桥梁综合项目工程专业课程设计.doc

桥梁工程课程设计专 业：土木工程 学 号： 姓 名指 导 教 师： 林跃水 时 间 ： 12月 攀枝花学院二O一六年十二月设计题目空腹式等截面悬链线圬工拱桥设计一 设计资料1 桥面净宽：净7+21.5(1.25人行道+0.25安全带)2 荷载：汽车20级 挂车100 人群荷载： 人行道每侧重3 跨径：净跨径L=70m4 矢跨比：1/45 材料（1） 钢筋及钢材：预应力筋：采用钢绞线 原则强度 设计强度普通钢筋：I、II级钢筋钢板：16Mn或A3钢锚具：锚具为夹片锚（2） 混凝土：主梁：C50人行道及栏杆：C30桥面铺装：C30（3）材料重度及其他6.施工工艺：预应力筋采用后张法施工7.参照文献：公路桥涵设计通用规范JTG D60-； 公路桥涵设计手册，拱桥（上册）公路桥涵设计手册，拱桥（下册桥梁工程，白宝玉编.拱桥计算实例集 拱桥（一）关于拱桥设计图纸。8.构造尺寸。如图下： 图11 二、主拱圈计算 （一）拟定拱轴系数拱轴系数m值拟定，普通采用“五点重叠法”，先假定一种m值，定出拱轴线，拟定上部构造各种几何尺寸，计算出半拱恒载对拱脚截面形心弯矩和自拱顶至跨恒载对跨截面形心弯矩。其比值=。求得值后，可由m=中反求m值，若求出m值与假定m值不符，则应以求得m值作为假定值，重复上述计算，直至两者接近为止。式中：拱自重作用下，半拱自重对拱跨1/4点弯矩； ：拱自重作用下，半拱自重对拱脚弯矩；1. 拟定上部构造尺寸（1） 主拱圈几何尺寸1) 截面特性截面高度:拱圈截面高度按经验公式估算 d = /100 + = 70/100 +0.7 = 1.4m主拱圈横桥向取1m单位宽度计算，横面面积A =1.4;惯性矩I=截面抵抗矩W=截面回转半径2）计算跨径和计算失高假定m=2.814,相应=0.21。查“拱桥”表（III）-20（8）得sin=0.77556,cos=0.63127计算跨径计算失高：3）拱脚截面投影水平投影竖向投影4)计算主拱圈坐标（图1-1） 将拱圈沿跨径24等分，每等分长。以拱顶截面形心为坐标原点，拱轴线上各截面纵坐标 主拱圈截面坐标表 表1-1截面号y1/fy1cosd/(2*cos)拱圈顶面y上(m)拱圈底面y下(m)x1234567801.000000 17.7581 0.63127 1.1089 16.6492 18.8670 35.543 10.810048 14.3849 0.68806 1.0174 13.3676 15.4023 32.581 20.647289 11.4946 0.74265 0.9426 10.5521 12.4372 29.619 30.508471 9.0295 0.79353 0.8821 8.1474 9.9116 26.657 40.390820 6.9402 0.83948 0.8338 6.1064 7.7741 23.695 50.291988 5.1852 0.87966 0.7958 4.3894 5.9809 20.733 60.210000 3.7292 0.91368 0.7661 2.9631 4.4953 17.771 70.143218 2.5433 0.94152 0.7435 1.7998 3.2868 14.810 80.090308 1.6037 0.96344 0.7266 0.8771 2.3303 11.848 90.050213 0.8917 0.97985 0.7144 0.1773 1.6061 8.886 100.022133 0.3930 0.99118 0.7062 -0.3132 1.0993 5.924 110.005506 0.0978 0.99782 0.7015 -0.6038 0.7993 2.962 120.000000 0.0000 1.00000 0.7000 -0.7000 0.7000 0.000 注：第2栏由拱桥上册附录（III）表(III)-1查得 第4栏由拱桥附录（III）表(III)-20（8）查得浮现表（III）-值或表（III）-()值均为拱桥下册相应表格数值。（2） 拱上构造尺寸1） 腹拱圈腹拱圈为M10号砂浆砌M30粗料石等截面圆弧拱，截面高度,静失高,净失跨比。查拱桥上册表3-2得水平投影竖向投影2） 腹拱墩腹拱墩采用M7.5沙浆M30块石横墙，厚0.8m。在横墙中间留出上部为半径R=0.5m半圆和下部高为R宽为2R矩形构成检查孔。腹拱拱顶拱背和主拱圈拱顶拱背在同一水平线上。从主拱圈拱背至腹拱起拱轴线之间横墙中线高度，其计算过程及其数值见表1-2 腹拱墩高度计算表 表1-2项目X(m)=X/L=Ln(m+SQRT(m2-1)*y1=f/(m-1)*(ch-1)tg=2*f*k/(m-1)/l*shcos=1/SQRT(tg*tg+1)h=y1+d/2*(1-1/cosi)-(d+f)1#横墙32.6858 0.9196 1.5584 14.4957 1.0596 0.6864 13.28 2#横墙28.8858 0.8127 1.3772 10.8468 0.8661 0.7559 9.72 3#拱座25.3658 0.7137 1.2094 8.0750 0.7125 0.8144 7.02 空、实腹段分界线25.2458 0.7103 1.2036 7.9898 0.7076 0.8163 6.93 注：横墙高度也可依照表1-1关于数值内插计算得到。2. 恒载计算恒载分主拱圈、拱上空腹段、拱上实腹三某些进行计算。不考虑腹拱推力和弯矩对主拱圈影响。其计算图式见图1-2。（1） 主拱圈恒载(2)拱上空腹段恒载1） 腹孔上部（图1-3）图 1-3 （以上三个系数依次分别查拱桥上册表3-2、表1-10、表1-9）填料及路面重两腹拱之间起拱线以上某些重量 （图1-4）2） 腹拱下部3）集中力（3）拱上实腹段恒载（图1-5）1）拱顶填料及面重 图 1-5 悬链线曲边三角形某些重量式中：重心位置（3） 各块恒载对拱脚及拱跨1/4截面力矩见表1-3半拱横载对拱脚和1/4拱跨截面弯矩 表 1-3分块号恒重（KN）l/4截面拱脚截面力臂(m)力矩(KN.m)力臂(m)力矩(KN.m)P0-121382.76 5380.55 22705.21 P13334.77 2.86 956.46 P14269.35 6.66 1793.11 P1578.61 (7.59)(596.99)10.18 800.02 P16416.56 5.15 2144.66 22.92 9547.45 P171378.79 (1.31)(1809.21)16.46 22693.95 共计3860.84 12286.20 58496.22 3验算拱轴系数由表1-3得 该比值与假定拱轴系数m=2.814相应得（二）拱轴弹性中心及弹性压缩系数1、弹性中心 2弹性压缩系数 （三）主拱圈截面内力计算大跨径拱桥应验算拱顶、1/4拱跨和拱脚五个截面，必要时应验算1/8拱跨截面。只验算拱顶，这里只算了1/4拱跨和拱脚五个个截面内力。别的截面，除不计弹性压缩内力必要在影响线上直接布载求得以外，其环节和1/4拱跨者相似。1 恒载内力计算计算拱圈内力时，为运用既有表格，普通采用所拟定拱轴线进行计算。但是在拟定拱轴系数时，计算得恒载压力线与拟定拱轴线很难在“五点”完全重叠，本例中两者相差0.21003-0.210.00003，这个偏差不算大。 计入弹性压缩恒载内力 表1-4项目拱顶1/4截面拱脚6.13 2.40 -11.63 1.00000 0.91368 0.63127 3275.55 3275.55 3275.55 3294.06 3605.26 5218.14 113.40 44.40 -215.20 （1）不计弹性压缩恒载推力 (2)计入弹性压缩恒载内力见表1-42活载内力计算（1）公路一级和人群荷载内力单位拱宽汽车等代荷载 式中，c=2为车道数；1为车道折减系数，双车道不折减。单位拱桥人群等代荷载式中，b=0.75m为人行道宽度；q人3KN为人群荷载。不计弹性荷载公路一级及人群内力见表1-5不计弹性荷载公路一级及人群内力 表1-5截面项目计算荷载影响线面积纵标值力与弯矩 表中值乘数面积拱顶53.75391.750.50.0072511.96882.1960144.9734相应53.75391.750.50.0691314.03901.165194.216453.75391.750.5-0.00456-7.5280-0.4656-41.9658相应53.75391.750.50.0590311.98790.544954.26331/4截面53.75391.750.50.0088214.56072.4013161.8408相应53.75391.750.50.040358.19430.690455.548953.75391.750.5-0.01047-17.28461.2080-103.7441相应53.75391.750.50.0878117.83261.037195.8715拱脚53.75391.750.50.0199432.91832.1945192.0291相应53.75391.750.50.0924218.76880.992395.5698相应V 53.75391.750.50.170676.93450.293531.379953.75391.750.5-0.01409-23.2607-2.4025-181.4803相应53.75391.750.50.035757.26020.322534.2086相应V53.75391.750.50.3293313.38100.9376 80.5053注：在求拱脚相应反力V时，以公路I级等代荷载乘以所有反力影响线面积。人群反力则只乘以相应影响线面积。计如弹性压缩公路I级和人群荷载内力见表1-6项 目拱 顶L/4截面拱 脚轴向力10.942120.7131900.335270.70097与M相应H94.216454.263355.548995.871595.569834.2086与M相应V31.379980.5053+V94.216454.263352.333792.206790.155880.82901.08950.62730.64211.10821.10470.39551.08950.62730.60491.04400.78790.282193.162953.636051.728891.162789.367980.5419弯矩M144.9734-41.9658161.8408-103.7441192.0291-181.4803y=2.71051.0034-5.41862.95311.70020.60701.0475-4.2693-1.5286147.9625-40.2656162.4478-102.6966187.7598-183.0089注：初拱脚截面外，别的截面轴向力用N=作近似计算。3.温度内力计算拱圈合拢温度15拱圈砌体线膨胀系数变化温差15 温度变化在弹性中心产生水平力： 拱圈温度变化内力见表1-7 温 度 内 力 表1-7项 目温度上升拱顶l/4截面拱脚10.942120.71319y=2.71051.0034-5.41867.24687.46855.485721.8895-7.024730.4638注：1.温度下降时内力与温度上升内力符号相反；2.当砂浆为小石子混凝土时，应酌情计入徐变影响。（四）主拱圈正截面强度验算 依照桥规规定，构件按极限状态设计原则是：荷载效应不利组合设计值不大于或等于构造抗力效应设计值，即 式中 构造重要性系数，本题为二级设计安全级别为1.0； S 作用效应组合设计值，按公路桥涵设计通用规范（JTG D60） 规定计算； R（） 构件承载力设计值函数； 材料强度设计值； 几何参数设计值，可采用集合参数原则值，即设计文献规定值。1.正截面受压强度验算（1）荷载组合荷载效应不利组合设计值见表1-8 主拱圈荷载效应不利组合设计值 表1-8 编号荷载效应系数拱 顶l/4截面 拱 脚MNMNMN1恒 载1.238.39381234.814514.21301321.9194-70.75361753.77402公路II级Mmax1.4144.973494.164161.840855.5489192.029195.56983公路II级Mmin-41.965854.2633-103.744195.8715-181.480334.20864温度上升-21.96598.1040-7.66097.63493.31795.77975温度下降21.9659-810407.6609-76349-3.3179-57797荷载组合M1N1M1N1M1N16组合恒+汽Mmax+温升0.8233.37351639.3014243.15181675.5691223.55792253.18817恒+汽Mmin+温升-37.89491582.3620-144.16331736.7436-326.88292161.64328恒+汽Mmax+温降276.42661634.4034258.27511160.6047162.17482241.85989恒+汽Mmin+温降5.15831588.4782-129.14791721.7792-388.26602150.3149注：荷载安全系数取值，对于构造自重，当其弯矩与车辆荷载弯矩同号时取1.2，轴向力荷载安全系数与其相应弯矩相似，对于其他荷载都取1.4。（2） 拱圈截面抗力依照桥规第4.0.5条规定，拱圈抗力效应设计值为 相应容许偏心距e0分别为 e00.6S 详细计算见表1-9经验算表白主拱圈截面荷载效应不利组合设计值均不大于其抗力效应设计值，即Nj。并且轴向力偏心距都在容许范畴之内。 主拱圈抗力效应设计值 表1-9 截面编号拱顶60.14240.17302448.53190.6S=0.277-0.02390.24532876.543480.16910.15462288.467990.00330.27342976.3806截面60.14510.18592526.34650.6S=0.277-0.08300.19262594.438780.22250.16882356.19329-0.07500.20322618.1618拱脚60.09920.16982401.11040.6S=0.277-0.15120.16852398.032480.07230.22562689.05249-0.18060.10762075.35272.正截面受剪强度验算普通是拱脚截面处剪力最大，依照桥规4.0.13条规定正截面直接受剪强度，按下式计算 式中 剪力设计值； A 受剪截面面积； 砌体或混凝土抗剪强度设计值； 摩擦系数，采用； 与受剪截面垂直压力原则值。(1)内力计算恒载 公路II级+人群荷载(五)主拱圈稳定性验算拱上建筑未合拢就脱架主拱圈，由桥规第4.0.5条及第4.0.8.1条规定按下式验算其纵向稳定性 式中 轴向力设计值；A 构件截面面积； 砌体或混凝土轴心抗压强度设计值； 构件轴向力偏心距e和长细比对受压构件承载力影响系数。拱圈稳定性验算状况见表1-10 主拱圈稳定性验算 表1-10截面拱顶1492.57740.03090.6S=0.270.21872095.3407截面1586.30320.01080.6S=0.270.23562296.3024拱脚1944.58520.04380.6S=0.270.20321984.5674注：Ng和Mg来源于表1-4(六)主拱圈裸拱强度和稳定性验算本桥采用初期脱架施工，必要验算在裸拱自重内力作用下强度和稳定性。1. 弹性中心弯矩和推力 2. 截面内力拱顶截面截面 拱脚截面 3. 裸拱强度和稳定性计算见表1-11 裸拱强度和稳定性计算 表1-11截面拱顶694.72180.15920.6S=0.270.16231298.5063截面744.45400.07100.6S=0.270.19831743.0320拱脚903.60.18020.6S=0.270.14541145.7265