拱架计算.docx
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拱架计算
Ø
Ø
Ø
Ø
安质部
调整便桥桥面
底座顶面处理
墩柱测量放样
钢筋加工
墩柱钢筋安装
墩柱模板安装
模板加工
监理工程师检查批准
混凝土配制
浇筑墩柱混凝土
混凝土养生
混凝土配制
底座顶面处理
墩柱测量放样
钢筋加工
墩柱钢筋安装
墩柱模板安装
模板加工
监理工程师检查批准
混凝土配制
浇筑墩柱混凝土
混凝土养生
混凝土配制
总公司
分公司
项目经理（常务经理）
工程部
项目总工
综合部
安质部
经济措施
施工保证
材料保证
技术保证
思想教育
施工作业
质量评定
防行车事故
资金安排
施工作业队伍进行自检
工程测量标志交接、复测
生产设施建设
料源调查、取样
材料试验
设备进场、保养
监理工程师及业主
批准后正式开工
提交开工报告
技术交底
进场及场内道路修建
水、电设施安装
搭设临时房屋
租房屋及后勤安排
先遣人员进场
砼试件取样
进入下道工序施工
补救措施
达到设计强度的85%
砼取样、试压
1、拱架计算书
1.1设计依据
1、《务川县本桥施工图设计》；
2、《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50－2011）；
3、《钢结构设计规范》（GB50017-2003）；
4、《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）；
5、《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）；
6、《公路桥涵钢结构和木结构设计规范》（JTJ025-86）；
7、《装备式公路钢桥使用手册》；
8、《路桥施工计算手册》。
9、《建筑施工模板安全技术规范》（JGJ162-2008）
10、《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205—2001）
11、《建筑结构荷载规范》（GB50009—2001）
12、《桥梁工程》、《结构力学》、《材料力学》，《拱桥》，《桥梁设计与计算》；
13、其他相关规范手册；
1.2工程概况
本桥位于务川县县郊，跨越龙塘河。
桥跨布置为1×16m（预应力混凝土空心板）+125m（钢筋混凝土箱拱）+1×16m（预应力混凝土空心板），大桥全长170.6米。
桥梁平面位于直线上，桥面纵坡为双向1.0%，桥面横坡为双向2%。
1.3支架计算荷载的取用原则
根据《公路桥涵施工技术规范》JTG/TTF50－2011第5.2.6条：
模板、支架的设计应考虑下列各项荷载，并应按表1-3-1进行荷载组合。
⑴模板、支架自重；
⑵新浇筑混凝土、钢筋、预应力筋或其他圬工结构物的重力；
⑶施工人员及施工设备、施工材料等荷载；
⑷振捣混凝土时产生的振动荷载；
⑸新浇筑混凝土对侧模板的压力；
⑹混凝土入模时产生的水平方向的冲击荷载；
⑺其他可能产生的荷载。
如雪荷载、冬天保温设施荷载等。
表1-1模板、支架和拱架设计计算的荷载组合
模板结构名称
荷载组合
计算强度用
验算刚度用
梁、板和拱的底模板以及支撑板、支架及拱等
（1）+1.2
（2）+（3）+（4）+（7）
（1）+1.2
（2）+（7）
缘石、人行道、栏杆、柱、梁、板、拱等的侧模板
（4）+（5）
（5）
基础、墩台等侧模板
（5）+（6）
（5）
普通模板荷载计算：
⑴模板、支架和拱架的容重按设计图纸计算确定。
⑵新浇筑混凝土和钢筋混凝土的容重：
混凝土24KN/m3；钢筋混凝土的容重可采用25KN/m3～26KN/m3（以体积计算的含筋量≤2%时采用25KN/m3，>2%时采用26KN/m3），本检算资料按26×1.2＝31.2KN/m3计。
⑶施工人员和施工材料、机具行走运输或堆放荷载标准值：
①计算模板及直接支承模板的小棱时，均布荷载可取2.5KPa，另外以集中荷载2.5KN进行验算；
②计算直接支承小棱的梁或拱架时，均布荷载可取1.5KPa;
③计算支架立柱及支承拱架的其他结构构件时，均布荷载可取1.0KPa；
④有实际资料时按实际取值。
⑷振捣混凝土时产生的荷载（作用范围在有效压头高度之内）：
对水平模板为2.0KPa；对垂直面模板为4.0KPa。
⑸新浇筑混凝土对模板侧面的压力：
采用内部振捣器，当混凝土的浇筑速度在6m/h以下时，新浇筑的普通混凝土作用于模板的最大侧压力可按式（D—1）和（D—2）计算：
Pmax=0.22γtoK1K2v1/2（D—1）
Pmax=γh（D—2）
式中：
Pmax—新浇筑混凝土对模板的最大侧压力（kPa）
h—为有效压头高度（m）
V—混凝土的浇筑速度（m/h）
t0—新浇筑混凝土的初凝时间（h）。
可按实测确定：
γ—混凝土的容重（KN/m3）
K1—外加剂影响正系数，不掺外加剂时取1.0，掺缓凝作用的外加剂时取1.2；
K2—混凝土塌落度影响正系数，当塌落度小于30mm时，取0.85；50至90mm时，取1.0；110至150mm时取1.15。
⑹倾倒混凝土时产生的水平荷载：
倾倒混凝土时对垂直面模板产生的水平荷载按附录D采用。
本计算取2.0Kpa。
表1-2倾倒混凝土时产生的水平荷载
向模板中供料方法
水平荷载（KPa）
用溜槽、串筒或导管输出
2.0
用容量0.2及小于0.2m3的运输器具倾倒
2.0
用容量大于0.2至0.8m3的运输器具倾倒
4.0
用容量大于0.8m3的运输器具倾倒
6.0
⑺其他可能产生的荷载：
如雪荷载、冬季保温设施荷载等，按实际情况考虑。
（本计算按荷载为0考虑）
本桥支架荷载按“开口箱”计算。
1.4支架设计
1.4.1主要技术参数
混凝土：
γ=26.0KN/m3。
竹胶板:
γ竹胶板=9.0KN/m3；[σw]=80.6Mpa；E=7.5×103Mpa（优质品）；δ=0.018m；长×宽=2.44×1.22m。
方木：
γ=6.0KN/m3；[σw]=12.0Mpa；E=9.0×103Mpa（马尾松）。
1.4.2钢拱架结构概述
本桥采用悬拼钢拱架施工，钢拱架上下弦杆采用[25c槽钢，立柱采用[10槽钢，横撑采用∠75×50×5mm连接，斜撑采用∠75×50×5mm连接，钢拱架80cm间距为一组，通过横撑、斜撑焊接为一组。
钢拱架横向共用五组，每组间距为1m。
钢拱架顶铺设[18a槽钢作横向分配梁，间距为1m。
[18a槽钢上铺设10×10cm纵向方木，位于腹板处的间距为30cm，其余位置为50cm。
纵向方木上铺设1.8cm厚竹胶板作为底模。
钢拱架整体结构为无铰拱，采用在拱座上预埋钢板用于焊接，拼装过程中，拱脚处设铰支撑，便于安装时调整标高，待所有节段安装后再焊接拱脚节段，结构转为无铰拱。
支架具体布置及细部尺寸等详见《务川县本桥主拱圈现浇支架施工设计图》，这里不再赘述。
1.4.3内力符号规定
1、轴力：
拉力为正，压力为负；
2、应力：
拉应力为正，压应力为负；
其它内力规定同结构力学的规定。
1.5本桥钢拱架截面性质计算
1.5.1钢拱架重量计算
根据钢拱架的设计加工图，钢拱架的各节段列表计算如下
表2-1钢拱架重量计算明细表
节段
序号
材料
数量
（根）
每根长
（m）
共长
（m）
单位重
（kg/m）
重量（kg）
备注
标
准
节
段
1
[25c
4
5.825
23.3
35.32
822.96
上弦杆
2
[25c
4
6.265
25.06
35.32
885.12
下弦杆
3
[8b
20
2.2
44
8.04
353.76
立柱
4
∠56×56×5
16
0.808
12.928
4.251
54.96
上下斜撑
5
∠56×56×5
8
0.698
5.584
4.251
23.74
6
∠75×50×5
10
0.88
8.8
4.808
42.31
上下横撑
7
∠56×56×5
10
1.034
10.34
4.251
43.96
横断面斜撑
8
∠56×56×5
5
0.88
4.4
4.251
18.70
横断面横撑
9
□41×26×2
4
0
16.74
66.96
法兰
10
[8b
2
2.148
4.296
8.04
16.08
侧面斜撑
11
[8b
6
2.305
13.83
8.04
48.24
12
□8×8×2
10
1
10.00
分配梁连接板
合计
2386.78
次
合
拢
节
段
1
[25c
4
5.825
23.3
35.32
822.96
上弦杆
2
[25c
4
6.065
24.26
35.32
856.86
下弦杆
3
[8b
20
2.2
44
8.04
353.76
立柱
4
∠56×56×5
16
0.808
12.928
4.251
54.96
上下斜撑
5
∠56×56×5
8
0.698
5.584
4.251
23.74
6
∠75×50×5
10
0.88
8.8
4.808
42.31
上下横撑
7
∠56×56×5
10
1.034
10.34
4.251
43.96
横断面斜撑
8
∠56×56×5
5
0.88
4.4
4.251
18.70
横断面横撑
9
□41×26×2
6
0
16.74
100.44
法兰
10
[8b
2
2.148
4.296
8.04
16.08
侧面斜撑
11
[8b
6
2.305
13.83
8.04
48.24
12
□8×8×2
10
1
10.00
分配梁连接板
合计
2392.00
拱
脚
节
段
1
[25c
4
5.13
20.52
35.32
724.77
上弦杆
2
[25c
4
5.35
21.4
35.32
755.85
下弦杆
3
[8b
16
2.2
35.2
8.04
283.01
立柱
4
∠56×56×5
14
0.808
11.312
4.251
48.09
上下斜撑
5
∠56×56×5
6
0.698
4.188
4.251
17.80
6
∠75×50×5
8
0.88
7.04
4.808
33.85
上下横撑
7
∠56×56×5
8
1.034
8.272
4.251
35.16
横断面斜撑
8
∠56×56×5
4
0.88
3.52
4.251
14.96
横断面横撑
9
□41×26×2
6
0
16.74
100.44
法兰
11
[8b
6
2.305
13.83
8.04
48.24
侧面斜撑
12
□8×8×2
10
1
10.00
分配梁连接板
13
[25c
8
1.39
11.12
35.32
282.56
铰臂
合计
2072.17
合
拢
段
1
[25c
4
3.129
12.516
35.32
442.07
上弦杆
2
[25c
4
2.893
11.572
35.32
408.72
下弦杆
3
[8b
12
2.2
26.4
8.04
212.26
立柱
4
∠56×56×5
6
0.808
4.848
4.251
20.61
上下斜撑
5
∠56×56×5
4
0.698
2.792
4.251
11.87
6
∠75×50×5
6
0.88
5.28
4.808
25.39
7
∠75×50×5
4
1.034
4.136
4.808
19.89
横断面斜撑
8
[18a
6
0.698
4.188
20.17
84.47
横断面横撑
9
□41×26×2
8
0
16.74
133.92
法兰
合计
1359.19
加上组与组之间的横向联系，各节段的重量汇总如下
表2-2钢拱架重量汇总表
节段
长度（m）
重量（kg）
备注
标准节段
5.98
2586.78
次合拢节段
5.865
2592
拱脚节段
5.17
2222.17
合拢节段
3.15
1359.2
1.5.2钢拱架截面性计算
钢拱架上下弦杆采用[25c槽钢，竖向立柱采用2[8槽钢，具体横断面如下
图2-1钢拱架标准节横断面图（单位:
mm）
通过查表得[25c槽钢的几何性质数据得：
IC＝3690.45cm4,Ac＝44.91cm2
采用惯性矩的平行移轴公式对X轴求该组合的惯性矩，
Ix＝8×（IC+a2×Ac）＝8×（3690.45＋97.52×44.91）＝3444929cm4
Ｗｘ＝
＝3444929÷97.5＝35332.6cm3，五组拱架Ｗ＝5Ｗｘ＝176663cm3
组合的面积得：
A＝8×Ac＝8×44.91＝359.28cm2
五组拱架A=40×44.91＝1796.4cm2，
钢材的弹性模量E＝2.1×105MPa,
则钢拱架的抗弯刚度、抗拉刚度
EI＝2.1×105×1.72×107×10-5＝3.61×107KN·m2
EA＝2.1×105×1796.4×10＝3.77×107KN
1.5本桥钢拱架计算
1.5.1荷载计算
图4-1钢拱架横向布置图
主拱圈拟采用分三环浇筑，分别为底板、腹板及底板，因此计算钢拱架强度及钢度荷载时，以底板（第一环）混凝土重量计算荷载。
根据拱桥的结构特点，钢拱桥上的荷载应呈线性变形，将每节段钢拱架视为平面杆件，每个节段为一个单元，单元与单元间的连接为刚结，整体为无铰拱建立力学模型进行计算。
等截面拱，任意截面i的荷载集度
为：
式中：
—拱顶的荷载集度
—任意点的拱轴线的水平倾角
—拱圈的荷载集度
表4-1拱顶荷载集度（
）计算表
节点编号
荷载分类
容重（KN/m3）
标准值（KPa）
承受荷载横向范围（m）
承受荷载纵向
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