1、大跨度橋梁結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 題目：175m等截面懸鏈線空腹式無(wú)鉸箱型板砼拱橋 院 系 生態(tài)環(huán)境與建筑工程系 班 級(jí) 2013級(jí)土木工程1班 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 目錄一、設(shè)計(jì)資料3（一）設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)3（二）材料及其數(shù)據(jù)3（三）設(shè)計(jì)依據(jù)4二、主拱圈計(jì)算4（一）主拱圈截面特性4（二）箱形拱圈截面幾何性質(zhì)5三、確定拱軸系數(shù)5（一）上部結(jié)構(gòu)構(gòu)造布置6（二）上部結(jié)構(gòu)恒載計(jì)算8四、拱圈彈性中心及彈性壓縮系數(shù)11（一）彈性中心11（二）彈性壓縮系數(shù)12五、 主拱圈截面內(nèi)力計(jì)算12（一）恒載內(nèi)力計(jì)算12（二）活載內(nèi)力計(jì)算13六、 主拱圈正截面強(qiáng)度驗(yàn)算17（一）荷載組合17（二）正截面抗壓強(qiáng)度和偏心距驗(yàn)算1

2、8七、正截面受剪強(qiáng)度驗(yàn)算21(一）內(nèi)力計(jì)算21（二）拱腳截面直接抗剪驗(yàn)算22八、主拱圈裸拱強(qiáng)度驗(yàn)算23（一）彈性中心的彎矩和推力23（二）截面內(nèi)力23（三）裸拱的強(qiáng)度和穩(wěn)定性驗(yàn)算25九、 小結(jié)26等截面懸鏈線空腹式無(wú)鉸箱型板砼拱橋設(shè)計(jì)和計(jì)算一、設(shè)計(jì)資料（一）設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)公路II級(jí)，人群荷載按規(guī)范取值2.5kN/m2。為了便于計(jì)算，人行道、欄桿、路緣石及橫挑梁懸出拱圈部分，全橋?qū)捚骄垦用?0.5，也可以據(jù)實(shí)計(jì)算。主拱圈內(nèi)橫隔板重量按順橋向每延米給定，6.0kN/m。也可以據(jù)實(shí)計(jì)算。跨徑及橋?qū)拑艨鐝?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(shù)據(jù)

3、主拱圈為C40鋼筋混凝土箱型截面，采用5箱段預(yù)制吊裝合攏，封閉拱箱，現(xiàn)澆填縫。主拱圈=25；C40鋼筋混凝土的極限抗壓強(qiáng)度為；C40鋼筋混凝土的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為；C40鋼筋混凝土的抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)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(yù)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(jù)調(diào)查，橋位處月平均最高溫度40，月平均最低氣溫-5，設(shè)計(jì)合攏溫度為15。采用5段預(yù)制吊裝，由于受到預(yù)制場(chǎng)和施工場(chǎng)地的影響，工期被迫推遲，實(shí)際合攏溫度為20

4、。合攏時(shí)，各構(gòu)件的平均齡期為100天。線膨脹系數(shù)。設(shè)橋梁所處環(huán)境的年平均相對(duì)濕度70%。收縮計(jì)算，若難以換算成溫度，按溫度下降10考慮。（三）設(shè)計(jì)依據(jù) 邵旭東主編橋梁工程，人民交通出版社。 公路橋涵設(shè)計(jì)手冊(cè)拱橋上冊(cè)，1994年6月，人民交通出版社。（簡(jiǎn)稱拱橋） 中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范JTG D60-2004，人民交通出版社，2004年9月。 中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范JTG D62-2004，人民交通出版社，2004年9月。 中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，公路圬工橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D61-2005)，人民交通出版社，2005年9月二、主拱圈

5、計(jì)算（一）主拱圈截面特性截面高度h按經(jīng)驗(yàn)公式估算：式中：h拱圈高度（m） L0拱圈凈跨徑（m） x常數(shù)，一般為0.70.9m。 ，取。拱圈擬采用5個(gè)1.84m的拱箱組成，全寬，拱圈橫斷面的尺寸構(gòu)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(zhì)整個(gè)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(duì)重心軸的慣性矩：主拱圈截面繞中心軸的回轉(zhuǎn)半徑：三、確定拱軸系數(shù)拱軸系數(shù)的確定，一般采用“五點(diǎn)重合法”，先假定一個(gè)值，定出拱軸線，擬定上部結(jié)構(gòu)各種幾何尺寸，計(jì)算出半拱恒載對(duì)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(yīng)以求得的值作為假定值，重復(fù)上述計(jì)算，直至兩者接近為止。（一）上部結(jié)構(gòu)構(gòu)造布置上部結(jié)構(gòu)構(gòu)造布置如圖3.1所示：圖3.1上部結(jié)構(gòu)構(gòu)造尺寸（單位：cm）1、主拱圈 假定，相應(yīng)的。查拱橋表（III）-20（9）得，。計(jì)算跨徑：；計(jì)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(zhǎng)，每等分點(diǎn)拱軸線的縱坐標(biāo)(其中由(III)-1查得),相應(yīng)的拱背曲面坐標(biāo)，拱腹曲面坐標(biāo)。具體數(shù)值見(jiàn)下表：表3.1主拱圈幾何性質(zhì)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(jiǎn)支梁，簡(jiǎn)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(biāo)高，腹孔墩墩中線的橫坐標(biāo)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(jì)算如下表：表3.2腹孔墩高度計(jì)算表空實(shí)腹段分界線注：（二）上部結(jié)構(gòu)恒載計(jì)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?qū)捚骄垦用?0.5KN,立柱縱向中距為9.2m,每個(gè)立柱下壓力為簡(jiǎn)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(yuǎn)，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(hào)排架式腹孔墩高度大于10m,因此在墩中部設(shè)置一道橫系梁，以保立柱的穩(wěn)定。蓋梁自重：底梁自重：13號(hào)排架式腹孔墩的自重（含底梁的自重）為：35號(hào)排架式腹孔墩的自重（含底梁的自重）為：1號(hào)立柱自重：2號(hào)立柱自重：3號(hào)立柱自重：4號(hào)立柱自重：5號(hào)立柱自重：3)各立柱底部傳遞的力通過(guò)對(duì)各自重進(jìn)行相

9、應(yīng)的疊加得到各立柱處集中荷載為：1號(hào)立柱：2號(hào)立柱：3號(hào)立柱：4號(hào)立柱: 5號(hào)立柱: 3、拱上實(shí)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(diǎn)（拱頂）的水平距離:4、驗(yàn)算拱軸系數(shù)恒載對(duì)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(jí)即0.0025，所以可以確定上面擬定的橋跨結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)共軸系數(shù)為四、拱圈彈性中心及彈性壓縮系數(shù)（一）彈性中心（二）彈性壓縮系數(shù)5、 主拱圈截面內(nèi)力計(jì)算大跨徑拱橋應(yīng)驗(yàn)算拱頂、3/8拱跨、1/4拱跨和拱腳四個(gè)截面，必要時(shí)應(yīng)驗(yàn)算1/8拱跨截面。（一）恒載內(nèi)力計(jì)算1、不計(jì)彈性壓縮的自重水平推力贅余力：2、計(jì)入彈性壓縮的恒載內(nèi)力見(jiàn)

10、表5.1 表5.1 計(jì)入彈性壓縮的恒載內(nèi)力表 項(xiàng)目拱頂l/4截面拱腳（二）活載內(nèi)力計(jì)算1、公路II級(jí)和人群荷載的內(nèi)力按通規(guī)，自振頻率計(jì)算如下:按通規(guī)第條，當(dāng)，沖擊系數(shù)取。公路I級(jí)車道荷載的均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值取,由于計(jì)算跨徑，集中荷載取。按通規(guī)第條，公路II級(jí)車道荷載的均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值和集中荷載按公路I級(jí)車道荷載的0.75倍采用。該設(shè)計(jì)為雙向二車道。因此， 對(duì)于均布荷載qk，從公路橋涵設(shè)計(jì)手冊(cè) 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(yīng)的軸向力的影響線面積。具體計(jì)算見(jiàn)表5.2。對(duì)于集中荷載Pk，由于暫無(wú)考慮彈性壓縮的影響線面積用表，所以，從公路橋涵設(shè)計(jì)

11、手冊(cè) 拱橋（上）附錄（III）表12和附錄（III）表7分別查得最大正負(fù)彎矩（絕對(duì)值）影響線坐標(biāo)、相應(yīng)的水平推力影響線坐標(biāo)和左拱腳反力影響線，彈性壓縮另計(jì)。具體計(jì)算見(jiàn)表5.3和表5.4。表5.2 計(jì)入彈性壓縮的公路II級(jí)均布荷載及人群內(nèi)力表表5.3不考慮彈性壓縮公路II級(jí)集中荷載內(nèi)力表 表5.4 計(jì)入彈性壓縮的公路II級(jí)集中荷載內(nèi)力表 2、 活荷載內(nèi)力計(jì)算匯總 表5.5活荷載效應(yīng)匯總表 3、溫度內(nèi)力計(jì)算據(jù)調(diào)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(shè)橋梁所處環(huán)境的年平均相對(duì)濕度70%。收縮計(jì)算，若難以換算成溫度，按溫度下降10考慮。拱圈線膨脹系數(shù)混凝土徐變作用的影響，當(dāng)計(jì)

12、算溫度內(nèi)力時(shí)以；當(dāng)計(jì)算混凝土收縮內(nèi)力時(shí)以的系數(shù)計(jì)入，于是：升高溫度時(shí)：在彈性中心產(chǎn)生的水平力： 降低溫度時(shí)：在彈性中心產(chǎn)生的水平力： 溫度變化、混凝土徐變和收縮的內(nèi)力如下表所示：6、 主拱圈正截面強(qiáng)度驗(yàn)算（一）荷載組合根據(jù)公路橋涵設(shè)計(jì)手冊(cè)規(guī)定，構(gòu)件采用分項(xiàng)安全系數(shù)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，其設(shè)計(jì)的原則是：荷載效應(yīng)不利組合的設(shè)計(jì)值小于或等于結(jié)構(gòu)抗力效應(yīng)的設(shè)計(jì)值。以方程式表示為：式中， 荷載效應(yīng)函數(shù)； 荷載在結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的效應(yīng)； 結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù)，該設(shè)計(jì)的計(jì)算跨徑，； 荷載安全系數(shù)，當(dāng)結(jié)構(gòu)自重，當(dāng)其產(chǎn)生的效應(yīng)與汽車的效應(yīng)同號(hào)時(shí)，；異號(hào)時(shí)，；對(duì)于其他荷載 荷載組合系數(shù)，按下表采用；荷載組合系數(shù)荷載組合組合I1

13、.00組合II、III、IV0.8組合V0.77結(jié)構(gòu)抗力效應(yīng)函數(shù)；材料或砌體的極限強(qiáng)度；材料或砌體的安全系數(shù)，受壓的混凝土采用1.54；荷載效應(yīng)不利組合的設(shè)計(jì)值見(jiàn)表6.1（二）正截面抗壓強(qiáng)度和偏心距驗(yàn)算當(dāng)主拱圈偏心受壓時(shí)，為避免截面開(kāi)裂而限制軸向力偏心，要求軸向力偏心距不超過(guò)容許偏心距。在這情況下，主拱圈正截面受壓強(qiáng)度按下列公式計(jì)算：相應(yīng)的容許偏心距分別為式中：荷載效應(yīng)不利組合的縱向力設(shè)計(jì)值；構(gòu)件的截面面積；材料的抗壓極限強(qiáng)度；C40的混凝土的抗壓極限強(qiáng)度為28Mpa；材料安全系數(shù)縱向力的偏心影響系數(shù)，按下式計(jì)算：表6.1主拱圈荷載效應(yīng)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(nèi)截面的回轉(zhuǎn)半徑；截面形狀系數(shù)，箱形截面取8.0具體計(jì)算見(jiàn)表6.2 表6.2 主拱圈抗力效應(yīng)表截面編號(hào)拱頂891011截面891011拱腳891011截面891011截面891011經(jīng)驗(yàn)算表明主拱圈截面的荷載效應(yīng)不利組合的設(shè)計(jì)值均小于其抗力效應(yīng)的設(shè)計(jì)值，即，而且軸向力的偏心距都在容許范圍之內(nèi)。 七、正截面受剪強(qiáng)度驗(yàn)算一般是拱腳截面處的剪力最大，根據(jù)橋規(guī)條規(guī)定正截面直接受剪的強(qiáng)度，按下式計(jì)算 式中，剪力設(shè)計(jì)值； 受剪截面面積； 砌體或混凝土抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值； 摩擦系數(shù)，采用； 與受剪截面垂直的壓力標(biāo)準(zhǔn)值。(一）內(nèi)力計(jì)算1、恒載（由表3.3和表5.1）恒載產(chǎn)生的左拱腳反力恒載產(chǎn)生的水平推

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

16、腳反力,可取拱頂處與Mmax、Mmin相應(yīng)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(yīng)的軸力：（二）拱腳截面直接抗剪驗(yàn)算拱腳截面剪力作用效應(yīng)匯總?cè)缦拢罕?.1 拱腳截面剪力及相應(yīng)的軸向力標(biāo)準(zhǔn)值1、溫度上升2、溫度下降3、不計(jì)溫度作用符合規(guī)定。八、主拱圈裸拱強(qiáng)度驗(yàn)算本橋采用早期脫架施工，必須驗(yàn)算在裸拱自重內(nèi)力作用下的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。（一）彈性中心的彎矩和推力（二）截面內(nèi)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(qiáng)度和穩(wěn)定性驗(yàn)算主拱圈的裸拱強(qiáng)度和穩(wěn)定性，按下列公式驗(yàn)算式中：荷載效應(yīng)不利組合的水平推力；構(gòu)件縱向彎曲系數(shù)，由下式計(jì)算；式中：與砂漿強(qiáng)度有關(guān)的系數(shù)，對(duì)混凝土取0.002構(gòu)件的計(jì)算長(zhǎng)度，即，為拱軸線長(zhǎng)度；為支承條件系數(shù)，對(duì)無(wú)鉸拱取0.36；偏心受壓構(gòu)件矩形截面在彎曲平面內(nèi)的高度；對(duì)非矩形截面可根據(jù)從公路磚石及混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范表2查得相應(yīng)的值。，查表采用內(nèi)插法得到裸拱的強(qiáng)度和穩(wěn)定性計(jì)算見(jiàn)表8.1 表8.1 裸拱穩(wěn)定性驗(yàn)算表 經(jīng)驗(yàn)算證明主拱圈截面的裸拱的強(qiáng)度和穩(wěn)定性符合規(guī)定要求。9、 小結(jié)通過(guò)完成本拱橋課程設(shè)計(jì)，我基本掌握圬工拱橋上部結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算步驟，原理和方法，熟悉有關(guān)拱橋內(nèi)力計(jì)算圖表的用法；繪制出了該設(shè)計(jì)的總體布置圖，讓我進(jìn)一步熟悉拱橋的縱橫斷面和平面布置。在完成本設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我也遇到了許多問(wèn)題和不足之處。比