橋梁工程課程設(shè)計(jì)18358

1、橋梁工程課程設(shè)計(jì)橋梁工程課程設(shè)計(jì)專 業(yè)：土木工程 學(xué) 號(hào)： 姓 名指 導(dǎo) 教 師： 林躍水 時(shí) 間 ： 2013年12月 攀枝花學(xué)院二O一六年十二月設(shè)計(jì)題目空腹式等截面懸鏈線圬工拱橋設(shè)計(jì)一 設(shè)計(jì)資料1 橋面凈寬：凈7+2×1.5(1.25人行道+0.25安全帶)2 荷載：汽車20級(jí) 掛車100 人群荷載： 人行道每側(cè)重3 跨徑：凈跨徑L=70m4 矢跨比：1/45 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（2） 混凝土：主梁：C50人行道及欄桿：C30橋面鋪裝：C30（3）材料重度及其它6.施工工

2、藝：預(yù)應(yīng)力筋采用后張法施工7.參考文獻(xiàn)：公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范JTG D60-2004； 公路橋涵設(shè)計(jì)手冊(cè)，拱橋（上冊(cè)）公路橋涵設(shè)計(jì)手冊(cè)，拱橋（下冊(cè)橋梁工程，白寶玉編.拱橋計(jì)算實(shí)例集 拱橋（一）有關(guān)拱橋設(shè)計(jì)圖紙。8.結(jié)構(gòu)尺寸。如圖下： 圖11 二、主拱圈計(jì)算 （一）確定拱軸系數(shù)拱軸系數(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)拱腳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。式中：拱的自重作用下，半

3、拱自重對(duì)拱跨1/4點(diǎn)的彎矩； ：拱的自重作用下，半拱自重對(duì)拱腳的彎矩；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:拱圈截面高度按經(jīng)驗(yàn)公式估算 d = /100 + = 70/100 +0.7 = 1.4m主拱圈橫橋向取1m單位寬度計(jì)算，橫面面積A =1.4;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=0.77556,cos=0.63127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

4、點(diǎn)，拱軸線上各截面的縱坐標(biāo) 主拱圈截面坐標(biāo)表 表1-1截面號(hào)y1/fy1cosd/(2*cos)拱圈頂面y上(m)拱圈底面y下(m)x1234567801.000000 17.7581 0.63127 1.1089 16.6492 18.8670 35.543 10.810048 14.3849 0.68806 1.0174 13.3676 15.4023 32.581 20.647289 11.4946 0.74265 0.9426 10.5521 12.4372 29.619 30.508471 9.0295 0.79353 0.8821 8.1474 9.9116 26.657 40.3

5、90820 6.9402 0.83948 0.8338 6.1064 7.7741 23.695 50.291988 5.1852 0.87966 0.7958 4.3894 5.9809 20.733 60.210000 3.7292 0.91368 0.7661 2.9631 4.4953 17.771 70.143218 2.5433 0.94152 0.7435 1.7998 3.2868 14.810 80.090308 1.6037 0.96344 0.7266 0.8771 2.3303 11.848 90.050213 0.8917 0.97985 0.7144 0.1773

6、1.6061 8.886 100.022133 0.3930 0.99118 0.7062 -0.3132 1.0993 5.924 110.005506 0.0978 0.99782 0.7015 -0.6038 0.7993 2.962 120.000000 0.0000 1.00000 0.7000 -0.7000 0.7000 0.000 注：第2欄由拱橋上冊(cè)附錄（III）表(III)-1查得 第4欄由拱橋附錄（III）表(III)-20（8）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)砂漿砌M30粗料石等

7、截面圓弧拱，截面高度,靜失高,凈失跨比。查拱橋上冊(cè)表3-2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(guò)程及其數(shù)值見(jiàn)表1-2 腹拱墩高度計(jì)算表 表1-2項(xiàng)目X(m)=X/L=Ln(m+SQRT(m2-1)*y1=f/(m-1)*(ch-1)tg=2*f*k/(m-1)/l*shcos=1/SQRT(tg*tg+1)h=y1+d/2*(1-1/cosi)-(d'

8、;+f')1#橫墻32.6858 0.9196 1.5584 14.4957 1.0596 0.6864 13.28 2#橫墻28.8858 0.8127 1.3772 10.8468 0.8661 0.7559 9.72 3#拱座25.3658 0.7137 1.2094 8.0750 0.7125 0.8144 7.02 空、實(shí)腹段分界線25.2458 0.7103 1.2036 7.9898 0.7076 0.8163 6.93 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、拱上空腹段、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。

9、其計(jì)算圖式見(jiàn)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3-2、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（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(jiàn)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(KN.m)力臂(m)力矩(KN.m)P0-121382.76 5380.55 22705.21 P

10、13334.77 2.86 956.46 P14269.35 6.66 1793.11 P1578.61 (7.59)(596.99)10.18 800.02 P16416.56 5.15 2144.66 22.92 9547.45 P171378.79 (1.31)(1809.21)16.46 22693.95 合計(jì)3860.84 12286.20 58496.22 3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、1/4拱跨和拱腳五個(gè)截面，必要時(shí)應(yīng)驗(yàn)算1/8拱跨截面

11、。只驗(yàn)算拱頂，這里只算了1/4拱跨和拱腳五個(gè)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0.21003-0.210.00003，這個(gè)偏差不算大。 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6.13 2.40 -11.63 1.00000 0.91368 0.63127 3275.55 3275.55 3275.55 3294.06 3605.26 521

12、8.14 113.40 44.40 -215.20 （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(jiàn)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(jiàn)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)53.75391.750.50.0691314.03

13、901.165194.216453.75391.750.5-0.00456-7.5280-0.4656-41.9658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53.75391.750.50.019

14、9432.91832.1945192.0291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。計(jì)如彈性壓縮

15、的公路I級(jí)和人群荷載內(nèi)力見(jiàn)表1-6項(xiàng) 目拱 頂L/4截面拱 腳軸向力10.942120.7131900.335270.70097與M相應(yīng)的H94.216454.263355.548995.871595.569834.2086與M相應(yīng)的V31.379980.5053+V94.216454.263352.333792.206790.155880.82901.08950.62730.64211.10821.10470.39551.08950.62730.60491.04400.78790.282193.162953.636051.728891.162789.367980.5419彎矩M144.973

16、4-41.9658161.8408-103.7441192.0291-181.4803y=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(jiàn)表1-7 溫 度 內(nèi) 力 表1-7項(xiàng) 目溫度上升拱頂l/4截面拱腳10.942120.71319y=2.71051.0034-5

17、.41867.24687.46855.485721.8895-7.024730.4638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)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)

18、算（1）荷載組合荷載效應(yīng)不利組合的設(shè)計(jì)值見(jiàn)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-21.96598.1040-7.66097.63493.31795.77975溫度下降21.9659-

19、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5.15831588.4782-129.14791721.7792-388.26602150.314

20、9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(jiàn)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.