47m等截面悬链线空腹式板肋石拱桥.docx

选做本课题的原因及条件分析：一、原因1.随着国民生产力的提高，经济飞速发展，路桥建设进入高速发展的时代；现有道路的通行能力和路况已经严重制约着经济发展，为适应生产力发展的要求需要大力发展公路事业；2.石拱桥以其跨越能力大，能够充分就地取材，大量节省钢筋和水泥，耐久性能好外形美观，构造简单被广泛应用公路桥涵的建设中。二、条件分析1.在专业学习及实习中，较多地了解和接触桥梁的设计和施工技术，对本课题的顺利开展奠定了一定的理论基础；2.对桥梁设计和施工有浓厚的兴趣；3.对拱桥的设计理论、计算机绘图、EXCEL等软件在设计中的应用比较熟悉。指导教师意见：院（系）毕业设计领导小组意见：毕业设计任务下达书院（系） 专业 学号 姓名 现将毕业设计任务下达书发给你。毕业设计任务下达书内容如下：一、 毕业设计题目 二、 主要内容桥梁方案比选、桥梁上部结构设计、桥梁下部结构设计、桥梁支座的设计与选用、桥梁施工图设计 三、 具体要求 不弄虚作假，严禁抄袭他人成果，独立完成；结合实际、内容充实、论据充分、理论正确、符合技术规范要求、有自己的观点；符合毕业设计撰写要求。 四、 主要参考文献公路桥涵设计手册拱桥（上册）公路桥梁施工技术规范（JTJ041-2000）公路桥涵地基与基础设计规范（JTJ024-85）公路圬工桥涵设计规范（JTGD61-2005）公路桥梁施工手册道路桥梁工程施工手册（2003）中华人民共和国行业标准公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004），北京：人民交通出版社，2004五、 进程安排阶 段起 止 日 期主 要 内 容一阶段3.83.25学习文献、收集资料、方案必选二阶段3.265.30根据所学课程完成设计初稿三阶段5.316.4与老师交流，在教师指导下进行初稿修改计任务下达书于2010 年 1 月 14 日发出。毕业设计应于2010年 6 月 4日前完成后交指导教师，由指导教师评阅后提交毕业论文（设计）答辩委员会。七、毕业设计任务下达书一式两份，一份给学生，一份留学院（系）存档。 指导教师： 签发于2010 年 1 月 14 日 分管院长（主 任）： 签发于2010 年 1 月 14 日结合毕业实习有关内容，在查阅大量文献资料的基础上，通过与指导教师反复讨论，确定毕业设计题目。本设计具体实施方案如下：收集资料阶段：通过对桥梁的了解，在课本上查一些桥梁知识，去图书馆收集相关资料，列出几个方案可供选择，以便确定桥型。初步设计阶段：对该选定的桥型，通过它的一些地质资料，来确定桥的一些具体指标，比如桥宽，跨径，孔数等等。绘图阶段： 根据选定的桥型，并参考标准图画出方案比选图和一些桥梁的构造图、横断面图、纵断面图、立面和侧面图。正式设计阶段：根据前面确定的桥梁的具体尺寸、设计荷载来进行桥梁的具体结构设计和配筋计算，并进行整体验算。 1.设计说明 4.下部结构计算2.方案比选 5.拱桥设计图3.上部结构计算 6.致谢本次设计针对等截面悬链线空腹式板肋石拱桥的上、下部结构情况进行了设计计算以及设计图的绘制，综合运用了所学知识。在设计过程中，板拱采用了板肋式横截面，增加了抗弯刚度，节省材料。拱上建筑构造采用了空腹式拱式拱上建筑，减轻了自重，增加了美观。由于地质条件良好，选用重力式桥台。 经过本次设计，本人学到了不少知识，除了专业上的知识还有计算机和英语方面；设计中不仅仅应用了已有的成果，同时还有个人创新。由于悬链线拱桥拱轴系数的选用需要反复试算，而且有一套固定的试算模式，所以设计了EXCEL表格的自动计算，使得试算更加简便，这是本次设计的一个创新之处。由于桥梁在交通工程中的重要地位，桥梁工程一定会得到更好的发展，桥梁的设计理论会进一步的完善。2、将总成绩由百分制转换为五级制，填入本表相应位置。目 录1 概述11.1 工程概况11.2 技术标准及采用规范12 方案比选12.1 方案一 预应力混凝土简支板桥22.2 方案二 等截面悬链线石板拱桥22.3 方案三 等截面悬链线板肋式石拱桥33 上部结构计算33.1 设计资料33.1.1 设计荷载33.1.2 跨径及桥宽33.2 主要构件尺寸设计及材料33.2.1 主拱圈33.2.2 拱上建筑43.3 选定拱轴系数53.3.1 上部结构几何特性53.3.2上部结构自重73.3.3 验算拱轴系数103.4 拱圈弹性中心及弹性压缩系数113.5主拱圈截面内力计算113.5.1恒载内力计算113.5.2活载内力计算123.5.3温度内力计算163.6 主拱圈截面强度验算163.7 主拱圈整体“强度-稳定性”验算213.7.1 拱圈整体“强度-稳定性”验算所用的荷载效应213.7.2拱圈整体“强度-稳定性”验算223.8 拱脚截面直接抗剪强度验算243.8.1 拱脚截面直接抗剪强度验算所用的荷载效应243.8.2拱脚截面直接抗剪强度验算253.9 主拱圈裸拱强度验算263.9.1 弹性中心的弯矩和推力263.9.2截面内力263.10 主拱圈裸拱整体“强度-稳定性”验算284 下部结构计算284.1设计资料284.2桥台设计几何尺寸284.3 桥台台身自重及其顶上的汽车和人群荷载304.4 拱跨结构通过拱脚对台身产生的作用效应334.5台身后土侧压力334.6 台身底作用效应汇总344.7 台身底截面承载能力极限状态验算354.7.1 较大竖向力设计值364.7.2 较大偏心距设计值374.8 地基承载力验算384.9 基础稳定性验算404.9.1 抗倾覆稳定性验算404.9.2 抗滑动稳定性验算405 总结40参考文献41致谢42摘 要： 本设计的主要内容包括方案比选，上部结构设计计算，下部结构设计计算。其中水文计算的资料和数据为市水文局提供。通过水文计算确定桥长为47米，经方案的比较，确定等截面悬链线空腹式板肋石拱桥为最佳方案。对交通量进行了分析，查找相应技术规范，确定公路的等级以及设计需要的各种参数。最后确定桥面宽度为8.6米，两侧的人行道各宽0.8米，桥面铺装采用沥青混凝土，桥面采用2%的双向横披。拱上建筑构造采用了空腹式拱式拱上建筑，减轻了自重，增加了美观。由于地质条件良好，石材丰富，所以桥台选用了重力式桥台。本设计计算书包括拱轴系数的选定、不同截面的内力计算、拱圈在不同阶段的强度及稳定性验算、桥台和地基的承载力验算及基础的稳定性验算。关键词：板肋式石拱桥；空腹式；重力式桥台Abstract: The design includes the choice of draft designs, the design of bearing, the calculation of super structure and substructure. The length of the bridge will be set in 47m through hydrological computation, which is based on hydrological date supplied by hydrologic station. The best choice among the draft designs is the stone arch bridge which will adopt the form of uniform section and the type of catenary.In detail,the main arch ring is in the type of board to which several ribs attach and the construction is limosis on the top of the arch ring.To make the bridge more reasonable, I have carried on the analysis to the volume of traffic,searched the corresponding technical specifications,determined the levels of the raod and found out the parameters of the design.Ultimately, the clear width of deck is set in 8.6m which includes pedestrian walk that is 0.8m each side. The covering of deck is asphalt concrete. The transverse grade of deck is 2% bidirectionally.The type of the construction on the top of main arch ring is also arch.This form will ease off the self-weight and increase its beauty.Due to the fine geology condition and the rich materials of stones, the gravity abutment is selected into the design.The books of the design and computation include the selection of the arch axis coeffient, the inner force caculation of different sections, the strength and stability checking computations of arch ring in various stages,the bearing capacity checking computations of the abutment and foudation,and the stability checking computations of the base.Key Words: Stone arch bridge in the type of ribbed board ; Hollow gravity arch; gravity type abutment 1 概述1.1 工程概况（1）自然条件大桥位于农村地区，为满足当地经济日益发展的需要，方便周边农村与市区的联系，带动周边市民的经济，考虑到现有桥梁通行能力不足的现状，经建设局的批准，我院受委托承担了本桥的设计工作。组织工程技术人员现场勘察，桥位区岩土层自上而下可分为六层：密实圆砾、粗砂、淤泥质粗砂、粗砂混粘性土、强风化细砂岩、弱风化细砂岩。结合工程实际，并经水文计算，遵照安全、适用、经济和美观的原则，经院内研究决定该桥采用47m等截面悬链线空腹式板肋石拱桥，下部结构采用重力式U型桥台。（2）施工条件当地劳动力供应充足，标段离乡镇较近，电力供应充足，施工期间用电搭接较方便、线路短，需与供电部门取得联系。湖常年有水，且标段范围内地下水较丰富，水质良好，可就近取用，交通状况一般。由于地势较平坦，场地平整及临时便道工程量较小。当地砂、石料资源丰富，采购、运输较为方便。主要的石料场有烟敦山采石场，可生产各种规格块石及片石，交通运输较便利。1.2 技术标准及采用规范（1） 设计荷载：公路-级；（2） 桥面宽度：净-7+20.8m；（3） 地震烈度：度；（4） 设计洪水频率：1/100；（5） 设计采用中华人民共和国交通部部标准： 公路工程技术标准(JTGB01-2003)； 公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004)； 公路圬工桥涵设计规范（JTGD61-2005）公路桥涵地基与基础设计规范(JTJ 024-85)；公路工程抗震设计规范(JTJ004-89)；2 方案比选在方案比选中，首先要把握的是四项主要标准：安全、经济、功能与美观。安全是桥梁结构设计的前提；经济是桥梁结构设计的保证；功能在桥梁结构设计中也不应忽视；美观是桥梁设计必须考虑的一部分；综合考虑以上四项标准来进行桥梁方案比选，最后的设计、施工将会变得容易，建成后的桥梁才是安全美、经济美、功能美与环境、视角美。无论桥梁跨度大小以及桥型如何，总需与环境协调，使人感到这是一种大自然环境中的点缀品，而不是与当地风景毫不相关的建筑物。桥梁总跨径根据水文资料确定，基本原则是：应使桥梁在整个使用年限内，保证设计洪水能顺利宣泄；避免过分压缩河床；避免因桥前壅水而淹没农田房屋，最终确定为跨径为47m。表2.1 方案比选序号方案类别比较项目第一方案第二方案第三方案2-23.5m预应力砼简支板1-47m等截面悬链线石板桥1-47m等截面悬链线板肋式石拱桥1静定类型静定超静定超静定2内力情况简单简单简单3地基要求低高高4工艺技术要求一般工艺要求一般工艺要求技术比板拱先进，工艺要求比板拱严格5使用效果受力不如超静定结构好，行车条件差，存在伸缩缝，养护麻烦桥面平整，无伸缩缝，行车条件好，耐久性能好，使用寿命长桥面平整，无伸缩缝，行车条件好，耐久性能好，使用寿命长6造价及用材造价高，用钢筋较多，木材水泥和劳动力消耗较多附近石材丰富，造价低，不用钢材，木材水泥和劳动力消耗较多附近石材丰富，造价低，不用钢材，木材水泥和劳动力消耗较多7施工工厂预制，施工周期短现场拼接，施工周期较长现场拼接，施工周期长8下部结构需两桥台，一桥墩，工程量大一跨过河，只需两桥台一跨过河，只需两桥台2.1 方案一 预应力混凝土简支板桥本方案设计为静定结构，受力简单，但受力情况不合理，行车条件差，存在伸缩缝，养护麻烦。装配式板桥是通过铰缝传递横向荷载，整体性差，因而，在通过特殊重载车时无超载挖潜能力。跨径超过一定限制时，截面便要显著加高，从而导致自重过大，截面材料使用上的不经济。使用钢筋及混凝土较多，运输不便，且施工机械用电量多，施工器械复杂。下部结构还有河中的桥墩，需围堰现浇，施工复杂，危险系数高。2.2 方案二 等截面悬链线石板拱桥 本方案为三铰拱结构，是超静定结构，受力分析复杂，但只是承受很小的弯矩，以承受压力为主，所以能够充分发挥石材抗压能力强的特点。而且其跨越能力大，中途无伸缩缝，行车平顺稳定。而且附近石材丰富，便于就地取材，直接降低了造价。石拱桥在我国应用广泛，造型美观，稳定性好,承载能力强,耐久性能好，施工技术纯熟，能够保证安全性。虽然对地基条件要求较高，但所处地区地质条件良好，完全能够达到承载力的要求。一跨过河，避免了在河中施工下部结构的麻烦。2.3 方案三 等截面悬链线板肋式石拱桥与方案二相比，只是在板上多加了三根肋，所以拥有方案的所有优点。但是由于多加了三根肋，即在板中纵向部分挖空，因此增加了抗弯刚度，可以节省材料。与方案二相比，在功能上更胜一筹。经过仔细的比较，方案三从使用功能、经济因素等方面都优异于其他方案。所以本设计采用方案三。3 上部结构计算3.1 设计资料3.1.1 设计荷载公路级，人群荷载33.1.2 跨径及桥宽净跨径,净矢高,桥面净宽为净3.2 主要构件尺寸设计及材料3.2.1 主拱圈主拱圈采用两肋式“山”字形截面，其宽度为8.8，主拱圈厚度1.1，底板厚0.4，两肋同高(见图3.1)。主拱圈采用10号砂浆砌60号块石筑成，材料容重，抗压极限强度，砌体弹性模量。图3.1 主拱圈横断面图(尺寸单位: )3.2.2 拱上建筑(1)拱顶包括桥面系的高度为0.8，所用的计算厚度为0.5，平均重力密度。(2)拱腔填砂砾石填料，小石子混凝土砌块或片石侧墙，平均容重。(3)主拱圈上每半跨布置3个圆弧形腹拱，腹拱圈净跨径，腹拱厚度，净矢高，矢跨比。 (4)腹拱座（墩帽）宽，均选用10号砂浆砌50号块石筑成，砌体容重，低标号素混凝土护拱。(5)腹拱墩宽60，每个横向挖2个1.7宽的人孔(见图3.3)。图3.2 主拱圈上之半跨(尺寸单位：)图3.3 人孔示意图(尺寸单位：)3.3 选定拱轴系数3.3.1 上部结构几何特性(1)主拱圈截面积：静矩（对下边缘）： 中性轴： 惯性矩： 回转半径： 拱脚投影及倾角函数:假定m=1.756，,查拱桥上册表（）-20（3）得 计算跨径及矢高：主拱圈截面坐标:将拱中性轴沿跨径24等分，每等分长，每等分点拱轴线的纵坐标，相应拱背曲面的坐标，拱腹曲面相应点的坐标，具体位置见图3.4，计算见表3.1。图3.4 具体位置图表3.1 主拱圈截面坐标表截面号123456789023.800919.514300.747660.865230.606028.6490710.1203121.81750.8255837.854840.785640.823410.576737.031448.43157219.83410.6713616.387530.821470.787490.551575.600046.93910317.85070.5358855.098570.854690.756880.530134.341695.62870415.86730.4178803.975840.884910.731030.512033.24484.48787513.88390.3162373.008770.911850.709440.496902.299343.50568611.90050.2300002.188290.935310.691640.484441.496652.6727379.917040.1583591.506680.955160.677270.474370.829411.9810587.933630.1006410.957530.971370.665970.466450.291561.4239895.950230.0563020.535670.983940.657460.46050-0.121780.99617103.966820.0249250.237140.992870.651550.45635-0.414400.69350111.983410.0062170.059150.998220.648050.45391-0.588900.51306120.00.00.01.00.64690.4531-0.64690.4531(2) 拱上结构a.腹拱拱脚投影由，得, 投影，b.腹拱重力作用横坐标1号横墙：2号横墙：3号拱座：空实腹段界线：c.腹拱墩高度h主、腹拱圈拱顶的拱背在同一标高时，腹拱的起拱线至主拱拱背的高度，空、实腹段分界线的高度。这些高度均可利用表1-1的数值内插得到，也可以用悬链线公式直接算得。具体计算结果见表3.2。表3.2 腹拱墩高度表项目1234561号横墙19.25090.808830.940655.9906390.66760332号横墙14.35090.602960.701223.2230180.46742933号拱座9.72290.408510.475091.4471910.3032655空、实腹段分界线9.64490.405230.471281.4236390.30065444.822450.202620.235630.1462482(续表)项目17891号横墙0.8316906-0.130914.89972号横墙0.9059182-0.067182.19583号拱座0.9569619-0.029090.4581空、实腹段分界线0.9576536-0.028611.39500.98947433.3.2上部结构自重：(1)主拱圈(2)拱上空腹段a.腹孔上部(见图3.4)腹拱外弧跨径：腹拱内弧半径：图3.5 腹孔上部腹拱圈重：腹拱的护拱重： 路面及桥面系重：腹拱墩以上部分（见图3.5）：图3.6 腹拱墩以上部分一个腹拱重： b.腹拱墩重 1号腹拱墩：2号腹拱墩：3号腹拱墩：腹拱集中恒重：(3)拱上实腹段拱顶填料及桥面系：曲边三角形块(见图3.6)：图3.7 曲边三角形块 3.3.3 验算拱轴系数上部结构的恒载对拱跨截面和拱脚截面的力矩比值符合等于接近选定的系数相应的值的条件，则选定的系数可作为该设计的拱轴线系数使用。(1) 半拱恒载对拱跨截面和拱脚的力矩半拱恒载对拱跨截面和拱脚的力矩计算及结果见表3.3。表3.3 半拱恒载对拱跨截面和拱脚的力矩分块号恒重1/4截面拱脚截面力臂 力力臂力矩P0-124241.65911580.73848023.6853P131487.273 6767.0921P141213.180 11464.5529P15447.914975.3566305.7389P16848.7516007.461 16107.9822P17742.2163457.15212289.858P185