圬工拱橋課程設計.doc

等截面懸鏈線空腹式圬工拱橋 設計計算書 專 業(yè)： 道路與橋梁工程 課 程： 橋梁工程課程設計 學 號： 學生姓名： 指導教師： 日 期： 橋梁工程課程設計任務書一、 設計內容及要求1、 擬定各部分尺寸及所用材料2、 選定拱軸系數3、 拱圈彈性中心及彈性壓縮系數4、 永久荷載內力計算（結構自重、混凝土收縮）二、 設計原始資料跨徑50米等截面懸鏈線圬工拱橋計算橋面凈空：凈-7+20.75m。設計荷載：公路I級荷載，人群3.0KN/m。三、 設計完成后提交的文件和圖表1、 設計說明書2、 圖紙：橋梁總體布置圖，平、縱、橫。四、 主要參考資料1公路橋涵設計通用規(guī)范 （JIJ021一89）人民交通出版社 北京2公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范（JIJ023一85）人民交通出版社 3橋梁工程概論 李亞東，西南交通大學出版社；4橋梁工程 姚玲森，人民交通出版社；5混凝土簡支梁（板）橋 易建國，人民交通出版社；6. 橋梁計算示例集 易建國，人民交通出版社。五、課程設計成果裝訂順序1封面2設計任務書3目錄4正文5設計總結及改進意見6. 參考文獻7. 圖紙或附表目錄1、設計資料41.2 材料及其數據42、主拱圈計算52.1 確定拱軸系數52.2 拱軸彈性中心及彈性壓縮系數112.3 主拱圈截面內力計算112.4 主拱圈正截面強度驗算142.5主拱圈穩(wěn)定性驗算162.6主拱圈裸拱強度和穩(wěn)定性驗算172.6.1.彈性中心的彎矩和推力172.6.2截面內力171、設計資料1.1 設計標準1. 設計荷載公路I級，人群。2. 跨徑及橋寬凈跨徑，凈矢高，凈矢跨比。橋面凈空為凈，。1.2 材料及其數據1. 拱上建筑拱頂填料厚度，包括橋面系的計算厚度為，平均重力密度。拱上護拱為漿砌片石，重力密度。腹孔結構材料重力密度。主拱拱腔填料為砂、礫石夾石灰爐渣黃土，包括兩側側墻的平均重力密度。2. 主拱圈M10砂漿砌MU40塊石，重力密度。極限抗壓強度。彈性模量拱圈設計溫差為。3. 橋墩地基土為中等密實的軟石夾沙、碎石，其容許承載力?；A與地基間的滑動摩擦系數取。2、主拱圈計算2.1 確定拱軸系數拱軸系數的確定，一般采用“五點重合法”，先假定一個值，定出拱軸線，擬定上部結構各種幾何尺寸，計算出半拱恒載對拱橋截面形心的彎矩和自拱頂至跨截面形心的彎矩。其比值。求得值后，可由中反求值，若求出的值與假定的值不符，則應以求得的值作為假定值，重復上述計算，直至兩者接近為止。1. 擬定上部結構尺寸（1） 主拱圈幾何尺寸1） 截面特性截面高度，取。主拱圈橫橋向取單位寬度計算，橫截面面積；慣性矩；截面抵抗矩；截面回轉半徑。2） 計算跨徑和計算失高假定，相應的。查拱橋表（III）-20（8）得，。計算跨徑；計算失高。3） 拱腳截面的投影水平投影；豎向投影。4） 計算主拱圈坐標（圖1-1） 將拱圈沿跨徑24等分，每等分長。以拱頂截面的形心為坐標原點，拱軸線上各截面的縱坐標，相應拱背坐標，相應拱腹坐標。其數值見表1-1 主拱圈截面坐標表 表1-1截面號1234567801.000000 10.14780.70980.70449.443410.85225.355 10.806017 8.17930.75890.65887.52058.838123.242 2 0.641098 6.50570.80840.61855.88727.124221.129 30.501479 5.08890.85190.58694.50205.675819.016 40.383971 3.89650.88890.56253.33404.459016.903 50.285891 2.90120.91940.54392.35733.445014.790 60.205000 2.08030.94380.52981.55052.610112.667 70.139451 1.41510.96290.51930.89581.934410.565 80.087748 0.89040.97730.51160.37881.40218.452 90.048709 0.49430.98770.5062-0.01201.00056.339 100.021445 0.21760.99470.5027-0.28510.72034.226 110.005331 0.05410.99870.5007-0.44660.55482.113 120.000000 0.00001.00000.5000-0.50000.50000.000 注：第2欄由拱橋附錄（III）表（III）-1查得 第4欄由拱橋附錄（III）表（III）-20（3）查得 出現的表（III）-值或表（III）-（）值均為拱橋下冊相應表格的數值。（2） 拱上構造尺寸1） 腹拱圈腹拱圈為M10號砂漿砌M30粗料石等截面圓弧拱，截面高度，凈矢高，凈矢跨比。查拱橋上冊表3-1得，；水平投影；豎向投影。2） 腹拱墩腹拱墩采用M7.5砂漿M30塊石的橫墻，厚。在橫墻中間留出上部為半徑的半圓和下部高為寬為的矩形組成的檢查孔。腹拱的拱頂拱背和主拱圈的拱頂拱背在同一水平線上，從主拱圈拱背至腹拱起拱軸線之間橫墻中線的高度，其計算過程及其數值見表1-2 腹拱墩高度計算表 表1-2項目1號橫墻21.91500.86431.56587.09570.7747880.7905146.69572號橫墻18.11500.71451.29434.55410.5711280.8683574.15413號拱座14.61110.57631.04402.82470.4211670.9215742.4247空、實腹段分界線14.50710.57221.03652.78120.4171630.9229352.3812注：橫墻高度也可根據表1-1的有關數據內插計算得到。 2. 恒載計算 恒載分主拱圈、拱上實腹和腹拱三部分進行計算。不考慮腹拱推力和彎矩對主拱圈的影響。其計算圖示見圖1-2. （1） 主拱圈恒載（2）拱上空腹段的恒載1） 腹孔上部（圖1-3） 腹拱圈外弧跨徑；腹拱圈內弧半徑腹拱圈重腹拱側墻護拱重以上三個系數依次分別查拱橋上冊表3-1、表1-10、表1-9）填料及路面重兩腹拱之間起拱線以上部分的重量（圖1-4） 一個腹拱重2） 腹拱下部 3） 集中力 （3）腹拱上實腹段的恒載（圖1-5） 拱頂填料及面重懸鏈線曲邊三角形部分重量式中： 重心位置各塊恒載對拱腳及拱跨1/4截面的力矩見表1-3半拱恒載對拱腳和1/4拱跨截面的彎矩 表1-3分塊號恒重l/4截面拱腳截面力臂力矩力臂力矩P0-12673.5316 1954.5334 8065.9219 P13233.9755 804.8523 P14185.1768 1340.6615 P1558.8194 -113.7391 631.9439 P16213.5445 1158.2440 3865.1555 P17241.681 418.8815 3482.7682 合計1606.7288 3417.9199 16691.3033 3. 驗算拱軸系數由表1-3得該比值與假定拱軸系數相應得十分接近，故可確定3.142為設計拱軸系數。2.2 拱軸彈性中心及彈性壓縮系數1. 彈性中心2. 彈性壓縮系數 2.3 主拱圈截面內力計算大跨徑拱橋應驗算拱頂、3/8拱跨、1/4拱跨和拱腳四個截面，必要時應驗算1/8拱跨截面。對中小跨徑橋只驗算拱頂、1/4拱跨和拱腳三個截面的內力。其余截面，除不計彈性壓縮的內力必須在影響線上直接布載求得以外，其步驟和1/4拱跨者相同。1. 恒載內力計算計算拱圈內力時，為利用現有的表格，一般采用所確定的拱軸線進行計算。但是在確定拱軸系數時，計算得的恒載壓力線與確定的拱軸線很難在“五點”完全重合，二者相差0.2050-0.2047720.000228。當這個偏差較大時，要用“假載法”計入其影響.（1） 不計彈性壓縮的恒載推力 （2） 計入彈性壓縮的恒載內力見表1-4 計入彈性壓縮的恒載內力 表1-4項目拱頂l/4截面拱腳3.3543 1.2740 -6.7935 1.0000 0.9438 0.7098 1630.0823 1630.0823 1630.0823 1630.0823 1727.1480 2296.537 49.4343 18.7757 -100.1200 2. 活載內力計算（1） 公路I級和人群荷載的內力單位拱寬汽車等代荷載 式中，為車道數； 為車道折減系數，雙車道不折減。單位拱橋人群等代荷載 式中，為人行道寬度； 為人群荷載。 不計彈性荷載的公路級及人群內力表 表1-5截面項 目計算荷載影響線面積力與彎矩表中值乘數面積級荷載人群荷載拱頂84.70592.47060.52940.0074819.229391676.35110.18004相應84.70592.47060.52940.0703617.824521553.8799.436384.70592.47060.5294-0.00443-11.3885-992.812-6.02909相應84.70592.47060.52940.0581714.736391284.6677.801444截面84.70592.47060.52940.0087822.57141967.69511.9493相應84.70592.47060.52940.0403210.21439890.45495.40749984.70592.47060.5294-0.01063-27.3273-2382.3-14.4671相應84.70592.47060.52940.0088212.234652194.80911.183025拱腳84.70592.47060.52940.0203952.418084569.62527.75013相應84.70592.47060.52940.0932923.633452060.28112.51155相應84.70592.47060.52940.172888.76671764.25114.64109684.70592.47060.5294-0.00138-3.54767-309.273-1.87814相應84.70592.47060.52940.035268.932526778.70644.728879相應84.70592.47060.52940.3271216.588191446.18.781788 計入彈性壓縮的公路級和人群荷載內力計算表 表1-7項 目拱 頂l/4截面 拱 腳軸向力1.0000 0.9438 0.7044 0.0000 0.3305 0.7098 與M相應的H 1563.315 1292.468 895.8624195.9921 2072.793 783.4532 與M相應的V768.8922 1454.882 +V1563.315 1292.468 845.5149 184.9773 2005.8351 1584.5397 14.0073 11.5805 8.0269 1.7561 18.5722 7.0197 14.0073 11.5805 7.5758 1.6574 13.0823 4.9447 1549308 1280.887 888.2866 194.3347 2059.711 778.5085 彎矩M1686.531 -998.841 1979.645 -2396.770 4597.375 -311.151 y=3.3543 1.2740 -6.7935 46.9847 38.8445 9.6516 2.1115 -88.8744 -33.5919 1733.516 -959.997 1989.296 -2394.660 4508.500 -344.743 注：除拱腳截面外，其余截面的軸向力用作近似計算。3. 溫度內力計算拱圈合攏溫度拱圈砌體線膨脹系數變化溫差 溫度變化在彈性中心產生的水平力： 拱圈溫度變化內力見表1-8 溫度內力計算表 表1-8項 目溫度上升拱頂l/4截面拱腳1.0000 0.9438 0.7044 y=3.3543 1.2740 -6.7935 5.0916 4.8055 3.5865 -17.0786 -6.1221 24.3649 注：1.溫度下降時的內力與溫度上升的內力符號相反； 2.當砂漿為小石子混凝土時，應酌情計入徐變的影響。2.4 主拱圈正截面強度驗算根據橋規(guī)規(guī)定，構件按極限狀態(tài)設計的原則是：荷載效應不利組合的設計值小于或等于結構抗力效應的設計值，即 式中， 結構重要性系數，本題為二級設計安全等級為1.0； 作用效應組合設計值，按公路橋涵設計通用規(guī)范（JTG D602004） 的規(guī)定計算； （，） 構件承載力設計值函數； 材料強度設計值； 幾何參數設計值，可采用集合參數標準值，即設計文件規(guī)定值。1. 正截面受壓強度驗算（1） 荷載組合荷載效應不利組合的設計值見表1-9 主拱圈荷載效應不利組合的設計值 表1-9荷載效應系數拱 頂l/4截面拱 腳恒 載1.249.43431630.082318.77571727.148-100.122296.537公路I級1.41733.5161549.3081989.296888.28664508.52059.711公路I級-959.9971280.887-2394.66194.3347-344.743778.5085溫度上升-17.07865.0916-6.12214.805524.36493.5865溫度下降17.0786-5.09166.1221-4.8055-24.3649-3.5865荷載組合恒+汽+溫升0.81969.8673305.8072239.1792658.3254980.6934515.569恒+汽+溫升-1046.873005.175-2670.851881.099-454.9393080.622恒+汽+溫降2008.1233294.4012252.8932647.5614926.1164507.535恒+汽+溫降-1008.612993.77-2657.141870.335-509.5163072.588注：荷載安全系數的取值，對于結構自重，當其彎矩與車輛荷載的彎矩同號時取1.2，軸向力的荷載安全系數與其相應的彎矩相同，對于其它荷載都取1.4。（一） 拱圈截面抗力根據橋規(guī)022第3.0.2條規(guī)定，拱圈抗力效應的設計值為 相應的容許偏心距分別為 具體計算見表1-10經驗算表明主拱圈截面的荷載效應不利組合的設計值均小于其抗力效應的設計值，即，而且軸向力的偏心距都在容許范圍之內。主拱圈抗力效應的設計值 表1-10 截面編號拱頂60.59590.99973384.2887-0.34840.87442960.10980.60960.88442993.9629-0.33690.99883381.241截面60.84230.92903144.9477-1.41980.89693036.27980.85090.90013047.1129-1.42070.9