等截面空腹式悬链线石拱桥.doc

1、 桥梁工程桥梁工程 -设计说明书设计说明书 学院：土木建筑学院 专业：桥梁工程 班级： 姓名： 学号： 指导老师： 目目 录录1.1.设计依据与基础资料设计依据与基础资料 .1 11.1 标准及规范 .11.1.1 标准 .11.1.2 规范 .11.1.3 参考资料 .11.2 主要尺寸及材料 .11.2.1 主拱圈尺寸及材料 .21.2.2 拱上建筑尺寸及材料 .22 2. .确定拱轴系数确定拱轴系数 .2 2.1 首次假设及验证m值.3 2.2 二次假设及验证m值.43.3.主拱圈截面内力计算主拱圈截面内力计算. 3.1 拱圈弹性中心及弹性压缩系数.8 3.1.1 弹性中心计算 .8 3

2、.1.2 弹性压缩系数 .8 3.2 裸拱状态下截面内力验算 .53.3 恒载内力计算 .9 3.3.1 不计弹性压缩的恒载推力 .9 3.3.2 计入弹性压缩的恒载内力 .93.4 汽车荷载效应计算 .95 5. .荷载作用效应组合荷载作用效应组合 .14146 6. .主拱圈正截面强度验算主拱圈正截面强度验算 .15157 7. .拱圈总体拱圈总体“强度稳定强度稳定”验算验算 .18180等截面空腹式悬链线石拱桥等截面空腹式悬链线石拱桥1.1.设计依据与基础资料设计依据与基础资料1.11.1 标准及规范标准及规范1.1.11.1.1 标准标准跨径：净跨径, 净矢高,ml500mf10051

3、00lf设计荷载：公路ii 级汽车荷载，人群荷载mkn2/3桥面净宽：净 9+20.25m 人行道。1.1.21.1.2 规范规范公路工程技术标准jtg b01-2003公路桥梁设计通用规范jtg d60-2004（以下简称通规 ）公路圬工桥涵设计规范jtg d61-2005（以下简称圬规 ）1.1.31.1.3 参考资料参考资料公路桥涵设计手册拱桥上册（人民交通出版社 1994） （以下简称手册 ）1.21.2 主要尺寸及材料主要尺寸及材料1半拱示意图半拱示意图 图图 1-11-11.2.11.2.1 主拱圈尺寸及材料主拱圈尺寸及材料主拱圈采用矩形截面，其宽度，厚度，采用 m12.5 砂浆m

4、b5 . 9md1 . 1砌筑 mu50 粗料石，容重为3125mkn1.2.21.2.2 拱上建筑尺寸及材料拱上建筑尺寸及材料1）主拱圈每半跨布置 3 个圆弧形腹拱圈。腹拱圈厚度，净跨md35. 0，采用 m10 砂浆砌筑 mu40 块石，容重为。ml41mf113224mkn2）拱上横墙为横墙式。纵桥向宽为 0.8m，采用 m10 砂浆砌筑 mu40 块石，容重为。3224mkn3）拱上侧墙用直立式等宽构造。顶宽 0.9m, 采用 m10 砂浆砌筑 mu40 块石，容重为。3224mkn4）拱顶填料，桥面铺装层，换算容重，安全护栏。mkn319mkn30 . 12.2.确定拱轴系数确定拱轴

5、系数拱轴系数 m 的确定，一般采用“五点重合法”进行试算。先假定一个 m 值，定出拱轴线，根据拟定的上部构造各部分的几何尺寸，计算半拱恒载对拱脚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。4l4l其比值。求得后，可由中反求 m 值。若求得的 m 与假定的 m 不符，则将求得的 m 作为假定值，重复上述计算，直到两者接近为止。式中：l/4 截面处的拱轴线坐标值；/y1 4拱轴线计算矢高；f0拱顶至拱跨 l/4 截面自重对 l/4 截面的弯矩值；m14拱顶至拱脚截面自重对拱脚截面的弯矩值。jm22.12.1 首次假设及验证首次假设及验证 m m 值值 先假设拱轴系数为 m=2.814.根据

6、，利用 631124060106ml500mf100高兴军 3.000.xls 求得各 x 点处的 y 值，从而确定悬链线的形状位置，进而绘制立面图，横断面图，见图 631124060106 高兴军 2.dwg利用 cad 求面域，得弯矩如下：1/4 处： 主拱圈：mknm843.902625*5 . 9*)5 .123854.11(*3223.304/1 腹拱：mknm243.755824*5 . 9*)5 .121361. 6(*2091. 54/1 拱上侧墙： mknm044.177024*2*8 . 0*)5 .128412.10(*7881.274/1拱顶填料：mknm593.873

7、924*)5 .128412.10(*)6 . 15 . 9(*7881.274/1拱上横墙：mknm556.967024*5 . 9*)5 .122155. 6(*7491. 64/1mknm978.31222593.8739044.1770243.7558843.90264/1拱脚处： 主拱圈：mknmj484.8199225*5 . 9*3854.11*3223.30 腹拱：mknm691.72875 . 9*24*1361. 6*2091. 5 拱上侧墙：:mknmj244.1156824*8412.10*2*8 . 0*7881.27 拱顶填料：mknmj578.4521819*84

8、12.10*)6 . 15 . 9(*7881.27 拱上横墙：mknmj379.956424*5 . 9*2155. 6*7491. 6mknmj891.156114379.9564578.45218244.1156869.7287484.81992故， 得 m=3.00120. 0891.156114978.312224141mmyjf12)2(2141yfm得出 m 值与假设的 2.814 有较大差别%67. 0%100*814. 2004. 3814. 232.22.2 二次假设及验证二次假设及验证 m m 值值 以 m=3.00 再次进行计算如下： 拱脚处： 主拱圈 面积: 30.9

9、478 质心: x: 11.9744 y: 6.8333mknmj07.880135 . 9*25*9744.11*9478.30 腹拱： 面积: 5.2091 质心: x: 6.5087 y: 10.1747mknmj22.77305087. 6*2091. 5*5 . 9*24 拱上横墙： 面积: 7.4716 质心: x: 6.3094 y: 7.5084mknmj22.107485 . 9*24*3094. 6*4716. 7 拱上填料： 面积: 23.0972 质心: x: 12.1030 y: 10.6332 mknmj77.419599 . 7*19*1030.12*0972.2

10、3 拱上侧墙： 面积: 23.0972 质心: x: 12.1030 mknmj54.107346 . 1*1030.12*0972.23*24l/4 拱圈处主拱圈： 面积: 14.2082 质心: x: 6.2907 y: 1.3667mknml63.212275 . 9*25*2907. 6*2082.144腹拱： 面积: 0.3915 质心: x: 0.44774 y: 1.7376mknml63.415 . 9*25*4477. 0*3915. 04拱上填料： 面积: 12.9215 质心: x: 4.7771 y: 2.4025 mknml27.92657771. 4*9215.12

11、*)6 . 15 . 9(*194拱上侧墙： 面积: 12.9215 质心: x: 4.7771 y: 2.4025 mknml33.23707771. 4*9215.12*6 . 1*244 得 m=3.004 207. 082.15918587.330044141mmyjf12)2(2141yfm%13. 0%100*000. 3004. 3000. 3与假设 m 值相差不大，故可以此值 m=3.004 作为拱轴系数。故：1）拱轴线拱脚处切线与水平线交角j（以下表值均见f1000ljtan. 10表（i i i ）-2值49845099691000 50手册 ） ，9 .44)9969.

12、0(tan1j69. 0sinj707. 0cosj2）拱脚投影水平投影，竖向投影mdxj759. 0sinmdyj778. 0cos3）计算跨径和计算矢高计算跨径mxll759.500计算矢高.ydffm01016122计算矢跨比：fl153.3.主拱圈截面内力计算主拱圈截面内力计算3 3. .1 1 拱圈弹性中心及弹性压缩系数拱圈弹性中心及弹性压缩系数3.1.13.1.1 弹性中心弹性中心计算计算5弹性中心离拱顶距离，可以由手册附表（iii）-3 求得。symys29293. 310*329293. 03.1.23.1.2 弹性压缩系数弹性压缩系数 按手册公式 4-18，由于弹性压缩引起的

13、弹性中心的赘余力为。系数和可自手册附表（iii）9 和附表(iii)-11 求得。gghh111mraiw221008. 01 . 1*5 . 912/31 . 1*5 . 9/i 为弯曲平面内截面惯性矩,a 为截面面积，r 为截面绕 x 轴回转半径。 mfrw222000976. 02161.10/1008. 001088. 0000976. 0*1485.111000897. 0000976. 0*1961. 901087. 01000897. 001088. 0113.23.2 裸拱状态下截面内力验算：裸拱状态下截面内力验算： 弯矩ms和水平力hs，采用力法可得： mknarvlms47

14、5.313831860. 0425759.501 . 15 . 94212knfarvlhs375.882553338. 0161.10) 1000897. 0(425759.501 . 15 . 9)1 (4222 注：式中 v1,v2 可从手册附表（iii）-15、16 查得. 由静力平衡条件得 issimyhmm24 iiisipcoshn24sin6 mknarl36.168728425759.501 . 15 . 9422 knarl788.1326025759.501 . 15 . 9 （1）拱脚的弯矩和轴向力为: ，my1636.1019 .440,9969. 0tanmknmy

15、hmmss374.3794522885. 036.168728)1636.1029293. 3(375.8825475.313830240knpcoshns932.11330707. 054306. 0788.13260707. 0375.8825sin024000 (2)计算 l/4 截面的内力： ，my0358. 2118.190,34783. 0tanmknmyhmmssl613.988126105. 036.168728)0358. 229293. 3(375.8825475.3138312244knpcoshnsl175.944134. 0254614. 0788.132609397

16、. 0375.8825sin024004 (3)计算拱顶截面的内力： mknmyhmmssd1329.2322036.16872829293. 3375.8825475.313832424knpcoshnsd375.882500788.132601375.8825sin02400项目拱顶1/4 截面拱脚7 整理裸拱状态截面内力如下：3.33.3 恒载内力计算恒载内力计算3.3.13.3.1 不计弹性压缩的恒载推力不计弹性压缩的恒载推力knfmhjg35.15666161.1082.1591853.3.23.3.2 计入弹性压缩的恒载内力计入弹性压缩的恒载内力 以拱顶截面为例计算各项内力如下：计

17、入弹性压缩的剪力00*35.15666*01087. 0sin11hgq轴向力knnhhgg056.154961*35.15666*01087. 01/35.15666cos1cos1弹性压缩弯矩 mknmyyhsg764.56029293. 3*35.15666*01087. 0)(111它截面的计算方法相同:1/4 截面： ，my0358. 2118.190,34783. 0tanknqhg8997.5734. 0*35.15666*01087. 0sin11knnhhgg626.165119397. 0*35.15666*01087. 09397. 0/35.15666cos1cos1m

18、(kn.m)2322.1329-988.6133794.370h(kn)8825.3759441.17511330.9328mknmyyhsg081.214)03580. 229293. 3(*35.15666*01087. 0)(111拱脚处： ，my1636.1019 .440,9969. 0tanknqhg502.11769. 0*35.15666*01087. 0sin11knnhhgg51.22038707. 0*35.15666*01087. 0707. 0/35.15666cos1cos1mknmyyhsg028.1170)1636.1029293. 3(*35.15666*01

19、087. 0)(111恒载内力计算结果见表：3.43.4 汽车荷载效应计算汽车荷载效应计算汽车荷载效应的计算采用影响线加载的方法，公路 i 级车道荷载均布荷载标准值，集中荷载标准值当计算跨径小于和等于 5m 时，./kqkn m105kpl0，当大于 50m 时，当跨径在 5m 至 50m 时取直线内插值。kpkn180l0kpkn360对公路 ii 级车道荷载应按公路 i 级车道荷载乘以 0.75 的折减系数（参照通规4.3.1）,本计算题中经规范折减计算得：均布荷载：mknqqkk/875. 75 .1075. 075. 0集中荷载：knppkk27075. 036075. 0项目拱顶1/

20、4 截面拱脚q(kn)0 57.8997 117.502ng(kn)15496.056 16511.626 22038.51mg(kn.m)560.754214.081 -1170.028 9 加载公路 ii 级均布荷载时，拱顶截面考虑弹性压缩的弯矩及与其相应的影响线面积，可以自手册附表 iii14 查得，其值为：影响线面积；相应的轴向力影响线面积。ml20表值nl0表值加载公路 ii 级集中荷载时，不考虑弹性压缩的截面弯矩影响线坐标可以自手册附表 iii-13 查得，其值为：；与其相应的水平推力影响lm 表值线坐标可以自手册附表 iii-12 查得，其值为：；与其相应flh 表值的拱脚截面竖

21、向力影响线坐标值可以自手册附表 iii7 查得。注意:为考虑拱上建筑与拱圈的联合作用，对于拱上建筑为拱式的结构，计算正弯矩时 l/4 截面应考虑 0.7 的折减系数；拱脚截面考虑 0.9 的折减系数。（参照圬规4.3.1） 。拱圈宽度为 9.5m,承载双车道公路 ii 级汽车荷载，故每米拱宽承载均布荷载,承载集中荷载。mknq/658. 15 . 9875. 72knp842.565 . 92702加载公路-ii 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，其值为： 弯矩影响线面积：476.2576759.5022表值表值表值 lm轴力影响线面积：759.50表值表值

22、ln 加载公路-ii 集中荷载，拱顶截面不考虑弹性压缩的弯矩及与其相应的轴向力的影响线坐标，其值为：弯矩影响线坐标：759.50表值表值 lm轴力影响线坐标：99547. 4161.10759.50表值表值表值flh（1）拱顶截面10 正弯矩 均布荷载作用下考虑弹性压缩的弯矩 mknmmkq538.310221.19658. 1max 相应轴力： knnnkq3881.29725.17658. 1 集中荷载作用下不考虑弹性压缩的弯矩： mknmmkp2250.157766. 2842.56max 相应水平推力： knhhkp1868.661644. 1842.561 弹性压缩附加水平推力: k

23、nhuuh7195. 01868.6601087. 0111 弹性压缩附加弯矩: mknhyyms3693. 2)7195. 0()29293. 30()(1考虑弹性压缩后水平推力：knhhh4673.657195. 01868.661考虑弹性压缩后弯矩：mknmmm5943.1593693. 22250.157maxmax负弯矩 均布荷载作用下考虑弹性压缩的弯矩 mknmmkq180.19568.11658. 1min 相应轴力： 拱顶截面弯矩及其相应的轴向力影响线面积 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0.007383*2576.476=19.0221-0.00449*

24、2576.476=-11.5684 相应轴向力影响线面积0.3492*50.759=17.7250.29266*50.759=14.855集中荷载不考虑弹性压缩弯矩影响线坐标0.0545*50.759=2.766-0.0113*50.759=-0.5735相应水平推力影响线坐标0.2331*4.99547=1.16440.1093*4.99547=0.546011 knnnkq6296.24855.14658. 1 集中荷载作用下不考虑弹性压缩的弯矩： mknmmkp5989.325735. 0842.56min 相应水平推力： knhhkp0357.315460. 0842.561 弹性压缩

25、附加水平推力: knhuuh3374. 00357.3101087. 0111 弹性压缩附加弯矩: mknhyyms111. 1)3374. 0()29293. 30()(1考虑弹性压缩后水平推力：knhhh6983.303374. 00357.311考虑弹性压缩后弯矩：mknmmm4879.31111. 15989.32minmin（2）拱脚截面 正弯矩 均布荷载作用下考虑弹性压缩的弯矩 mknmmkq289.86044.52658. 1max 相应轴力： 拱脚截面弯矩及其相应的轴向力影响线面积 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0.0202*2576.476=52.04

26、4-0.00672*2576.476=-17.314 相应轴向力影响线面积0.4504*50.759=22.8620.3572*50.759=18.131集中荷载不考虑弹性压缩弯矩影响线坐标0.05450*50.759=2.766-0.05870*50.759=-2.979相应水平推力影响线坐标0.1986*4.99547=0.99210.0648*4.99547=0.323相应左拱脚反力影响线坐标0.293630.9374312 knnnkq905.37862.22658. 1 集中荷载作用下不考虑弹性压缩的弯矩： mknmmkp2250.157766. 2842.56max 相应水平推力：

27、 knhhkp393.569921. 0842.561 弹性压缩附加水平推力: knhuuh6130. 03929.5601087. 0111 弹性压缩附加弯矩: mknhyyms942. 4)7195. 0()29293. 3161.10()(1考虑弹性压缩后水平推力：knhhh451.51942. 4393.561考虑弹性压缩后弯矩：mknmmm283.152942. 42250.157maxmax与相应的左拱脚反力：minmknvkpv03.2029363. 0842.562 . 12 . 11拱脚轴向力：knhnv20.5069. 0*03.20707. 0*451.51sincos1

28、负弯矩 均布荷载作用下考虑弹性压缩的弯矩 mknmmkq7066.28314.17658. 1min 相应轴力： knnnkq0612.30131.18658. 1 集中荷载作用下不考虑弹性压缩的弯矩： mknmmkp332.169979. 2842.56min 相应水平推力： knhhkp360.18323. 0842.561 弹性压缩附加水平推力: knhuuh1996. 0360.1801087. 0111 弹性压缩附加弯矩: mknhyyms3709. 1)1996. 0()29293. 3161.10()(1考虑弹性压缩后水平推力：knhhh1604.181996. 0360.181

29、考虑弹性压缩后弯矩：mknmmm7029.1703709. 1332.169minmin13与相应的左拱脚反力：minmknvkpv942.6393743. 0842.562 . 12 . 11拱脚轴向力：knhnv96.5669. 0*942.63707. 0*1604.18sincos1(3)l/4截面 正弯矩 均布荷载作用下考虑弹性压缩的弯矩 mknmmkq5786.37665.22658. 1max 相应轴力： knnnkq6210.18231.11658. 1 集中荷载作用下不考虑弹性压缩的弯矩： mknmmkp952.1567612. 2842.56max 相应水平推力： knhh

30、kp2152.661649. 1842.561 弹性压缩附加水平推力: knhuuh7198. 02152.6601087. 0111 弹性压缩附加弯矩: mknhyyms9049. 0)7198. 0()29293. 30358. 2()(1考虑弹性压缩后水平推力：knhhh4954.657198. 02152.661考虑弹性压缩后弯矩：mknmmm4835.389049. 05786.37maxmax l/4截面弯矩及其相应的轴向力影响线面积 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0.008797*2576.476=22.665-0.0106*2576.476=-27.31

31、1 相应轴向力影响线面积0.22126*50.759=11.2310.4672*50.759=23.715集中荷载不考虑弹性压缩弯矩影响线坐标0.05438*50.759=2.7612-0.0231*50.759=-1.173相应水平推力影响线坐标0.23309*4.99547=1.16490.10922*4.99547=0.54614负弯矩 均布荷载作用下考虑弹性压缩的弯矩 mknmmkq2816.45311.27658. 1min 相应轴力： knnnkq3195.39715.23658. 1 集中荷载作用下不考虑弹性压缩的弯矩： mknmmkp6757.66173. 1842.56min

32、 相应水平推力： knhhkp036.31546. 0842.561 弹性压缩附加水平推力: knhuuh3374. 0036.3101087. 0111 弹性压缩附加弯矩: mknhyyms4242. 0)3374. 0()29293. 30358. 2()(1考虑弹性压缩后水平推力：knhhh699.303374. 0036.311考虑弹性压缩后弯矩：mknmmm857.444242. 02816.45minmin(4)拱脚，拱顶和 1/4 截面汽车荷载汇总： 汽车荷载效应汇总表荷载效应单位 拱 顶 1/4截面 拱 脚正弯矩mmax负弯矩mmin正弯矩mmax负弯矩mmin正弯矩mmax

33、负弯矩mmin弯矩knm191.13-50.6776.06-90.14238.57-199.41水平推力kn94.8655.3284.1270.02 89.36 48.22轴向力88.1187.025.5.荷载作用效应组合荷载作用效应组合 荷载组合按照通范4.1.6 进行，效应组合表达式为： ()mnudgigikqq kcqjqjkijssss 001112式中：结构的重要性系数，取为 1.0；015 承载能力极限状态下的作用基本组合的效应组合标准值；uds 第 i 个永久荷载作用效应的分项系数，取为 1.2；gi 第 i 个永久作用效应的标准值；giks 汽车荷载效应的分项系数，取为 1.

34、4；q1 汽车荷载效应（含冲击力和离心力）的标准值；q ks1 在作用效应组合中除汽车荷载(含冲击力、离心力)的其它可变作用效c应的组合系数，取为 0.7； 在作用效应组合中除汽车荷载效应(含冲击力、离心力)、分荷载外的qj其它第 j 个可变作用效应的分项系数，取为 1.4； 在作用效应组合中除汽车荷载效应(含冲击力、离心力)外的其它第qjksj 个可变作用效应标准值。 荷载组合表5.5.主拱圈正截面强度验算主拱圈正截面强度验算拱圈截面强度验算按照圬规 （4.0.5）式进行 （4.0.5）dcdnaf 0其中 . 010 轴向力设计值；dn a构件截面面积；拱顶截面 l/4 截面拱脚截面编号内力组合系数mnmnmn恒载1.2560.75415496.06 214.081 16511.63 -11