圬工拱桥课程设计报告书

1、.等截面悬链线空腹式圬工拱桥设计计算书专业：道路与桥梁工程课程：桥梁工程 课程设计.专业 .专注.学号：学生姓名 ：指导教师 ：日期：桥梁工程课程设计任务书一、设计内容及要求1、 拟定各部分尺寸及所用材料2、 选定拱轴系数3、 拱圈弹性中心及弹性压缩系数4、 永久荷载内力计算 （结构自重 、混凝土收缩 ）二、设计原始资料跨径 50 米等截面悬链线圬工拱桥计算桥面净空 ：净-7+2 ×0.75m 。设计荷载 ：公路 I 级荷载，人群 3.0KN/m 。.专业 .专注.三、设计完成后提交的文件和图表1、 设计说明书2、 图纸：桥梁总体布置图 ，平、纵、横。四、主要参考资料1公路桥涵设计通

2、用规范 （JIJ021 一 89）人民交通出版社北京2公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 （JIJ023 一 85 ）人民交通出版社3桥梁工程概论 李亚东，西南交通大学出版社 ；4桥梁工程 姚玲森，人民交通出版社 ；5混凝土简支梁 （板）桥易建国，人民交通出版社 ；6. 桥梁计算示例集 易建国，人民交通出版社 。五 、课程设计成果装订顺序1封面2设计任务书3目录4正文5设计总结及改进意见6. 参考文献7. 图纸或附表.专业 .专注.目录1、设计资料51.2 材料及其数据52、主拱圈计算62.1 确定拱轴系数62.2 拱轴弹性中心及弹性压缩系数132.3 主拱圈截面内力计算142.4 主拱

3、圈正截面强度验算182.5 主拱圈稳定性验算222.6 主拱圈裸拱强度和稳定性验算23弹性中心的弯矩和推力23截面内力23.专业 .专注.1、设计资料1.1 设计标准1. 设计荷载公路 I 级，人群 3.0 kN m2 。2.跨径及桥宽净跨径 l050m ，净矢高 f 010m ，净矢跨比 f 01 。l05桥面净空为净 720.75m， B8.5m 。1.2材料及其数据1. 拱上建筑拱顶填料厚度 ， hd0.5m ，包括桥面系的计算厚度为0.736m ，平均重力密度120 kN m3 。3拱上护拱为浆砌片石 ，重力密度223kN m 。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

4、重力密度419 kN m 3 。2. 主拱圈M10 砂浆砌 MU40 块石，重力密度524kN m 3 。极限抗压强度 Raj6500kN m2 。.专业 .专注.弹性模量 Em 800Raj5200000 kN m2拱圈设计温差为15 C。3. 桥墩地基土为中等密实的软石夹沙、碎石，其容许承载力0500 kN m2 。基础与地基间的滑动摩擦系数取0.5 。2、主拱圈计算2.1确定拱轴系数拱轴系数 m 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M j 和自拱顶至 lM ly l矩跨截面形心的弯矩M l 。 其

5、比值44 。求44M jfy lm1f2（y l2） 1得4 值后，可由2中反求 m 值，若求出的 m 值与假定的f4m 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 dm K3 l04.8 1.23 500098.49cm=0.9849m ， 取d1.0m。主拱圈横桥向取 1m单位宽度计算 ，横截面面积 A1.0m 2 ；.专业 .专注.惯性矩 I1 d 30.0833m4 ；121截面抵抗矩 wd 20.1667m3 ；6截面回转半径wd0.2887 。122）计算跨径和计算失高y l假定

6、m 3.142 ，相应的40.205 。 查拱桥 表（III） -20 （8）得fsin j 0.70980 ， cosj0.70440 。计算跨径 ll 0dsinj 501.0 0.7098050.70980 m ；计算失高 ff 0d(1cosj ) 101.0 (10.70440) 10.1478m 。223）拱脚截面的投影水平投影 xdsinj0.7098 m ；竖向投影 ydcosj0.7044 m 。4）计算主拱圈坐标 （图 1-1 ）将拱圈沿跨径24 等分，每等分长ll2.1129m 。 以拱顶截面的24形心为坐标原点 ，拱轴线上各截面的纵坐标 y1表（ III ）- 1值 f

7、 ，相应拱背坐标 y1 y1dd。其数值见表，相应拱腹坐标 y1y12cos j2cosj1-1主拱圈截面坐标表表 1-1.专业 .专注.dddy1y1y1 fy12cos2cos截面号cos2cosx1234567801.00000010.14780.70980.70449.443410.85225.35510.8060178.17930.75890.65887.52058.838123.24220.6410986.50570.80840.61855.88727.124221.12930.5014795.08890.85190.58694.50205.675819.01640.3839713

8、.89650.88890.56253.33404.459016.90350.2858912.90120.91940.54392.35733.445014.79060.2050002.08030.94380.52981.55052.610112.66770.1394511.41510.96290.51930.89581.934410.56580.0877480.89040.97730.51160.37881.40218.45290.0487090.49430.98770.5062-0.01201.00056.339100.0214450.21760.99470.5027-0.28510.7203

9、4.226110.0053310.05410.99870.5007-0.44660.55482.113120.0000000.00001.00000.5000-0.50000.50000.000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.专业 .专注.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d0.3m，净矢高 f0.6m ，净矢跨比 fl1 5 。查拱桥 上册表 3-1得 sin00.689655

10、， cos 00.724138 ；水平投影 xd sin竖向投影 yd cos000.2069m ；0.2172m 。2）腹拱墩腹拱墩采用M7.5 砂浆 M30 块石的横墙 ，厚 0.8m 。 在横墙中间留出上部为半径 R0.5m 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h y1 d (11) (df ) ，2cos其计算过程及其数值见表1-2腹拱墩高度计算表表 1-2y1f(chk 1)2 fkshk1xtancos21项目x（m）km1(m 1)ltanl 2h1号横墙21.9150

11、0.86431.56587.09570.7747880.7905146.69572号横墙18.11500.71451.29434.55410.5711280.8683574.15413号拱座14.61110.57631.04402.82470.4211670.9215742.4247空、实腹段分界线14.50710.57221.03652.78120.4171630.9229352.3812.专业 .专注.注：横墙高度也可根据表1-1 的有关数据内插计算得到。k l n m m21 1. 81162. 恒载计算恒载分主拱圈 、拱上实腹和腹拱三部分进行计算 。不考虑腹拱推力和弯矩对主拱圈的影响

12、。 其计算图示见图1-2.（1）主拱圈恒载P0 12表(III )19(9)值 A 5l0.55342 1.0 50.709824 673.5316kNM 1 4表 (III )19(9) 值 A5l 20.126681.050.7098224 41954.5334kNm4M j表 (III )19(9) 值 A5l 20.522781.050.7098 224 48065.9219 kNm4（2）拱上空腹段的恒载1）腹孔上部 （图 1-3 ）.专业 .专注.腹拱圈外弧跨径 l外l2d sin03.4138m ；腹拱圈内弧半径R00.725001l2.1750m腹拱圈重 Pa 1.52202(

13、 R0d )d325.4786kN2腹拱侧墙护拱重 Pb 0.11889( R0d ) 22 16.7504kN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 Pl 外 hd 150.2510kN两腹拱之间起拱线以上部分的重量（图 1-4 ）Pd (0.8x ) y 3( fdy )2hd 10.8 2x0.80.20690.2172240.60.30.2172230.736200.820.206914.8421kNd一个腹拱重 Pp25.478616.750450.251014.8421 107.3221kNa2）腹拱下部.专业 .专注.1#横墙 P6

14、.6957(0.50.52 / 2) / 90.824126.6534 kN2#横墙 P4.1541(0.50.52 / 2) / 90.82477.8547 kN3#拱座 P(2.424710.2172) 0.20692412.5794kN23）集中力P13107.3221126.6534233.9755kNP14107.322177.8547185.1768kNP15(107.322114.8421)/ 212.579458.8194kN（3）腹拱上实腹段的恒载 （图 1-5 ）拱顶填料及面重Pl h14.50710.73620213.5445 kN16xd1悬链线曲边三角形部分重量 P1

15、7l1f1( shk0k0 )4(m1) k241.681kN式中： f1fyi11)1.011)9.9380 m(10.1478(cosj20.71319l x14.50710.57220=25.3549l1重心位置 l x( shk 0k0 )(chk0 1) / k02k0 )l x 0.75441l x10.9443 m( shk0各块恒载对拱脚及拱跨1/4 截面的力矩见表1-3半拱恒载对拱脚和 1/4 拱跨截面的弯矩表 1-3.专业 .专注.恒重l/4 截面拱脚截面分块号kN力臂力矩力臂力矩mkN mmkN mP0-12673.53161954.53348065.9219P13233

16、.9755l 221.9153.4399804.8523P14185.1768l 218.11507.23991340.6615P1558.8194P16213.5445P17241.681l 4-14.6111-1.9337l 4-14.5071 25.4239l 4-10.94431.7332l 214.6111 10.7438-113.7391631.9439l214.5071 218.10141158.24403865.1555418.8815l 2 10.9443 14.41063482.7682合计1606.72883417.919916691.30333.验算拱轴系数M由表 1-

17、3 得ML4J3417.91990.20477216691.3033y 1该比值与假定拱轴系数m3.142相应得40.205 十分接近 ，故可确定 3.142f为设计拱轴系数 。2.2拱轴弹性中心及弹性压缩系数1. 弹性中心 y表（ III ） 3值 f0.33054310.14783.3543 m2. 弹性压缩系数aId 20. 0 8 3m32wA12af20.08330.00080891w10.14782111.16480.000808910.0090319.203900.000808910.0074451 0.008961.专业 .专注.2.3主拱圈截面内力计算大跨径拱桥应验算拱顶 、

18、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 。 对中小跨径桥只验算拱顶、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 ，二者相差 0.2050-0.204772 0.000228 。 当这个偏差较大时 ，要用 “假载法 ”计入其影响 .（1）不计弹性压缩的恒载推力'M j16 691. 3 033H gf

19、164 4. 819K9N10. 1478（2）计入弹性压缩的恒载内力见表1-4计入弹性压缩的恒载内力表 1-4项目拱顶l/4 截面拱脚yyy13.35431.2740-6.7935cos1.00000.94380.7098H g11'1630.08231630.08231630.0823H g1N gH g(11) H g' / cos1630.08231727.14802296.537cos1M g1'49.434318.7757-100.12001H g y2.活载内力计算（1）公路 I 级和人群荷载的内力单位拱宽汽车等代荷载.专业 .专注.cK一级 2K一级K

20、158.8.5式中， c2 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 K 22 bq人 20.753.0 0.5294 KN8.58.5式中， b0.75 为人行道宽度 ；q 3.0kN 为人群荷载 。不计弹性荷载的公路 级及人群内力表表 1-5截项面目M max相应拱H 1顶M min相应H 1M max截相应计算荷载影响线面积力与弯矩2 pk2 qk人群荷q人表中值乘数面积级荷载8.58.5载84.7050.52919.229310.1800l292.470640.0074891676.351484.7050.529217.8245l/f92.470640.07

21、03621553.8799.436384.7050.529-0.0044-11.388-6.0290l292.4706435-992.812984.7050.529214.73637.80144l/f92.470640.0581791284.667484.7050.529l292.470640.0087822.57141967.69511.949384.7052.47060.5290.04032l2/f10.2143890.45495.40749.专业 .专注.H 1面M min相应H 1M max相应H 1相应V拱脚M min相应H 1相应V949984.7050.529-0.0106-27

22、.327-14.467l292.4706433-2382.3184.7050.5290.0088222.234651.18302l/f92.4706412194.8091584.7050.52952.418027.7501l292.470640.0203984569.625384.7050.529223.633412.5115l/f92.470640.0932952060.281584.7050.529l4.6410992.470640.172888.76671764.2511684.7050.529-0.0013-3.5476-1.8781l292.4706487-309.273484.70

23、50.529l 28.932524.72887/ f92.470640.035266778.7064984.7050.52916.58818.78178l92.470640.3271291446.18计入弹性压缩的公路 级和人群荷载内力计算表表 1-7拱顶l/4 截面拱脚项目M maxM minM maxM minM maxM min.专业 .专注. .cossin与M相应的 H轴与M相应的 VNH 1 cos+V sin向1 HH11N H cosN pNN力M弯y= ysy1MNyM pMM矩. .1.00000.94380.70440.00000.33050.70981563.31512

24、92.468895.8624195.99212072.793783.4532768.89221454.8822005.8351563.3151292.468845.5149184.97731584.5397114.007311.58058.02691.756118.57227.019714.007311.58057.57581.657413.08234.94471549 31280.887888.2866194.33472059.711778.5085081686.531-998.8411979.645-2396.7704597.375-311.1513.35431.2740-6.793546

25、.984738.84459.65162.1115-88.8744-33.59191733.516-959.9971989.296-2394.6604508.500-344.743注：除拱脚截面外 ，其余截面的轴向力用NH 1 / cos作近似计算 。3.温度内力计算拱圈合拢温度 15 C拱圈砌体线膨胀系数0.000008变化温差t15 C.专业 .专注.温度变化在弹性中心产生的水平力：EIt8 1065.21060.0833H t20.099137215 5.0916k N 表（ III ） 5值 f10.1478拱圈温度变化内力见表 1-8温度内力计算表表 1-8温度上升项目拱顶l/4 截面

26、拱脚cos1.00000.94380.7044y= ys y13.35431.2740-6.7935N tH t cos5.09164.80553.5865M tH t y-17.0786-6.122124.3649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 。2.4主拱圈正截面强度验算根据桥规规定，构件按极限状态设计的原则是：荷载效应不利组合的设计值小于或等于结构抗力效应的设计值，即0 SR( f d , ad )式中，0 结构重要性系数 ，本题为二级设计安全等级为1.0；s 作用效应组合设计值，按公路桥涵设计通用规范（JTGD60 2

27、004 ）的规定计算 ；R （，）构件承载力设计值函数 ；.专业 .专注.f d 材料强度设计值 ；ad 几何参数设计值 ，可采用集合参数标准值ak ，即设计文件规定值。1.正截面受压强度验算（ 1）荷载组合荷载效应不利组合的设计值见表 1-9主拱圈荷载效应不利组合的设计值表 1-9系拱顶l/4截面拱脚荷载效应数MNMNMN1.1630.0821727.142296.53恒 载49.434318.7757-100.1223871733.511989.29888.2862059.71公路 I 级 M max1549.3084508.56661-959.99-2394.6194.334-344.7

28、4778.508公路 I 级 M min1280.887767351. -17.078温度上升5.0916-6.12214.805524.36493.586546-24.364温度下降17.0786-5.09166.1221-4.8055-3.58659荷载组合M jN jM jN jM jN j恒 + 汽 M max + 温1969.862239.172658.324980.694515.56升73305.8079539.专业 .专注.恒 + 汽 M min+ 温0.-1046.8-2670.81881.09-454.933080.62升873005.1755992恒 + 汽 M max +

29、 温2008.122252.892647.564926.114507.53降33294.4013165恒 + 汽 M min+ 温-1008.6-2657.11870.33-509.513072.58降12993.774568注：荷载安全系数的取值 ，对于结构自重 ，当其弯矩与车辆荷载的弯矩同号时取 1.2，轴向力的荷载安全系数与其相应的弯矩相同 ，对于其它荷载都取 1.4。（一）拱圈截面抗力根据桥规 022第条规定，拱圈抗力效应的设计值为RNARaim相应的容许偏心距e0 分别为e00.6S具体计算见表 1-10经验算表明主拱圈截面的荷载效应不利组合的设计值均小于其抗力效应的设计值 ，即 N

30、 jAf cd ，而且轴向力的偏心距都在容许范围之内。主拱圈抗力效应的设计值表 1-10M jAfcde0截面编号e0N j60.59590.99973384.2887-0.34840.87442960.109拱顶0.6S2.34580.60960.88442993.9629-0.33690.99883381.241l / 4 截面60.84230.92903144.9470.6S2.345.专业 .专注.7-1.41980.89693036.27980.85090.90013047.1129-1.42070.92583134.11461.10300.77482622.9337-0.14770

31、.92673137.161拱脚0.6S 2.34581.09290.91373093.1529-0.16580.79142679.1292.正截面受剪强度验算一般是拱脚截面处的剪力最大，根据桥规条规定正截面直接受剪的强度 ，按下式计算0VdAf vd1f N k1.4式中， Vd 剪力设计值 ；A 受剪截面面积 ；fvd 砌体或混凝土抗剪强度设计值；f 摩擦系数 ，采用 f0.7 ；N K 与受剪截面垂直的压力标准值。（1）内力计算恒载QgH g sinjVg cos j1630.08230.70981606.72880.704425.2526kNN g2296.537kN.专业 .专注.公路 I 级+ 人群荷载H p2 Pk12 qk10.4258.58.51435.8336kNVP2 Pk22 qk20.4258.58.51026.6427kN12QP1435.8336 0.70097 1026.6427 0.71319286.9024kNNP1435.8336 0.71319 1026.6427 0.700971743.6679kN2.5 主拱圈稳定性验算拱上建筑未合拢就脱架的主拱圈，由桥规第 条及第 条规定按下式验算其纵向稳定性0 N dfcd A式中N d轴向力设计值 ；A构件