等截面悬链线圬工拱桥设计Word格式.doc
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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容重
2）主拱圈
10号砂浆砌40号块石，容重。
极限抗压强度。
极限直接抗剪强度。
弹性模量。
拱圈设计温度差为。
3）桥墩
7.5号砂浆砌30号片石，材料容重。
极限抗压强度。
地基土为中等密实的卵石夹砂、碎石，其容许承载力。
基础与地基间的滑动摩擦系数取。
4）桥台
5号砂浆砌30号片石、块石，容重。
墩台基础为15号片石混凝土，。
台后填砂砾石土，夯实。
内摩擦角，填土容重。
2.3设计任务与内容
1）构造尺寸拟定；
2）确定拱轴系数；
3）拱圈弹性中心及弹性压缩系数；
4）主拱圈截面内力计算；
5）主拱圈正截面强度验算；
6）主拱圈稳定性验算；
7）主拱圈裸拱强度和稳定性验算；
8）桥墩尺寸拟定；
9）桥墩荷载计算；
10）桥墩强度验算；
11）桥墩稳定性验算；
12）桥台尺寸拟定；
13）第一种受力情况验算；
14）第二种受力情况验算；
15）绘出总体布置图。
2.4设计依据与参考书
[1]邵旭东.桥梁工程[M].北京：
人民交通出版社，2004.
[2]交通部.公路工程技术标准[M].北京：
人民交通出版社，1997.
[3]交通部.公路标准车辆等代荷载[M].北京：
人民交通出版社，1981.
[4]交通部.公路桥涵设计通用规范[M].北京：
人民交通出版社，2004.
[5]交通部.公路桥涵地基与基础设计规范[M].北京：
人民交通出版社，1985.
[6]王国鼎.拱桥等代荷载[M].北京：
[7]王国鼎.拱桥连拱计算（第二版）[M].北京：
人民交通出版社，2000.
[8]王国鼎.桥梁计算示例集-拱桥[M].北京：
[9]顾懋清,石绍甫.公路桥涵设计手册-拱桥（上册）[M].北京：
人民交通出版社，1994.
[10]顾安邦,孙国柱.公路桥涵设计手册-拱桥（下册）[M].北京：
[11]Buchholdt.H.A.,1985,AnIntroductiontoCableRoof
Structures.CambridgeUniversityPress.London.
[12]P.86-70ChenBaochun,1996.DesignandConstructionofCon2creteFilledsteelTubularArchBridge.ThePeople'
scommunicationPress,Beijing,P.129-158.
3.主拱圈计算
3.1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。
3.1.1拟定上部结构尺寸
3.1.1.1主拱圈几何尺寸
1）截面特性
截面高度d=β·
K·
取d=1.05m；
主拱圈横桥向取1m单位宽度计算，横截面面积A=1.05；
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，则根据拱轴系数m与的关系（如下表）
得知：
相应的。
M
1.167
1.347
1.543
1.756
1.988
2.240
2.514
2.814
3.142
3.5
0.245
0.240
0.235
0.230
0.225
0.220
0.215
0.210
0.205
0.2
查“拱桥”表（III）-20（8）（即悬链线拱各点倾角的正弦及余弦函数表）得
sin=0.63364，cos=0.77363
计算跨径
计算矢高。
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3-1）
图3-1主拱圈坐标计算示意图
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，拱轴线上各截面的纵坐标
，相应拱背坐标，相应拱腹坐标
，其数值见表3-1。
表3-1主拱圈截面坐标表
截面号
1
10.11884
0.77363
0.678619
9.440221
10.79746
30.33264
0.810048
8.196746
0.81805
0.64177
7.554976
8.838516
27.80492
2
0.647289
6.549814
0.85706
0.612559
5.937255
7.162373
25.2772
3
0.508471
5.145137
0.89039
0.589629
4.555507
5.734766
22.74948
4
0.39082
3.954645
0.91816
0.571796
3.382849
4.526441
20.22176
5
0.291988
2.95458
0.94075
0.558065
2.396514
3.512645
17.69404
6
0.21
2.124956
0.95873
0.547599
1.577357
2.672556
15.16632
7
0.143218
1.4492
0.9727
0.539735
0.909465
1.988935
12.6386
8
0.090308
0.913812
0.98325
0.533944
0.379869
1.447756
10.11088
9
0.050213
0.508097
0.99089
0.529827
-0.02173
1.037924
7.58316
10
0.022133
0.22396
0.99605
0.527082
-0.30312
0.751042
5.05544
11
0.005506
0.055714
0.99903
0.52551
-0.4698
0.581224
2.52772
12
0.525
-0.525
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（8）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。
3.1.1.2拱上构造尺寸
1）腹拱圈
腹拱圈为M10号沙浆砌M30粗料石等截面圆弧拱，截面高度,净矢高,净矢跨比。
查《拱桥》上册表3-2得
所以，腹拱圈拱脚截面的投影为：
水平投影
2）腹拱墩
腹拱墩采用M7.5沙浆M30块石的横墙，厚0.9m。
在1号横墙中间留出2个上部为半径R=0.6m的半圆和下部高为2m,宽为1.2m的矩形组成的检查孔;
在2号横墙中间留出2个上部为半径R=0.6m的半圆和下部高为1m,宽为1.2m的矩形检查孔。
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3-2
表3-2腹拱墩高度计算表
墩号
1*横墙
26.615
7.761
0.8612
-0.0846
6.1668
2*横墙
22.115
5.325
0.9091
-0.0525
3.6313
3*拱座
17.96
3.493
0.9162
-0.0480
1.7338
空、实腹段分界线
17.855
3.45
0.9165
-0.0478
1.7300
上表中的是根据表1-1的有关数值内插计算得到。
1*横墙
2*横墙
3*拱座
3.1.2恒载计算
恒载分主拱圈、拱上空腹段和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3-2。
图3-2恒载计算示意图
3.1.2.1主拱圈恒载
上述算式中：
——主拱圈材料（10号砂浆砌40号块石）的容重，
——拱桥的计算跨径，。
A——主拱圈横桥向取1m单位宽度计算的横截面面积，。
3.1.2.2拱上空腹段的恒载
腹孔上部（图3-3）
图3-3拱上空腹段的恒载计算示意图
腹拱圈外弧半径：
腹拱内弧半径：
腹拱圈重：
腹拱侧墙护拱重：
（以上三个系数依次分别查《拱桥》上册表3-2、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3-4）
图3-4起拱线以上重量计算示意图
一个腹拱重：
1）腹拱下部
2）集中力
3.1.2.3拱上实腹段的恒载（图3-5）
1）拱顶填料及面重
图3-5拱上实腹段的恒载计算示意
悬链线曲边三角形部分
重量
式中：
重心位置
3.1.2.4各块恒载对拱脚及拱跨1/4截面的力矩（见表3-3）
表3-3半拱横载对拱脚和1/4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·
P0-12
822.1245
2916.538
11970.5815
P13
2339.6234
L/2-26.615=3.717
8698.0179
P14
1924.1453
L/2-22.115=8.218
15812.049
P15
624.7706
L/4-6.9836=8.235
5112.3104
L/2-17.855=12.478
7795.7001
P16
2365.4304
L/4-6.98=6.239
14757.4472
L/2-8.9275=21.405
50632.511
P17
1594.9868
L/4-13.464=1.70
2714.827
L/2-13.4642=16.868
26905.035
合计
9671.081
25501.1227
121813.89
3.1.3验算拱轴系数
由表1-3得
该比值与假定拱轴系数m=2.814相应的十分接近，故可确定2.814为设计拱轴系数。
3.2拱轴弹性中心及弹性压缩系数
3.2.1弹性中心
3.2.2弹性压缩系数
3.3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。
3.3.1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0.21-0.20934＝0.00066。
当这个偏差较大时，要用“假载法”计入其影响。
表3-4计入弹性压缩的恒载内力
项目
拱顶
1/4截面
拱脚
2.12496
3.2982
1.17321
-6.82061
11917.2203
12440.4265
115467.1404
399.4304
142.0895
-826.0174
1）不计弹性压缩的恒载推力
上式中：
——半拱结构自重对拱脚截面的弯矩；
——拱的结构自重水平推力（不考虑弹性压缩）；
——拱的计算矢高。
2）计入弹性压缩的恒载内力见表3-4
3.3.2活载内力计算
1）汽车-20级和人群荷载的内力
单位拱宽汽车等代荷载：
c=2为车道数；
ξ＝1为车道折减系数，双车道不折减。
单位拱桥人群等代荷载
b=0.75m为人行道宽度；
＝3.0KN/m2为人群荷载。
表3-5单位拱宽的计算荷载
截面
项目
汽车-20级等代荷载
人群荷载
合计
拱
顶
31.068
6.904
0.5
7.404
相应
17.282
3.840
4.340
19.523
4.338
4.838
16.190
3.598
4.098
截
面
27.876
6.195
6.695
17.530
3.896
4.396
18.576
4.128
4.628
17.008
3.780
4.280
脚
17.978
3.995
4.495
15.994
3.554
4.054
相应V
14.430
3.207
19.743
4.387
4.887
19.023
2.005
2.505
21.013
4.670
汽车-20级等代荷载由《拱桥连拱计算》（第二版），人民交通出版社，附表直线内插算得。
例如拱顶的：
解得：
不计弹性荷载的汽车-20级及人群内力见表3-6
表3-6不计弹性压缩的汽车-20级及人群内力
项目
计算荷载
影响线面积
力与弯矩
乘数
面积
0.00714
26.2772
194.5564
0.06910
25.1323
109.0742
-0.00451
-16.5981
-80.3016
0.05922
21.5387
882656
1/4
0.00872
32.0921
214.8566
0.04002
14.5555
63.9860
-0.01039
-38.2381
-176.9659
0.08830
32.1152
137.4531
0.02030
74.7097
335.8201
0.09256
33.6253
136.3170
汽
30.3327
97.2770
人
0.16999
10.3125
5.1563
-0.01435
-52.81
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