《等截面空腹式悬链线石拱桥.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《等截面空腹式悬链线石拱桥.doc（20页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、 桥梁工程 -设计说明书 学院：土木建筑学院 专业：桥梁工程 班级： 姓名： 学号： 指导老师： 目 录1.设计依据与基础资料11.1标准及规范11.1.1标准11.1.2规范11.1.3参考资料11.2主要尺寸及材料11.2.1主拱圈尺寸及材料21.2.2拱上建筑尺寸及材料22.确定拱轴系数2 2.1首次假设及验证m值.3 2.2二次假设及验证m值.43.主拱圈截面内力计算. 3.1拱圈弹性中心及弹性压缩系数8 3.1.1弹性中心计算8 3.1.2弹性压缩系数8 3.2裸拱状态下截面内力验算53.3恒载内力计算9 3.3.1不计弹性压缩的恒载推力9 3.3.2计入弹性压缩的恒载内力 93.4
2、汽车荷载效应计算95.荷载作用效应组合146.主拱圈正截面强度验算157.拱圈总体“强度稳定”验算18等截面空腹式悬链线石拱桥1.设计依据与基础资料1.1标准及规范1.1.1标准跨径：净跨径, 净矢高,设计荷载：公路II级汽车荷载，人群荷载桥面净宽：净9+20.25m人行道。1.1.2规范公路工程技术标准JTG B01-2003公路桥梁设计通用规范JTG D60-2004（以下简称通规）公路圬工桥涵设计规范JTG D61-2005（以下简称圬规）1.1.3参考资料公路桥涵设计手册拱桥上册（人民交通出版社 1994）（以下简称手册）1.2主要尺寸及材料半拱示意图 图1-11.2.1主拱圈尺寸及材
3、料主拱圈采用矩形截面，其宽度，厚度，采用M12.5砂浆砌筑MU50粗料石，容重为1.2.2拱上建筑尺寸及材料1）主拱圈每半跨布置3个圆弧形腹拱圈。腹拱圈厚度，净跨，采用M10砂浆砌筑MU40块石，容重为。2）拱上横墙为横墙式。纵桥向宽为0.8m，采用M10砂浆砌筑MU40块石，容重为。3）拱上侧墙用直立式等宽构造。顶宽0.9m, 采用M10砂浆砌筑MU40块石，容重为。4）拱顶填料，桥面铺装层，换算容重，安全护栏。2.确定拱轴系数拱轴系数m的确定，一般采用“五点重合法”进行试算。先假定一个m值，定出拱轴线，根据拟定的上部构造各部分的几何尺寸，计算半拱恒载对拱脚截面形心的弯矩和自拱顶至跨的恒载对
4、跨截面形心的弯矩。其比值。求得后，可由中反求m值。若求得的m与假定的m不符，则将求得的m作为假定值，重复上述计算，直到两者接近为止。式中：L/4截面处的拱轴线坐标值；拱轴线计算矢高；拱顶至拱跨L/4截面自重对L/4截面的弯矩值；拱顶至拱脚截面自重对拱脚截面的弯矩值。2.1 首次假设及验证m值 先假设拱轴系数为m=2.814.根据，利用631124060106高兴军3.000.xls求得各x点处的y值，从而确定悬链线的形状位置，进而绘制立面图，横断面图，见图631124060106高兴军2.dwg利用CAD求面域，得弯矩如下：1/4处： 主拱圈： 腹拱： 拱上侧墙： 拱顶填料：拱上横墙：拱脚处：
5、 主拱圈： 腹拱： 拱上侧墙：: 拱顶填料： 拱上横墙：故， 得m=3.001得出m值与假设的2.814有较大差别2.2二次假设及验证m值 以m=3.00再次进行计算如下： 拱脚处： 主拱圈 面积: 30.9478 质心: X: 11.9744 Y: 6.8333 腹拱： 面积: 5.2091 质心: X: 6.5087 Y: 10.1747 拱上横墙： 面积: 7.4716 质心: X: 6.3094 Y: 7.5084 拱上填料： 面积: 23.0972 质心: X: 12.1030 Y: 10.6332 拱上侧墙： 面积: 23.0972 质心: X: 12.1030 L/4拱圈处主拱圈
6、： 面积: 14.2082 质心: X: 6.2907 Y: 1.3667腹拱： 面积: 0.3915 质心: X: 0.4477 Y: 1.7376拱上填料： 面积: 12.9215 质心: X: 4.7771 Y: 2.4025 拱上侧墙： 面积: 12.9215 质心: X: 4.7771 Y: 2.4025 得m=3.004 与假设m值相差不大，故可以此值m=3.004作为拱轴系数。故：1）拱轴线拱脚处切线与水平线交角（以下表值均见手册），2）拱脚投影水平投影，竖向投影3）计算跨径和计算矢高计算跨径计算矢高计算矢跨比：3.主拱圈截面内力计算3.1拱圈弹性中心及弹性压缩系数3.1.1弹性
7、中心计算弹性中心离拱顶距离，可以由手册附表（III）-3求得。3.1.2弹性压缩系数 按手册公式4-18，由于弹性压缩引起的弹性中心的赘余力为。系数和可自手册附表（III）9和附表(III)-11求得。I为弯曲平面内截面惯性矩,A为截面面积，r为截面绕x轴回转半径。 3.2裸拱状态下截面内力验算： 弯矩和水平力，采用力法可得： 注：式中V1,V2可从手册附表（III）-15、16查得. 由静力平衡条件得 （1）拱脚的弯矩和轴向力为: ， (2)计算L/4截面的内力： ， (3)计算拱顶截面的内力： 项目拱顶1/4截面拱脚M(kN.m)2322.1329-988.6133794.370H(kN)
8、8825.3759441.17511330.932 整理裸拱状态截面内力如下：3.3恒载内力计算3.3.1不计弹性压缩的恒载推力3.3.2计入弹性压缩的恒载内力 以拱顶截面为例计算各项内力如下：计入弹性压缩的剪力轴向力弹性压缩弯矩 它截面的计算方法相同:1/4截面： ，拱脚处： ，项目拱顶1/4截面拱脚Q(kN)0 57.8997 117.502Ng(kN)15496.056 16511.626 22038.51Mg(kN.m)560.754214.081 -1170.028 恒载内力计算结果见表：3.4汽车荷载效应计算汽车荷载效应的计算采用影响线加载的方法，公路I级车道荷载均布荷载标准值，集
9、中荷载标准值当计算跨径小于和等于5m时，当大于50m时，当跨径在5m至50m时取直线内插值。对公路II级车道荷载应按公路I级车道荷载乘以0.75的折减系数（参照通规4.3.1）,本计算题中经规范折减计算得：均布荷载：集中荷载： 加载公路II级均布荷载时，拱顶截面考虑弹性压缩的弯矩及与其相应的影响线面积，可以自手册附表III14查得，其值为：影响线面积；相应的轴向力影响线面积。加载公路II级集中荷载时，不考虑弹性压缩的截面弯矩影响线坐标可以自手册附表III-13查得，其值为：；与其相应的水平推力影响线坐标可以自手册附表III-12查得，其值为：；与其相应的拱脚截面竖向力影响线坐标值可以自手册附表
10、III7查得。注意:为考虑拱上建筑与拱圈的联合作用，对于拱上建筑为拱式的结构，计算正弯矩时L/4截面应考虑0.7的折减系数；拱脚截面考虑0.9的折减系数。（参照圬规4.3.1）。拱圈宽度为9.5m,承载双车道公路II级汽车荷载，故每米拱宽承载均布荷载,承载集中荷载。加载公路-II均布荷载，拱顶截面考虑弹性压缩的弯矩及与其相应的轴向力的影响线面积，其值为： 弯矩影响线面积：轴力影响线面积： 加载公路-II集中荷载，拱顶截面不考虑弹性压缩的弯矩及与其相应的轴向力的影响线坐标，其值为：弯矩影响线坐标：轴力影响线坐标：（1）拱顶截面拱顶截面弯矩及其相应的轴向力影响线面积 影响线 正弯矩负弯矩均布荷载考
11、虑弹性压缩弯矩影响线面积0.007383*2576.476=19.0221-0.00449*2576.476=-11.5684 相应轴向力影响线面积0.3492*50.759=17.7250.29266*50.759=14.855集中荷载不考虑弹性压缩弯矩影响线坐标0.0545*50.759=2.766-0.0113*50.759=-0.5735相应水平推力影响线坐标0.2331*4.99547=1.16440.1093*4.99547=0.5460 正弯矩 均布荷载作用下考虑弹性压缩的弯矩 相应轴力： 集中荷载作用下不考虑弹性压缩的弯矩： 相应水平推力： 弹性压缩附加水平推力: 弹性压缩附加
12、弯矩: 考虑弹性压缩后水平推力：考虑弹性压缩后弯矩：负弯矩 均布荷载作用下考虑弹性压缩的弯矩 相应轴力： 集中荷载作用下不考虑弹性压缩的弯矩： 相应水平推力： 弹性压缩附加水平推力: 弹性压缩附加弯矩: 考虑弹性压缩后水平推力：考虑弹性压缩后弯矩： 拱脚截面弯矩及其相应的轴向力影响线面积 影响线 正弯矩负弯矩均布荷载考虑弹性压缩弯矩影响线面积0.0202*2576.476=52.044-0.00672*2576.476=-17.314 相应轴向力影响线面积0.4504*50.759=22.8620.3572*50.759=18.131集中荷载不考虑弹性压缩弯矩影响线坐标0.05450*50.7
13、59=2.766-0.05870*50.759=-2.979相应水平推力影响线坐标0.1986*4.99547=0.99210.0648*4.99547=0.323相应左拱脚反力影响线坐标0.293630.93743（2） 拱脚截面 正弯矩 均布荷载作用下考虑弹性压缩的弯矩 相应轴力： 集中荷载作用下不考虑弹性压缩的弯矩： 相应水平推力： 弹性压缩附加水平推力: 弹性压缩附加弯矩: 考虑弹性压缩后水平推力：考虑弹性压缩后弯矩：与相应的左拱脚反力：拱脚轴向力：负弯矩 均布荷载作用下考虑弹性压缩的弯矩 相应轴力： 集中荷载作用下不考虑弹性压缩的弯矩： 相应水平推力： 弹性压缩附加水平推力: 弹性压
14、缩附加弯矩: 考虑弹性压缩后水平推力：考虑弹性压缩后弯矩：与相应的左拱脚反力：拱脚轴向力：(3)L/4截面 L/4截面弯矩及其相应的轴向力影响线面积 影响线 正弯矩负弯矩均布荷载考虑弹性压缩弯矩影响线面积0.008797*2576.476=22.665-0.0106*2576.476=-27.311 相应轴向力影响线面积0.22126*50.759=11.2310.4672*50.759=23.715集中荷载不考虑弹性压缩弯矩影响线坐标0.05438*50.759=2.7612-0.0231*50.759=-1.173相应水平推力影响线坐标0.23309*4.99547=1.16490.109
15、22*4.99547=0.546 正弯矩 均布荷载作用下考虑弹性压缩的弯矩 相应轴力： 集中荷载作用下不考虑弹性压缩的弯矩： 相应水平推力： 弹性压缩附加水平推力: 弹性压缩附加弯矩: 考虑弹性压缩后水平推力：考虑弹性压缩后弯矩：负弯矩 均布荷载作用下考虑弹性压缩的弯矩 相应轴力： 集中荷载作用下不考虑弹性压缩的弯矩： 相应水平推力： 弹性压缩附加水平推力: 弹性压缩附加弯矩: 考虑弹性压缩后水平推力：考虑弹性压缩后弯矩：(4)拱脚，拱顶和1/4截面汽车荷载汇总： 汽车荷载效应汇总表荷载效应单位 拱 顶 1/4截面 拱 脚正弯矩Mmax负弯矩Mmin正弯矩Mmax负弯矩Mmin正弯矩Mmax
16、负弯矩Mmin弯矩kNm191.13-50.6776.06-90.14238.57-199.41水平推力Kn94.8655.3284.1270.02 89.36 48.22轴向力88.1187.025.荷载作用效应组合 荷载组合按照通范4.1.6进行，效应组合表达式为： 式中：结构的重要性系数，取为1.0； 承载能力极限状态下的作用基本组合的效应组合标准值； 第i个永久荷载作用效应的分项系数，取为1.2； 第i个永久作用效应的标准值； 汽车荷载效应的分项系数，取为1.4； 汽车荷载效应（含冲击力和离心力）的标准值； 在作用效应组合中除汽车荷载(含冲击力、离心力)的其它可变作用效应的组合系数，取
17、为0.7； 在作用效应组合中除汽车荷载效应(含冲击力、离心力)、分荷载外的其它第j个可变作用效应的分项系数，取为1.4； 在作用效应组合中除汽车荷载效应(含冲击力、离心力)外的其它第j个可变作用效应标准值。编号内力组合系数拱顶截面 l/4截面拱脚截面MNMNMN恒载1.2560.75415496.06 214.081 16511.63 -1170.0322038.51 汽车Mmax1.4191.1394.8676.0684.12238.57 89.36 汽车Mmin1.4-50.6755.32-90.14 70.02-199.4148.221恒+汽max940.48618728.07363.3
18、81219931.72-1070.0326571.312恒+汽min601.96618672.72130.701219911.98-1683.2126513.72 荷载组合表5.主拱圈正截面强度验算拱圈截面强度验算按照圬规（4.0.5）式进行 （4.0.5）其中 轴向力设计值； A构件截面面积； 砌体轴心抗压强度设计值； 偏心距e和长细比对构件抗压强度承载力的影响系数，见圬规第4.0.6。式中：分别为x、y方向偏心受压构件承载力影响系数； 分别为x方向、y方向截面重心至偏心方向截面边缘的距离； 分别为x方向、y方向的偏心距；截面形状系数，对于圆形截面取2.5，对于T形或U形截面取3.5，对于箱
19、形截面或矩形截面（包括两端设有曲线形或圆弧形的矩形墩身截面）取8.0。弯曲平面内的截面回转半径；与砂浆强度等级有关的系数，当砂浆强度等级大于或等于M5或为组合构件时，取0.002；当砂浆强度为0时，取0.013；构件x方向、y方向的长细比，当小于3时取3。；，为不同材料构件长细比修正系数；为构件计算长度，拱的纵、横向计算长度参照圬规5.1.4，其中无铰拱取，为拱轴线长度，可以由手册附表III（8）求得。 由于在强度验算中可以不计的影响（圬规5.1.4），故 主拱圈正截面强度验算 截面编号MdNdeyAfcd拱顶截面1940.4868601.96680.046070.9794439405.320218728.0718672.720.0324660.9896839817.300l/4截面1363.3812130.70120.0232500.9946840018.46219931.7219911.980.0052320.999740220.43拱脚截面1-1070.03-1683.21-0.04060.984039588.78226571.3126513.72-0.06290.962338715.73 由表中数据可知主拱圈各截面正截面强度满足规范要求。
