橋梁工程課程設(shè)計(jì)65米跨度拱橋上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算

1、橋梁工程課程設(shè)計(jì) 2021-7-4橋梁工程課程設(shè)計(jì) （65米跨度拱橋上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算） 姓名： 學(xué)號(hào)：班級(jí)： 一 設(shè)計(jì)資料1 橋面凈寬：凈7+2*1.52 荷載：汽車超20級(jí) 掛車120 人群 人行道每側(cè)重3 跨徑：標(biāo)準(zhǔn)跨徑l=65m4 材料（1） 鋼筋及鋼材：預(yù)應(yīng)力筋：采用鋼絞線 標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度 設(shè)計(jì)強(qiáng)度普通鋼筋：i、ii級(jí)鋼筋鋼板：16mn或a3鋼錨具：錨具為夾片錨群（2） 混凝土：主梁：50#人行道及欄桿：30#橋面鋪裝：30#5 施工工藝：預(yù)應(yīng)力筋采用后張法施工6 技術(shù)規(guī)范：橋梁計(jì)算示例集（拱橋） 公路設(shè)計(jì)手冊(cè)（拱橋）結(jié)構(gòu)尺寸。如圖下： 圖11 圖12 二、主拱圈計(jì)算 （一）確定拱軸系數(shù)拱軸

2、系數(shù)m值的確定，一般采用“五點(diǎn)重合法”，先假定一個(gè)m值，定出拱軸線，擬定上部結(jié)構(gòu)各種幾何尺寸，計(jì)算出半拱恒載對(duì)拱橋截面形心的彎矩和自拱頂至跨的恒載對(duì)跨截面形心的彎矩。其比值=。求得值后，可由m=中反求m值，若求出的m值與假定的m值不符，則應(yīng)以求得的m值作為假定值，重復(fù)上述計(jì)算，直至.兩者接近為止。1. 擬定上部結(jié)構(gòu)尺寸（1） 主拱圈幾何尺寸1) 截面特性截面高度d=mk取d=0.9m主拱圈橫橋向取1m單位寬度計(jì)算，橫面面積a =0.9;慣性矩i=截面抵抗矩w=截面回轉(zhuǎn)半徑2）計(jì)算跨徑和計(jì)算失高假定m=2.814,相應(yīng)的=0.21。查“拱橋”表（iii）-20（8）得sin=0.70097,co

3、s=0.71319計(jì)算跨徑計(jì)算失高3）拱腳截面的投影水平投影豎向投影4)計(jì)算主拱圈坐標(biāo)（圖1-1） 將拱圈沿跨徑24等分，每等分長(zhǎng)。以拱頂截面的形心為坐標(biāo)原點(diǎn)，拱軸線上個(gè)截面的縱坐標(biāo) 主拱圈截面坐標(biāo)表 表1-1截面號(hào)1234567801.00008.12906450.713100.830977.498098.7600320.3154410.8100486.584930.764310.588775.996167.1737018.6224820.6472894.261850.811000.554874.706985.8167216.9295830.5084714.133390.8523380.52

4、7933.605464.6613215.2365840.3908203.177000.888000.506762.670243.6837613.5436250.919882.373590.917820.490291.883302.8638811.8506760.2100001.707100.942120.477651.229452.1847510.1577270.1432181.64230.961370.468080.696151.632318.4647780.0903080.734120.976140.461000.273121.195126.7718190.0502130.408180.9

5、86960.45595-0.047770.364135.07886100.0221330.179920.994330.45257-0.272850.632493.33594110.0055060.044760.998600.45063-0.405870.495391.6929512001.000000.45000-0.450000.450000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(xiàn)的表（iii）-值或表（iii）-()值均為拱橋下冊(cè)相應(yīng)表格的數(shù)值。（2） 拱上構(gòu)造尺寸1） 腹拱圈腹拱圈為m10號(hào)沙漿砌m30粗料石等截面圓弧

6、拱，截面高度,靜失高,凈失跨比。查拱橋上冊(cè)表3-1得水平投影豎向投影2） 腹拱墩腹拱墩采用m7.5沙漿m30塊石的橫墻，厚0.8m。在橫墻中間留出上部為半徑r=0.5m的半圓和下部高為r寬為2r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(jì)算過程及其數(shù)值見表1-2 腹拱墩高度計(jì)算表 表1-2項(xiàng)目1*橫墻17.230870.848171.437285.482450.742300.802960.47202*橫墻13.430870.661121.120313.118940.512030.890102.00553*拱座9.9274

7、20.488660.828071.626260.34140.944990.6681空、實(shí)腹段分界線9.823970.483570.819451.590680.341760.946270.6339注：橫墻高度也可根據(jù)表1-1的有關(guān)數(shù)值內(nèi)插計(jì)算得到。2. 恒載計(jì)算恒載分主拱圈、拱上實(shí)腹三部分進(jìn)行計(jì)算。不考慮腹拱推力和彎矩對(duì)主拱圈的影響。其計(jì)算圖式見圖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）圖 1-3 （以上三個(gè)系數(shù)依次分別查拱橋上冊(cè)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）2） 腹拱下部3）集中力（3）拱上實(shí)腹段的恒載

8、（圖1-5）1）拱頂填料及面重 圖 1-5 懸鏈線曲邊三角形部分重量式中：重心位置（3） 各塊恒載對(duì)拱腳及拱跨1/4截面的力矩見表1-3半拱橫載對(duì)拱腳和1/4拱跨截面的彎矩 表 1-3分塊號(hào)恒重（kn）l/4 截 面 拱 腳 截 面力臂（m）力矩（knm）力臂（m）力矩（knm）p0-12485.22231124.49844662.6477p13191.2796l/2-17.23087=3.0846590.0211p14145.6508l/2-13.43087=6.88461002.7475p1550.0968l/4-9.9274=0.230311.5373l/2-9.92742=10.388

9、0520.4056p16144.6088l/4-1/29.82397=5.2457758.5744l/2-l/29.82397=15.40352227.4817p1794.6523l/4-7.3952=2.725261.4770l/2-7.3952=12.92031222.9361合計(jì)1111.51062156.087110226.23973驗(yàn)算拱軸系數(shù)由表1-3得 該比值與假定拱軸系數(shù)m=2.814相應(yīng)得（二）拱軸彈性中心及彈性壓縮系數(shù)1、彈性中心 2彈性壓縮系數(shù) （三）主拱圈截面內(nèi)力計(jì)算大跨徑拱橋應(yīng)驗(yàn)算拱頂、3/8拱跨、1/4拱跨和拱腳四個(gè)截面，必要時(shí)應(yīng)驗(yàn)算1/8拱跨截面。為節(jié)省篇幅，本例

10、只驗(yàn)算拱頂，1/4拱跨和拱腳三個(gè)截面的內(nèi)力。其余截面，除不計(jì)彈性壓縮的內(nèi)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(nèi)力計(jì)算計(jì)算拱圈內(nèi)力時(shí)，為利用現(xiàn)有的表格，一般采用所確定的拱軸線進(jìn)行計(jì)算。但是在確定拱軸系數(shù)時(shí)，計(jì)算得的恒載壓力線與確定的拱軸線很難在“五點(diǎn)”完全重合，本例中二者相差0.21084-0.210.00084。當(dāng)這個(gè)偏差較大時(shí)，要用“假載法”計(jì)入其影響 計(jì)入彈性壓縮的恒載內(nèi)力 表1-4項(xiàng)目拱頂1/4截面拱腳2.71051.0034-5.418610.942120.713191243.31451243.81451243.81451243.81451321.919

11、41753.774638.393814.2131-76.7536（1）不計(jì)彈性壓縮的恒載推力 (2)計(jì)入彈性壓縮的恒載內(nèi)力見表1-42活載內(nèi)力計(jì)算（1）公路一級(jí)和人群荷載的內(nèi)力 單位拱寬汽車等代荷載 式中，c=2為車道數(shù)；1為車道折減系數(shù)，雙車道不折減。單位拱橋人群等代荷載式中，b=0.75m為人行道寬度；q人3kn為人群荷載。不計(jì)彈性荷載的公路一級(jí)及人群內(nèi)力見表1-5不計(jì)彈性荷載的公路一級(jí)及人群內(nèi)力 表1-5截面項(xiàng)目計(jì)算荷載影響線面積縱標(biāo)值力與彎矩 表中值乘數(shù)面積拱頂53.75391.750.50.0072511.96882.1960144.9734相應(yīng)53.75391.750.50.069

12、1314.03901.165194.216453.75391.750.5-0.00456-7.5280-0.4656-41.9658相應(yīng)53.75391.750.50.0590311.98790.544954.26331/4截面53.75391.750.50.0088214.56072.4013161.8408相應(yīng)53.75391.750.50.040358.19430.690455.548953.75391.750.5-0.01047-17.28461.2080-103.7441相應(yīng)53.75391.750.50.0878117.83261.037195.8715拱腳53.75391.750

13、.50.0199432.91832.1945192.0291相應(yīng)53.75391.750.50.0924218.76880.992395.5698相應(yīng)v 53.75391.750.50.170676.93450.293531.379953.75391.750.5-0.01409-23.2607-2.4025-181.4803相應(yīng)53.75391.750.50.035757.26020.322534.2086相應(yīng)v53.75391.750.50.3293313.38100.9376 80.5053注：在求拱腳相應(yīng)反力v時(shí)，以公路i級(jí)等代荷載乘以全部反力影響線面積。人群反力則只乘以相應(yīng)的影響線面積

14、。計(jì)如彈性壓縮的公路i級(jí)和人群荷載內(nèi)力見表1-6 計(jì)如彈性壓縮的公路i級(jí)和人群內(nèi)力 表1-6項(xiàng) 目拱 頂l/4截面 拱 腳軸向力 1 0.94212 0.71319 0 0.33527 0.70097與m相應(yīng)的h 94.216454.263355.548995.871595.569834.2086與m相應(yīng)的v31.379980.5053+v94.216454.263352.333792.206790.155880.8290 1.08950.6273 0.64211.1082 1.10470.39551.08950.62730.60491.04400.78790.282193.162953.63

15、6051.728891.162789.367980.5419彎矩m144.9734-41.9658161.8408-103.7441192.0291-181.4803y=2.71051.0034-5.41862.95311.70020.60701.0475-4.2693-1.5286147.9625-40.2656162.4478-102.6966187.7598-183.0089注：初拱腳截面外，其余截面的軸向力用n=作近似計(jì)算。3.溫度內(nèi)力計(jì)算拱圈合攏溫度15拱圈砌體線膨脹系數(shù)變化溫差15 溫度變化在彈性中心產(chǎn)生的水平力： 拱圈溫度變化內(nèi)力見表1-7 溫 度 內(nèi) 力 表1-7項(xiàng) 目溫度上升

16、拱頂l/4截面拱腳10.942120.71319y=2.71051.0034-5.41868.10407.63495.779721.9659-7.660931.3179注：1.溫度下降時(shí)的內(nèi)力與溫度上升的內(nèi)力符號(hào)相反；2.當(dāng)砂漿為小石子混凝土?xí)r，應(yīng)酌情計(jì)入徐變的影響。（四）主拱圈正截面強(qiáng)度驗(yàn)算 根據(jù)橋規(guī)規(guī)定，構(gòu)件按極限狀態(tài)設(shè)計(jì)的原則是：荷載效應(yīng)不利組合的設(shè)計(jì)值小于或等于結(jié)構(gòu)抗力效應(yīng)的設(shè)計(jì)值，即 式中 結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，本題為二級(jí)設(shè)計(jì)安全等級(jí)為1.0； s 作用效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值，按公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范（jtg d602004） 的規(guī)定計(jì)算； r（） 構(gòu)件承載力設(shè)計(jì)值函數(shù)； 材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值； 幾何參數(shù)

17、設(shè)計(jì)值，可采用集合參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值，即設(shè)計(jì)文件規(guī)定值。1.正截面受壓強(qiáng)度驗(yàn)算（1）荷載組合荷載效應(yīng)不利組合的設(shè)計(jì)值見表1-8 主拱圈荷載效應(yīng)不利組合的設(shè)計(jì)值 表1-8 編號(hào)荷載效應(yīng)系數(shù)拱 頂l/4截面 拱 腳mnmnmn1恒 載1.238.39381234.814514.21301321.9194-70.75361753.77402公路ii級(jí)mmax1.4144.973494.164161.840855.5489192.029195.56983公路ii級(jí)mmin-41.965854.2633-103.744195.8715-181.480334.20864溫度上升-21.96598.1040-7.6

18、6097.634931.31795.77975溫度下降21.9659-810407.6609-76349-3.3179-57797荷載組合m1n1m1n1m1n16組合恒+汽mmax+溫升0.8233.37351639.3014243.15181675.5691223.55792253.18817恒+汽mmin+溫升-37.89491582.3620-144.16331736.7436-326.88292161.64328恒+汽mmax+溫降276.42661634.4034258.27511160.6047162.17482241.85989恒+汽mmin+溫降5.15831588.4782

19、-129.14791721.7792-388.26602150.3149注：荷載安全系數(shù)的取值，對(duì)于結(jié)構(gòu)自重，當(dāng)其彎矩與車輛荷載的彎矩同號(hào)時(shí)取1.2，軸向力的荷載安全系數(shù)與其相應(yīng)的彎矩相同，對(duì)于其它荷載都取1.4。（2） 拱圈截面抗力根據(jù)橋規(guī)第4.0.5條規(guī)定，拱圈抗力效應(yīng)的設(shè)計(jì)值為 相應(yīng)的容許偏心距e0分別為 e00.6s 具體計(jì)算見表1-9經(jīng)驗(yàn)算表明主拱圈截面的荷載效應(yīng)不利組合的設(shè)計(jì)值均小于其抗力效應(yīng)的設(shè)計(jì)值，即nj。而且軸向力的偏心距都在容許范圍之內(nèi)。 主拱圈抗力效應(yīng)的設(shè)計(jì)值 表1-9 截面編號(hào)拱頂60.14240.17302448.53190.6s=0.277-0.02390.24532876.543480.16910.15462288.467990.00330.27342976.3806截面60.14510.18592526.34650.6s=0.277-0.08300.19262594.438780.22250.16882356.19329-0.07500.20322618.1618拱腳60.09920.16982401.11040.6s=0.277-0.15120.16852398.032480.07230.22562689.05249-0.18060.10762075.35272.正截面受剪強(qiáng)度驗(yàn)算一般是拱腳截面處的剪力最大，根據(jù)橋規(guī)