論文空腹式等截面懸鏈線箱形無(wú)鉸拱橋設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)精選整理

1、 橋梁工程課程設(shè)計(jì)橋梁工程課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、 設(shè)計(jì)題目空腹式等截面懸鏈線箱形無(wú)鉸拱橋設(shè)計(jì)二、 設(shè)計(jì)資料1. 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)荷載：公路I級(jí)，人群荷載3.5橋面凈空 凈人行道+安全帶凈跨徑；凈失高；凈跨比 2. 材料數(shù)據(jù)與結(jié)構(gòu)布置要求拱頂填料平均厚度（包括路面，以下稱路面）；材料容重主拱圈材料容重（包括橫隔板、施工超重） 拱上立柱（墻）材料容重 腹空拱圈材料容重 腹孔拱上填料容重鋼筋混凝土簡(jiǎn)支板材料容重主拱圈實(shí)腹段填料容重人行道板及欄桿重混凝土材料：強(qiáng)度等級(jí)為C40，主要強(qiáng)度指標(biāo)為：強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 彈性模量 普通鋼筋1） 縱向抗拉普通鋼筋采用HRB400鋼筋，其強(qiáng)度指標(biāo)為抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 抗拉

2、強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 彈性模量 相對(duì)界限受壓區(qū)高度 2)箍筋及構(gòu)造鋼筋采用HRB335鋼筋，其強(qiáng)度指標(biāo)為抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 彈性模量 本橋采用支架現(xiàn)澆施工方法。主拱圈為單箱六室截面的鋼筋混凝土拱圈，由 C30混凝土現(xiàn)場(chǎng)澆筑而成。拱上建筑可采用簡(jiǎn)支板形式或圓弧拱形式，凈跨為57m左右，拱腳至拱頂布置46跨左右 (主拱圈的具體幾何參照指導(dǎo)書實(shí)例修改自定)。3設(shè)計(jì)計(jì)算依據(jù)交通部部頒標(biāo)準(zhǔn)公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范(JTG D602004) 交通人民出版社 交通部部頒標(biāo)準(zhǔn)公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D622004) 交通人民出版社 交通部部頒標(biāo)準(zhǔn)公路圬工橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D61-2

3、005) 交通人民出版社 公路設(shè)計(jì)手冊(cè)-拱橋(上) 人民交通出版社，2000.7三、 主拱圈截面幾何要素的計(jì)算（一） 主拱圈橫截面設(shè)計(jì) 拱圈截面高度按經(jīng)驗(yàn)公式估算 拱圈由6個(gè)各為1.5m寬的拱箱組成，全寬 （二） 箱形拱圈截面幾何性質(zhì)截面積 繞箱底邊緣的靜面矩 主拱圈截面重心軸： 主拱圈截面繞重心軸的慣性矩： 拱圈截面繞重心軸的回轉(zhuǎn)半徑： 四、 確定拱軸系數(shù)（一） 上部結(jié)構(gòu)構(gòu)造布置1. 主拱圈假定,相應(yīng)的,查拱橋（上冊(cè)）表-20（6）得： 主拱圈的計(jì)算跨徑和計(jì)算失高： 拱鉸截面的水平投影和豎向投影： 將拱軸沿跨徑24等分，每等分長(zhǎng),每等分點(diǎn)拱軸線的縱坐標(biāo)，相應(yīng)的拱背面坐標(biāo)：,拱腹曲面坐標(biāo)，具體

4、數(shù)值見下表：35.443846114.175130.730570.8897160.88971613.2854132515.0648457532.490192170.81792911.594250.775040.8386660.83866610.7555831112.4329158929.536538330.6594589.3479030.816220.7963540.7963548.55154862610.1442564726.58288450.5222847.4034430.853470.7615970.7615976.641846568.16504011123.629230670.4044

5、165.7326490.886390.7333120.7333124.999337656.46596069420.675576830.304144.3112240.91480.7105380.7105383.6006860645.02176170917.7219230.223.1185280.938720.6924320.6924322.4260962423.81096073814.768269170.1507742.1372410.95830.6782840.6782841.4589565132.81552543711.814615330.0954561.3531010.97380.6674

6、880.6674880.6856129712.0205893528.86096150.0532430.7547260.985490.659570.659570.0951560541.4142967865.9073076670.0235210.3334130.993630.6541670.654167-0.320753820.9875802652.9536538330.0058590.0830520.998420.6510290.651029-0.567976540.73408070900010.650.65-0.650.652.拱上腹孔布置從主拱兩端起拱線起向外延伸3m后向跨中對(duì)稱布置5對(duì)圓弧

7、小拱，腹拱圈厚d=0.35m，凈跨徑l0=4.8m，凈矢高f0=0.8m，座落在寬為 0.5m的鋼筋混凝土排架式腹拱墩支承的寬為 0.6m的鋼筋混凝土蓋梁上。腹拱拱頂?shù)墓氨澈椭鞴肮绊數(shù)墓氨吃谕粯?biāo)高。腹拱墩墩中線的橫坐標(biāo)lx，以及各墩中線自主拱拱背到腹拱起拱線的高度 h=y1+y上(1-1/cos) - (d+f0)，分別計(jì)算如表由f0/l0=1/8，查拱橋(上冊(cè))表3-2得 sin0=0.6，cos0=0.8，0=36.870腹拱拱腳的水平投影和豎向投影 x=dsin0=0.350.6=0.21m； y=dcos0=0.350.8=0.28m（二）上部恒載計(jì)算1、橋面系欄桿：g=52kN/m

8、2、主拱圈恒載3、拱上空腹段恒載腹拱圈外弧跨徑 腹拱圈內(nèi)弧半徑腹拱圈重 腹拱側(cè)墻護(hù)拱重填料及路面重兩腹拱之間起拱線以上部分重力一個(gè)腹拱重力： 腹孔下部蓋梁重力底梁重力1號(hào)立柱重力2號(hào)立柱重力3號(hào)立柱重力4號(hào)橫墻重力5號(hào)腹拱座重力腹孔集中力拱上實(shí)腹段的荷載拱頂填料及橋面系重懸鏈線曲邊三角形腹拱推力靠近主拱拱頂一側(cè)的腹拱，一般多做成兩平鉸拱，在較大的恒載作用下和考慮到周圍的填料等構(gòu)造的作用，可以折中地按無(wú)鉸圓弧拱計(jì)算其推力，而不計(jì)彎矩的影響。 腹拱拱腳的水平推力 查拱橋(上冊(cè))表(I)-4得 腹拱拱腳推力作用線的縱坐標(biāo)如圖所示，其距x軸的偏心距為： 腹拱推力對(duì)各截面重心產(chǎn)生的力矩：驗(yàn)算拱軸系數(shù)恒載

9、對(duì)l/4截面和拱腳截面的力矩見下表：五、拱圈彈性中心及彈性壓縮系數(shù)1 彈性中心 彈性壓縮系數(shù) 六、主拱圈截面內(nèi)力計(jì)算(一)結(jié)構(gòu)自重內(nèi)力計(jì)算 (1)假載內(nèi)力a.求假載 b.假載內(nèi)力假載產(chǎn)生的內(nèi)力可以將其直接布置在內(nèi)力影響線上求得。不考慮彈性壓縮的假載內(nèi)力見下表0.001985025.0659.949628183.12620.12742354.498745.17022831.373-0.001245025.065-6.23108-114.6850.12742354.498745.17022831.3730.00445025.06522.11029406.94720.12742354.498745.

10、17022831.3730.270.8876914.17754260.9423計(jì)入彈性壓縮的假載內(nèi)力計(jì)入彈性壓縮的假載內(nèi)力計(jì)算見下表(2)“拱軸線恒載”內(nèi)力 a.推力 b.考慮彈性壓縮的內(nèi)力考慮彈性壓縮的“拱軸線恒載”內(nèi)力見下表(3)考慮確定m系數(shù)偏差影響的恒載內(nèi)力考慮m系數(shù)偏差影響的恒載內(nèi)力等于“拱軸線m的恒載”內(nèi)力加上“假載”的內(nèi)力，計(jì)算結(jié)果見下表2.“恒載壓力線”偏離拱軸線的影響 “恒載壓力線”(指空腹式無(wú)鉸拱橋不考慮拱軸線的偏離和恒載彈性壓縮影響的恒載壓力線，也就是人們所說(shuō)的“三鉸拱恒載壓力線”)與拱軸線在“五點(diǎn)”以外的偏離影響可以用一般力學(xué)原理進(jìn)行計(jì)算，參見圖13。 (1)“恒載壓力

11、線”偏離拱軸線的偏離彎矩Mp計(jì)算恒載偏離彎矩Mp，首先要計(jì)算出橋跨結(jié)構(gòu)沿跨徑各等分段的分塊恒載對(duì)各截面的力矩，再算各截面壓力線的縱坐標(biāo)，然后才能求得Mp。下面按主拱圈、拱上實(shí)腹段和各集中力三部分計(jì)算各分塊恒載對(duì)各截面的力矩。 a.主拱圈自重對(duì)各截面產(chǎn)生的力矩Ml在這里，對(duì)于所要求的每一等分點(diǎn)而言，積分上限為常數(shù)，并不計(jì)等式前面的負(fù)號(hào)，則上式為：式中：可根據(jù)值從拱橋(例集)附表1-1查得； 可根據(jù)值從拱橋(例集)附表1-2查得 主拱圈對(duì)各截面的力矩M1的值見下表b.拱上實(shí)腹段恒載對(duì)各截面產(chǎn)生的彎矩M2 計(jì)算拱上實(shí)腹段的恒載時(shí)，必須將拱頂填料及面層的矩形板塊和其下面的懸鏈線曲邊三角形塊分開才能準(zhǔn)確

12、計(jì)算，否則只能是近似的。 (a)矩形板塊從拱頂?shù)矫總€(gè)截面的矩形板塊的重力： 對(duì)實(shí)腹段里每個(gè)截面的力矩： 對(duì)空腹段里每個(gè)截面的力矩： 各截面的力矩見下表 (b)懸鏈線曲邊三角形塊從拱頂?shù)饺我饨孛娴闹亓?參見上表) 每一塊Pi的重心的橫坐標(biāo)： 在實(shí)腹段里，截面重心到任意截面的力臂為，在空腹段里，整塊曲邊三角形面積的重心到每個(gè)截面的力臂為。每個(gè)截面的力矩見上表c.各集中力對(duì)各截面的力矩M3拱上空腹段的腹孔和橫隔板等各集中力及其相應(yīng)的橫坐標(biāo)lx。在前面已經(jīng)求出，各豎向集中力到截面的力臂，產(chǎn)生的力矩；腹拱水平推力Hg作用在第7與第8截面之間，對(duì)07截面產(chǎn)生的力矩 。具體計(jì)算見下表。d.計(jì)算偏離彎矩Mp上

13、部結(jié)構(gòu)恒載對(duì)拱圈各截面重心的彎矩：壓力線的縱坐標(biāo)： 式中，Hg為不計(jì)彈性壓縮的恒載水平推力： 各截面上“恒載壓力線”偏離拱軸線的值：i偏離彎矩具體數(shù)值見下表(2)偏離彎矩Mp在彈性中心產(chǎn)生的贅余力贅余力各項(xiàng)的計(jì)算見下表。 由上表1得 (3)“恒載壓力線”偏離拱軸線的附加內(nèi)力“恒載壓力線”偏離拱軸線在拱圈任意截面中產(chǎn)生的附加內(nèi)力為 拱頂、l/4截面、拱腳三個(gè)截面的附加內(nèi)力見下表。 (4)空腹式無(wú)鉸拱的恒載壓力線空腹式無(wú)鉸拱橋在恒載作用下考慮壓力線與拱軸線的偏離以及恒載彈性壓縮的影響之后，拱中任意截面存在三個(gè)內(nèi)力這三個(gè)力的合力作用點(diǎn)的偏心距為 所以，空腹式無(wú)鉸拱橋恒載壓力線的縱坐標(biāo)空腹式無(wú)鉸拱恒載

14、壓力線的縱坐標(biāo)值見下表3.空腹無(wú)鉸拱的實(shí)際恒載內(nèi)力空腹式無(wú)鉸拱的實(shí)際恒載內(nèi)力等于計(jì)人拱軸系數(shù)m的偏差影響的內(nèi)力與“壓力線”及拱軸線偏離的附加內(nèi)力之和，其結(jié)果見下表(二)活載內(nèi)力計(jì)算1.公路-I級(jí)和人群荷載內(nèi)力車道荷載的均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值采用10.5KN/m，計(jì)算剪力時(shí)，所加集中力荷載P采用360KN人群荷載 橋梁基頻：不計(jì)彈性壓縮的公路-I級(jí)及人群荷載內(nèi)力見下表接上表：計(jì)人彈性壓縮的公路-I級(jí)及人群荷載內(nèi)力見下表接上表(三)溫度變化、混凝土收縮、徐變的內(nèi)力計(jì)算溫度變化為其它可變荷載，混凝土收縮、徐變?yōu)橛谰煤奢d，似乎要分項(xiàng)計(jì)算，但考慮到習(xí)慣和可能，還是將三者一起計(jì)算。拱圈合攏溫度7 月平均最低氣溫2

15、 月平均最高氣溫30 拱圈材料彈性模量 拱圈材料線脹縮系數(shù) 混凝土收縮作用按下降10溫度的影響計(jì)入?；炷列熳冏饔玫挠绊懀?當(dāng)計(jì)算溫度內(nèi)力時(shí)以；當(dāng)計(jì)算混凝土收縮內(nèi)力時(shí)以的系數(shù)計(jì)入。 因此，計(jì)算降低溫度時(shí) 計(jì)算升高溫度時(shí) 溫度變化、混凝土徐變和收縮在彈性中心產(chǎn)生的水平力 溫度變化、混凝土徐變和收縮的內(nèi)力見下表。七.主拱圈正截面強(qiáng)度驗(yàn)算 根據(jù)橋規(guī)(JTJ D60-2004)的規(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。即或式中： -承載能力極限狀態(tài)下作用幾本基本組合的效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值； -結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，對(duì)于公路-級(jí)標(biāo)準(zhǔn)采用1.1的安全系數(shù)； -第i個(gè)永

16、久作用效應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù)，按照J(rèn)TGD60-2004的表采用； -第i個(gè)永久作用效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計(jì)值； -汽車荷載效應(yīng)分項(xiàng)系數(shù)，取用1.4； -汽車荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計(jì)值； -在作用效應(yīng)組合中除去汽車荷載效應(yīng)和風(fēng)荷載以外的其他第i個(gè)可變作用效應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù)，取用1.4 -在作用效應(yīng)組合中除去汽車荷載效應(yīng)外的其他第j個(gè)可變作用效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計(jì)值； -在作用效應(yīng)組合中，除汽車荷載效應(yīng)外的其他可變作用效應(yīng)的組合系數(shù)，當(dāng)永久作用與汽車荷載和人群荷載組合時(shí)，人群荷載的組合系數(shù)取=0.80，,當(dāng)除汽車荷載外尚有兩種其他可變作用參與組合時(shí)，=0.70；以此類推。對(duì)于本課程設(shè)計(jì)的橋梁，取用：永久作用：結(jié)構(gòu)自重、

17、混凝土收縮徐變可變荷載作用：汽車和人群荷載其他可變荷載作用：溫度變化故有： 短期組合 長(zhǎng)期組合 每種荷載組合的設(shè)計(jì)值見荷載組合計(jì)算表 注：荷載安全系數(shù)的取值：結(jié)構(gòu)自重彎矩與汽車荷載彎矩同號(hào)時(shí)恒載系數(shù)取1.2，異號(hào)時(shí)取0.9。2.拱圈截面抗力結(jié)構(gòu)構(gòu)建驗(yàn)算承載力時(shí)，應(yīng)按下列公式計(jì)算： （）式中 ； Nd-軸向力設(shè)計(jì)值； A-構(gòu)件截面面積 fcd-標(biāo)準(zhǔn)層抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，C30混凝土為fcd=13.8MPa; -偏心距e和長(zhǎng)細(xì)比對(duì)受壓構(gòu)件的影響系數(shù)，見JTG D61-2004規(guī)范第條。 （-1） (-2) (-3)式中： x、y-分別為x方向、y方向偏心受壓構(gòu)件承載力影響系數(shù)； x、y-分別為x方向、y方向截面重心至偏心方向的截面邊緣的距離； ex、ey-軸線力在x方向、y方向的偏心距，ex=0,ey=Mxd/Nd,其中Mxd為繞x軸的彎矩設(shè)計(jì)值，Nd為軸向力設(shè)計(jì)值； m-截面形狀系數(shù)，箱形截面m=8； i