桥梁工程课程方案任务书

1、等截面悬链线圬工拱桥设计任务书1. 目的与要求1）通过课程设计使学生进一步熟悉拱桥的纵横断面和平面布置以及它的主要构件和各构件的主要尺寸及构造细节。2）通过主要承重结构主拱圈的设计计算，使同学进一步掌握圬工拱桥上部结构的内力计算步骤，原理和方法。3）熟悉有关拱桥内力计算图表的用法。4）要求同学必须在1 周之内完成：A 圬工拱桥设计计算书一份；B 绘制拱桥的总体布置图（立面图、纵横断面图、平面布置图及大样图）一张，内容要正确齐全，尺寸无误，布图合理，线条清晰，并要求做到计算尺寸与图上尺寸一致，说明要与图纸相符。2. 设计资料1. 设计说明1）该课程设计是一座圬工无铰拱桥的上部结构的设计计算。2）

2、拱桥的拱轴线形为悬链线。2. 主要技术指标座位号车道荷载人群荷载 kN/m2净跨径 m净矢高 m15公路 I级3.050101610公路 I级3.0 kN/m24081115公路 I级3.0 kN/m23061620公路 I级3.0 kN/m22042125公路II级3.5 kN/m250102630公路3.5 kN/m2408II 级3135公路3.5 kN/m2306II 级3640公路3.5 kN/m2204II 级4145公路3.0 kN/m25010II 级4651公路3.0 kN/m2408II 级桥面净宽：净72×1.0m。桥面纵坡为 0，双向横坡 1.0。3. 材料及

3、相关数据拱上建筑拱顶填土 0.5m，包括桥面系的计算厚度为 0.736m，换算平均容重 1 20kN/m 3，拱上护拱为浆砌片石，容重 2 23kN/m3，腹孔结构材料容重 3 24kN/m 3，主拱拱腔填料为砂、砾石夹石灰渣黄土，包括两侧侧墙的平均容重 4 19kN/m3。主拱圈10 号砂浆 40 号块石，容重 5 24kN/m3，极限抗压强度 Ra6.5Mpa 6.5×103 kN/m2，极 限 直 接 抗 剪 强 度Rt 0.33Mpa 0.33 × 103kN/m 2 ， 弹 性 模 量E=800Ra=5.2kN/m 2。拱圈设计温度差为± 15。桥墩27

4、.5 号砂浆30 号片石，材料容重 6 23kN/m3 ，极限抗压强度Ra3.0kN/m2。地基土为中等密实的卵石夹砂、碎石，其容许承载力 0 500kN/m2，基础与地基间的滑动摩擦系数取 0.5。桥台5 号砂浆砌30 号片石、块石，容重 7 23kN/m3，极限抗压强度Ra2.5kN/m2，极限直接抗剪强度Rt 0.24kN/m2。墩、台基础为 15 号片石混凝土 824kN/m3。台后填砾石土，夯实，内摩擦角35°，填土容重 9 18kN/m3。地基条件与桥墩相同。4. 设计依据及参考文献1）中华人民共和国行业标准公路桥涵设计通用规范JTG D60-2004,人民交通出版社，

5、2004 年 9 月；2）中华人民共和国行业标准 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 JTG D62-2004,人民交通出版社， 2004 年 9 月3）公路桥涵设计手册拱桥上册，1994 年 6 月，人民交通出版社；4）公路桥涵设计手册基本资料 ， 1993 年 7 月，人民交通出版社；5）桥梁计算示例集拱桥第二版，2000 年 10 月，人民交通出版社；6）本课程教材桥梁工程 ，人民交通出版社；7）有关拱桥设计图纸。3. 设计方法与内容1计算说明书(1) 说明概述设计的要求和依据， 设计过程中考虑的具体问题、 设计内容等。(2) 拟定尺寸3查阅交通部部标准公路砖石及混凝土桥涵设计规范

6、、公路设计手册 ( 拱桥) 与桥梁工程等有关资料，拟定拱圈和拱上建筑的各部尺寸。栏杆部分可套用标准图设计。(3) 确定拱轴系数拱轴系数的确定，一般采用五点重合法，即假定一个m 值，定出拱轴线，拟定上部结构各种几何尺寸， 计算出半拱恒载对拱脚截面形心的弯矩Mj 和自M拱顶至 1/4 跨的恒载对 1/4 跨截面形心的弯矩 M1/4。其比值M1 y14 4 。求j fy121f得4值之后，可由 m21 反求 m 值，若求出的 m 与假定的 m 值f2y14不符，则应以求得的m 作为假定值，重复上述计算，直至两者接近为止。一般认为，选用较小的拱轴系数较好。计算上部结构尺寸内容包括：计算主拱圈几何尺寸：

7、注意在主拱圈截面特性计算时，确定截面高度的系数 ( 与汽车荷载相应 ) ；确定计算跨径及计算矢高；此时应先假定拱轴系数；计算拱脚截面的投影、计算主拱圈坐标（计算中涉及大量查阅公路设计手册( 拱桥 ) ( 上、下册 ) ）；拱上构造尺寸：通过拟定腹拱圈、腹拱墩的厚度后，应精确计算出各腹拱墩( 即横墙 ) 的中心高度及中心坐标 、对应的拱背点的坐标及几何关系。恒载计算恒载计算分主拱圈、拱上空腹段、拱上实腹段三部分计算内容，均不考虑腹拱推力和弯矩对主拱圈的影响；主拱圈恒载：计算主要通过查拱桥手册表( ) 19(8) 进行；4拱上空腹段的恒载： 包括腹孔上部、 腹孔下部横墙 ( 腹拱墩 ) 集中力的计

8、算，其中腹孔上部计算套用拱桥手册上册表3-1 、表 1-10 、表 1-9 较为方便；拱上实腹段的恒载：重点在于拱上悬链线曲边三角形部分的恒载计算，可按悬链线拱侧墙体积公式进行( 取横桥向 lm 计) ；各块恒载对拱脚及拱跨L/4 截面的力矩计算；对以上计算进行汇总，目的在于算出 L/4 截面与拱脚截面弯矩比及m 。(4) 拱轴系数验算计算 m值，与原假定拱轴系数 m值作比较，若不符，则以计算值相近的表列级数值作为假定值，重新进行计算，直到两者之差不超过半级表列值为止。然后选定最接近最后计算比值的表列拱轴系数值作为设计拱轴系数。(5) 拱圈截面内力计算验算拱顶、 拱跨 L/4 截面和拱脚三个截

9、面的内力。 其余截面的计算步骤基本相同。结构自重内力计算弹性压缩系数 值可直接查拱桥手册表 ( ) 9，表 ( ) 11。计算出不计弹性压缩的恒载推力以后，即可计算计入弹性压缩的恒载内力。活载内力计算根据现行规范的荷载标准，公路汽车荷载为均布荷载和一个集中荷载的叠加，因此在进行内力计算时，只需要查出相应的影响线面积和竖标，即可进行活载内力计算。温度变化内力计算给出拱圈砌体的线膨胀系数 值后，即可按已知条件计算温度变化内力。因温度下降时的内力与温度上升时的内力大小相等，符号相反，故列表只计温升( 或温降 ) 内力即可。内力组合5按现行桥规的规定，对以上已计算的内力进行组合，注意正确确定各种荷载的安全系数。(6) 拱圈验算正截面抗压强度和偏心距验算通过正确确定各种荷载系数后，对已计算的各种荷载进行组合。拱脚竖直截面 ( 或正截面 ) 抗剪强度验算对于板拱截面，只需按竖向截面进行抗剪强度验算即可。裸拱验算裸拱的验算包括在裸拱自重内力作用下，强度及稳定性的验算；首先通过计算弹性中心的弯矩和推力，可按拱桥手册 ( 下册 ) 表( ) 15、表( ) 16 要求计算，从而利用表 ( ) 19 值分别对拱顶截面、截面、拱脚截面进行弯矩、轴力、偏心距