等截面悬链线混凝土空腹式箱形拱桥设计.docx

1、桥梁工程 拱桥课程设计 学院：公路学院 班级：桥梁工程 学号： 姓名： 指导老师： 2014 计算书用 office2010 编写，如需利用里面的表格和公式，请安装office2010。 等截面悬链线混凝土空腹式箱形拱桥设计 一、 设计资料与基本数据 1.1 设计标准 (1)设 计荷 载：公路 级，人群荷载 2/3 mkN (2)桥梁宽度： 1.5m 人行道 +8m 行车道+ 1.5m 人行道 =11m (3)净跨径： ml 702050500 学号 (4)净矢跨比：71/ 00 lf，即净矢高 mf 100 (5)合拢温度 C010 ， 最高月平均温度 C030 ，最低月平均温度 C00 1

2、.2 主要构件材料及其参数 (1)桥面铺装为 8cm钢筋混凝土（ 31 /25 mkN ）+6cm沥青混凝土（ 32 /23 mkN ） (2) 拱顶填土材料容重 33 /5.22 mkN (3)拱上简支梁为C30 钢筋 混凝土， 31 /25 mkN (4)拱上桥墩为C30钢筋混凝土矩形截面墩， 31 /25 mkN (5)拱顶填 土包括 桥面的平均高度 mhd 5.0 (6)主拱圈为C40钢筋混凝土箱形截面， 34 /5.25 mkN 1.3 设计依据 1.交通部部标准公路桥涵设计通用规范（JTGD602004）； 2.交通部部标准 公路圬工桥涵设计规范 JTG D61-2005； 3.交

3、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（JTG D602004； 4.公路设计手册拱桥（上、下册）简称“拱桥”。 二、主拱圈截面的几何要素计算 2.1 主拱圈横截面设计 （1） 拱圈截面高度按经验公式估算 ： mlH 5.18.01 0 0701 0 00 （2）拱圈拟采用7个1.4m的拱箱组成，全宽mB 04.10604.074.10 ，拱圈横断面的 尺寸 构造（取一半）如下图所示：图2.1主拱圈横断面尺寸 （cm） （3）箱形拱圈截面几何性质： 整个主拱截面的面积为： 22 1 7 4.71.021281.198.0706.0)1.19.0(2125.18.9 mA 绕箱底边的

4、面积矩为： 3223 8 0 5.52 )25.125.0(1.02128)2.02 1.1(1.198.07)2.02 1.1(06.02 )1.19.0(25.18.921mS主拱圈截面重心轴为： mASyy 75.01 7 4.7 3 8 0 5.5 上下 主拱圈截面对重心轴的惯性矩 ： 4223333023.2)1.0312.075.0(1.021281.01.0361281.198.0121706.021.19.012125.18.9121mI 主拱圈截面绕中心轴的回转半径 ： mAIi 5 3 1.01 7 4.7 0 2 3.2 三、 确定拱轴系数 3.1 上部结构构造布置 上部

5、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 167.1m ，相应的71,245.0 0041 lffy ，查拱桥（上册） 表（） -20（1）得： 8 6 2 4 8.0c o s,5 0 6 0 9.0s in jj 主拱圈的计算跨径和计算矢高： myff myll jj 1 0 3 1.10)8 6 2 4 8.0175.0210c o s-12 7 5 9 1.705 0 6 0 9.075.0270s i n200 （）（下下 拱脚截面的水平投影和竖向投影： mHy mHx jj 2 9 3 7.18 6 2 4 8.05.1c o s

6、7 5 9 1.05 0 6 0 9.05.1s in 将拱 轴沿 跨径 24等分，每等分长 mll 9 4 8 3.2247 5 9 1.7024 ，每等分点拱 轴线 的纵坐标 ffyy 11(其中 fy1由() -1查得),相应的拱背曲面坐标cos11 上yyy ，拱腹曲面坐标cos11 下yyy 。具体数值见下表： 表3.1主拱圈几何性质表 截面号 x fy1 1y cos cos上y cos下y cos1 上yy cos1 下yy 0 35.3796 1 10.1031 0.86248 0.8696 0.8696 9.2336 10.9727 1 32.4313 0.836676 8.

7、4531 0.88234 0.8500 0.8500 7.6030 9.3031 2 29.4830 0.688759 6.9586 0.90113 0.8323 0.8323 6.1263 7.7909 3 26.5347 0.555915 5.6165 0.91868 0.8164 0.8164 4.8001 6.4329 4 23.5864 0.437846 4.4236 0.93485 0.8023 0.8023 3.6214 5.2259 5 20.6381 0.334286 3.3773 0.94950 0.7899 0.7899 2.5874 4.1672 6 17.6898 0

8、.245000 2.4753 0.96250 0.7792 0.7792 1.6960 3.2545 7 14.7415 0.169788 1.7154 0.97371 0.7702 0.7702 0.9451 2.4856 8 11.7932 0.108481 1.0960 0.98305 0.7629 0.7629 0.3331 1.8589 9 8.8449 0.060941 0.6157 0.99041 0.7573 0.7573 -0.1416 1.3730 10 5.8966 0.027059 0.2734 0.99572 0.7532 0.7532 -0.4798 1.0266

9、11 2.9483 0.006761 0.0683 0.99893 0.7508 0.7508 -0.6825 0.8191 12 0 0 0 1 0.7500 0.7500 -0.75 0.75 3.1.2 拱上腹孔布置 从主拱圈两端起拱线起向外延伸2.5m 后向跨中对称布置五孔简支梁，简支梁桥面板厚为 41cm，座落在宽为 50cm 的混凝土排架式腹孔墩支撑的宽为 60cm的钢筋混凝土盖梁上 ，腹孔墩盖梁顶部与主拱拱顶拱背在同一标高，腹孔墩墩中线的横坐标 xl 以及各墩中线自主拱拱背到腹孔墩盖梁顶部的高度5.0)c o s11(1 上yyh ，分别计算如下表： 表 3.2 腹孔墩高度计算表

10、 项目 xl llx2 k )1( 11 chk mfyshkml fktg )1(2 1cos12 tgh 1 号立柱 32.5 0.91861 0.5238 8.4897 0.5343 1.1338 8.0293 2 号立柱 27.5 0.77728 0.4432 6.0392 0.4464 1.0951 5.5789 3 号立柱 22.5 0.63596 0.3626 4.0210 0.3613 1.0633 3.5607 4 号立柱 17.5 0.49464 0.2820 2.4220 0.2786 1.0381 1.9616 空实腹段分界线 12.5 0.35331 0.2014 1

11、.2317 0.1977 1.0194 0.7714 3.2 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、拱上实腹端共四个部分进行。 3.2.1 桥面系 桥面系各项集度： mkNq x /39.1 4 539.05.1292508.092306.036.0115.22 故换算成填料的平均厚度为： mqh xd 644.05.2204.10 3.2.2 主拱圈 257 5 9 1.707 . 1 7 40 . 5 2 7 0 6( 4120 lAP 值1 9 ( 1 ) -表 kN51.6812 mkNlAM 57.2 8 8 0 8 74 257

12、5 9 1.707 . 1 7 40 . 1 2 5 7 14( 2244/1 值1 9 ( 1 ) -表 mkNlAM j 63.1 1 7 4 8 04 257 5 9 1.707 . 1 7 40 . 5 1 2 6 34( 224值1 9 ( 1 ) -表 3.2.3 横隔板 横隔板的设置受箱肋接头位置的控制，必须先确定接头位置后再按箱肋轴线等弧长布置横隔板。 1、 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 37.035.0 之间，此处相应的弧长为： mmldkshS x 1 8 4 4.134 6 1 4.12

13、210 22 上式中 dksh 0 221的值根据 值从附表内差算得。 b.布置横隔板 横隔板沿箱肋中轴线均匀设置，取板间间距 ml 58.2 ，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： mS 2.133.021058.221 ）（中 则接头位置刚好在 37.0 处。 端段箱肋弧长： mSSS 0 3 7 7.2422.137 5 9 1.700 5 2 5 2.12121 ）（）（ 中中 端段箱肋设置 10道横隔板，则端横隔板距起拱面的长度为： mSS 5 1 7 7.03.0958.2 端 2、横隔板与接头加强部分的重力 横隔板厚均为 0.0

14、6m。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10cm。 a. 横隔板重力 通过 CAD 对横隔板面积 及体积 的计算再乘以其容重可得： 空心板： kNP 056.7 实心板： kNP 109.11 b. 中间头加强部分 kNP2 7 1.262)06.06.0(1.014)06.06.0(1.02198.0)06.06.0(1.0 2 c. 拱脚加强段 kNP7 2 7.232)03.05 1 7 7.0(1.014)03.05 1 7 7.0(1.02198.0)03.05 1 7 7.0(1.0 2d.各集中力作用线

15、的横坐标 各集中力作用线的横坐标 xl ，可以根据 210 22 lSdkshk x 值从附表查得 值，再由 2llx求得。 xl 的值和各集中力分别对 4l 和拱脚截面的力臂见下表所示： 表 3.3 横隔板的横坐标与力臂计算表 集中力编号 xS lSx2 2llx力臂 xll4xll21 号 2.58 0.072923447 0.0729 2.5790 15.1108 32.8006 2 号 5.16 0.145846893 0.1457 5.1544 12.5354 30.2252 3 号 7.74 0.21877034 0.2182 7.7203 9.9694 27.6592 4 号 1

16、0.32 0.291693786 0.2904 10.2748 7.4150 25.1048 5 号 12.9 0.364617233 0.3621 12.8121 4.8777 22.5675 6 号 13.5 0.381576174 0.3787 13.3993 4.2905 21.9803 7 号 16.08 0.45449962 0.4498 15.9132 1.7766 19.4663 55.97548 号 18.66 0.52742307 0.5201 18.4004 16.9792 9 号 21.24 0.60034651 0.5897 20.8623 14.5173 10 号

17、23.82 0.67326996 0.6584 23.2939 12.0857 11 号 26.4 0.74619341 0.7262 25.6920 9.6876 12 号 28.98 0.81911685 0.7931 28.0582 7.3213 13 号 31.56 0.8920403 0.8589 30.3866 4.9930 14 号 34.14 0.96496375 0.9236 32.6767 2.7029 248.0909 15 号 36.72 1.03788719 0.9873 34.9299 0.4496 0 号 0 0 0.0000 0.0000 17.6898 35.

18、3796 中接头 13.2 0.37309670 0.3787 13.3993 4.2905 21.9803 拱脚加强段 36.98 1.0452036 0.9936 35.1548 0.2248 3.2.4 拱上空腹段 1、填料及桥面系的重力： kNBhlP d 95.7 2 604.105.226 4 4.0501 简支梁 2、盖梁、底梁及各立柱重力 各腹孔排式墩的横截面如下图所示： 图 3.2腹孔排式墩的横截面 图（单位： cm） 采用CAD进行面积 及体积 计算再乘以腹孔墩的容重得到： 盖梁自重： kNP 105 底梁自重： kNP 86.85 1号立柱自重： kNP 556.179

19、2号立柱自重： kNP 168.112 3号立柱自重： kNP 668.56 4号立柱自重： kNP 695.12 3、各立柱底部传递的力 通过对各自重进行相应的叠加得到各立柱处以及空实腹端接头处传递到集中荷载为： 1号立柱： kNP 366.1097556.17986.8510595.7261 2号立柱： kNP 9 7 8.1 0 2 91 6 8.1 1 286.851 0 595.7 2 62 3号立柱： kNP 478.974668.5686.8510595.7263 4号立柱: kNP 5 0 5.9 3 06 9 5.1286.851 0 595.7 2 64 空实腹端接头处:

20、kNP 4 7 5.3 6 32 95.7 2 65 3.2.5 拱上实腹段 1、拱顶填料及桥面系重 kNBhlP dx 375.1 8 1 704.105.22644.05.12016 2、悬链线曲边三角形 kNshBks h kkm lfP07.1 1 4 404.105.22)2 0 2 8.02 0 2 8.0(5 7 0 2.011 6 7.12 9 8 3 6.97 5 9 1.70)(12 0317 式中 myffj9 8 3 6.9)8 6 2 4 8.0 11(75.01 0 3 1.10c o s111 上 其重心距原点（拱顶）的水平距离 : mks h k kc h kks h kl x 3 7 7 1.912 3.2.6 验算拱轴系数 恒载对 4l 截面和拱脚截面的力矩如下表所示： 表 3.4 半拱恒载对 4l 截面和拱脚截面产生的弯矩 项目 集中力编号 重力 （ kN） 4l 截面 拱脚截面 力臂 力矩 )( mkN 力臂 力矩 )( mkN