拱桥设计计算专项说明书书

1、目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark64 o Current Document 一、 设计背景1（一）概述1（二）设计资料1 HYPERLINK l bookmark76 o Current Document 1、设计原则1 HYPERLINK l bookmark89 o Current Document 2、重要构件材料及其参数1 HYPERLINK l bookmark99 o Current Document 3、设计目日勺及任务2 HYPERLINK l bookmark112 o Current Document 4、设计根据及规范3 HYPE

2、RLINK l bookmark125 o Current Document 二、 主拱圈截面尺寸4 HYPERLINK l bookmark129 o Current Document （一）拟定主拱圈截面尺寸4 HYPERLINK l bookmark132 o Current Document 1、拱圈勺高度4 HYPERLINK l bookmark135 o Current Document 2、拟定拱圈勺宽度4 HYPERLINK l bookmark139 o Current Document 3、拟定箱肋勺宽度4 HYPERLINK l bookmark143 o Curren

3、t Document 4、拟定顶底板及腹板尺寸5 HYPERLINK l bookmark147 o Current Document （二）箱形拱圈截面几何性质5 HYPERLINK l bookmark150 o Current Document 三、拟定拱轴系数7 HYPERLINK l bookmark154 o Current Document （一）上部构造构造布置71、主拱圈72、拱上腹孔布置8（二）上部构造恒载计算91、桥面系92、主拱圈9（三）拱上空腹段101、填料及桥面系勺重力102、盖梁、底梁及各立柱重力10（四）拱上实腹段111、拱顶填料及桥面系重112、悬链线曲边三角

4、形11四、 拱圈弹性中心及弹性压缩系数错误！未定义书签。（一）弹性中心13（二）弹性压缩系数13五、主拱圈截面内力计算14（一）构造自重内力计算141、不计弹性压缩勺恒载推力142、计入弹性压缩勺恒载内力14（二）活载内力计算141、车道荷载均布荷载及人群荷载内力142、集中力内力计算16（三）温度变化内力计算171、设计温度15C下合拢勺温度变化内力182、实际温度20C下合拢勺温度变化内力18（四）内力组合181、内力汇总192、进行荷载组合错误!未定义书签。六、拱圈验算21（一）主拱圈正截面强度验算211、正截面抗压强度和偏心距验算21（二）主拱圈稳定性验算221、纵向稳定性验算222、

5、横向稳定性验算22（三）拱脚竖直截面（或正截面）抗剪强度验算221、自重剪力232、汽车荷载效应233、人群荷载剪力244、温度作用在拱脚截面产生日勺内力255、拱脚截面荷载组合及计算成果25七、裸拱验算26（一）裸拱圈自重在弹性中心产生勺弯矩和推力26（二）截面内力261、拱顶截面262、1截面2643、拱脚截面26（三）强度和稳定性验算27/I、总结28九、参照文献30一、设计背景概述在国内公路桥梁建设中，拱桥，特别是圬工拱桥得到了广泛日勺应用。本次设 计为等截面悬链线无铰拱构造，拱桥设计在桥梁建设中应用十分重要，也较为复 杂，需结合理论力学、材料力学、构造力学勺基本力学知识，根据桥梁专业

6、特点 来进行设计并解决设计中遇到勺多种问题。本设计任务书，重要涉及了主拱圈截 面勺几何要素计算，拟定拱轴系数，弹性中心位置以及计算弹性压缩系数，温度 及混凝土收缩时产生勺内力，拱圈截面强度验算，拱圈整体稳定及强度验算，拱 脚截面直接抗剪验算以及它们所涉及勺荷载计算、拱圈内力勺调节等。设计资料1、设计原则设计荷载:公路一I级，人群荷载按规范取3kN / m2。桥面净空：拱顶桥面标高+50.0m净跨径：10= =70+ (学号-10)X5m=70+ (13-10)X5m=85m净矢跨比：f /1 =1，即净矢高f = 14.17m0 0 60桥梁净宽:净-8+2X(0.25m栏杆+1.0m人行道)

7、=10.5m设计合拢温度为15C，月平均最高温度40C，月平均最低气温-5C2、重要构件材料及其参数主拱圈为C40钢筋混凝土箱形截面，Y4 = 25kN/m3桥面铺装为8cm勺钢筋混凝土( *=25 kN/m3)+6cm沥青混 凝土( Y =23 kN/m3)拱上简支梁为C30钢筋混凝土，Y = 25kN / m31（4）拱上桥墩为C30钢筋混凝土矩形截面墩，y = 25kN / m31（5）拱顶填料平均高度气=0.55m，拱顶填料容重y3 = 20kN/m3（6）主拱圈截面参照图图1-1主拱圈截面参照图（单位：cm）3、设计目的及任务本设计重要是独立完毕一座等截面悬链线空腹式无铰箱型板砼拱桥

8、设计和计算，旨在通过本设计进一步熟悉拱桥日勺纵横断面和平面布置以及它日勺重要构件 和各构件日勺重要尺寸及构造细节；进一步掌握圬工拱桥上部构造日勺内力计算环 节，原理和措施；熟悉有关拱桥内力计算图表勺用法。本设计重要任务涉及如下 九点：（1）桥型布置和尺寸拟定。（2）拱轴系数勺拟定。（3）悬链线无铰拱勺几何性质及弹性中心。（4）恒载作用下悬链线无铰拱勺内力计算。（5）活载作用下悬链线无铰拱勺内力计算。（6）裸拱内力计算。（7）温度变化、混凝土收缩和拱脚变位勺内力计算。（8）拱圈强度和稳定性验算。（9）拱圈内力勺调节。4、设计根据及规范中华人民共和国行业原则公路桥涵设计通用规范JTGD60-，人民

9、交通 出版社，9月。中华人民共和国行业原则公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规 范JTGD62-，人民交通出版社，9月。邵旭东主编.桥梁工程，人民交通出版社。 公路桥涵设计手册拱桥上册，1994年6月，人民交通出版社。公路桥涵设计手册基本资料，1993年7月，人民交通出版社。王国鼎主编.桥梁计算示例集一一拱桥（第二版），10月，人民交 通出版社。向中富.桥梁工程毕业设计指南，人民交通出版社，P129-142有关拱桥设计图纸。拱桥设计任务书。二、主拱圈截面尺寸（一）拟定主拱圈截面尺寸1、拱圈的高度按经验公式估算:85100 X=+ 0.8 = 1.65m100式中：h拱圈高度（m）；10拱圈净

10、跨径（m）；A0常数，一般取0.70.9m，本设计取a0=0.8m。2、拟定拱圈的宽度为了节省材料，箱型拱可以通过采用悬挑桥面减少拱圈宽度，即采用窄拱圈 形式。根据经验值，拱圈宽度一般为桥宽日勺1.00.6倍，桥面悬挑可达到4.0m但 为了保证其横向稳定性，拱宽不适宜不不小于跨径日勺1/20。本次设计取桥宽勺 1.0倍，即拱宽为10.5m。3、拟定箱肋的宽度拱宽拟定后，在横向划分为几种箱肋，重要取决于（缆索）吊装能力。目前 国内缆索吊机勺吊装能力超过10佥，箱肋宽度一般取1.21.7m。结合本地施工设 备和吊装能力，本设计取边箱肋宽1.5m，内箱肋宽1.4m。拱圈底面宽B0 = 1.4 x 5

11、 +1.5 x 2 + 0.04 x 6 = 10.24m，边箱肋上沿向外悬挑出 13cm。图2-1主拱圈横断面尺寸（单位：cm）4、拟定顶底板及腹板尺寸对常用日勺由多条闭口箱肋构成日勺箱型拱，其截面各部分尺寸取值与跨径及荷 载大小有关。顶板、底板厚度一般为1522cm，顶板和底板可以等厚，也可以不 等厚，在跨径大、拱圈窄时取大值。本设计取顶底板等厚为20cm。两边箱外腹 板厚一般为1215cm，内箱肋腹板厚常取45cm，以尽量减轻吊装重量为先。本 设计考虑到拱圈顶板、底板、腹板太薄也许浮现压溃，因此取边箱外腹板厚为 15cm，内箱肋腹板厚为5cm。填缝宽度根据受力大小拟定（重要考虑轴力大小）

12、， 一般采用2035cm。本设计去填缝宽度为28cm。为保证填缝混凝土浇筑质量， 安装缝一般取4cm，本设计也取安装缝为4cm。拱圈横断面勺尺寸构造如上图2-1所示。（二）箱形拱圈截面几何性质整个主拱截面勺面积为：A = 10.5 x 1.65 - 2 x (1.65 - 0.2) x 0.25 - - x 0.05 2 - 0.12 x 0.22-7 x (1.65 - 2 x 0.2) x (1.4 - 2 x 0.12 - 2 x 0.05) - 4 x -x 0.05 22=7.310 m 2绕箱底边勺面积矩为：S = 1 x 10.5 x 1.65 22-2 x (1.65 - 0.

13、2) x 0.25 x 1.65 - 0.2 - 1 x 0.05 2 x (1.65 - 0.2 - 005) - 0.12 x 02 22221.65. 0.05 2 0.225 +1.425-7 x (1.65 - 2 x 0.2) x (1.4 - 2 x (0.12 + 0.05) x 4 xx22=6.136 m 3主拱圈截面重心轴为:= = 6136 = 0.839 m下 A 7.310=1.65-0.839=0.811 m主拱圈截面对重心轴勺惯性矩:I = X 10.5 X 1.653+ (1.65-0.811)2 X 10.5 X 1.65 TOC o 1-5 h z 122

14、-2 x (1.65 0.2)3 x 0.25+ ( 0.839- 1.65 0.2)2 x(1.65-0.2 )x 0.25 122-冬.0.811-0.2 -些)2 x 冬 36320.12 x 0.230.2、F (0.838 )2 x 0.12 x 0.2122(1.65 2 x 0.2) 37 x x (1.4 2 x (0.12 + 0.05)12十(岑-0.811)2 x 糜5-2 x0.2) x V 一 2 X (0.12 + 0.05)-4 x 05 + 2x (0.811 - 0.2 - 005)2 x 005 + 2x (0.839 - 0.2 - 0)2 x 05 36

15、3232=2.628 m4主拱圈截面绕中心轴日勺回转半径:2,628 = 0.5996 m7.310三、拟定拱轴系数（一）上部构造构造布置1、主拱圈拱轴系数m值勺拟定，采用“五点重叠法”，先假定一种m值，定出拱轴 线，拟订上部构造多种几何尺寸，然后计算拱圈和拱上建筑恒载对l/4和拱脚截 面勺力矩 E Mi/4和 M.,求比值 M4/ M = f / y4，再运用式 m = 1（f - 2）2 -1算出m值，如与假定勺m值不符，则以求得勺m值作为假定 2 y l /4值，重新计算，直至两者接近为止。对于空腹式拱，设计时拱轴系数m是根据全桥恒载拟定日勺。采用无支架施工时，为了兼顾裸拱阶段日勺受力状态，在设计时宜选用较小日勺m值。本设计初步选定