长安大学拱桥课程设计电子版

悬链线箱形拱桥课程设计任务书1．设计资料设计荷载：公路Ⅰ级，人群荷载3.5KN/m2.矢跨比1/4桥宽1.5+9+1.5拱顶填土包括桥面的平均高度'dh＝0.5m净跨径：0l=45m+3*5=60m;合拢温度：10oc最高月平均温度30oc最低月平均温度0oc2.主要构件材料及其数据桥面铺装为8cm钢筋混凝土（4＝25KN/m3）+6cm沥青混凝土（2＝23KN/m3）拱顶填土材料容重1＝22.5KN/m3护拱及拱腔为1号石灰砂浆砌筑片石，2＝23KN/m3腹拱圈为C30混凝土预制圆弧拱，3＝24.5KN/m3腹拱墩为C30钢筋混凝土矩形截面排架式墩，4＝25KN/m3主拱圈为C40钢筋混凝土箱形截面，5＝25.5KN/m33.设计依据1．交通部部标准《公路桥涵设计通用规范（JTGD60－2004）》；2．交通部部标准《公路圬工桥涵设计规范—JTGD61--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（JTGD60－2004》；二、拱圈截面的几何要素的计算（一）主拱圈横截面设计三、确定拱轴系数3.1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）3.1.1主拱圈假定m=2.514，相应的y¼/f=0.215，f0/l0=1/4，查《拱桥》(上册)表(III)-20(6)得：sinφj=0.76774，cosφj=0.64076，φj=50˚09'4.95主拱圈的计算跨径和计算矢高：l=l0+2y下sinφj=85+2×0.8449×0.76774=86.2973mf=f0+y下(1cosφj)=21.25+0.8449×(10.64076)=21.8035m拱脚截面的水平投影和竖向投影x=Hsinφj=1.65×0.76774=1.2668my=Hcosφj=1.65×0.64076=1.0573m将拱轴沿跨径24等分，每等分长86.29733.59572424llm，每等分点拱轴线的纵坐标ffyy11(其中fy1由拱桥(Ⅲ)-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123456789043.1487121.80350.640761.25651.318620.547023.1221139.55300.814017.74840.694221.15971.217016.588718.9655235.95730.653414.24660.745781.07951.132913.167015.3795332.36160.515411.23760.79421.01371.063810.223912.3015428.76590.39768.66980.838390.96031.00787.70959.6776525.17020.29816.49900.877570.91740.96285.58167.4618621.57450.21504.68780.911260.88350.92723.80435.6149717.97880.14703.20490.939280.85710.89952.34784.1045814.38310.09292.02500.961710.83720.87851.18792.9036910.78740.05171.12780.978740.82260.86330.30521.9910107.19170.02280.49770.990650.81270.8529(0.3150)1.3505113.59600.00570.12390.997680.80700.8469(0.6831)0.9708120.00000.00000.000010.80510.8449(0.8051)0.84493.1.2拱上腹孔布置从主拱圈两端起拱线起向外延伸3m后向跨中对称布置4孔圆弧小拱，腹拱圈厚'0.35dm，净跨径'05.6lm，净矢高'00.7fm，座落在宽为0.5m的钢筋混凝土排架式腹孔墩支撑的宽为0.6m的钢筋混凝土盖梁上。腹拱拱顶的拱背和主拱拱顶的拱背在同一标高。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起拱线的高度'101(1)(d'f)coshyy上，分别计算如下表：表3.2腹孔墩高度计算表项目xlllx2k)1(11chkmfy2(1)fktgshklm1cos12tgh1号立柱39.10.90621.425317.27861.02871.434615.87872号立柱32.90.76251.199311.65940.79181.275510.38753号横墙26.70.61880.97337.37700.59561.16396.19504号墩拱座20.71760.48010.75524.30590.43531.09063.1829空、实腹段分界线20.63530.47820.75224.27010.43321.08983.1478x1yf1ycoscosy上cosy下1cosyy上1cosyy下由00'1'8fl，根据圆弧线拱轴方程得sinφ0=0.470588，cosφ0=0.882353，φ0=28˚04'20腹拱拱脚的水平投影和竖向投影x'=d'×sinφ0=0.35×0.470588=0.1647m；y'=d'×cosφ0=0.35×0.882353=0.3088m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、拱上实腹端及腹拱推力共5个部分进行。3.2.1桥面系1.桥面系桥面系包括栏杆、人行道构造和附设的管路。栏杆每幅长3.50m，栅板分三部分预制，如图4所示。(1)每侧栏杆的重力中栅0.041×25=1.025kN边栅2×0.0244×25=1.22kN立柱0.0852×25=2.13kN中底枋0.0144×25=0.36kN边底枋2×0.01284×25=0.642kN扶手0.042×25=1.050kN∑=6.427kN每延米桥长的栏杆重力g=6.427×2/3.868=3.493kN/m(2)人行道构件(图1)a.人行道块件，γ=25kN/m3[0.05×0.3+(0.07+0.15)×0.6/2+0.2×0.75+1.75×0.15+0.2×0.8]×25×2=32.675kN/mb.人行道板，γ=24kN/m32.25×0.03×24×2=3.24kN/mc.人行道板下填砂层，γ=18kN/m32.25×0.02×18×2=2.16kN/md.人行道块件内水管铸铁容重为78.5kN/m3，水的容重为10kN/m3，水管内径为35cm，外径为36cm。[π×0.355×0.01×78.5+π×0.352×10/4]×2=3.6752kN/me.人行道块件里填砂砾石或装电缆，γ=18kN/m3[1.75*0.6-π×0.362/4]×18×2=34.1356kN/m每延米桥长人行道构件重力∑=75.8858kN/m(3)拱顶填料及沥青表处面层重力（0.65×22.5+0.08×25+0.06×23）×12=216.06kN/m以上三部分恒载由拱圈平均分担，则换算容重为γ=22.5kN/m3的计算平均填料厚度为：hd=(3.493+75.8858+216.06)/(15.4×22.5)=0.8526m3.2.2主拱圈01243(0.578239.74066886.293725.5PAl表Ⅲ)-19(7)值12393.9184kN2241/40.126859.74066886.297325.5(58661.588444AlMkNm表Ⅲ)-19(7)值2240.535329.74066886.297325.5(247557.914744jAlMkNm表Ⅲ)-19(7)值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)箱肋有关几何要素a.箱肋截面积(图5)A'=2×0.1×1.45+1.0×0.1+2×0.1×0.1/2=0.4m2b.箱肋截面静矩J'=2×0.1×1.45×1.45/2+1.0×0.10×0.10/2+2×0.1×0.1×(0.1/3+0.1)/2=0.2166m3c.截面重心距箱底的距离y'下=J'/A'=0.541md.箱肋计算跨径l'=l0+2y'下sinφj=85+2×0.541×0.76774=85.8307me.箱肋轴线弧长S'=2×0.57823l'=99.2598m(2)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ξ=0.35~0.37之间，此处相应的弧长为(图6)：220lS1shd(0.355-0.376028)l'/215.2349m~16.1374m2xk式中022dsh1k值根据ξ值从《拱桥(例集)》的附表1-1内插算得。b.布置横隔板横隔板沿箱肋中轴线均匀设置，取板间间距Δl'=3.17m，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：SII/2=(3.17×10+2×0.3)/2=16.15m则接头位置刚好在ξ=0.37处。端段箱肋弧长SI=(S'SII)=(99.259832.3)/2=33.4799m端段箱肋设11道横隔板，则端横隔板距起拱面的长度为：ΔS=SI3.17×100.3=1.4799m(3)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0.10m，加强后的断面尺寸如图7所示。a.横隔板重力空心板P=[(1.0×1.350.6×0.95+4×0.12/2)×0.06+4×0.5×0.052×1.35]×25×9=12.319kN实心板P=(1.0×1.35×0.06+4×0.5×0.052×1.35)×9×25=19.74375kNb.中接头加强部分P=[2×0.1×0.54×1.35+0.1×0.54×(1.0-2×0.1)4×0.5×0.052×1.35]×9×25=41.01kNc.拱脚加强段P=[0.1×2×1.35×1.1799+0.1×1.1799×(1.0-2×0.1)2×0.5×0.052×1.35]×9×25=92.1578kNd.各集中力作用线的横坐标各集中力作用线的横坐标lx，可以根据/2dsh1022lSkkx值从《拱桥(例集)》书后附表1查得ξ值，再由l=l'×ξ/2求得。lx的值和各集中力分别对l/4和拱脚截面的力臂见表3。横隔板的横坐标与力臂计算表表3集中力编号Sx022dksh1=2Sx/l肋ξlx=l肋ξ/2力臂l/4-lxl/2-lx1号3.170.07390.07383.167518.406839.98112号6.340.14770.14746.324315.250036.82433号9.510.22160.22039.456012.118333.69264号12.680.29550.292612.55509.019330.59365号15.850.36930.364815.65655.917927.49226号16.450.38330.377716.20845.365926.94027号19.620.45720.446519.16002.414423.988768.49258号22.790.53100.514222.067021.08179号25.960.60490.580124.895118.253510号29.130.67880.6