等截面空腹式悬链线石拱桥.doc.doc
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1、 桥梁工程桥梁工程 -设计说明书设计说明书 学院:土木建筑学院 专业:桥梁工程 班级: 姓名: 学号: 指导老师: 目目 录录 1.1.设计依据与基础资料设计依据与基础资料 1 1 1.1 标准及规范 .1 1.1.1 标准 .1 1.1.2 规范 .1 1.1.3 参考资料 .1 1.2 主要尺寸及材料 .1 1.2.1 主拱圈尺寸及材料 .2 1.2.2 拱上建筑尺寸及材料 .2 2 2. .确定拱轴系数确定拱轴系数 2 2.1 首次假设及验证M值3 2.2 二次假设及验证M值.4 3.3.主拱圈截面内力计算主拱圈截面内力计算 3.1 拱圈弹性中心及弹性压缩系数8 3.1.1 弹性中心计算
2、 .8 3.1.2 弹性压缩系数 .8 3.2 裸拱状态下截面内力验算 .5 3.3 恒载内力计算 .9 3.3.1 不计弹性压缩的恒载推力 .9 3.3.2 计入弹性压缩的恒载内力 .9 3.4 汽车荷载效应计算 .9 5 5. .荷载作用效应组合荷载作用效应组合 1414 6 6. .主拱圈正截面强度验算主拱圈正截面强度验算 1515 7 7. .拱圈总体拱圈总体“强度稳定强度稳定”验算验算 1818 0 等截面空腹式悬链线石拱桥等截面空腹式悬链线石拱桥 1.1.设计依据与基础资料设计依据与基础资料 1.11.1 标准及规范标准及规范 1.1.11.1.1 标准标准 跨径:净跨径, 净矢高
3、,mL50 0 mf10 0 5 1 0 0 L f 设计荷载:公路II 级汽车荷载,人群荷载 m kN 2 /3 桥面净宽:净 9+20.25m 人行道。 1.1.21.1.2 规范规范 公路工程技术标准JTG B01-2003 公路桥梁设计通用规范JTG D60-2004(以下简称通规 ) 公路圬工桥涵设计规范JTG D61-2005(以下简称圬规 ) 1.1.31.1.3 参考资料参考资料 公路桥涵设计手册拱桥上册(人民交通出版社 1994) (以下简称手 册 ) 1.21.2 主要尺寸及材料主要尺寸及材料 1 半拱示意图半拱示意图 图图 1-11-1 1.2.11.2.1 主拱圈尺寸及
4、材料主拱圈尺寸及材料 主拱圈采用矩形截面,其宽度,厚度,采用 M12.5 砂浆mB5 . 9mD1 . 1 砌筑 MU50 粗料石,容重为 31 25 M KN 1.2.21.2.2 拱上建筑尺寸及材料拱上建筑尺寸及材料 1)主拱圈每半跨布置 3 个圆弧形腹拱圈。腹拱圈厚度,净跨 md35 . 0 ,采用 M10 砂浆砌筑 MU40 块石,容重为。 mL4 1 mf1 1 32 24 m kN 2)拱上横墙为横墙式。纵桥向宽为 0.8m,采用 M10 砂浆砌筑 MU40 块石, 容重为。 32 24 m kN 3)拱上侧墙用直立式等宽构造。顶宽 0.9m, 采用 M10 砂浆砌筑 MU40 块
5、石, 容重为。 32 24 m kN 4)拱顶填料,桥面铺装层,换算容重,安全护栏。 m kN 3 19 m kN 3 0 . 1 2.2.确定拱轴系数确定拱轴系数 拱轴系数 m 的确定,一般采用“五点重合法”进行试算。先假定一个 m 值, 定出拱轴线,根据拟定的上部构造各部分的几何尺寸,计算半拱恒载对拱脚截 面形心的弯矩和自拱顶至跨的恒载对跨截面形心的弯矩。 4 l 4 l 其比值。求得后,可由中反求 m 值。若 求得的 m 与假定的 m 不符,则将求得的 m 作为假定值,重复上述计算,直到两 者接近为止。 式中:L/4 截面处的拱轴线坐标值; / y1 4 拱轴线计算矢高; f0 拱顶至拱
6、跨 L/4 截面自重对 L/4 截面的弯矩值; M 14 拱顶至拱脚截面自重对拱脚截面的弯矩值。 j M 2 2.12.1 首次假设及验证首次假设及验证 m m 值值 先假设拱轴系数为 m=2.814.根据,利用 631124060106m l 50 0 m f 10 0 高兴军 3.000.xls 求得各 x 点处的 y 值,从而确定悬链线的形状位置,进而绘制 立面图,横断面图,见图 631124060106 高兴军 2.dwg 利用 CAD 求面域,得弯矩如下: 1/4 处: 主拱圈:MkN M 843.902625*5 . 9*) 5 . 123854.11(*3223.30 4/1 腹
7、拱:MkN M 243.755824*5 . 9*)5 .121361. 6(*2091 . 5 4/1 拱上侧墙: MkN M 044.177024*2*8 . 0*) 5 . 128412.10(*7881.27 4/1 拱顶填料: MkN M 593.873924*)5 .128412.10(*)6 . 15 . 9(*7881.27 4/1 拱上横墙:MkN M 556.967024*5 . 9*) 5 . 122155 . 6 (*7491 . 6 4/1 MkN M 978.31222593.8739044.1770243.7558843.9026 4/1 拱脚处: 主拱圈:MkN
8、 Mj 484.8199225*5 . 9*3854.11*3223.30 腹拱:MkNM691.72875 . 9*24*1361 . 6 *2091 . 5 拱上侧墙::MkN Mj 244.1156824*8412.10*2*8 . 0*7881.27 拱顶填料:MkN Mj 578.4521819*8412.10*)6 . 15 . 9(*7881.27 拱上横墙:MkN Mj 379.956424*5 . 9*2155 . 6 *7491 . 6 MkN Mj 891.156114379.9564578.45218244.1156869.7287484.81992 故, 得 m=3.
9、00120 . 0 891.156114 978.31222 4 1 4 1 M M y j f 12)2( 2 1 4 1 y f m 得出 m 值与假设的 2.814 有较大差别%67 . 0 %100* 814 . 2 004 . 3 814 . 2 3 2.22.2 二次假设及验证二次假设及验证 m m 值值 以 m=3.00 再次进行计算如下: 拱脚处: 主拱圈 面积: 30.9478 质心: X: 11.9744 Y: 6.8333 MkN Mj 07.880135 . 9*25*9744.11*9478.30 腹拱: 面积: 5.2091 质心: X: 6.5087 Y: 10.
10、1747 MkN Mj 22.77305087 . 6 *2091 . 5 *5 . 9*24 拱上横墙: 面积: 7.4716 质心: X: 6.3094 Y: 7.5084 MkN Mj 22.107485 . 9*24*3094 . 6 *4716 . 7 拱上填料: 面积: 23.0972 质心: X: 12.1030 Y: 10.6332 MkN Mj 77.419599 . 7*19*1030.12*0972.23 拱上侧墙: 面积: 23.0972 质心: X: 12.1030 MkN Mj 54.107346 . 1*1030.12*0972.23*24 L/4 拱圈处 主拱圈
11、: 面积: 14.2082 质心: X: 6.2907 Y: 1.3667 MkN M L63.212275 . 9*25*2907 . 6 *2082.14 4 腹拱: 面积: 0.3915 质心: X: 0.4477 4 Y: 1.7376 MkN M L63.415 . 9*25*4477 . 0 *3915 . 0 4 拱上填料: 面积: 12.9215 质心: X: 4.7771 Y: 2.4025 MkN M L27.92657771 . 4 *9215.12*)6 . 15 . 9(*19 4 拱上侧墙: 面积: 12.9215 质心: X: 4.7771 Y: 2.4025 M
12、kN M L33.23707771 . 4 *9215.12*6 . 1*24 4 得 m=3.004 207 . 0 82.159185 87.33004 4 1 4 1 M M y j f 12)2( 2 1 4 1 y f m %13. 0%100* 000 . 3 004 . 3 000 . 3 与假设 m 值相差不大,故可以此值 m=3.004 作为拱轴系数。 故:1)拱轴线拱脚处切线与水平线交角 j (以下表值均见 f 1000L j tan 10 表(I I I )-2值4984509969 1000 50 手册 ) , 9 . 44)9969 . 0 (tan 1 j 69 .
13、 0 sin j 707. 0cos j 2)拱脚投影 水平投影,竖向投影mdx j 759 . 0 sinmdy j 778 . 0 cos 3)计算跨径和计算矢高 计算跨径mxll759.50 0 计算矢高. y d ffm 0 10161 22 计算矢跨比: f l 15 3.3.主拱圈截面内力计算主拱圈截面内力计算 3 3. .1 1 拱圈弹性中心及弹性压缩系数拱圈弹性中心及弹性压缩系数 3.1.13.1.1 弹性中心弹性中心计算计算 5 弹性中心离拱顶距离,可以由手册附表(III)-3 求得。 s y m ys 29293. 310*329293. 0 3.1.23.1.2 弹性压缩
14、系数弹性压缩系数 按手册公式 4-18,由于弹性压缩引起的弹性中心的赘余力为 。系数和可自手册附表(III)9 和附表(III)-11 求得。 gg HH 1 1 1 mr AI w 22 1008 . 0 1 . 1*5 . 9 12/31 . 1*5 . 9 / I 为弯曲平面内截面惯性矩,A 为截面面积,r 为截面绕 x 轴回转半径。 m f rw 2 2 2 000976 . 0 2161.10/1008 . 0 01088 . 0 000976 . 0 *1485.11 1 000897 . 0 000976. 0*1961 . 9 01087 . 0 1000897 . 0 010
15、88 . 0 1 1 3.23.2 裸拱状态下截面内力验算:裸拱状态下截面内力验算: 弯矩M S和水平力HS,采用力法可得: mkN Ar V l Ms 475.313831860 . 0 4 25759.501 . 15 . 9 4 2 1 2 kN f Ar V l Hs 375.882553338 . 0 161.10) 1000897. 0(4 25759.501 . 15 . 9 )1 (4 2 2 2 注:式中 V1,V2 可从手册附表(III)-15、16 查得. 由静力平衡条件得 i Ssi My HMM 24 i ii si PCOS HN 24 sin 6 mkN Arl
16、36.168728 4 25759.501 . 15 . 9 4 2 2 kNArl788.1326025759.501 . 15 . 9 (1)拱脚的弯矩和轴向力为: ,m y 1636.10 1 9 . 44 0 ,9969 . 0 tan mkN My HMMSs 374.3794 522885 . 0 36.168728)1636.1029293 . 3 (375.8825475.31383 0 24 0 kNPCOS HNs 932.11330707 . 0 54306 . 0 788.13260707. 0375.8825sin 0 24 00 0 (2)计算 L/4 截面的内力:
17、 ,m y 0358 . 2 1 18.19 0 ,34783 . 0 tan mkN My HMMSs l 613.988 126105 . 0 36.168728)0358 . 2 29293 . 3 (375.8825475.31383 12 24 4 kNPCOS HNs l175.944134 . 0 254614 . 0 788.132609397 . 0 375.8825sin 0 24 00 4 (3)计算拱顶截面的内力: mkN My HMMSsd 1329.2322 036.16872829293 . 3 375.8825475.31383 24 24 kNPCOS HNs
18、d 375.882500788.132601375.8825sin 0 24 00 项目拱顶1/4 截面拱脚 7 整理裸拱状态截面内力如下: 3.33.3 恒载内力计算恒载内力计算 3.3.13.3.1 不计弹性压缩的恒载推力不计弹性压缩的恒载推力 kN f M H j g 35.15666 161.10 82.159185 3.3.23.3.2 计入弹性压缩的恒载内力计入弹性压缩的恒载内力 以拱顶截面为例计算各项内力如下: 计入弹性压缩的剪力 00*35.15666*01087 . 0 sin 1 1 Hg Q 轴向力 kNN H H g g 056.154961*35.15666*0108
19、7 . 0 1/35.15666cos 1cos 1 弹性压缩弯矩 mkNM yy H s g 764.56029293 . 3 *35.15666*01087 . 0 )( 1 1 1 它截面的计算方法相同: 1/4 截面: ,m y 0358 . 2 1 18.19 0 ,34783 . 0 tan kNQ Hg 8997.5734 . 0 *35.15666*01087 . 0 sin 1 1 kNN H H g g 626.165119397 . 0 *35.15666*01087 . 0 9397 . 0 /35.15666cos 1cos 1 M(kN.m)2322.1329-98
20、8.6133794.370 H(kN)8825.3759441.17511330.932 8 mkN M yy H s g 081.214 )03580 . 2 29293 . 3 (*35.15666*01087 . 0 )( 1 1 1 拱脚处: ,m y 1636.10 1 9 . 44 0 ,9969 . 0 tan kNQ Hg 502.11769 . 0 *35.15666*01087 . 0 sin 1 1 kNN H H g g 51.22038707 . 0 *35.15666*01087 . 0 707 . 0 /35.15666cos 1cos 1 mkNM yy H s
21、 g 028.1170)1636.1029293 . 3 (*35.15666*01087 . 0 )( 1 1 1 恒载内力计算结果见表: 3.43.4 汽车荷载效应计算汽车荷载效应计算 汽车荷载效应的计算采用影响线加载的方法,公路 I 级车道荷载均布荷载 标准值,集中荷载标准值当计算跨径小于和等于 5m 时,./ k qkN m105 k Pl0 ,当大于 50m 时,当跨径在 5m 至 50m 时取直线内插值。 k PkN180l0 k PkN360 对公路 II 级车道荷载应按公路 I 级车道荷载乘以 0.75 的折减系数(参照通 规4.3.1),本计算题中经规范折减计算得: 均布荷载
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