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1、-长安大学拱桥课程设计-第 29 页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设计标准(1)设计荷载：公路级，人群荷载(2)桥梁宽度：m 人行道+8m 行车道+m 人行道=11m(3)净跨径： (4)净矢跨比：，即净矢高(5)合拢温度，最高月平均温度 ，最低月平均温度主要构件材料及其参数(1)桥面铺装为 8cm钢筋混凝土（）+6cm沥青混凝土（）(2) 拱顶填土材料容重(3)拱上简支梁为C30钢筋混凝土，(4)
2、拱上桥墩为C30钢筋混凝土矩形截面墩，(5)拱顶填土包括桥面的平均高度 (6)主拱圈为C40钢筋混凝土箱形截面，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主拱圈横截面设计（1）拱圈截面高度按经验公式估算：（2）拱圈拟采用7个1.4m的拱箱组成，全宽，拱圈横断面的尺寸构造（取一半）如下图所示：（cm）（3）箱形拱圈截面几何性质：整个主拱截面的面积为：绕箱
3、底边的面积矩为：主拱圈截面重心轴为：主拱圈截面对重心轴的惯性矩：主拱圈截面绕中心轴的回转半径：三、确定拱轴系数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）主拱圈假定，相应的，查拱桥（上册）表（）-20（1）得：主拱圈的计算跨径和计算矢高：拱脚截面的水平投影和竖向投影：将拱轴沿跨径24等分，每等分长，每等分点拱轴线的纵坐标(其中由()-1查得),相应的拱背曲面坐标，拱腹曲面坐标。具体数值见下表：截面号035.3796 1 10.1031 0.86248 0.8696 0.8696 9.2336 10.9727 132.4313 0.836676 8.4531
4、 0.88234 0.8500 0.8500 7.6030 9.3031 229.4830 0.688759 6.9586 0.90113 0.8323 0.8323 6.1263 7.7909 326.5347 0.555915 5.6165 0.91868 0.8164 0.8164 4.8001 6.4329 423.5864 0.437846 4.4236 0.93485 0.8023 0.8023 3.6214 5.2259 520.6381 0.334286 3.3773 0.94950 0.7899 0.7899 2.5874 4.1672 617.6898 0.245000 2
5、.4753 0.96250 0.7792 0.7792 1.6960 3.2545 714.7415 0.169788 1.7154 0.97371 0.7702 0.7702 0.9451 2.4856 811.7932 0.108481 1.0960 0.98305 0.7629 0.7629 0.3331 1.8589 98.8449 0.060941 0.6157 0.99041 0.7573 0.7573 -0.1416 1.3730 105.8966 0.027059 0.2734 0.99572 0.7532 0.7532 -0.4798 1.0266 112.9483 0.00
6、6761 0.0683 0.99893 0.7508 0.7508 -0.6825 0.8191 120 0 0 1 0.7500 0.7500 -0.75 0.75 拱上腹孔布置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以及各墩中线自主拱拱背到腹孔墩盖梁顶部的高度，分别计算如下表：墩高度计算表项目1号立柱0.91861 0.5238 8.4897 0.5343 1.1338 8.0293 2号立柱0.77728 0.4432 6.0392 0.4
7、464 1.0951 5.5789 3号立柱0.63596 0.3626 4.0210 0.3613 1.0633 3.5607 4号立柱0.49464 0.2820 2.4220 0.2786 1.0381 1.9616 空实腹段分界线0.35331 0.2014 1.2317 0.1977 1.0194 0.7714 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。桥面系桥面系各项集度：故换算成填料的平均厚度为：主拱圈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、
8、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，即之间，此处相应的弧长为：上式中的值根据值从附表内差算得。横隔板沿箱肋中轴线均匀设置，取板间间距，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：则接头位置刚好在处。端段箱肋弧长：端段箱肋设置10道横隔板，则端横隔板距起拱面的长度为：2、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
9、得：空心板：实心板：b. 中间头加强部分c. 拱脚加强段各集中力作用线的横坐标，可以根据值从附表查得值，再由求得。的值和各集中力分别对和拱脚截面的力臂见下表所示：集中力编号力臂1号0.0729 2.5790 15.1108 32.8006 2号0.1457 5.1544 12.5354 30.2252 3号0.2182 7.7203 9.9694 27.6592 4号0.2904 10.2748 7.4150 25.1048 5号0.3621 12.8121 4.8777 22.5675 6号0.3787 13.3993 4.2905 21.9803 7号0.4498 15.9132 1.77
10、66 19.4663 8号0.5201 18.4004 16.9792 9号0.5897 20.8623 14.5173 10号0.6584 23.2939 12.0857 11号10.7262 25.6920 9.6876 12号0.7931 28.0582 7.3213 13号0.8589 30.3866 4.9930 14号50.9236 32.6767 2.7029 15号0.9873 34.9299 0.4496 0号000.0000 0.0000 17.6898 35.3796 中接头0.3787 13.3993 4.2905 21.9803 拱脚加强段36.98 60.9936
11、35.1548 0.2248 拱上空腹段1、填料及桥面系的重力：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：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：底梁自重：1号立柱自重：2号立柱自重：3号立柱自重：4号立柱自重：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：2号立柱：3号立柱：4号立柱: 空实腹端接头处: .5拱上实腹段1、拱顶填料及桥面系重2、悬链线曲边三角形式中其重心距原点（拱顶）的水平距离:验算拱轴系数恒载对截面和拱脚截面的力矩如下表所示：表半拱恒载对截面和
12、拱脚截面产生的弯矩项目集中力编号重力（kN）截面拱脚截面力臂力矩力臂力矩主拱圈6812.15 28808.57 117480.63 横隔板及加强段空心板实心板2.2956 25.50 中接头4.5841 22.2739 585.16 拱脚段70.4854 11.52 17.6898 135.3796 124.82 拱上空腹段2.8796 3159.94 7.8796 8115.78 312.8796 12550.86 0.1898 17.8796 16637.02 5.1898 22.8796 8316.15 实腹段11.4398 29.1296 52939.35 8.3127 26.0025
13、 29748.62 61742.26 251411.47 由上表可知：，该值与0.245之差小于半级即0.0025，所以可以确定上面拟定的桥跨结构形式的设计共轴系数为四、拱圈弹性中心及弹性压缩系数弹性中心弹性压缩系数五、主拱圈截面内力计算大跨径钢筋混凝土拱桥应验算拱顶、拱脚、拱跨、等截面的内力。本设计因跨径较小，只验算拱顶、拱脚、截面。结构自重内力的计算在确定m系数时，其实算值很难与选定的拱轴系数在“五点”重合，对于大跨径桥梁用“假载法”计入“五点”存在的偏离的影响。当用“假载法”计入五点的偏离之后，相应三铰拱的恒载压力线在五点以外与选定的拱轴线有偏离。对于大跨径无铰拱，这种偏离的影响很大，不
14、可忽略。下面分别计算这两种偏离的影响。1. 用假载法计算确定m系数时在“五点”存在的偏差(1)假载内力a求假载由式得：b假载内力假载产生的内力可以将其直接布置在内力影响线上求得。不考虑弹性压缩的假载内力见表下表：表不计弹性压缩的假载内力项目影响线面积力矩表-14（5）值合计乘数拱顶截面1.6523 -77.6773 62.1698 -2922.7684 截面-0.9012 42.3694 62.1648 -2922.5355 拱脚截面3.9053 -183.6009 62.1648 -2922.5355 c计入弹性压缩的假载内力计入弹性压缩的假载内力见下表：表计算弹性压缩的假载内力项目拱顶截面
15、截面拱脚截面10（2）“拱轴线恒载”内力a推力b考虑弹性压缩的内力考虑弹性压缩的“拱轴线恒载”内力见下表：表考虑弹性要锁的拱轴线恒载内力项目拱顶截面截面拱脚截面13.4667 0.9914 -6.6365 （3）考虑确定m系数偏差影响的恒载内力考虑m系数偏差影响的恒载内力等于“拱轴线m的恒载”内力减去“假载”的内力，计算截面如下表：表考虑“五点”偏差的恒载内力 截面项目 拱顶截面截面拱脚截面拱轴线恒载假载合计拱轴线恒载假载合计拱轴线恒载假载合计水平力21962.69 -2836.08 24798.77 21962.69 -2835.86 24798.54 21962.69 -2835.86 2
16、4798.54 轴力21311.30 -2836.08 24147.39 22191.42 -2946.35 25137.77 24902.77 -3287.64 28190.41 弯矩2258.13 -378.19 2636.32 645.79 -43.56 689.35 -4322.87 391.64 -4714.50 2. 恒载压力线偏离的影响（1）“恒载压力线”偏离拱轴线的偏离弯矩计算恒载偏离弯矩，首先要计算出桥跨结构沿跨径各等分段的分块对各截面的力矩，再计算各截面压力线的纵坐标，然后才能求得。下面按主拱圈。拱上实腹段、和各集中力三部分计算个分块恒载对各截面的力矩。a主拱圈自重对各截面
17、产生的力矩式中：均可由附表查得主拱圈对各截面的力矩的值见下表：表主拱圈自重对各截面产生的弯矩截面号010.5131 117480.6346 10.4310 98681.5577 20.3532 80873.2216 30.2854 65341.9481 40.2245 51404.0270 50.1713 39235.4585 60.1258 28807.4286 70.0869 19901.7022 80.0554 12693.8978 90.0313 7167.7957 100.0136 3118.6453 110.0032 732.1788 1200000b拱上实腹段恒载对各截面产生的弯
18、矩计算拱上实腹段的恒载时，必须将拱顶填料及面层的矩形板块和其下面的悬链线曲边三角形块分开计算才能准确。（a） 矩形板块从拱顶到每个截面的矩形板块的重力对实腹段里每个截面的力矩对空腹段里每个截面的力矩式中k表示空、实腹段的分界点，取b悬链线曲边三角形块从拱顶到任意截面的重力每一块的重心坐标为：在实腹段里，截面重心到任意截面的力臂，在空腹段力，整块曲边三角形面积的重心到每个截面的力臂为。各截面的力矩见下表：表拱上实腹段恒载对各截面产生的力矩区间截面号悬链线曲边三角形矩形块空腹段01 1157.7735 0.7502 26.0025 30104.9524 0.2909 52939.3477 10.9
19、167 1157.7735 0.7502 23.0542 26691.4920 0.2615 47581.1859 20.8333 1157.7735 0.7502 20.1059 23278.0317 0.2320 42223.0242 30.75 1157.7735 0.7502 17.1576 19864.5713 0.2026 36864.8624 40.6667 1157.7735 0.7502 14.2093 16451.1110 0.1731 31506.7006 50.5833 1157.7735 0.7502 11.2610 13037.6506 0.1437 26148.5
20、388 60.5 1157.7735 0.7502 8.3127 9624.1903 0.1142 20790.3770 70.4167 1157.7735 0.7502 5.3644 6210.7299 0.0848 15432.2152 分界点0.3533 0.2014 1157.7735 0.7502 实腹段80.3333 0.1901 972.0543 0.7502 2.9465 2864.1805 0.0556 10110.3705 90.25 0.1425 409.7615 0.7501 2.2105 905.7673 0.0313 5687.0834 100.1667 0.095
21、0 121.3423 0.7500 1.4739 178.8497 0.0139 2527.5926 110.0833 0.0475 15.1627 0.7500 0.7370 11.1756 0.0035 631.8982 120 0 0 0 0 0 0 00c各集中力对各截面的力矩拱上空腹段的腹孔和横隔板等各集中力及其相应的横坐标在前面已经求出，各竖向力集中力到各截面的力臂（取，产生的力矩，具体计算见下表：表拱上集中力对各截面产生的力矩截面竖向力P5(立柱)中接头02.5790 5.1544 7.7203 10.2748 12.8121 13.3993 01124.8191 231.440
22、8 213.2691 195.1635 177.1395 8316.1508 159.2361 577.4436 10.9167 114.4175 210.6376 192.4659 174.3603 156.3364 7244.5184 138.4329 499.9889 20.8333 104.0159 189.8344 171.6628 153.5571 135.5332 6172.8861 117.6297 422.5342 393.6143 169.0313 150.8596 132.7540 114.7300 5101.2537 96.8265 345.0795 40.6667 8
23、3.2127 148.2281 130.0564 111.9508 93.9268 4029.6214 76.0233 267.6248 50.5833 72.8111 127.4249 109.2532 91.1476 73.1236 2957.9890 55.2201 190.1700 662.4096 106.6217 88.4500 70.3444 52.3204 1886.3566 34.4169 112.7153 70.4167 52.0080 85.8185 67.6468 49.5412 31.5172 814.7243 13.6138 35.2606 80.3333 41.6
24、064 65.0153 46.8436 28.7380 10.7141 931.2048 44.2121 26.0405 7.9348 100.1667 20.8032 23.4090 5.2373 110.0833 10.4016 2.6058 1200续上表截面P4（立柱）P3（立柱）P2(立柱)930.5047 974.4783 1029.9784 15.9132 17.5000 18.4004 20.8623 23.2939 25.6920 27.5 28.0582 0137.3545 16637.0221 119.8050 102.4342 12550.8586 85.2768 68
25、.3557 8115.7845 51.6594 1116.5513 13893.6175 99.0019 81.6310 9677.8070 64.4736 47.5525 5079.1019 30.8562 295.7482 11150.2129 78.1987 60.8278 6804.7553 43.6704 26.7494 2042.4193 10.0530 374.9450 8406.8084 57.3955 40.0246 3931.7037 5.9462 454.1418 5663.4038 36.5923 19.2214 1058.6521 533.3386 2919.9992
26、 15.7891 612.5354 176.5947 789101112续上表截面P1（立柱）拱脚加强段合计30.3866 035.2303 5.3341 114.4271 23456678910114120d. 计算偏离弯矩上部结构恒载对拱圈各截面重心的弯矩为：压力线的纵坐标为：式中为不计弹性压缩的恒载水平推力各截面上的“恒载压力线”偏离拱轴线的值：偏离弯矩为：具体数值见下表：表偏离弯矩截面号主拱圈拱上实腹段集中力合计恒载压力线拱轴线偏心偏离弯矩0117480.63 83044.30 51087.78 251612.72 10.1151 10.103 -0.0120 -297.42 1986
27、81.56 74272.68 37836.18 210790.41 8.4740 8.4531 -0.0209 -520.93 280873.22 65501.06 27780.29 174154.57 7.0012 6.9586 -0.0426 -1058.89 365341.95 56729.43 18743.84 140815.22 5.6609 5.6165 -0.0444 -1105.28 451404.03 47957.81 11774.72 111136.56 4.4678 4.4236 -0.0442 -1099.16 539235.46 39186.19 6646.27 85
28、067.91 3.4198 3.3773 -0.0425 -1056.73 628807.43 30414.57 2602.77 61824.76 2.4854 2.4753 -0.0102 -252.51 719901.70 21642.95 1150.13 42694.78 1.7164 1.7154 -0.0010 -24.46 812693.90 12974.55 192.92 25861.37 1.0397 1.0960 0.0563 1401.57 97167.80 6592.85 109.39 13870.04 0.5576 0.6157 0.0581 1445.37 10311
29、8.65 2706.44 49.45 5874.54 0.2362 0.2734 0.0372 925.80 11732.18 643.07 13.01 1388.26 0.0558 0.0683 0.0125 310.88 12000000 0 0（2）偏离弯矩在弹性中心产生的赘余力赘余力各项的计算见下表：表赘余力计算表截面号0-0.0120 0.8625 0.5797 -0.0069 -6.6365 0.0460 1-0.0209 0.8823 1.1333 -0.0237 -4.9864 0.1183 2-0.0426 0.9011 1.1097 -0.0472 -3.4919 0.16
30、50 3-0.0444 0.9187 1.0885 -0.0484 -2.1498 0.1040 4-0.0442 0.9349 1.0697 -0.0473 -0.9569 0.0452 5-0.0425 0.9495 1.0532 -0.0447 0.0893 -0.0040 6-0.0102 0.9625 1.0390 -0.0105 0.9914 -0.0105 7-0.0010 0.9737 1.0270 -0.0010 1.7513 -0.0018 80.0563 0.9831 1.0172 0.0573 2.3707 0.1359 90.0581 0.9904 1.0097 0.
31、0587 2.8510 0.1673 100.0372 0.9957 1.0043 0.0374 3.1933 0.1194 110.0125 0.9989 1.0011 0.0125 3.3984 0.0425 120.0000 1.0000 0.5000 0.0000 3.4667 0.0000 由上表可得：（3）“恒载压力线”偏离拱轴线的附加内力“恒载压力线”偏离拱轴线在拱圈的任意截面中产生的附加内力为：拱顶、截面、拱脚三个截面的附加内力见下表：表“压力线”偏离拱轴线的附加内力项目拱顶截面截面拱脚截面103.4667 0.9914 -6.6365 192.1021 184.8983 16
32、5.6843 052.1212 97.2210 0-252.5123 -297.4168 125.9504 125.9504 125.9504 -540.0063 -317.0140 1103.4118 (4)空腹式无铰拱的恒载压力线空腹式无铰拱在恒载作用下考虑压力线与拱轴线的偏离以及恒载弹性压缩的影响之后，拱中任意截面存在三内力：这三个力的合力作用点的偏心距为：所以空腹式无铰拱恒载压力线的纵坐标：将有关数据带入内力公式中，得空腹式无铰拱恒载压力线纵坐标值见下表：表空腹式无铰拱的恒载压力线表截面号010.1031 -6.6365 -0.0120 -0.1525 0.86248 0.5608 -
33、0.2719 10.2608 18.4531 -4.9864 -0.0209 -0.1253 0.88234 1.1140 -0.1124 8.5805 26.9586 -3.4919 -0.0426 -0.1141 0.90113 1.0900 -0.1047 7.0748 35.6165 -2.1498 -0.0444 -0.0865 0.91868 1.0684 -0.0810 5.7046 44.4236 -0.9569 -0.0442 -0.0601 0.93485 1.0492 -0.0573 4.4849 53.3773 0.0893 -0.0425 -0.0355 0.9495
34、0 1.0324 -0.0343 3.4135 62.4753 0.9914 -0.0102 0.0167 0.96250 1.0178 0.0164 2.4583 71.7154 1.7513 -0.0010 0.0425 0.97371 1.0056 0.0423 1.6720 81.0960 2.3707 0.0563 0.1134 0.98305 0.9957 0.1139 0.9801 90.6157 2.8510 0.0581 0.1257 0.99041 0.9880 0.1272 0.4872 100.2734 3.1933 0.0372 0.1123 0.99572 0.98
35、25 0.1143 0.1586 110.0683 3.3984 0.0125 0.0921 0.99893 0.9792 0.0941 -0.0259 120.0000 3.4667 0.0000 0.0811 1.00000 0.4781 0.1697 -0.0848 3. 空腹式无铰拱的实际恒载内力空腹式无铰拱的实际恒载内力等与计入拱轴系数m的偏差影响的内力与“压力线”及拱轴线偏离的附加内力之和，其结果如下表所示：表2恒载内力表 截面项目 拱顶截面截面拱脚截面合计合计合计水平力24798.769 192.102 24990.871 24798.543 192.102 24990.645
36、21962.685 192.102 22154.788 轴力24147.387 192.102 24339.489 25137.765 184.898 25322.663 24902.770 165.684 25068.454 弯矩2636.318 -540.006 2096.312 689.351 -317.014 372.337 -4322.867 1103.412 -3219.455 活载内力计算1.车道荷载均布荷载及人群荷载内力公路级汽车荷载加载于影响线上，其中均布荷载为;集中荷载当计算跨径为5m时, ,当为50m及以上时, 。本设计跨径为70m,即。拱圈宽度为10.04m,承载双向两车道公路级汽车荷载，考虑活载均布分布于拱圈全宽。人群荷载为：均布荷载及人群荷载的内力计算如下表所示：表考虑弹性压缩后的均布荷载和人群荷载内力截面项目人群荷载表-14（5）值乘数均布荷载的力