]×25=

底梁重力P=[××+4×+××222××2]×25=

1号立柱重力P=4× 2号立柱重力P=4×号拱墙重力P=[×+ 22×(π×2+×1)]××25=

4号腹拱座重力P=+2)××25×=

(3)腹孔集中力

P13=+++=

P14=+++=

P15=+=

P16=(3226..7536) /2+=

5.拱上实腹段(见图11)

(1)拱顶填料及桥面系重 P18=l x h dγ1B0=×××=

(2)悬链线曲边三角形

P19=lf1(sh kξ2kξ)γ2B0/[2(m21)k]=×[2××]

×)×23×=

式中f1= f +y上(121/cosφj)=+×(121/=

其重心距原点(拱顶)的水平距离

ηl x=[(shkξ2kξ/2)-

(chkξ21)/ kξ] l x/(shkξ2kξ)==

6.腹拱推力

靠近主拱拱顶一侧的腹拱，一般多做成两平铰

拱，在较大的恒载作用下和考虑到周围的填料等构造的作用，可以折中地按无铰圆弧拱计

算其推力，而不计弯矩的影响。

腹拱拱脚的水平推力

F=(C1g1+C2g2+C3g3)RB0

式中 g1=γ1h d=×=m2

g2=γ2{(R+d'/2)2 [(R+d'/2)22l2/4]?}

=23×{+2)2 [+2)4] ?}=m2

g3=γ3d'=×=m2

由f0/l'0=1/8和b=I/AR2=查《拱桥》(上册)表(I)-4得

C1=，C2=，C3=

F=×+×+×

××=

腹拱拱脚推力作用线的纵坐标见图12所示，其距x轴的偏心距为：

e=d'+ f0-y'/2-y上=+ 腹拱推力对各截面重心产生的力矩

M i=F x(y i2e) 6.验算拱轴系数

恒载对l/4截面和拱脚截面的力矩见表4。

由表4可知：∑M?/∑M j==

该值与之差小于半级即，故可确定上面拟定的桥跨结构形式的设计拱轴系数m=。

半拱恒载对拱脚和l/4截面产生的弯矩表4