桥梁工程2课程设计.doc

桥梁工程课程设计桥梁工程2课程设计设计资料（一）设计标准1 设计荷载公路一级，人群荷载3kN/。2 跨径及桥宽净跨径l0=45m，净失高,净失跨比。桥面净宽为净7+2（0.25m+0.75m人行道），。(二)材料及其数据1. 拱上建筑拱顶填料厚度，包括桥面系的计算厚度为0.736m，平均重力密度。拱上护拱为浆砌片石，重力密度。腹孔结构材料重力密度。主拱拱腔填料为砂、砾石夹石灰炉渣黄土，包括两侧侧墙的平均重力密度=22kN/2. 主拱圈M10砂浆砌MU40块石，重力密度。轴心抗压强度设计值=。抗剪强度设计值。弹性模量。拱圈设计温差为3. 桥墩地基土为中等密实的软石夹沙、碎石，其容许承载力=500kN/。基础与地基间的滑动摩擦系数取。(三)设计依据4. 交通部部标准公路桥涵设计通用规范，（JTG D60-2004）2004年。简称桥规1；5. 交通部部标准公路圬工桥涵设计规范（JTG D61-2005）2005年，人民交通出版社，简称桥规2；6. 交通部部标准公路桥涵地基与基础设计规范，人民交通出版社，简称桥规3；7. 公路设计手册-拱桥上下册，人民交通出版社，1978。简称拱桥。主拱圈计算（一）确定拱轴系数拱轴系数m值的确定，一般采用“五点重合法”，先假定一个m值，定出拱轴线，拟定上部结构各种几何尺寸，计算出半拱恒载对拱桥截面形心的弯矩和自拱顶至跨的恒载对跨截面形心的弯矩。其比值=。求得值后，可由m=中反求m值，若求出的m值与假定的m值不符，则应以求得的m值作为假定值，重复上述计算，直至.两者接近为止。1. 拟定上部结构尺寸（1） 主拱圈几何尺寸1) 截面特性截面高度d=mK取d=1.0m主拱圈横桥向取1m单位宽度计算，横面面积A =1;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,相应的=0.21。查“拱桥”表（III）-20（8）得sin=0.70097,cos=0.71319计算跨径计算失高3）拱脚截面的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。以拱顶截面的形心为坐标原点，拱轴线上个截面的纵坐标 主拱圈截面坐标表 表1-1截面号1234567801.000000 9.143405 0.713190 0.701075 8.442330 9.844480 22.815440 10.810048 7.406597 0.764310 0.654185 6.752412 8.060782 20.911240 20.647289 5.918425 0.811000 0.616523 5.301903 6.534948 19.007040 30.508471 4.649156 0.852380 0.586593 4.062563 5.235749 17.102840 40.390820 3.573426 0.888000 0.563063 3.010362 4.136489 15.198640 50.291988 2.669765 0.917820 0.544769 2.124995 3.214534 13.294440 60.210000 1.920115 0.942120 0.530718 1.389397 2.450833 11.390240 70.143210 1.309427 0.961370 0.520091 0.789336 1.829518 9.486040 80.090308 0.825723 0.976140 0.512222 0.313501 1.337944 7.581840 90.050213 0.459118 0.986960 0.506606 -0.047488 0.965724 5.677640 100.022133 0.202371 0.994330 0.502851 -0.300480 0.705222 3.773440 110.005506 0.050344 0.998600 0.500701 -0.450357 0.551045 1.869240 120.000000 0.000000 1.000000 0.500000 -0.500000 0.500000 0.000000 注：第2栏由拱桥附录（III）表(III)-1查得 第4栏由拱桥附录（III）表(III)-20（3）查得出现的表（III）-值或表（III）-()值均为拱桥下册相应表格的数值。（2） 拱上构造尺寸1） 腹拱圈腹拱圈为M10号沙浆砌M60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3-1得水平投影竖向投影2） 腹拱墩腹拱墩采用M7.5沙浆M30块石的横墙，厚0.8m。在横墙中间留出上部为半径R=0.5m的半圆和下部高为R宽为2R的矩形组成的检查孔。腹拱的拱顶拱背和主拱圈的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的高度，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1*横墙19.30097 0.84465 1.43131 6.10697 0.73735 0.80486 4.98574 2*横墙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、实腹段分界线10.49407 0.45924 0.77821 1.60490 0.32116 0.95210 0.57974 注：横墙高度也可根据表1-1的有关数值内插计算得到。1. 恒载计算恒载分主拱圈、拱上实腹三部分进行计算。不考虑腹拱推力和弯矩对主拱圈的影响。其计算图式见图1-2。f0（1） 主拱圈恒载(2)拱上空腹段的恒载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3-1、表1-10、表1-9）填料及路面重两腹拱之间起拱线以上部分的重量 （图1-4）2) 腹拱下部3）集中力（3）拱上实腹段的恒载（图1-5）1）拱顶填料及面重 图 1-5 悬链线曲边三角形部分重量式中：重心位置（3） 各块恒载对拱脚及拱跨1/4截面的力矩见表1-3半拱横载对拱脚和1/4拱跨截面的弯矩 表 1-3分块号恒重（kN）l/4 截 面 拱 脚 截 面力臂（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合计2870.638313647.10503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（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、3/8拱跨、1/4拱跨和拱脚四个截面，必要时应验算1/8拱跨截面。为节省篇幅，本例只验算拱顶，1/4拱跨和拱脚三个截面的内力。其余截面，除不计弹性压缩的内力必须在影响线上直接布载求得以外，其步骤和1/4拱跨者相同。1. 恒载内力计算计算拱圈内力时，为利用现有的表格，一般采用所确定的拱轴线进行计算。但是在确定拱轴系数时，计算得的恒载压力线与确定的拱轴线很难在“五点”完全重合，本例中二者相差0.21084-0.210.00084。当这个偏差较大时，要用“假载法”计入其影响 计入弹性压缩的恒载内力 表1-4项目拱顶1/4截面拱脚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）不计弹性压缩的恒载推力 (2)计入弹性压缩的恒载内力见表1-42. 活载内力计算（1）公路二级和人群荷载的内力 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。不计弹性荷载的公路二级及人群内力见表1-5不计弹性荷载的公路一级及人群内力 表1-5影响线面积影响线竖标活载内力截面项目表值乘数面积竖标QkPk合计人群荷载1234582.3333375.55556110.5拱顶Mmax0.007252088.5786615.142202.4701435.33179186.63261221.964397.57110相应H10.06913228.4246015.790991.1646936.8456587.99886124.844517.89550相应N0.3456745.7009715.797450.0000036.860730.0000036.860737.89873Mmin-0.004562088.57866-9.52392-0.52373-22.22248-39.57095-61.79342-4.76196相应H10.05903228.4246013.483900.5446631.4624441.1519972.614436.74195相应N0.2951645.7009713.489100.0000031.474560.0000031.474566.74455l/4截面Mmax0.008822088.5786618.421262.7009342.98295204.07006247.053019.21063相应H10.04035228.424609.216930.6901621.5061852.1452473.651414.60847相应N0.2215545.7009710.125050.0000023.625120.0000023.625125.06252Mmin-0.010472088.57866-21.86742-1.35869-51.02398-102.65657-153.68054-10.93371相应H10.08771228.4246020.035121.1646946.7486287.99886134.7474810.01756相应N0.4660045.7009721.296650.0000049.692190.0000049.6921910.64833拱脚Mmax0.019942088.5786641.646262.4683197.17460186.49449283.6690920.82313相应H10.09242228.4246021.111000.3223449.2590024.3543373.6133410.55550相应V0.1706745.700977.799780.2935218.1995022.1771440.376643.89989相应N0.4491945.7009720.528420.0000047.899640.0000047.8996410.26421Mmin-0.014092088.57866-29.42807-2.70230-68.66550-204.17365-272.83916-14.71404相应H10.03575228.424608.166180.9919519.0544274.9474594.001874.08309相应V0.3293345.7009715.050700.9375735.1183070.83862105.956927.52535相应N0.3583245.7009716.375570.0000038.209670.0000038.209678.18779注：在求拱脚相应反力V时，以公路II级等代荷载乘以全部反力影响线面积。人群反力则只乘以相应的影响线面积。计如弹性压缩的公路II级和人群荷载内力见表1-6 计如弹性压缩的公路II级和人群内力 表1-6项目拱顶l/4截面拱脚MmaxMminMmaxMminMmaxMmin轴向力1.00000 0.94212 0.71319 0.00000 0.33528 0.70097 与M相应的H1124.84451 72.61443 73.65141 134.74748 73.61334 94.00187 与M相应的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 1.03402 N1.37329 0.79876 0.76327 1.39643 0.57750 0.73745 Np123.47122 71.81567 77.41298 141.62938 160.24054 282.22476 弯矩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 280.14938 -277.33372 注：初拱脚截面外，其余截面的轴向力用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的水平力： 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.温度下降时的内力与温度上升的内力符号相反；2.当砂浆为小石子混凝土时，应酌情计入徐变的影响。（四）拱圈的截面强度验算拱圈截面强度验算按规范第5.1.4条第一款规定进行。当按规定第4.0.6条计算时，不计长细比对受压构件承载力的影响，即令小于3取为3按通规公式（4.1.6-1），结构按承载能力极限状态设计的基本组合为 通规（4.0.6-1）式中：-结构重要性系数 ，取=1.0-永久作用效应分项系数，取=1.2或1.0-汽车作用效应分项系数，取=1.4-人群或温度作用效应分项系数，人群作用取1.4 ，温度作用效应取1.4-除汽车作用效应（含汽车冲击力、离心力）外的其他可变作用效应的组合系数，人群和温度作用组合，取=0.7、-永久作用、汽车作用、人群作用与温度作用效应标准值按规范公式（4.0.5）式中：=1.0-轴向力设计值A-构件截面面积，每米拱宽A=1-M10砌MU60块石砌体轴心抗压强度设计值，=4.22MPa-偏心距e和长细比对受压构件承载力的影响系数，见规范第4.0.6条 式中； 、-分别为x方向和y方向偏心受压构件承载力影响系数；x、y-分别为x方向和y方向截面中心至偏心方向边缘的距离、-轴向力在x方向、y方向的偏心距，=0，=，其中为绕x轴的弯矩设计值，为轴向力设计值m-截面形状系数，矩形截面m=8、-弯曲平面内回转半径,分别为绕x轴和y轴的界面惯性矩，A为截面面积-与砂浆强度有关的系数，=0.002-构件在x方向、y方向长细比，按规定公式(4.0.7-1)、(4.0.7-2)，当小于3时取为3 在截面强度验算中，不计，即取小于3取为3.这样公式(4.0.6-2)、(4.0.6-3)等号右边第二项均为1.0；又=0， =1.0.=0.2598m,y=0.45m,得 最后得 =1) 拱顶截面强度验算拱顶截面验算由表5-1和表5-2完成其中表5-1内轴向力的结构自重分项系数取1.2，表5-2中取1.0 ,两表各以较大的轴向力和较大的偏心距对承载力作比较。拱顶截面强度验算（每米拱宽） 表5-1作用效应+温升+温降+温升+温降（kN）1773.93661758.6020981701.6187781686.284326（kNM）354.36975257.3679467-45.8204361.4066819580.19976460.146348027-0.026927560.000834190.56970710.7106474960.9827645830.996117399（kN）2404.16412998.932433 4147.266538 4203.615422均能符合要求。拱顶截面强度验算（每米拱宽） 表5-2作用效应+温升+温降+温升+温降（kN）1509.65841494.3239551437.3406351422.006183（kNM）361.37286392.1675719-54.2956477-7.5455713460.23937390.262438122-0.03777507-0.0053062860.48012160.4346437610.9701642230.9956046（kN）2026.11331834.1966734094.093024201.451413上两表计算中，偏心距限值均在规范表4.0.9规定范围内。偏心距限值为0.6S=0.60.45=0.27m，以上计算均小于0.27m，承载力验算也符合规定。2) 拱脚截面强度验算拱顶截面验算由表5-1和表5-2完成其中表5-1内轴向力的结构自重分项系数取1.2，表5-2中取1.0 ,两表各以较大的轴向力和较大的偏心距对承载力作比较以下两表计算中，的结构自重分项系数，凡使弯矩总和绝对值较大者取1.2，反之取1.0下两表计算中，偏心距限值均在规范表4.0.9规定范围内。偏心距限值为0.6S=0.60.45=0.27m，以上计算均小于0.27m，承载力验算也符合规定。拱脚截面强度验算（每米拱宽） 表5-3作用效应+温升+温降+温升+温降（kN）2475.34942464.4129772646.1272632635.190885（kNM）284.82934258.5064881-428.510818-521.96984650.11506630.104895766-0.16193885-0.1980766740.79796330.8257184510.667703910.573840888（kN）3367.40523484.5318622817.7104992421.608548拱脚截面强度验算（每米拱宽） 表5-3作用效应+温升+温降+温升+温降（kN）2102.76842091.8320622273.5463472262.609969（kNM）308.71288276.4031198-410.614186-504.07321480.14681260.13213447-0.18060515-0.2227839630.70935480.750392190.618021990.515879462（kN）2993.47723166.6550422608.0527972177.011331（五）拱圈整体“强度-稳定”验算拱圈整体“强度-稳定”验算应按规范第5.1.4条第2款进行。按规范第4.0.6条计算时，按规范第5.1.4条第2款第3项，如板拱拱圈宽度等于或大于1/20计算跨径时，砌体拱不考虑横向长细比对构件承载力的影响，可令小于3取为3。拱圈整体“强度-稳定”验算所用作用效应标准值见表4-21. 抗压承载力验算1) 按规范公式（4.0.5）验算构件温度上升时承载力式中：=1.0-轴向力设计值，=1.21321.390715+1.47.82370=1594.431403kNA-构件截面面积，每米拱宽A=1-M10块石砌体轴心抗压强度设计值，=4.22MPa-偏心距e和长细比对受压构件承载力的影响系数，见规范第4.0.6条 式中；、-分别为x方向和y方向偏心受压构件承载力影响系数；x、y-分别为x方向和y方向截面中心至偏心方向边缘的距离、-轴向力在x方向、y方向的偏心距，=0，=，其中为绕x轴的弯矩设计值，为轴向力设计值m-截面形状系数，矩形截面m=8、-弯曲平面内回转半径,分别为绕x轴和y轴的界面惯性矩，A为截面面积-与砂浆强度有关的系数，=0.002-构件在x方向、y方向长细比，按规定公式(4.0.7-1)、(4.0.7-2)，当小于3时取为3 在截面强度验算中，不计，即取小于3取为3.这样公式(4.0.6-2)、(4.0.6-3)等号右边第二项均为1.0；又=0，=1.0.=0.2887m,y=0.5m,得 最后得=0.016933=0.6148470.61484714220=2594.652kN1321.3907 kN符合规定温度下降时承载力验算=1.21321.390715-0.81.47.82370=1576.906315kN=0.051=0.5899840.58998414220=2489.73248kN1321.3907 kN符合规定3. 抗剪承载力验算1) 温度上升按规范第4.0.13条，构件直接抗剪承载力按下式计算 式中： -结构重要性系数 ，=1.0-剪力计算值，按表4-3 =1.277.1924+1.419.5069+0.7（1.41.1899+1.46.1813）=127.1640kN（通规关于结构按承载能力极限状态设计的基本组合的规定，上式中1.2为永久荷载分项系数，1.4为汽车荷载、人群荷载和温度作用分项系数；除汽车荷载以外的可变作用组合为人群荷载和温度作用组合，其组合系数采用0.7）A-受剪截面面积，A=0.91.0=0.9-砌体抗剪强度设计值，=0.09MPa-摩擦系数，=0.7-垂直于受剪面的压力标准值，按表4-3，=1548.9465+89.2512+10.3948+6.2891=1654.8816kN0.90.091000+0.71654.8816=908.4408 kN 127.1640 kN符合规定2) 温度下降温度下降时构件直接抗剪承载力，可参照6.2.1温度上升时构件直接抗剪承载力计算=1.277.1924+1.419.5069+0.7（1.41.1899-1.47.1680）=114.0820kN=1548.9465+89.2512+10.3948-7.2929=1641.2996kN=114.0820kN0.90.091000+0.71641.2996=901.4408 kN114.0820kN，符合规定5.2.3不计温度作用温度作用不计，计算如下=1.277.1924+1.419.5069+0.71.41.1899=121.6064kN=1548.9465+89.2512+10.3948=1648.5925 kN=121.6064kN0.90.091000+0.71648.5925=905.2963 kN121.6064kN, 符合规定19