1、大跨度橋梁結構課程設計說明書 題目：175m等截面懸鏈線空腹式無鉸箱型板砼拱橋 院 系 生態環境與建筑工程系 班 級 2013級土木工程1班 學生姓名 學 號 指導教師 目錄一、設計資料3（一）設計標準3（二）材料及其數據3（三）設計依據4二、主拱圈計算4（一）主拱圈截面特性4（二）箱形拱圈截面幾何性質5三、確定拱軸系數5（一）上部結構構造布置6（二）上部結構恒載計算8四、拱圈彈性中心及彈性壓縮系數11（一）彈性中心11（二）彈性壓縮系數12五、 主拱圈截面內力計算12（一）恒載內力計算12（二）活載內力計算13六、 主拱圈正截面強度驗算17（一）荷載組合17（二）正截面抗壓強度和偏心距驗算1

2、8七、正截面受剪強度驗算21(一）內力計算21（二）拱腳截面直接抗剪驗算22八、主拱圈裸拱強度驗算23（一）彈性中心的彎矩和推力23（二）截面內力23（三）裸拱的強度和穩定性驗算25九、 小結26等截面懸鏈線空腹式無鉸箱型板砼拱橋設計和計算一、設計資料（一）設計標準公路II級，人群荷載按規范取值2.5kN/m2。為了便于計算，人行道、欄桿、路緣石及橫挑梁懸出拱圈部分，全橋寬平均每延米10.5，也可以據實計算。主拱圈內橫隔板重量按順橋向每延米給定，6.0kN/m。也可以據實計算。跨徑及橋寬凈跨徑,凈矢高為，凈矢跨比為。橋面凈空為凈10+2×（0.25m+1.0m），。（二）材料及其數據

3、主拱圈為C40鋼筋混凝土箱型截面，采用5箱段預制吊裝合攏，封閉拱箱，現澆填縫。主拱圈=25；C40鋼筋混凝土的極限抗壓強度為；C40鋼筋混凝土的抗壓強度設計值為；C40鋼筋混凝土的抗剪強度設計值為；拱上建筑材料取=25；主拱、腹拱的填料=20；橋面鋪裝為8cm的鋼筋混凝土（=25）+6cm瀝青混凝土（=23）若為拱式腹拱，腹拱圈為C30混凝土預制圓弧拱，腹拱墩為C30鋼筋混凝土矩形截面排架式墩，取=25。若為梁式腹拱，材料均為C30混凝土。據調查，橋位處月平均最高溫度40，月平均最低氣溫-5，設計合攏溫度為15。采用5段預制吊裝，由于受到預制場和施工場地的影響，工期被迫推遲，實際合攏溫度為20

4、。合攏時，各構件的平均齡期為100天。線膨脹系數。設橋梁所處環境的年平均相對濕度70%。收縮計算，若難以換算成溫度，按溫度下降10考慮。（三）設計依據 邵旭東主編橋梁工程，人民交通出版社。 公路橋涵設計手冊拱橋上冊，1994年6月，人民交通出版社。（簡稱拱橋） 中華人民共和國行業標準公路橋涵設計通用規范JTG D60-2004，人民交通出版社，2004年9月。 中華人民共和國行業標準公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范JTG D62-2004，人民交通出版社，2004年9月。 中華人民共和國行業標準，公路圬工橋涵設計規范(JTG D61-2005)，人民交通出版社，2005年9月二、主拱圈

5、計算（一）主拱圈截面特性截面高度h按經驗公式估算：式中：h拱圈高度（m） L0拱圈凈跨徑（m） x常數，一般為0.70.9m。 ，取。拱圈擬采用5個1.84m的拱箱組成，全寬，拱圈橫斷面的尺寸構造（取一半）如圖2.1所示：圖2.1主拱圈橫斷面尺寸（cm）（二）箱形拱圈截面幾何性質整個主拱截面的面積為：繞箱底邊的面積矩為：主拱圈截面重心軸為：主拱圈截面對重心軸的慣性矩：主拱圈截面繞中心軸的回轉半徑：三、確定拱軸系數拱軸系數的確定，一般采用“五點重合法”，先假定一個值，定出拱軸線，擬定上部結構各種幾何尺寸，計算出半拱恒載對拱橋截面形心的彎矩和自拱頂至跨截面形心的彎矩。其比值。求得值后，可由中反求值

6、，若求出的值與假定的值不符，則應以求得的值作為假定值，重復上述計算，直至兩者接近為止。（一）上部結構構造布置上部結構構造布置如圖3.1所示：圖3.1上部結構構造尺寸（單位：cm）1、主拱圈 假定，相應的。查拱橋表（III）-20（9）得，。計算跨徑：；計算失高：。拱腳截面的水平投影和豎向投影：將拱軸沿跨徑48等分，每等分長，每等分點拱軸線的縱坐標(其中由(III)-1查得),相應的拱背曲面坐標，拱腹曲面坐標。具體數值見下表：表3.1主拱圈幾何性質表注：第2欄由拱橋附錄（III）表（III）-1查得第4欄由拱橋附錄（III）表（III）-20（9）查得2、拱上腹孔布置從主拱圈兩端起拱線起向跨中布

7、置五孔等跨徑簡支梁，簡支梁橋面板厚為60cm，座落在寬為100cm的混凝土排架式腹孔墩蓋梁寬為140cm的鋼筋混凝土蓋梁上，腹孔墩蓋梁頂部與主拱拱背在同一標高，腹孔墩墩中線的橫坐標以及各墩中線自主拱拱背到腹孔墩蓋梁頂部的高度，分別計算如下表：表3.2腹孔墩高度計算表空實腹段分界線注：（二）上部結構恒載計算1、主拱圈恒載2、拱上空腹段的恒載1）填料及橋面系的重力：橋面鋪裝為8cm的鋼筋混凝土（=25）+6cm瀝青混凝土（=23）。橋面鋪裝寬度為10m，即人行道、欄桿、路緣石及橫挑梁懸出拱圈部分，全橋寬平均每延米10.5KN,立柱縱向中距為9.2m,每個立柱下壓力為簡支梁采用0.6m厚空心板，空心

8、折減率0.7，即2）蓋梁、底梁及各立柱重力各腹孔排式墩的橫截面如下圖所示：圖3.2腹孔排式墩的橫截面圖（單位：cm）排架式腹孔墩由4根鋼筋混凝土柱組成。單根立柱尺寸為0.6m×1.0m。底梁、蓋梁和柱身總高h，蓋梁挑出端高0.8m，底梁高1.0m,寬1.4m；柱厚1m；柱身高（h-1.8）m。12號排架式腹孔墩高度大于10m,因此在墩中部設置一道橫系梁，以保立柱的穩定。蓋梁自重：底梁自重：13號排架式腹孔墩的自重（含底梁的自重）為：35號排架式腹孔墩的自重（含底梁的自重）為：1號立柱自重：2號立柱自重：3號立柱自重：4號立柱自重：5號立柱自重：3)各立柱底部傳遞的力通過對各自重進行相

9、應的疊加得到各立柱處集中荷載為：1號立柱：2號立柱：3號立柱：4號立柱: 5號立柱: 3、拱上實腹段1）填料及橋面系的重力：2）懸鏈線曲邊三角形式中其重心距原點（拱頂）的水平距離:4、驗算拱軸系數恒載對截面和拱腳截面的力矩如下表所示：由上表可知：，該值與0.245之差小于半級即0.0025，所以可以確定上面擬定的橋跨結構形式的設計共軸系數為四、拱圈彈性中心及彈性壓縮系數（一）彈性中心（二）彈性壓縮系數5、 主拱圈截面內力計算大跨徑拱橋應驗算拱頂、3/8拱跨、1/4拱跨和拱腳四個截面，必要時應驗算1/8拱跨截面。（一）恒載內力計算1、不計彈性壓縮的自重水平推力贅余力：2、計入彈性壓縮的恒載內力見

10、表5.1 表5.1 計入彈性壓縮的恒載內力表 項目拱頂l/4截面拱腳（二）活載內力計算1、公路II級和人群荷載的內力按通規，自振頻率計算如下:按通規第條，當，沖擊系數取。公路I級車道荷載的均布荷載標準值取,由于計算跨徑，集中荷載取。按通規第條，公路II級車道荷載的均布荷載標準值和集中荷載按公路I級車道荷載的0.75倍采用。該設計為雙向二車道。因此， 對于均布荷載qk，從公路橋涵設計手冊 拱橋（上）附錄（III）表14查得拱頂、1/4截面、拱腳截面考慮壓縮的彎矩影響線面積及與相應的軸向力的影響線面積。具體計算見表5.2。對于集中荷載Pk，由于暫無考慮彈性壓縮的影響線面積用表，所以，從公路橋涵設計

11、手冊 拱橋（上）附錄（III）表12和附錄（III）表7分別查得最大正負彎矩（絕對值）影響線坐標、相應的水平推力影響線坐標和左拱腳反力影響線，彈性壓縮另計。具體計算見表5.3和表5.4。表5.2 計入彈性壓縮的公路II級均布荷載及人群內力表表5.3不考慮彈性壓縮公路II級集中荷載內力表 表5.4 計入彈性壓縮的公路II級集中荷載內力表 2、 活荷載內力計算匯總 表5.5活荷載效應匯總表 3、溫度內力計算據調查，橋位處月平均最高溫度40，月平均最低氣溫-5，拱圈合攏溫度。設橋梁所處環境的年平均相對濕度70%。收縮計算，若難以換算成溫度，按溫度下降10考慮。拱圈線膨脹系數混凝土徐變作用的影響，當計

12、算溫度內力時以；當計算混凝土收縮內力時以的系數計入，于是：升高溫度時：在彈性中心產生的水平力： 降低溫度時：在彈性中心產生的水平力： 溫度變化、混凝土徐變和收縮的內力如下表所示：6、 主拱圈正截面強度驗算（一）荷載組合根據公路橋涵設計手冊規定，構件采用分項安全系數的極限狀態設計時，其設計的原則是：荷載效應不利組合的設計值小于或等于結構抗力效應的設計值。以方程式表示為：式中， 荷載效應函數； 荷載在結構上產生的效應； 結構的重要性系數，該設計的計算跨徑，； 荷載安全系數，當結構自重，當其產生的效應與汽車的效應同號時，；異號時，；對于其他荷載 荷載組合系數，按下表采用；荷載組合系數荷載組合組合I1

13、.00組合II、III、IV0.8組合V0.77結構抗力效應函數；材料或砌體的極限強度；材料或砌體的安全系數，受壓的混凝土采用1.54；荷載效應不利組合的設計值見表6.1（二）正截面抗壓強度和偏心距驗算當主拱圈偏心受壓時，為避免截面開裂而限制軸向力偏心，要求軸向力偏心距不超過容許偏心距。在這情況下，主拱圈正截面受壓強度按下列公式計算：相應的容許偏心距分別為式中：荷載效應不利組合的縱向力設計值；構件的截面面積；材料的抗壓極限強度；C40的混凝土的抗壓極限強度為28Mpa；材料安全系數縱向力的偏心影響系數，按下式計算：表6.1主拱圈荷載效應不利組合表縱向力的偏心距；截面重心至偏心方向截面邊緣的距離

14、；在彎曲平面內截面的回轉半徑；截面形狀系數，箱形截面取8.0具體計算見表6.2 表6.2 主拱圈抗力效應表截面編號拱頂891011截面891011拱腳891011截面891011截面891011經驗算表明主拱圈截面的荷載效應不利組合的設計值均小于其抗力效應的設計值，即，而且軸向力的偏心距都在容許范圍之內。 七、正截面受剪強度驗算一般是拱腳截面處的剪力最大，根據橋規條規定正截面直接受剪的強度，按下式計算 式中，剪力設計值； 受剪截面面積； 砌體或混凝土抗剪強度設計值； 摩擦系數，采用； 與受剪截面垂直的壓力標準值。(一）內力計算1、恒載（由表3.3和表5.1）恒載產生的左拱腳反力恒載產生的水平推

15、力剪力相應的軸力：2、汽車荷載汽車均布荷載產生的考慮彈性壓縮水平推力，可取拱頂處與Mmax、Mmin相應的水平推力H之和，由表5.2得：由表5.4得，汽車集中荷載產生的考慮彈性壓縮水平推力為：則汽車荷載產生的考慮彈性壓縮水平推力為：汽車均布荷載產生的左拱腳反力,可取拱頂處與Mmax、Mmin相應的左拱腳反力V之和，由表5.2得：由汽車集中荷載產生的左拱腳反力為（通規第條，集中荷載計算剪力時乘1.2）：則汽車荷載產生的左拱腳反力為：汽車荷載的剪力為：剪力相應的軸力：3、人群荷載人群荷載產生的考慮彈性壓縮水平推力，可取拱頂處與Mmax、Mmin相應的水平推力H之和，由表5.2得：人群荷載產生的左拱

16、腳反力,可取拱頂處與Mmax、Mmin相應的左拱腳反力V之和，由表5.2得：人群荷載的剪力為：剪力相應的軸力：（二）拱腳截面直接抗剪驗算拱腳截面剪力作用效應匯總如下：表7.1 拱腳截面剪力及相應的軸向力標準值1、溫度上升2、溫度下降3、不計溫度作用符合規定。八、主拱圈裸拱強度驗算本橋采用早期脫架施工，必須驗算在裸拱自重內力作用下的強度和穩定性。（一）彈性中心的彎矩和推力（二）截面內力1、拱頂截面：2、1/4截面：3、拱腳截面：4、截面：5、截面：（三）裸拱的強度和穩定性驗算主拱圈的裸拱強度和穩定性，按下列公式驗算式中：荷載效應不利組合的水平推力；構件縱向彎曲系數，由下式計算；式中：與砂漿強度有關的系數，對混凝土取0.002構件的計算長度，即，為拱軸線長度；為支承條件系數，對無鉸拱取0.36；偏心受壓構件矩形截面在彎曲平面內的高度；對非矩形截面可根據從公路磚石及混凝土橋涵設計規范表2查得相應的值。，查表采用內插法得到裸拱的強度和穩定性計算見表8.1 表8.1 裸拱穩定性驗算表 經驗算證明主拱圈截面的裸拱的強度和穩定性符合規定要求。9、 小結通過完成本拱橋課程設計，我基本掌握圬工拱橋上部結構的內力計算步驟，原理和方法，熟悉有關拱橋內力計算圖表的用法；繪制出了該設計的總體布置圖，讓我進一步熟悉拱橋的縱橫斷面和平面布置。在完成本設計的過程中，我也遇到了許多問題和不足之處。比