长安大学拱桥课程设计电子版

1、悬链线箱形拱桥课程设计任务书1设计资料设计荷载： 公路I级，人群荷载3.5KN/m2 .矢跨比 1/4 桥宽 1.5+9+1.5拱顶填土包括桥面的平均高度hd = 0.5m净跨径：l 0 =45m+3*5=60m;合拢温度： 10o c最高月平均温度 30 o c最低月平均温度 0 o c2. 主要构件材料及其数据桥面铺装为8cm钢筋混凝土（ 4 = 25 KN/m3）+6cm沥青混凝土（ 2 = 23 KN/m拱顶填土材料容重=22.5 KN/m护拱及拱腔为1号石灰砂浆砌筑片石，2 = 23 KN/m3腹拱圈为C30混凝土预制圆弧拱，3 = 24.5 KN/m3腹拱墩为C30钢筋混凝土矩形截

2、面排架式墩，4 = 25 KN/m3主拱圈为C40钢筋混凝土箱形截面，5 = 25.5 KN/m33.设计依据1 交通部部标准公路桥涵设计通用规范（ JTGD60 2004）；2 交通部部标准公路圬工桥涵设计规范 JTG D61-2005；3 交通部部标准公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTGD602004；二、拱圈截面的几何要素的计算 （一）主拱圈横截面设计三、确定拱轴系数3.1上部结构构造布置上部结构构造布置如下图所示:图3.1上部结构构造尺寸（单位：cm）3.1.1主拱圈假定 m=2.514，相应的 y?/f=0.215 , fo/lo=1/4，查拱桥(上册)表(III) -2

3、0(6)得:sin 炉0.76774 , cos j=0.64076,巾=50?094.95主拱圈的计算跨径和计算矢高：l =l 0+2y 下 sin $ j =85+2X 0.8449 x 0. 76774=86.2973 mf =f0+y下(1cos $ j)=21.25+0.8449 x(1 0.64076)= 21.8035 m拱脚截面的水平投影和竖向投影x=Hsin j=1.65 x 0.76774=1.2668my=Hcos(j=1.65 x 0.64076=1.0573m将拱轴沿跨径24等分，每等分长l2486.2973243.5957m，每等分点拱轴线的纵坐标y,节f （其中半

4、由拱桥（皿）-1查得），相应的拱背曲面坐标y1y1 -y，拱腹曲面坐标y1cosy1y下cos具体数值见下表:表3.1主拱圈几何性质表截面号y1 上*下y上y下、x*cosVccsco5-y1cosJ1cosk123456789043.1487121.8035 0.640761.25651.318620.547023.1221139.55300.814017.7484 0.694221.15971.217016.588718.9655235.95730.653414.2466 0.745781.07951.132913.167015.3795332.36160.515411.23760.794

5、21.01371.063810.223912.3015428.76590.39768.66980.838390.96031.00787.70959.6776525.17020.29816.49900.877570.91740.96285.58167.4618621.57450.21504.68780.911260.88350.92723.80435.6149717.97880.14703.20490.939280.85710.89952.34784.1045814.38310.09292.02500.961710.83720.87851.18792.9036910.78740.05171.12

6、780.978740.82260.86330.30521.9910107.19170.02280.49770.990650.81270.8529(0.3150)1.3505113.59600.00570.12390.997680.80700.8469(0.6831)0.9708120.00000.00000.000010.80510.8449(0.8051)0.84493.1.2拱上腹孔布置从主拱圈两端起拱线起向外延伸3m后向跨中对称布置4孔圆弧小拱，腹拱圈厚d 0.35m，净跨径I。5.6m，净矢高f。0.7m，座落在宽为0.5m的钢筋混凝土排架式腹孔墩支撑的宽为 0.6m的钢筋混凝土盖梁上

7、。腹拱拱顶的拱背 和主拱拱顶的拱背在同一标高。腹孔墩墩中线的横坐标lx以及各墩中线自主拱拱背到腹孔起拱线的高度h % y上 (1 -) (d f0)，分别计算如下表：cos表3.2腹孔墩咼度计算表项目lx2lxIkf*1彳m 1(chk 1)tg人行道构件(图1)a. 人行道块件，丫 =25kN/m0.05 X 0.3+(0.07+0.15) X 0.6/2+0.2 X 0.75+1.75 X 0.15+0.2 X 0.8 X 25 X 2=32.675kN/mb. 人行道板，丫 =24kN/m2.25 X 0.03 X 24 X 2=3.24kN/mc. 人行道板下填砂层，丫 =18kN/m

8、2.25 X 0.02 X 18 X 2=2.16kN/md. 人行道块件内水管铸铁容重为78.5kN/m2 3，水的容重为10kN/m3，水管内径为 35cm，外径为 36cm。nX 0.355 X 0.01 X 78.5* X X/43X 2=3.6752kN/me. 人行道块件里填砂砾石或装电缆，丫 =18kN/m1.75*0.6 - nX 0.36 X 18 X 2=34.1356kN/m每延米桥长人行道构件重力刀=75.8858kN/m fk shkl(m 1)1cosVtg21h1号立柱39.10.90621.425317.27861.02871.434615.87872号立柱32

9、.90.76251.199311.65940.79181.275510.38753号横墙26.70.61880.97337.37700.59561.16396.19504号墩拱座20.71760.48010.75524.30590.43531.09063.1829空、实腹段分界线20.63530.47820.75224.27010.43321.08983.1478f 1由一丄-，根据圆弧线拱轴方程得lo8sin 0=0.470588 , cos =0.882353 ,如=28?0420腹拱拱脚的水平投影和竖向投影x=d X sio=0.35 X 0.470588=0.1647my=d X co

10、s=Qi35 X 0.882353=0.3088m上部结构恒载计算恒载计算，首先把桥面系换算成填料厚度，然后按主拱圈、横隔板、拱上 空腹段、拱上实腹端及腹拱推力共5个部分进行。3.2.1桥面系1桥面系桥面系包括栏杆、人行道构造和附设的管路。栏杆每幅长3.50m，栅板分三部分预制,如图4所示。(1) 每侧栏杆的重力中栅0.041 X 25=1.025kN边栅2X 0.0244 X 25=1.22kN立柱0.0852 X 25=2.13kN中底枋0.0144 X 25=0.36kN边底枋2X 0.01284 X 25=0.642kN扶手0.042 X 25=1.050kN刀=6.427kN每延米桥

11、长的栏杆重力g=6.427X 2/3.868=3.493kN/m(0.65 X 22.5+0.08 X 25+0.06 X 22=216.06kN/mX 22.5)=0.8526m以上三部分恒载由拱圈平均分担，则换算容重为丫 =22.5kN/m3的计算平均填料厚度为:hd=(3.493+75.8858+216.06”(15.43.2.2主拱圈p) 12表(川)-19(7)值 A 430.57823 9.740668 86.2937 25.512393.9184kNM 1/4表(川)-19(7)值A 4l420.12685 9.740668 86.297325.5458661.5884 kN m

12、表(川)-19(7)值A 4l2420.53532 9.740668 86.297325.54247557.9147kN m3.横隔板横隔板的设置受箱肋接头位置的控制， 横隔板。(1)箱肋有关几何要素a.箱肋截面积(图箱肋喷截面布賈 (尺寸眼苛：mJ必须先确定接头位置后再按箱肋轴线等弧长布置A=2 X 0.1 X 1.45+1.0 X 0.1+2 X 0.1 X 0.1/2=0.4mb. 箱肋截面静矩J=2 X 0.1 X 1.45 X 1.45/2+1.0 X 0.10 X 0.10/2+2 X 0.1 X 0.1 X (0.1/3+0.1)/2=0.2166m3c. 截面重心距箱底的距离y

13、下=J/A=0.541md. 箱肋计算跨径l=l0+2 y下sin 序85+2 X 0.541 X 0.76774=85.8307me. 箱肋轴线弧长S=2 X 0.5782599.2598m(2)确定箱肋接头、设置横隔板a确定接头位置箱肋分三段吊装合拢，接头宜选在箱肋自重作用下弯矩值最小的反弯点附近，即E =0.350.37之间，此处相应的弧长为 (图6):Sx0 &_2sh2k d L (0.355-0.376028) l/2 15.2349m16.1374m式中0，12sh 2 k d值根据E值从拱桥(例集)的附表1-1内插算得。b布置横隔板横隔板沿箱肋中轴线均匀设置，取板间间距Al=3

14、.17m,中段箱肋设11道横隔板，端横隔板到接头中线的距离为 0.3m，则中段箱肋弧长之半为：Sii/2=(3.17 X 10+2 X 0.3)/2=16.15m则接头位置刚好在E =0.37处。端段箱肋弧长Si =(S Sii)=(99.2598 32.3)/2=33.4799m端段箱肋设11道横隔板，则端横隔板距起拱面的长度为：A S=S 3.17 X 10 0.3=1.4799m(3)横隔板与接头加强部分的重力横隔板厚均为0.06m。靠拱脚的一块为实心板，其余均为空心板。接头处两相邻横隔板 之间以及拱脚截面至第一块横隔板之间的箱底板和两侧板均加厚0.10m ,加强后的断面尺寸如图7所示。

15、自$牛列屮井ra?横隔板尺j號位：啊a.横隔板重力空心板P=(1.0 X 1.350.6 X 0.95+4 X2/2.)1X 0.06+4X 0.5 X 0.05 2X 1.35 X 25X 9=12.319 kN实心板P=(1.0 X 1.35 X 0.062b.中接头加强部分P=2 X 0.1 X 0.54 X 1.35+0.1 X O3X X101.024X 0.5 X 0. 05 X 1.35 X 9X 25=41.01 kN+4X 0.5 X 0. 05 X 1.35) X 9 X 25=19.74375 kNC.拱脚加强段P=0.1 X 2X 1.35 X 1.1799 +0.1

16、X 1.1799 X (1. 0-2X 0.1)2 X 0.5 X 0. 052X 1.35 X 9X 25=92.1578 kNd.各集中力作用线的横坐标各集中力作用线的横坐标lx,可以根据k dS 1/2值从拱桥(例集)书后附表1查得E值，再由1=1 XE求得。lx的值和各集中力分别对1/4和拱脚截面的力臂见表3。横隔板的横坐标与力臂计算表表3集中力编号Sx0 L=2Sx/l2sh 2 k d肋Elx=l 肋E /2力臂l/4-lxl/2-lx1号3.170.07390.07383.167518.406839.98112号6.340.14770.14746.324315.250036.82

17、433号9.510.22160.22039.456012.118333.69264号12.680.29550.292612.55509.019330.59365号15.850.36930.364815.65655.917927.49226号16.450.38330.377716.20845.365926.94027号19.620.45720.446519.16002.414423.988768.49258号22.790.53100.514222.067021.08179号25.960.60490.580124.895118.253510号29.130.67880.644027.638515.5

18、10211号32.30.75260.705630.281812.866812号35.470.82650.764832.819810.328913号38.640.90040.821535.25617.892614号41.810.97420.875937.58875.559915号44.981.04810.927839.81743.3312314.337516号48.151.12200.977441.94371.20500号00.00000.00000.000021.574343.1487中接头16.150.37630.371315.93255.641927.2162拱脚加强段48.8891.13

19、920.988742.42900.71964拱上空腹段腹孔上部(见图8)腹拱圈外弧跨径I 外=l o+2dsin o=5.6+2 X 0.35 X 0.470588=5.9294m腹拱圈内弧半径Ro= I o/(2sin o)=5.6/(2X 0.470588)=5.95m腹拱圈重力Pa=2 眈Rd 3Bo=2 X 28?0420 Xn /180 X (5.95+0.35/2) X 0.35 X 24.5 X 15.4=792.584kN 腹拱上面的护拱重力Pb=(2sin o-sin 0cos -枷)R2 $Bo=(2 X 0.4705880.470588 X 0.8823538?0420

20、Xn /180) X (5.95+035/2X 15.4=479.510kN填料及桥面系重力Pc=l 外 hd-nB0=5.9294 X 0.8526 X 22.5 X 15.4=1751.698kN图8腹孔上部构造图9拱脚构造Pd=(0.6 -x)y 4+f(f0+d-y) 2枷巾(0.62x)B 0=(0.6-0.1647) X 0.3088 X 25+(1.050.3088) X 23+0.8526 X 22.5 X (0.6.1647) X 15.4=202.7536kN一个腹拱总重力：P近Pi=792.584+479.51+1751.698+202.7536=3226.5456kN(

21、2)腹孔下部(见图10)盖梁重力P=0.6X 0.5 X15.4+4 X (1.5+0.5) X 0.5 X 0.3/2X25=130.5kN底梁重力P=0.5X 0.5 X15.4+4 X (0.7+1.3) X 03XX30X/0.5/2X 25=105.125kN1 号立柱重力P=4X(15.87871.5) X 0.5 X 0.5 X 25=359.4675kN2 号立柱重力P=4X(10.38751.5) X 0X 25=222.1875kN3 号拱墙重力P=0.6 X 16.2+(6.195 0.5) X 15.4+2 X 0.3 X 0.4/22 X ( nX拱顶填料及桥面系重P

22、18=lxhd yBo=20.6353 X 0.8526 X 22.5 X 15.4=6096.2025kN 悬链线曲边三角形P19=|f1(shkE k EY0/2(m1)k=86.2973 X 21.3521/2X (2.1X 1.5729X (sh 0.75220.7522 ) X 23X 15.4=10003.506kN式中f1= f +y 上(11/cos j沪 21.8035 +0.8051 X (11/0.64076)=21.3521m其重心距原点(拱顶)的水平距离/0+0.3 X 1) X 0.5 X 25=1201.97kN4 号腹拱座重力 P=(3.1829+0.3088/

23、2) X 0.1647 X 25 X 15.4=211.6165kN腹孔集中力P13=3226.5456+130.5+105.125+359.4675=3821.6381 kNP14=3226.5456+130.5+105.125+222.1875=3684.3581 kNP15=3226.5456+1201.97=4428.5156 kNP16=(3226.5456202.7536) /2+211.6165=1723.5125 kN5. 拱上实腹段(见图11)n |x=(shk E k E /2)-(chk E 1)/0.752 l x=15.5177m6腹拱推力靠近主拱拱顶一侧的腹拱，一般

24、多做成两平铰拱， 在较大的恒载作用下和考虑到周围的填料等构造的作 用，可以折中地按无铰圆弧拱计算其推力，而不计弯 矩的影响。腹拱拱脚的水平推力F=(Cig i+C2g2+C3g3)RBo式中g1=Yhd=22.5 X 0.8526=19.1835kN/m5.76472/4 ?=16.0547kN/mg2= Y(R+d/2)(R+d/2) 2 l2/4 ?=23 X (6.125+0.35/2)(6.125+0.35/2)g3= Yd=24.5 X 0.35=8.575kN?m由fo/lo=1/8和b=l/AR 2=0.000272查拱桥(上册)表(1)-4得C1=0.7769488 , C2=0.1072884 , C3=0.7900976F=(0.7769488 X 19.1835+0.1072884 X 16.0547+0.7900976 X 8.575) X 6.125 X 15.4=