1、 橋梁工程課程設計橋梁工程課程設計任務書一、 設計題目空腹式等截面懸鏈線箱形無鉸拱橋設計二、 設計資料1. 設計標準設計荷載：公路I級，人群荷載3.5橋面凈空 凈人行道+安全帶凈跨徑；凈失高；凈跨比 2. 材料數據與結構布置要求拱頂填料平均厚度（包括路面，以下稱路面）；材料容重主拱圈材料容重（包括橫隔板、施工超重） 拱上立柱（墻）材料容重 腹空拱圈材料容重 腹孔拱上填料容重鋼筋混凝土簡支板材料容重主拱圈實腹段填料容重人行道板及欄桿重混凝土材料：強度等級為C40，主要強度指標為：強度標準值 強度設計值 彈性模量 普通鋼筋1） 縱向抗拉普通鋼筋采用HRB400鋼筋，其強度指標為抗拉強度標準值 抗拉

2、強度設計值 彈性模量 相對界限受壓區高度 2)箍筋及構造鋼筋采用HRB335鋼筋，其強度指標為抗拉強度標準值 抗拉強度設計值 彈性模量 本橋采用支架現澆施工方法。主拱圈為單箱六室截面的鋼筋混凝土拱圈，由 C30混凝土現場澆筑而成。拱上建筑可采用簡支板形式或圓弧拱形式，凈跨為57m左右，拱腳至拱頂布置46跨左右 (主拱圈的具體幾何參照指導書實例修改自定)。3設計計算依據交通部部頒標準公路橋涵設計通用規范(JTG D602004) 交通人民出版社 交通部部頒標準公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范(JTG D622004) 交通人民出版社 交通部部頒標準公路圬工橋涵設計規范(JTG D61-2

3、005) 交通人民出版社 公路設計手冊-拱橋(上) 人民交通出版社，2000.7三、 主拱圈截面幾何要素的計算（一） 主拱圈橫截面設計 拱圈截面高度按經驗公式估算 拱圈由6個各為1.5m寬的拱箱組成，全寬 （二） 箱形拱圈截面幾何性質截面積 繞箱底邊緣的靜面矩 主拱圈截面重心軸： 主拱圈截面繞重心軸的慣性矩： 拱圈截面繞重心軸的回轉半徑： 四、 確定拱軸系數（一） 上部結構構造布置1. 主拱圈假定,相應的,查拱橋（上冊）表-20（6）得： 主拱圈的計算跨徑和計算失高： 拱鉸截面的水平投影和豎向投影： 將拱軸沿跨徑24等分，每等分長,每等分點拱軸線的縱坐標，相應的拱背面坐標：,拱腹曲面坐標，具體

4、數值見下表：35.443846114.175130.730570.8897160.88971613.2854132515.0648457532.490192170.81792911.594250.775040.8386660.83866610.7555831112.4329158929.536538330.6594589.3479030.816220.7963540.7963548.55154862610.1442564726.58288450.5222847.4034430.853470.7615970.7615976.641846568.16504011123.629230670.4044

5、165.7326490.886390.7333120.7333124.999337656.46596069420.675576830.304144.3112240.91480.7105380.7105383.6006860645.02176170917.7219230.223.1185280.938720.6924320.6924322.4260962423.81096073814.768269170.1507742.1372410.95830.6782840.6782841.4589565132.81552543711.814615330.0954561.3531010.97380.6674

6、880.6674880.6856129712.0205893528.86096150.0532430.7547260.985490.659570.659570.0951560541.4142967865.9073076670.0235210.3334130.993630.6541670.654167-0.320753820.9875802652.9536538330.0058590.0830520.998420.6510290.651029-0.567976540.73408070900010.650.65-0.650.652.拱上腹孔布置從主拱兩端起拱線起向外延伸3m后向跨中對稱布置5對圓弧

7、小拱，腹拱圈厚d=0.35m，凈跨徑l0=4.8m，凈矢高f0=0.8m，座落在寬為 0.5m的鋼筋混凝土排架式腹拱墩支承的寬為 0.6m的鋼筋混凝土蓋梁上。腹拱拱頂的拱背和主拱拱頂的拱背在同一標高。腹拱墩墩中線的橫坐標lx，以及各墩中線自主拱拱背到腹拱起拱線的高度 h=y1+y上(1-1/cos) - (d+f0)，分別計算如表由f0/l0=1/8，查拱橋(上冊)表3-2得 sin0=0.6，cos0=0.8，0=36.870腹拱拱腳的水平投影和豎向投影 x=dsin0=0.350.6=0.21m； y=dcos0=0.350.8=0.28m（二）上部恒載計算1、橋面系欄桿：g=52kN/m

8、2、主拱圈恒載3、拱上空腹段恒載腹拱圈外弧跨徑 腹拱圈內弧半徑腹拱圈重 腹拱側墻護拱重填料及路面重兩腹拱之間起拱線以上部分重力一個腹拱重力： 腹孔下部蓋梁重力底梁重力1號立柱重力2號立柱重力3號立柱重力4號橫墻重力5號腹拱座重力腹孔集中力拱上實腹段的荷載拱頂填料及橋面系重懸鏈線曲邊三角形腹拱推力靠近主拱拱頂一側的腹拱，一般多做成兩平鉸拱，在較大的恒載作用下和考慮到周圍的填料等構造的作用，可以折中地按無鉸圓弧拱計算其推力，而不計彎矩的影響。 腹拱拱腳的水平推力 查拱橋(上冊)表(I)-4得 腹拱拱腳推力作用線的縱坐標如圖所示，其距x軸的偏心距為： 腹拱推力對各截面重心產生的力矩：驗算拱軸系數恒載

9、對l/4截面和拱腳截面的力矩見下表：五、拱圈彈性中心及彈性壓縮系數1 彈性中心 彈性壓縮系數 六、主拱圈截面內力計算(一)結構自重內力計算 (1)假載內力a.求假載 b.假載內力假載產生的內力可以將其直接布置在內力影響線上求得。不考慮彈性壓縮的假載內力見下表0.001985025.0659.949628183.12620.12742354.498745.17022831.373-0.001245025.065-6.23108-114.6850.12742354.498745.17022831.3730.00445025.06522.11029406.94720.12742354.498745.

10、17022831.3730.270.8876914.17754260.9423計入彈性壓縮的假載內力計入彈性壓縮的假載內力計算見下表(2)“拱軸線恒載”內力 a.推力 b.考慮彈性壓縮的內力考慮彈性壓縮的“拱軸線恒載”內力見下表(3)考慮確定m系數偏差影響的恒載內力考慮m系數偏差影響的恒載內力等于“拱軸線m的恒載”內力加上“假載”的內力，計算結果見下表2.“恒載壓力線”偏離拱軸線的影響 “恒載壓力線”(指空腹式無鉸拱橋不考慮拱軸線的偏離和恒載彈性壓縮影響的恒載壓力線，也就是人們所說的“三鉸拱恒載壓力線”)與拱軸線在“五點”以外的偏離影響可以用一般力學原理進行計算，參見圖13。 (1)“恒載壓力

11、線”偏離拱軸線的偏離彎矩Mp計算恒載偏離彎矩Mp，首先要計算出橋跨結構沿跨徑各等分段的分塊恒載對各截面的力矩，再算各截面壓力線的縱坐標，然后才能求得Mp。下面按主拱圈、拱上實腹段和各集中力三部分計算各分塊恒載對各截面的力矩。 a.主拱圈自重對各截面產生的力矩Ml在這里，對于所要求的每一等分點而言，積分上限為常數，并不計等式前面的負號，則上式為：式中：可根據值從拱橋(例集)附表1-1查得； 可根據值從拱橋(例集)附表1-2查得 主拱圈對各截面的力矩M1的值見下表b.拱上實腹段恒載對各截面產生的彎矩M2 計算拱上實腹段的恒載時，必須將拱頂填料及面層的矩形板塊和其下面的懸鏈線曲邊三角形塊分開才能準確

12、計算，否則只能是近似的。 (a)矩形板塊從拱頂到每個截面的矩形板塊的重力： 對實腹段里每個截面的力矩： 對空腹段里每個截面的力矩： 各截面的力矩見下表 (b)懸鏈線曲邊三角形塊從拱頂到任意截面的重力(參見上表) 每一塊Pi的重心的橫坐標： 在實腹段里，截面重心到任意截面的力臂為，在空腹段里，整塊曲邊三角形面積的重心到每個截面的力臂為。每個截面的力矩見上表c.各集中力對各截面的力矩M3拱上空腹段的腹孔和橫隔板等各集中力及其相應的橫坐標lx。在前面已經求出，各豎向集中力到截面的力臂，產生的力矩；腹拱水平推力Hg作用在第7與第8截面之間，對07截面產生的力矩 。具體計算見下表。d.計算偏離彎矩Mp上

13、部結構恒載對拱圈各截面重心的彎矩：壓力線的縱坐標： 式中，Hg為不計彈性壓縮的恒載水平推力： 各截面上“恒載壓力線”偏離拱軸線的值：i偏離彎矩具體數值見下表(2)偏離彎矩Mp在彈性中心產生的贅余力贅余力各項的計算見下表。 由上表1得 (3)“恒載壓力線”偏離拱軸線的附加內力“恒載壓力線”偏離拱軸線在拱圈任意截面中產生的附加內力為 拱頂、l/4截面、拱腳三個截面的附加內力見下表。 (4)空腹式無鉸拱的恒載壓力線空腹式無鉸拱橋在恒載作用下考慮壓力線與拱軸線的偏離以及恒載彈性壓縮的影響之后，拱中任意截面存在三個內力這三個力的合力作用點的偏心距為 所以，空腹式無鉸拱橋恒載壓力線的縱坐標空腹式無鉸拱恒載

14、壓力線的縱坐標值見下表3.空腹無鉸拱的實際恒載內力空腹式無鉸拱的實際恒載內力等于計人拱軸系數m的偏差影響的內力與“壓力線”及拱軸線偏離的附加內力之和，其結果見下表(二)活載內力計算1.公路-I級和人群荷載內力車道荷載的均布荷載標準值采用10.5KN/m，計算剪力時，所加集中力荷載P采用360KN人群荷載 橋梁基頻：不計彈性壓縮的公路-I級及人群荷載內力見下表接上表：計人彈性壓縮的公路-I級及人群荷載內力見下表接上表(三)溫度變化、混凝土收縮、徐變的內力計算溫度變化為其它可變荷載，混凝土收縮、徐變為永久荷載，似乎要分項計算，但考慮到習慣和可能，還是將三者一起計算。拱圈合攏溫度7 月平均最低氣溫2

15、 月平均最高氣溫30 拱圈材料彈性模量 拱圈材料線脹縮系數 混凝土收縮作用按下降10溫度的影響計入?；炷列熳冏饔玫挠绊懀?當計算溫度內力時以；當計算混凝土收縮內力時以的系數計入。 因此，計算降低溫度時 計算升高溫度時 溫度變化、混凝土徐變和收縮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見下表。七.主拱圈正截面強度驗算 根據橋規(JTJ D60-2004)的規定，構件按極限狀態設計的原則是：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。即或式中： -承載能力極限狀態下作用幾本基本組合的效應組合設計值； -結構重要性系數，對于公路-級標準采用1.1的安全系數； -第i個永

16、久作用效應的分項系數，按照JTGD60-2004的表采用； -第i個永久作用效應的標準值和設計值； -汽車荷載效應分項系數，取用1.4； -汽車荷載效應的標準值和設計值； -在作用效應組合中除去汽車荷載效應和風荷載以外的其他第i個可變作用效應的分項系數，取用1.4 -在作用效應組合中除去汽車荷載效應外的其他第j個可變作用效應的標準值和設計值； -在作用效應組合中，除汽車荷載效應外的其他可變作用效應的組合系數，當永久作用與汽車荷載和人群荷載組合時，人群荷載的組合系數取=0.80，,當除汽車荷載外尚有兩種其他可變作用參與組合時，=0.70；以此類推。對于本課程設計的橋梁，取用：永久作用：結構自重、

17、混凝土收縮徐變可變荷載作用：汽車和人群荷載其他可變荷載作用：溫度變化故有： 短期組合 長期組合 每種荷載組合的設計值見荷載組合計算表 注：荷載安全系數的取值：結構自重彎矩與汽車荷載彎矩同號時恒載系數取1.2，異號時取0.9。2.拱圈截面抗力結構構建驗算承載力時，應按下列公式計算： （）式中 ； Nd-軸向力設計值； A-構件截面面積 fcd-標準層抗壓強度設計值，C30混凝土為fcd=13.8MPa; -偏心距e和長細比對受壓構件的影響系數，見JTG D61-2004規范第條。 （-1） (-2) (-3)式中： x、y-分別為x方向、y方向偏心受壓構件承載力影響系數； x、y-分別為x方向、y方向截面重心至偏心方向的截面邊緣的距離； ex、ey-軸線力在x方向、y方向的偏心距，ex=0,ey=Mxd/Nd,其中Mxd為繞x軸的彎矩設計值，Nd為軸向力設計值； m-截面形狀系數，箱形截面m=8； i