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文档简介
1、20146悬链线等截面箱形无铰拱桥设计指导老师: 姓名: 学号: 东南大学交通学院道桥渡目录一、设计资料21.1 主要技术指标21.1.1 设计荷载21.1.2 跨径及桥宽21.2 材料及其数据21.2.1 拱上建筑21.2.2 主拱圈21.2.3 桥墩31.2.4 桥台31.2.5 基础31.3 设计说明31.4 设计依据及参考书3二、主拱圈计算52.1确定拱轴系数52.1.1拟定上部结构尺寸52.1.2恒载计算72.1.3验算拱轴系数112.2拱圈弹性中心及弹性压缩系数112.2.1弹性中心112.2.2弹性压缩系数112.3主拱圈截面内力计算122.3.1横载内力计算122.3.2活载内
2、力计算122.3.3温度内力计算182.4正截面受剪强度验算192.4.1内力计算192.4.2拱圈作用效应标准值汇总202.4.3拱圈截面强度验算222.5拱圈整体“强度稳定性”验算252.6拱脚截面直接抗剪验算262.7主拱圈裸拱强度和稳定性验算27等截面悬链线板拱桥设计一、设计资料本课程设计中,桥梁上部结构为三跨30m的混凝土预制块等截面悬链线板拱,下部结构为重力式墩和U型桥台,均置于非岩石上。1.1 主要技术指标1.1.1 设计荷载汽车荷载:公路II级;人群荷载:3.0kN/ m2;栏杆单侧纵向集度:5.0kN/m。1.1.2 跨径及桥宽净跨径l0=30m,净矢高f0=5m,净矢跨比f
3、0/l0=1/6;桥面净宽为净7+20.75m,主拱圈全宽B0=8.5m。(此处word与ppt题目数据不一样PPT主拱圈7.6m,桥面宽度7+2*1m,全宽9.5m)1.2 材料及其数据1.2.1 拱上建筑拱顶填料与桥面总厚度hd=50cm,其中桥面为泥结碎石,沿横桥向等厚,为15cm,=21kN/ m3;拱顶填料=20kN/ m3。护拱为C15混凝土预制块,用M5浆砌,=24kN/ m3;侧墙为C20混凝土预制块,用M5浆砌,=24kN/m3;腹孔圈、腹孔墩均为C20混凝土预制块,用M10浆砌,=24kN/ m3;帽石为C25混凝土预制块,=24kN/ m3;拱腹填料=20kN/ m3。1
4、.2.2 主拱圈主拱圈采用M20砂浆砌C25混凝土预制块,=24kN/m3;或钢筋混凝土箱型板拱(自定)轴心抗压强度设计值fcd=6.52MPa;极限抗剪强度设计值fvd=0.104MPa;拱圈封拱温度为10,当地最高月平均温度为25,最低月平均温度为-5,混凝土线膨胀系数=1.010-5。1.2.3 桥墩桥墩采用M20砂浆砌C20混凝土预制块,=24kN/ m3;轴心抗压强度设计值fcd=5.83MPa;地基土为中等密实的卵石夹砂、碎石,其容许承载力为500MPa,基础与地基间的滑动摩擦系数为0.5。1.2.4 桥台桥台采用M20砂浆砌C20混凝土预制块,=24kN/ m3;轴心抗压强度设计
5、值fcd=5.83MPa;极限抗剪强度设计值fvd=0.104MPa;台后填砂砾石土,夯实,内摩擦角=35,填土容重=18kN/ m3。1.2.5 基础基础采用C20钻孔灌注桩基础。1.3 设计说明(1)本次课程设计是一座混凝土预制块等截面悬链线板拱桥的设计与计算。该桥总体布置设计基本完成(见附后图纸),但主拱圈尚需重新设定;(2)上部结构按无铰拱计算,不计连拱作用;(3)可采用假载法简化拱桥恒载内力的计算;(4)拱轴系数m可先假定为2.814或3.142;(5)主拱圈采用满堂支架施工方法,考虑早期脱架,需验算裸拱强度与稳定性;(6)设计洪水位在起拱线位置,设计时不计浮力;(7)计算控制截面:
6、拱顶,拱脚,四分点,八分点;(8)结构重要性系数0=1.0。1.4 设计依据及参考书(1)公路桥涵设计通用规范(JTJ D60-2004),人民交通出版社,2004年;(2)公路圬工桥涵设计规范(JTJ D61-2005),人民交通出版社,2005年;(3)公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTJ D62-2004),人民交通出版社,2004年;(4)桥梁工程(第二版),姚玲森,人民交通出版社,2009年;(5)桥梁计算示例集:拱桥(一),王国鼎,人民交通出版社,1989年;(6)公路桥涵设计手册拱桥(上、下),人民交通出版社,2001年;(7)公路设计手册拱桥(上、下),人民交通出版
7、社,1978年。二、主拱圈计算2.1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,拟定上部结构的各种几何尺寸,计算出半拱恒载对拱脚截面形心的弯矩Mj和自拱顶至l/4跨的恒载对l/4跨截面形心的弯矩Ml/4。其比值Ml/4/Mj=yl/4/f。求得yl/4/f值后,可由m=12(fyl/4-2)2-1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。2.1.1拟定上部结构尺寸(1)主拱圈几何尺寸截面特性确定拱圈高度:拱圈高度与跨径、矢高、建筑材料、荷载大小等因素有关。根据我国多年来的实践经验,中、小跨径石
8、拱桥拱圈高度可按下列经验公式进行估算:d=45mk3l0式中:d拱圈高度(mm) l0拱圈净跨径(m) m系数,一般为4.5-6,取值随矢跨比的减小而增大 k荷载系数,对于公路级为1.4,公路级为1.2本次设计净矢跨比为l0/f0=1/6,取m=6,公路级取k=1.2,则:d=4561.2330=1006.743mm取拱圈高度d=1.0m。主拱圈横桥向取1m单位宽度计算,横截面面积A=1.0m2;惯性矩I=d3/12=0.0833m4;截面抵抗矩W=d2/6=0.1667m3;截面回转半径w=d/12=0.2887m。计算跨径和计算矢高假定m=2.814,则根据拱轴系数m与yl/4/f 的关系
9、(如下表)得知:相应的yl/4/f =0.21。M1.1671.3471.5431.7561.9882.2402.5142.8143.1423.50.2450.2400.2350.2300.2250.2200.2150.2100.2050.2查拱桥表()-20(8)(即悬链线拱各点倾角的正弦及余弦函数表)得:sinj=0.63364,cosj=0.77363计算跨径l=l0+dsinj=30+1.00.63364=30.63364m;计算矢高f=f0+d21-cosj=5+12(1-0.77363)=5.1132m。拱脚截面的投影水平投影x=dsinj=0.63364;竖向投影y=dcosj=
10、0.77363。计算主拱圈坐标(图2-1)图2-1主拱圈坐标计算示意图将拱圈沿跨径24等分,每等分长l=l/24=1.2764m。以拱顶截面形心为坐标原点,拱轴线上各截面的纵坐标y1=表()-1 f,相应拱背坐标y1=y1-d2cosj,相应拱腹坐标y1=y1+d2cosj。其数值见表2-1:表2-1主拱圈截面坐标表 截面号y1/fy1cosjd2cosjy1=y1-d2cosjy1=y1-d2cosjx01.5.11320.773630.64634.46695.759515.31710.4.14190.818050.61123.53074.753114.04020.3.30970.85706
11、0.58342.72633.893112.76430.2.59990.890390.56162.03843.161511.48840.1.99830.918160.54461.45382.542910.21150.1.49300.940750.53150.96152.02458.93560.1.07380.958730.52150.55221.59537.65870.0.73230.97270.51400.21831.24636.38280.0.46180.983250.5085-0.04680.97035.10690.0.25670.990890.5046-0.24780.76133.829
12、100.0.11320.996050.5020-0.38880.61522.553110.0.02820.999030.5005-0.47230.52861.276120010.5-0.50000.50000注:第二栏由拱桥附录()表()-1查得;第四栏由拱桥附录()表()-20(8)查得。(2)拱上构造尺寸腹拱圈腹拱圈为C20混凝土预制块用M10浆砌等截面圆弧拱,截Z面高度d=0.3m,净跨径l=2m,净矢高f=0.4m,净矢跨比f/l=1/5。查拱桥上册表3-1得:sin0=0.,cos0=0.水平投影x=dsin0=0.2069m;竖向投影y=dcos0=0.2172m。腹孔墩腹孔墩采用
13、C20混凝土预制块用M10浆砌的横墙,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线之间横墙中线的高度h=y1+d2(1-1cosi)-(d+f)。其计算过程及其数值见表2-2:表2-2腹拱墩高度计算表 项目x(m)ky1=fm-1(chk-1)tg=2fkm-1(shk-1)cos=11+tan2h1#横墙13.23360.8641.4641 3.6009 0.6381 0.8430 2.8078 2#横墙10.43360.68121.1543 2.0960 0.4454
14、0.9135 1.3487 3#拱座7.93020.51770.8773 1.1561 0.3100 0.9551 0.4326 空、实腹段分界线7.82670.5110.8659 1.1245 0.3051 0.9565 0.4017 2.1.2恒载计算恒载分主拱圈、拱上空腹段、拱上实腹段三部分进行计算。不考虑腹拱推力和弯矩对主拱圈的影响。其计算图式见图2-2:图2-2恒载计算示意图(1)主拱圈恒载P012=表()-19(8)值Al=0.537771.02430.63364=395.3725kNMl/4=表()-19(8)值Al24=0.125791.02430./4=708.263kNmM
15、j=表()-19(8)值Al24=0.516291.02430./4=2906.9886kNm(2)拱上空腹段恒载腹孔上部 图2-3拱上空腹段的恒载计算示意图腹拱圈外弧跨径l外=l+2dsin0=2+2*0.3*0.=2.4138m 腹拱内弧半径R0=0.l=0.*2=1.45m腹拱圈重Pa=1.52202R0+d2d=1.52202*1.45+0.32*0.3*24=17.5337kN 腹拱侧墙护拱重Pb=0.11889(R0+d)20.11889*1.45+0.32*24=8.7384kN(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Pc=l外hd=2.413
16、80.1521+0.3520=24.50kN图 2-4 起拱线以上重量计算示意图两腹拱之间起拱线以上部分的重量(图2-4):Pd=(0.8-x)y3+(f+d-y)2+hd1(0.8-2x)=11.487kN一个腹拱重P=P=17.5337+8.7384+24.50+11.487=62.2591kN腹孔下部1#横墙P=2.8078-(0.5+0.52/2)/8.50.824=51.8933kN2#横墙P=1.3487-(0.5+0.52/2)/8.50.824=23.8786kN3#拱座P=(0.4326+0.2172/2)0.206924=2.6874kN集中力P13=62.2591+51.
17、8933=114.1524kNP14=62.2591+23.8786=86.1377kNP15=(62.2591-11.487)/2+2.6874=28.0735kN(3)拱上实腹段的恒载拱顶填料及桥面重P16=lxhd=7.8267(0.3520+0.1521)=79.4410kN悬链线曲边三角形部分P17=lf12m-1k(shk0-k0)=55.6056kN式中:f1=f-y1(1cosj-1)=5.1132-0.5(10.77363-1)=4.9669mk=ln(m+m2-1)=1.69460=7.63364/2=0.5110k0=1.69460.5110=0.8659重心位置:lx=
18、(shk0-k0/2)-(chk0-1)/k0(shk0-k0)lx=5.8942m(4)各块恒载对拱脚及拱跨l/4截面的力矩见表2-3表2-3半拱恒载对拱脚及拱跨截面的弯矩分块号恒重(kN)l/4截面拱脚截面力臂(m)力矩(kN.m)力臂(m)力矩(kN.m)P0-12395.3725 708.2630 2906.9809 P13114.1511 2.0832 237.7972 P1486.1354 4.8832 420.6149 P1528.0744 -0.2718 -7.6301 7.3866 207.3750 P1679.4414 3.7450 297.5113 11.4034 905
19、.9064 P1755.6057 1.7642 98.0973 9.4226 523.9482 合计758.7804 1096.2400 5202.6226 2.1.3验算拱轴系数由表2-3得Ml/4Mj=1096.6226=0.2107该值与假定拱轴系数m=2.814相应的yl/4/f=0.21十分接近,说明假定的拱轴系数与该设计的拱轴线接近,可选定m=2.814为设计的拱轴线系数。2.2拱圈弹性中心及弹性压缩系数2.2.1弹性中心ys=表-3值f=0.5.1132=1.6667m2.2.2弹性压缩系数rw2=IA=d212=0.0833m2rw2f2=0.08335.11322=0.1=表
20、-9值rw2f2=11.30760.=0.=表-11值rw2f2=9.826360.=0.11+=0.2.3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。2.3.1横载内力计算 计算拱圈内力时,为了利用现有的表格,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,计算得到的恒载压力线与确定的拱轴线很难在“五点”完全重合,相差0.0026,故可不计偏离的影响。(1)不计弹性压缩的横载内力
21、水平推力 Hg:Hg=Mjf=5582.08505.1132=1097.7041kN(2)计入弹性压缩的横载内力见表2-4表2-4 计入弹性压缩的恒载内力项目拱顶1/4截面拱脚1.66660.5929-3.446510.95870.77361053.55211053.55211053.55211097.70411138.69821411.145063.585622.6191-131.49272.3.2活载内力计算1、汽车荷载内力计算公路级汽车荷载加于影响线上,其中均布荷载为qk=0.7510.5=7.875kNm集中荷载为:Pk=0.75160+4l0=0.75160+430.63364=21
22、1.9kN拱圈宽度8.5m则,每米拱宽承载均布荷载:27.8758.5=1.853kNm承载集中荷载:2211.98.5=49.859kNm(1)拱顶截面为了加载公路级均布荷载,拱顶截面考虑弹性压缩的弯矩及与其相应的轴向力的影响线面积,可自附表()14(68)查得,其值为:影响线面积M=表值l02=表值30.;相应的轴向力影响线面积N=表值l0=表值30.63364。为了加载公路级集中荷载,拱顶截面不考虑弹性压缩的弯矩影响线坐标及与其相应的轴向力(拱顶即为水平推力)的影响线坐标可自附表()-13(50)和附表()-12(8)分别查取最大正负弯矩(绝对值)影响线坐标和乡音的水平推力影响线坐标,其
23、值为:弯矩影响线坐标M=表值l0=表值30.63364;相应的水平推力影响线坐标H1=表值l0/f0=表值30.63364/5.1132。上述计算值见表2-5。表2-5 拱顶截面弯矩及其相应的轴向力影响线面积和坐标影响线正弯矩负弯矩均布荷载考虑弹性压缩弯矩影响线面积相应轴向力影响线面积集中荷载不考虑弹性压缩弯矩影响线坐标(24号截面)(10号截面)相应水平推力影响线坐标(24号截面)(10号截面)拱顶截面正弯矩均布荷载作用下考虑弹性压缩的弯矩Mmax=1.8536.7003=12.416kNm相应的考虑弹性压缩的轴向力N=1.85312.7007=23.534kN集中荷载作用下不考虑弹性压缩的
24、弯矩Mmax=49.8591.6423=81.883kNm相应的不考虑弹性压缩的水平推力H1=49.8591.4039=69.997kN弹性压缩附加水平推力H=-11+H1=-0.69.997=-2.446kN弹性压缩附加弯矩M=y1-ysH=-1.6666-2.446=4.0765kNm考虑弹性压缩后的水平推力H=H1+H=69.997-2.446=67.551kN考虑弹性压缩后弯矩Mmax=Mmax+M=81.883+4.0765=85.9595kNm拱顶截面负弯矩均布荷载作用下考虑弹性压缩的弯矩Mmin=1.853-4.2323=-7.842kNm相应的考虑弹性压缩的轴向力N=1.853
25、10.8841=20.168kN集中荷载作用下不考虑弹性压缩的弯矩Mmin=49.859-0.3462=-17.261kNm相应的不考虑弹性压缩的水平推力H1=49.8590.6499=32.403kN弹性压缩附加水平推力H=-u11+uH1=-0.32.403=-1.132kN弹性压缩附加弯矩M=y1-ysH=-1.6666-1.132=1.8866kNm考虑弹性压缩后的水平推力H=H1+H=32.403-1.132=31.271kN考虑弹性压缩后弯矩Mmin=Mmin+M=-17.261+1.8866=-15.3744kNm(2)拱脚截面为了加载公路II级均布荷载,拱脚截面考虑弹性压缩的弯
26、矩及与其相应的轴向力的影响线面积,可自1994年手册附表(III)14(68)查得,其值为:影响线面积M=表值l02=表值30.;相应的轴向力影响线面积N=表值l0=表值30.63364。为了加载公路II级集中荷载,拱脚截面不考虑弹性压缩的弯矩影响线坐标及与其相应的水平推力和左拱脚反力(因拱脚轴向力,在集中荷载作用下,需水平推力与左拱脚反力合成)的坐标,可自附表(III)-13(56)、附表(III)-12(8)和附表(III)7(8)分别查取最大正负弯矩(绝对值)影响线坐标、相应的水平推力影响线坐标和左拱脚反力影响线坐标,其值为:弯矩影响线坐标M=表值l0=表值30.63364;相应的水平推
27、力影响线坐标H1=表值l0/f0=表值30.63364/5.1132。上述计算值见表2-6。表2-6 拱脚截面弯矩及其相应的轴向力影响线面积和坐标影响线正弯矩负弯矩均布荷载考虑弹性压缩弯矩影响线面积相应轴向力影响线面积集中荷载不考虑弹性压缩弯矩影响线坐标(截面号17)(截面号7)相应水平推力影响线坐标(截面17)(截面7)相应左拱脚反力影响线坐标0.292060.93870拱脚截面正弯矩均布荷载作用下考虑弹性压缩的弯矩Mmax=1.85319.0499 =35.299kNm相应的考虑弹性压缩的轴向力N=1.85316.461 =30.502kN集中荷载作用下不考虑弹性压缩的弯矩Mmax=49.
28、8591.6894=84.232kNm相应的不考虑弹性压缩的水平推力H1=49.8591.19277=58.278kN弹性压缩附加水平推力H=-u11+uH1=-0.58.278=-2.037kN弹M=y1-ysH=5.1132-1.6666-2.037=-7.021kNm考虑弹性压缩后的水平推力H=H1+H=58.278-2.037=56.241kN考虑弹性压缩后弯矩Mmax=Mmax+M=81.883-7.021=74.862kNm与Mmax相应的左拱脚反力,(通规第4.3.1条规定,集中荷载计算剪力时,乘以1.2)V1=1.249.8590.29206=17.474kN轴向力:N=Hco
29、sa+V1sina=56.2410.77363+17.4740.63364=54.582kN拱脚截面负弯矩均布荷载作用下考虑弹性压缩的弯矩Mmin=1.853-13.466 =-24.952kNm相应的考虑弹性压缩的轴向力N=1.85311.515=21.337kN集中荷载作用下不考虑弹性压缩的弯矩Mmin=49.859-1.8411=-91.795kNm相应的不考虑弹性压缩的水平推力H1=49.8590.38259=19.076kN弹性压缩附加水平推力H=-u11+uH1=-0.19.076=-0.6667kN弹性压缩附加弯矩M=y1-ysH=5.1132-1.6666-0.6667=-2.
30、298kNm考虑弹性压缩后的水平推力H=H1+H=19.076-0.6667=18.4093kN考虑弹性压缩后弯矩Mmin=Mmin+M=-91.795-2.298=-94.093kNm与Mmin相应的左拱脚反力(通规第4.3.1条规定,集中荷载计算剪力时,乘以1.2)R1=1.249.8560.93870=56.160kN轴向力N=Hcosa+R1sina=18.40930.77363+56.1630.63364=49.829kN(3)l/4拱截面为了加载公路II级均布荷载,l/4拱截面考虑弹性压缩的弯矩及与其相应的轴向力的影响线面积,可自附表(III)14(68)查得,其值为:影响线面积M
31、=表值l02=表值30.;相应的轴向力影响线面积N=表值l0 =表值30.。为了加载公路II级集中荷载,l/4拱截面不考虑弹性压缩的弯矩影响线坐标及与其相应的轴向力(拱顶即为水平推力)的影响线坐标可自附表(III)13(53)和附表(III)-12(8)分别查取最大正负弯矩(绝对值)影响线坐标和相应的水平推力影响线坐标,其值为:弯矩影响线坐标M=表值l0 =表值30.63643;相应的水平推力影响线坐标H1=表值l0/f0=表值30.63364/5.1132。上数值计算见表2-7。表2-7 截面弯矩及其相应的轴向力影响线面积和坐标影响线正弯矩负弯矩均布荷载考虑弹性压缩弯矩影响线面积相应轴向力影
32、响线面积集中荷载不考虑弹性压缩弯矩影响线坐标(截面12号)(截面18号)相应水平推力影响线坐标1/4拱截面正弯矩均布荷载作用下考虑弹性压缩的弯矩Mmax=1.8538.183=15.163kNm相应的考虑弹性压缩的轴向力N=1.8537.866=14.5757kN集中荷载作用下不考虑弹性压缩的弯矩Mmax=49.8591.7982=89.656kNm相应的不考虑弹性压缩的水平推力H1=49.8590.8258=41.1736kN弹性压缩附加水平推力H=-11+H1=-0.41.1736=-1.4389kN弹性压缩附加弯矩M=y1-ysH=(1.0737-1.6666)-1.4389=0.853
33、1kNm考虑弹性压缩后的水平推力H=H1+H=41.1736-1.4389=39.7347kN考虑弹性压缩后弯矩Mmax=Mmax+M=89.656+0.8531=90.5091kNm1/4拱截面负弯矩均布荷载作用下考虑弹性压缩的弯矩Mmin=1.853-9.7502=-18.067kNm相应的考虑弹性压缩的轴向力N=1.85320.6667=38.295kN集中荷载作用下不考虑弹性压缩的弯矩Mmin=49.859-0.9040=-45.073kNm相应的不考虑弹性压缩的水平推力H1=49.8591.2473=62.189kN弹性压缩附加水平推力H=-11+H1=-0.62.189=-2.17
34、3kN弹性压缩附加弯矩M=y1-ysH=(1.0737-1.6666)-2.173=1.288kNm考虑弹性压缩后的水平推力H=H1+H=62.189-2.173=60.016kN考虑弹性压缩后弯矩Mmin=Mmin+M=-45.073+1.288=-43.785kNm(4)拱顶、拱脚、1/4截面汽车荷载效应汇总见表2-8表2-8 汽车荷载效应汇总表荷载效应轴向力(kN)弯矩(kNm)拱顶正弯矩23.534+67.5492=91.08320.7(12.416+85.9625) =68.8650负弯矩20.1682+31.2703=51.4385-7.8425-15.3728=-23.2153拱
35、脚正弯矩30.5022+55.4707=85.97290.9(35.2995+77.0639)=101.7530负弯矩21.3372+49.8265=71.1637-24.9525-94.0946=-119.0471拱正弯矩14.5757+39.7338=54.30950.7(15.163+90.4187)=73.9072负弯矩38.295+60.016=98.3110-18.067-43.7836=-61.85062、人群荷载内力计算人群荷载加载于影响线上,全桥20.75m人行道宽的人群荷载为3.0kNm2,20.753=4.5kNm,每米桥宽为4.58.5=0.5294kNm。人群荷载的均
36、布荷载,每米桥宽的均布荷载强度为公路II级汽车荷载的0.52941.853=0.2857倍,因此可以利用汽车荷载均布荷载效应乘以0.2857倍的系数。人群荷载效应计算结果如表2-9所示。表2-9人群荷载效应表荷载效应单位拱顶拱脚拱正弯矩负弯矩正弯矩负弯矩正弯矩负弯矩轴向力kN6.72375.76218.71456.09604.190511.0098弯矩kNm3.5473-2.240610.0851-7.12894.3594-5.19432.3.3温度内力计算拱圈合拢温度为+10拱圈砌体线膨胀系数=1.010-5变化温差t=15温度变化在弹性中心产生的水平力Ht=EIt(1+)表()-5值f2=
37、1.010-55.041060.08333(1+0.)0.5.1132215=24.5635kN拱圈温度变化内力见表2-10:温度内力 表2-10项目温度上升温度下降拱顶l/4截面拱脚拱顶l/4截面拱脚cos1.0000 0.9587 0.7736 1.0000 0.9587 0.7736 sin0.0000 0.2844 0.6336 0.0000 0.2844 0.6336 y=ys-y11.6666 -0.5929 -3.4465 1.6700 -0.5929 -3.4465 Nt=Htcos24.5635 23.5490 19.0031 -24.5635 -23.5490 -19.00
38、31 Mt=-Hty-40.9375 14.5637 84.6581 41.0210 -14.5637 -84.6581 Vt=Htsin0.0000 6.9859 15.5644 0.0000 -6.9859 -15.5644 2.4正截面受剪强度验算一般是拱脚截面处的剪力最大,根据规范第4.0.13条,构件直接抗剪承载力按下式验算:0VdAfvd+l1.4fNk式中:0结构重要性系数,0= 1. 0; Vd剪力设计值 A受剪截面面识.A=1.01.0=1.0m2; fvd砌体抗剪强度设计值, fvd=0.0.104/2.31=0.045MPa; f摩擦系数,f=0.7; Nk垂直于受剪面的
39、压力标准值2.4.1内力计算1)恒载恒载产生的左拱脚反力,自表2-3第2拦合计为:Rl=758.7804kN,由表2-4知:自重产生的左拱脚考虑弹性压缩的水平推力Hg=981.9070kN,自第3 、4 款可得:自重产生的剪力为:V g= Hgsinj-Rlcosj=981.90700.63364-758.78040.77363 =64.6175kN与剪力相应的轴力:N g= Hgcosj+Rlsinj=981.90700.77363 +758.78040.63364=1240.4263kN2) 汽车荷载剪力汽车均布荷载考虑弹性压缩的水平推力影响线面积按附表()-14(68),可取拱顶处,与M
40、max相应的水平推力H的影响线面积和与Mmin相应的水平推力H的影响线面积之和,即(0.06910+0.05922)l02/f0=0.1283230./5.1132=23.5504。汽车均布荷载产生的考虑弹性压缩的水平推力为:1.85323.5504=43.6389kN。汽车荷载集中力不考虑弹性压缩的水平推力影响线坐标,按1994 年手册附表() -12(8),其最大值为0.23433l0/f0=0.2343330.63364/5.1132=1.4039。汽车荷载集中力产生的不考虑弹性压缩的水平推力为H1=49.8561.4039=69.9928kN。弹性压缩在弹性中心的赘余力为:H=-11+
41、H1=-0.+0.69.9928=-2.4480kN考虑弹性压缩的水平推力为:H=H1+H=69.9928-2.4480=67.5448。汽车荷载考虑弹性压缩的水平推力为H=43.6389+67.5448=111.1837kN。汽车均布荷载左拱脚的反力影响线面积,按附表()-14(75),可取拱顶处,与Mmax相应的左拱脚影响线面积和与Mmin相应的左拱脚影响线面积之和,即 (0.15668+0.34432) l0=O.50130.63364=15.3475。汽车荷载均布荷载产生的左拱脚反力为:1.85315.3475=28.4389kN。汽车荷载集中力左拱脚的反力影响线坐标,在跨中截面(集中
42、荷载设于跨中截面,为的是与求水平推力时一致)坐标按附表()-7(8)为0.5。由汽车集中荷载产生的左拱脚反力为为:Rl= 1.249.8590.5 =29.9154kN(通规第4.3.1条,集中荷载计算剪力时乘1.2)。汽车荷载作用下的左拱脚反力为:Rl=28.4389+29.9154=58.3543kN。汽车荷载的剪力为:V g= Hsinj-Rlcosj=111.18370.63364-58.35430.77363=25.3058kN与剪力相应的轴力为:N= Hcosj+Rlsinj=111.18370.77363+58.35430.63364=122.9907kN3)人群荷载剪力考虑弹性
43、压缩的水平推力影响线面积,按第2)项为23.5504,人群荷载考虑弹性压缩的水平推力为:H = O.529423.5504=12.4676(每米桥宽人群荷载强度为0.5294kN)。左拱脚反力影响线面积按第2)项为15.3475,人群荷载产生的左拱脚反力为:Rl=0 .529415.3475=8.1250kN。人群荷载的剪力为:V g= Hsinj-Rlcosj=12.46760.63364-8.12500.77363=1.614kN与剪力相应的轴力为:N= Hcosj+Rlsinj=12.46760.77363+8.12500.63364=14.794kN2.4.2拱圈作用效应标准值汇总1)
44、拱圈强度验算按规范第5.1.4条第1款进行,其作用效应标准值如表2-11所示。表2-11 拱圈强度验算作用效应标准值(每米拱宽)作用荷载效应拱顶1/4截面拱脚正弯矩负弯矩正弯矩负弯矩正弯矩负弯矩永久荷载轴向力kN981.907981.9071024.1751024.1751269.2211269.221弯矩kNm58.99558.99520.98820.988-122.004-122.004汽车荷载轴向力kN91.08551.43954.3198.31185.08471.166弯矩kNm68.863-23.21673.97-61.85299.15-119.045人群荷载轴向力kN6.7245.
45、7624.16410.9419.8576.096弯矩kNm3.547-2.2414.332-5.16210.085-7.129温度上升轴向力kN24.56424.56423.54923.54919.00319.003弯矩kNm-40.938-40.938-14.564-14.56484.65884.658温度下降轴向力kN-24.564-24.564-23.549-23.549-19.003-19.003弯矩kNm40.93840.93814.56414.564-84.658-84.6582)拱圈整体“强度-稳定”验算的荷载效应按规范第5.1.4条第2款进行,当拱上建筑的腹拱合龙之后,按规范要
46、求,可考虑拱上建筑与主拱的联合作用。在拱上建筑合龙以前,不能考虑拱上建筑与主拱的联合作用,所以拱的整体“强度稳定”验算,仅考虑主拱圈自重和部分拱上建筑自重。半拱自重为758.780kN,扣除主、腹拱顶上填料13.1530.63364/2=201.416kN(1m拱宽)后为:(758.780-201.416)/(30.63364/2)=36.389kN/m上值即为整体“强度稳定”验算用的荷载。拱的推力影响线,按附表,取1/4拱跨处,与相应的H影响线面积与相应的H影响线面积之和:0.04002+0.08830l2f=0.04002+0.0883030.1132=23.550 kN23.55036.
47、389=856.961 kN拱的轴向力:cosm=cos(tan-1fl/2)=costan-15.=0.9485N=Hcosm=856.9610.9485=903.451 kN按规范,轴向力偏心距可取水平推力计算时同一荷载布置的拱跨1/4处弯矩设计值除以轴向力设计值。均布荷载作用下,拱跨1/4处正负弯矩影响线总面积,按附表为:0.00864-0.01032l2=0.00864-0.0103230.=-1.577弯矩为:-1.57736.389=-57.385温度赘余力为Ht=24.5635kN,由于在合龙之前,裸拱受力时间不长,温度效应不大,所以温度效应乘以0.7。温度效应轴向力为:N=0.
48、7Htcosm=0.724.56350.9485=18.128 kN温度作用下1/4跨弯矩为: M=0.7Htyl-ys=0.724.5635-0.5929=10.195 kNm,其作用效应标准值如表2-12所示。表2-12拱圈整体“强度-稳定”验算作用标准值(每米拱宽)作用 效应轴向力kN弯矩(kN.m)永久荷载903.451-57.385温度上升18.128-10.195温度下降-18.12810.1953)拱脚截面剪力作用效应汇总如表2-13:表2-13 拱脚截面剪力及相应的轴向力标准值(每米拱宽)项目剪力kN与剪力相应的轴力kN永久荷载64.6181240.426汽车荷载25.3061
49、22.991人群荷载1.61414.794温度上升15.56419.003温度下降-15.564-19.0032.4.3拱圈截面强度验算拱圈截面强度验算按规范第5.1.4条第1款规定进行。当按规范第4.0.6条计算时,不计长细比x、y对受压构件承载力的影响,即令x、y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:0S0d=0(i=1mGiSGik+Q1SQ1k+cj=2mGjSGjk按规范公式(4.0.5)0NdAfcd根据桥规022第3.0.2条规定,拱圈抗力效应的设计值为RN=Afcdm=16.521031.92=3395.8333 kN1)拱顶截面强
50、度验算结果如表2-13,表2-14所示表2-13 拱顶截面强度验算(每米拱宽)作用效应Mmax+温升Mmax+温降Mmin+温升Mmin+温降0Nd (kN)1140.0882 1091.9428 1083.6411 1035.4956 0Md (kNm)118.7600 198.9985 -15.8228 64.4157 ey=MdNd (m)0.1042 0.1822 -0.0146 0.0622 =1-(ey0.5)81+(ey0.2887)20.8848 0.7148 0.9974 0.9556 Afcd(kN)3004.6524 2427.4757 3387.1689 3245.1623 注:表2-13内Nd的结构自重分项系
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