橋梁工程課程設(shè)計(jì)---拱橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算

1、<p>　　拱橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算說明書</p><p><b>　　一．課程設(shè)計(jì)的目的</b></p><p>　　1.培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)橋梁工程理論知識(shí)，解決鋼筋混凝土拱橋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和計(jì)算問題，掌握鋼筋混凝土拱橋結(jié)構(gòu)分析和計(jì)算的理論與方法。</p><p>　　2. 強(qiáng)調(diào)規(guī)范在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要性，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用專業(yè)理論知識(shí)和專業(yè)規(guī)范

2、進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的能力。</p><p>　　3. 進(jìn)一步提高學(xué)生繪制橋梁工程施工圖、使用計(jì)算機(jī)的能力。</p><p><b>　　二．課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容</b></p><p>　　1. 確定主拱圈截面構(gòu)造尺寸，計(jì)算拱圈截面的幾何、物理力學(xué)特征值； </p><p>　　2. 確定主拱圈拱軸系數(shù) m 及拱上建筑的構(gòu)造布置

3、和幾何構(gòu)造尺寸； </p><p>　　3. 結(jié)構(gòu)恒載計(jì)算； </p><p>　　4. 主拱結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算(永久作用、可變作用)； </p><p>　　5. 溫度變化、混凝土收縮徐變引起的內(nèi)力； </p><p>　　6. 主拱結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定計(jì)算；</p><p>　　7. 拱上立柱(墻)的內(nèi)力、強(qiáng)度及穩(wěn)定性計(jì)算；

4、 </p><p>　　8. 繪制 1～2 張相關(guān)施工圖。</p><p><b>　　三．課程設(shè)計(jì)的時(shí)間</b></p><p>　　時(shí)間：兩周；安排在理論課結(jié)束之后。</p><p><b>　　四．課程設(shè)計(jì)的方法</b></p><p>　　1．獨(dú)力思考，繼承與創(chuàng)新&

5、lt;/p><p>　　設(shè)計(jì)時(shí)要認(rèn)真查閱和閱讀參考資料，繼承前人的設(shè)計(jì)成果和經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)課程設(shè)計(jì)的具體要求，大膽改進(jìn)和創(chuàng)新。</p><p>　　2．結(jié)合和參考本指導(dǎo)的算例，進(jìn)行拱橋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算，掌握拱橋的計(jì)算理論和設(shè)計(jì)內(nèi)容與方法。</p><p><b>　　五．課程設(shè)計(jì)的步驟</b></p><p>　　1．設(shè)計(jì)準(zhǔn)備：了

6、解設(shè)計(jì)任務(wù)書，明確設(shè)計(jì)要求、設(shè)計(jì)內(nèi)容、設(shè)計(jì)步驟；通過查閱教科書和相關(guān)設(shè)計(jì)資料，了解設(shè)計(jì)的理論和方法；準(zhǔn)備好設(shè)計(jì)所需資料、工具書、工具軟件；擬好設(shè)計(jì)計(jì)劃。</p><p>　　2．設(shè)計(jì)實(shí)施：根據(jù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，參考設(shè)計(jì)指導(dǎo)書和教科書，確定設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容、計(jì)算順序；根據(jù)相關(guān)計(jì)算理論，計(jì)算和填寫相關(guān)圖表的內(nèi)容。使用圖表給出計(jì)算結(jié)果和結(jié)構(gòu)的相關(guān)驗(yàn)算結(jié)果。</p><p>　　3．匯總設(shè)計(jì)成果

7、：課程設(shè)計(jì)計(jì)算書，課程設(shè)計(jì)要求繪制的工程圖紙。</p><p>　　橋梁工程課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</p><p><b>　　一． 設(shè)計(jì)題目 </b></p><p>　　空腹式等截面懸鏈線箱形無鉸拱橋設(shè)計(jì) </p><p><b>　　二． 設(shè)計(jì)資料 </b></p><p>

8、;<b>　　1． 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) </b></p><p>　　設(shè)計(jì) 荷載：公路—I級(jí)，人群荷載3.5kN/m</p><p>　　2．橋面凈空凈－8+2*(0.75m+0.25m)人行道+安全帶 </p><p>　　凈跨徑L0＝80m </p><p><b>　　凈高 f0＝16m</b><

9、/p><p>　　凈跨比f0/L0＝1/5 </p><p>　　3．材料數(shù)據(jù)與結(jié)構(gòu)布置要求 </p><p>　　拱頂填料平均厚度(包括路面，以下稱路面)hd＝ 0.5m，材料容重 γ=22.0kN/m</p><p>　　主拱圈材料容重(包括橫隔板、施工超重)γ2＝25.0kN/m</p><p>　　拱上立柱（墻）材

10、料容重γ2＝25kN/m</p><p>　　腹孔拱圈材料容重γ3＝23kN/m</p><p>　　腹孔拱上填料容重γ4＝22kN/m</p><p>　　主拱圈實(shí)腹段填料容重γ1＝22 kN/m</p><p>　　人行道板及欄桿重 52.0kN/m(雙側(cè))； </p><p><b>　　混凝土材料：

11、</b></p><p>　　強(qiáng)度等級(jí)為 C30，主要強(qiáng)度指標(biāo)為：</p><p>　　強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 fck=20.1MPa，ftk=2.01MPa </p><p>　　強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 fcd=13.8MPa，ftd=1.39MPa </p><p>　　彈性模量 Ec=3.0*104MPa </p><p&g

12、t;<b>　　普通鋼筋 </b></p><p>　　1)縱向抗拉普通鋼筋采用 HRB400鋼筋，其強(qiáng)度指標(biāo)為：</p><p>　　抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 fsk=400MPa </p><p>　　抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 fsd=330MPa</p><p>　　彈性模量 Es=2

13、.0*l05 MPa </p><p>　　相對(duì)界限受壓區(qū)高度 ξb=0.53， ξpu=0.1985 </p><p>　　2)箍筋及構(gòu)造鋼筋采用HRB335鋼筋，其強(qiáng)度指標(biāo)為：</p><p>　　抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fsk=335MPa </p><p>　　抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 fsd=280MPa </p><p>

14、　　彈性模量 Es=2.0*105 MPa </p><p>　　本橋采用支架現(xiàn)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(xiàn)場(chǎng)澆筑而成。拱上建筑可采用簡(jiǎn)支板形式或圓弧拱形式，凈跨為5～7m左右，腳至 拱頂布置4 ～6 跨左右(主拱圈的具體幾何參照指導(dǎo)書實(shí)例修改自定 )。 </p><p><b>　　4．設(shè)計(jì)計(jì)算依據(jù) </b>&l

15、t;/p><p>　　交通部部頒標(biāo)準(zhǔn)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTG D60－2004) 交通人民出版社 </p><p>　　交通部部頒標(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 )交通人民出版社 </p><p>　　交通部部頒標(biāo)準(zhǔn)《公路圬工橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D61-2005) 交通人民出版社 </p>&

16、lt;p>　　《公路設(shè)計(jì)手冊(cè)-拱橋(上)》 人民交通出版社，2000.7 </p><p><b>　　三． 設(shè)計(jì)內(nèi)容 </b></p><p>　　1. 確定主拱圈截面構(gòu)造尺寸，計(jì)算拱圈 截面的幾何、物理力學(xué)特征值； </p><p>　　2. 確定主拱圈拱軸系數(shù) m 及拱上建筑的構(gòu)造布置和幾何構(gòu)造尺寸； </p>&

17、lt;p>　　3. 結(jié)構(gòu)恒載計(jì)算 ； </p><p>　　4. 主拱結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算(恒載、活載)； </p><p>　　5. 溫度變化、混凝土收縮徐 變引起的內(nèi)力； </p><p>　　6. 主拱結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定驗(yàn)算 ； </p><p>　　7. 拱上立柱(墻)的內(nèi)力、強(qiáng)度及穩(wěn)定性驗(yàn)算；</p><p>　

18、　8. 手工繪制2張相關(guān)施工圖 。 </p><p><b>　　四． 設(shè)計(jì)成果 </b></p><p>　　1．空腹式等截面懸鏈線無鉸拱設(shè)計(jì)計(jì)算書 </p><p>　　2．空腹式等截面懸鏈線無鉸拱設(shè)計(jì)縱斷面施工圖 </p><p>　　3．空腹式等截面懸鏈線無鉸拱設(shè)計(jì)橫斷面施工圖 </p><

19、;p><b>　　五． 參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　1.范立礎(chǔ) ．橋梁工程 (上)[M]．北京：人民交通出版社，2001 </p><p>　　2.顧安邦 ．橋梁工程 (下)[M]．北京：人民交通出版社，1991 </p><p>　　3.姚玲森 ．橋梁工程 [M]．北京：人民交通出版社，2008 </p>&

20、lt;p>　　4.王國(guó)鼎 ，鐘圣斌 ．拱橋[M]．北京：人民交通出版社，2000 </p><p>　　5.顧懋 清，石紹甫．公路橋涵設(shè)計(jì)手冊(cè)－拱橋(上)[ M]．北京：人民交通出版社，2000.7 </p><p><b>　　拱橋課程設(shè)計(jì)計(jì)算</b></p><p>　　（一）主拱圈截面幾何要素的計(jì)算</p><p

21、>　　1．主拱圈橫截面設(shè)計(jì)</p><p>　　拱圈截面高度按經(jīng)驗(yàn)公式估算</p><p>　　D= l0/100 + Δ=80/100+0.6=1.4m</p><p>　　拱圈由六個(gè)各為1.5m寬的拱箱組成，全寬B0=9.0 m</p><p><b>　　構(gòu)造圖如附圖所示：</b></p>&l

22、t;p>　　2．箱形拱圈截面幾何性質(zhì)</p><p>　　截面積： A= (1.5*1.4-1*1.1+0.1*0.1*2) *6=6.12 m2</p><p>　　繞箱底邊緣的靜面矩：</p><p>　　s= [1.5*1.4*0.7-0.9*1*0.7-(0.1*0.1+0.8*0.2) *0.7] *6=4.326m3</p><

23、p>　　主拱圈截面重心軸： </p><p>　　y下 =S/A=0.693m y上=1.4-0.707=0.707m</p><p>　　主拱圈截面繞重心軸的慣性矩：</p><p>　　6*（1.5*1.43/12+1.5*1.4*(0.7-1.4/2)2-1.1*0.9733/12-1.1*0.973*02）=1.551m4</p>&l

24、t;p>　　拱圈截面繞重心軸的回轉(zhuǎn)半徑： rω=(IX/A)1/2=(1.551/6.12)1/2=0.503m</p><p><b>　?。ǘ┐_定拱軸系數(shù)</b></p><p>　　1．上部結(jié)構(gòu)構(gòu)造布置</p><p>　　上部結(jié)構(gòu)構(gòu)造布置如圖所示：</p><p><b>　　主拱圈</b

25、></p><p>　　假定m=2.514，相應(yīng)的y1/4/f=0.215，f0/l0=1/5，查《拱橋》(上冊(cè))(III)-20(7)得：</p><p>　　sinφj =0.69198，cosφj=0.72191，φj=43.7876?</p><p>　　主拱圈的計(jì)算跨徑和計(jì)算矢高：</p><p>　　l=l0+2y下sinφ

26、j=80+2*0.7*0.69198=80.97m f =f0+y下(1-cosφj) =16.193m</p><p>　　拱腳截面的水平投影和豎向投影 x=Hsinφj=0.97 m y=Hcosφj=1.01 m</p><p>　　將拱軸沿跨徑24等分，每等分長(zhǎng)Δl=l/24=3.37375 m，每等分點(diǎn)拱軸線的縱坐標(biāo)</p><p>　　y

27、1=[表(III)-1值]*f，相應(yīng)的拱背曲面坐標(biāo)y'1=y1y上/cosφ，拱腹曲面坐標(biāo)y"1=y1+y下/cosφ。</p><p><b>　　拱上腹孔布置</b></p><p>　　從主拱兩端起拱線起向外延伸

28、 后向跨中對(duì)稱布置3 對(duì)圓弧小拱，腹拱圈厚d'=0.5m，凈跨徑l'0=8m，凈矢高f'0=0.8m，座落在寬為 0.6m的鋼筋混凝土排架式腹拱墩支承的寬為 0.7m的鋼筋混凝土蓋梁上。腹拱拱頂?shù)墓氨澈椭鞴肮绊數(shù)墓氨吃谕粯?biāo)高。腹拱墩墩中線的橫坐標(biāo)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/cosφ) - (d'+f'0)，分別計(jì)算如表：</p><

29、;p><b>　　1.573</b></p><p>　　由f'0/l'0=1/10，查《拱橋》(上冊(cè))表3-2得</p><p>　　sinφ0=0.43219，cosφ0=0.90178，</p><p>　　腹拱拱腳的水平投影和豎向投影</p><p>　　x'=d'*sinφ

30、0=0.5*0.43219=0.216095 m； y'=d'*cosφ0=0.5*0.90178=0.45089 m</p><p><b>　?。ㄈ┙Y(jié)構(gòu)恒載計(jì)算</b></p><p><b>　　(1)主拱圈恒載</b></p><p>　　P0~12=[表（Ⅲ）—19（7）值]Ar2l=0.514

31、08*6.12*25*80.97=6368.6338kN·m</p><p>　　M1/4=[表（Ⅲ）—19（7）值] Ar2l2/4=0.12530*6.12*25*80.972/4=31421.7804 kN·m</p><p>　　Mj=[表（Ⅲ）—19（7）值] Ar2l2/4=0.50610*6.12*25*80.972/4=126915.9063kN

32、3;m</p><p><b>　　(2)橫隔板</b></p><p>　　橫隔板的設(shè)置受箱肋接頭位置的控制，必須先確定接頭位置后再按箱肋軸線等弧長(zhǎng)布置橫隔板。</p><p><b>　　箱肋有關(guān)幾何要素</b></p><p><b>　　a.箱肋截面積</b></

33、p><p>　　A'=2*0.2*1.4+1.1*0.1+2*0.1*0.1/2=0.79m2</p><p><b>　　b.箱肋截面靜矩</b></p><p>　　J'=2*0.2*1.4*1.4/2+1.1*0.2*0.2/2+2*0.1*0.1*(0.1/3+0.2)/2=0.4163 m3</p><

34、p>　　c.截面重心距箱底的距離</p><p>　　y'下=J'/A'=0.527m</p><p>　　d.箱肋計(jì)算跨徑 </p><p>　　l'=l0+2 y'下sinφj=80+2*0.527*0.69198=80.7293m</p><p>　　e.箱肋軸線弧長(zhǎng) S'

35、;=2*0.52764l'=85.1920m</p><p>　　確定箱肋接頭、設(shè)置橫隔板</p><p>　　a.確定接頭位置箱肋分三段吊裝合攏，接頭宜選在箱肋自重作用下彎矩值最小的反彎點(diǎn)附近，即ξ=0.35~0.37之間，此處相應(yīng)的弧長(zhǎng)為(圖6) ：</p><p>　　S’x=*l'/2=(0.35176-0.37200) * 80.7293/

36、2=14.1987-15.0156m </p><p>　　式中 值根據(jù)ξ值從《拱橋(例集)》的附表1-1內(nèi)插算得。</p><p><b>　　b.布置橫隔板</b></p><p>　　橫隔板沿箱肋中軸線均勻設(shè)置，取板間間距Δl'=2.56m，中段箱肋設(shè)11道橫隔板，端橫隔板到接頭中線的距離為0.3m，則中段箱肋弧長(zhǎng)之半為：S

37、II/2=(2.56*10+2*0.3)/2=13.1m則接頭位置剛好在ξ=0.37處。</p><p>　　端段箱肋弧長(zhǎng) SI=(S'SII)=( 85.192026.2)/2=29.496m</p><p>　　端段箱肋設(shè)12道橫隔板，則端橫隔板距起拱面的長(zhǎng)度為：ΔS=SI2.56*110.3=1.036m</p><p>　　橫隔板與接頭加強(qiáng)部分的重

38、力</p><p>　　橫隔板厚均為0.06m?？抗澳_的一塊為實(shí)心板，其余均為空心板。接頭處兩相鄰橫隔板之間以及拱腳截面至第一塊橫隔板之間的箱底板和兩側(cè)板均加厚0.10m，加強(qiáng)后的斷面尺寸如圖7所示。</p><p><b>　　a.橫隔板重力</b></p><p><b>　　空心板 </b></p>&

39、lt;p>　　P=[(1.1*1.02-0.68*0.62+4*0.12/2)*0.06 +4*0.12*1.02/2]*25*7=11.1342kN</p><p><b>　　實(shí)心板</b></p><p>　　P=(1.1*1.02*0.06</p><p>　　+4*0.12*1.02/2)*7*25=15.351kN</p

40、><p><b>　　b.中接頭加強(qiáng)部分</b></p><p>　　P=[2*0.1*0.54*1.02+0.1*0.54*(1.1-2*0.1)</p><p>　　-4*0.12*1.02/2]*7*25=24.213kN</p><p><b>　　c.拱腳加強(qiáng)段</b></p>

41、<p>　　P=[0.1*2*1.02*0.6775+0.1*0.6775*(1.1-2*0.1) -2*0.12*1.1/2]*7*25=32.9324kN</p><p>　　d.各集中力作用線的橫坐標(biāo)</p><p>　　各集中力作用線的橫坐標(biāo)lx，可以根據(jù)值從《拱橋(例集)》書后附表1查得ξ值，再由l=l'*ξ/2求得。lx的值和各集中力分別對(duì)l/4和拱腳截面的力

42、臂見表</p><p><b>　　3)拱上空腹段恒載</b></p><p><b>　　腹孔上部(見圖8)</b></p><p>　　腹拱圈外弧跨徑 l外=l+2dsinφ0 =8+2*0.5*0.43219=8.43219m</p><p>　　腹拱圈內(nèi)弧半徑 R

43、0= l0/(2sinφ0)=8/(2*0.43219)=9.2552m</p><p><b>　　腹拱圈重力 </b></p><p>　　Pa=2φ0Rd'γ3B0=2*25?36'24"*π/180*(9.2552+0.5/2)*0.5*23*9 =879.3505kN</p><p>　　腹拱上面的護(hù)拱重力

44、 Pb=(2sinφ0-sinφ0cosφ0-φ0)R2γ2B0=(2*0.43219-</p><p>　　0.43219*0.90178-25?36'24"*π/180)*(9.2552+0.5/2)2*22*9=495.8681kN</p><p>　　填料及橋面系重力 Pc=l外hdγ1B0=8.43219*0.5*22*9=834.7868kN&l

45、t;/p><p>　　腹拱墩起拱線以上部分重力(見圖9) </p><p>　　Pd={(0.6-x')y'γ4+[(f'0+d'-y') γ2+hdγ1](0.6-2x')}B0={(0.6-0.216095)*0.45089*23+</p><p>　　[(0.8+0.5-0.45089)*22+0.5*22]*(0

46、.6-2*0. 216095)}*9=80.6576kN</p><p><b>　　一個(gè)腹拱總重力：</b></p><p>　　P=∑Pi=879.3505+495.8681+834.7868+80.6576=2290.663kN</p><p><b>　　腹孔下部</b></p><p>　

47、　1號(hào)橫墻:P=[7.3861-（0.5*1+3.14*0.5²/2）/9]*0.6*25=109.304 kN</p><p>　　2號(hào)橫墻:P=[3.0438-（0.5*1+3.14*0.5²/2）/9]*0.6*25=44.1695 kN</p><p>　　3號(hào)橫墻:P=(0.3294+0.45089/2)*( 14.1162-13.6662)*2*25=12.

48、4840125 kN</p><p><b>　　腹孔集中力</b></p><p>　　P13=2290.663+109.304=2399.967 kN</p><p>　　P14=2290.663+44.1695=2334.8325 kN</p><p>　　P15=（2290.663-80.6576）/2+12.4

49、840125=1117.4867 kN</p><p>　?。?）拱上實(shí)腹段(見圖11)</p><p>　　拱頂填料及橋面系重 P16=l*hdγ1B0=13.6662*0.5*22*9=1352.9538kN</p><p>　　懸鏈線曲邊三角形 </p><p>　　P17=lf1(shkξ-kξ)γ2B0/[2(m-1)k]=8

50、0.97*15.92065/[2*(2.514-1)*1.572999]</p><p>　　*(sh0.53098512-0.53098512)*22*9=1356.0686kN</p><p>　　式中 f1=f+y上(1-1/cosφj)=16.193+0.707*(1-1/0.72191)=15.92065m</p><p>　　其重心距原點(diǎn)(拱頂)的水平

51、距離</p><p>　　ηlx=[(shkξ-kξ/2)-(chkξ-1)/ kξ] lx/(shkξ-kξ)=0.7509lx=10.2625m</p><p><b>　　（5）腹拱推力</b></p><p>　　靠近主拱拱頂一側(cè)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(gòu)造的作用，可以折中地按無鉸圓弧拱計(jì)算其推

52、力，而不計(jì)彎矩的影響。</p><p><b>　　腹拱拱腳的水平推力</b></p><p>　　F=(C1g1+C2g2+C3g3)RB0</p><p>　　式中 g1=γ1hd=22*0.5=11kN/m2</p><p>　　g2=γ2{(R+d'/2)- [(R+d'/2)2-l2/4]&#

53、189;}</p><p>　　=22*{(9.2552+0.5/2)- [(9.25525+0.5/2)2-8.5972/4] ½}=22.6046kN/m2</p><p>　　g3=γ3d'=23*0.5=11.5kN/m2</p><p>　　由f0/l'0=1/10和b=I/AR2=0.0003查《拱橋》(上冊(cè))表(I)-4得&l

54、t;/p><p>　　C1=0.6103，C2=0.08473，C3=0.6170</p><p>　　F=(0.6103*11+0.08473*22.6046+0.6170*11.5)</p><p>　　*9.2552*9 =1309.7662kN</p><p>　　腹拱拱腳推力作用線的縱坐標(biāo)見圖12所示，其距x軸的偏心距為：</p&

55、gt;<p>　　e=d'+ f0-y'/2-y上=0.895345m</p><p>　　腹拱推力對(duì)各截面重心產(chǎn)生的力矩 Mi=Fx(yi-e)</p><p><b>　　（6）驗(yàn)算拱軸系數(shù)</b></p><p>　　恒載對(duì)l/4截面和拱腳截面的力矩見表</p><p>　　

56、由表可知： ∑M¼/∑Mj=64917.67328/300494.9139=0.216036</p><p>　　該值與m=2.514，y1/4/f=0.215，十分接近，顧可確定2.514為設(shè)計(jì)的拱軸系數(shù)。</p><p>　　（7）拱圈彈性中心及彈性壓縮系數(shù)</p><p>　　彈性中心 ys=[表(III)-3值]*f =0.316474*16

57、.193=5.12466m2</p><p>　　彈性壓縮系數(shù) γ2w =I/A=1.551/6.12=0.25343</p><p>　　γ2w/f 2=0.25343/16.1932=0.00096651</p><p>　　1=[表(III)-9值]*γ2w/f 2 =11.6060*0.00096651=0.0112173</p><

58、;p>　　=[表(III)-11值]*γ2w/f 2 =10.9881*0.00096651=0.0106201</p><p>　　1/(1+)=0.011099</p><p>　?。ㄋ模┲鞴叭孛鎯?nèi)力驗(yàn)算</p><p><b>　　結(jié)構(gòu)自重內(nèi)力計(jì)算</b></p><p>　　在確定m系數(shù)時(shí)，其實(shí)計(jì)算值很難

59、與選定的拱軸系數(shù)在“五點(diǎn)”重合，對(duì)于大跨徑拱橋必須用“假載法”計(jì)入“五點(diǎn)”存在的偏離的影響。</p><p>　　當(dāng)用“假載法”計(jì)入 “五點(diǎn)的偏離之后，相應(yīng)三鉸拱的恒載壓力線在“五點(diǎn)”以外與選定的拱軸線有偏離。對(duì)于大跨徑無鉸拱橋，這種偏離的影響很大，不可忽視。下面分別計(jì)算這兩種偏離的影響。</p><p>　　1.用假載法計(jì)算確定m系數(shù)時(shí)在“五點(diǎn)”存在的偏差</p><

60、p>　　確定拱軸系數(shù)時(shí)，恒載壓力線在l/4截面與拱腳截面的縱坐標(biāo)之比值是0.21603，并不等于為使用手冊(cè)數(shù)表進(jìn)行計(jì)算所選用的m'=2.514的拱軸線上相應(yīng)兩點(diǎn)的比值0.215，兩者之間相差0.00103。這個(gè)偏差的影響可比擬為虛設(shè)的均布荷載作用在選定的拱軸線上，先單獨(dú)求出，然后算出所選定的“拱軸線”恒載產(chǎn)生的內(nèi)力，將兩者相加后為“五點(diǎn)”的恒載壓力線內(nèi)力。</p><p><b>　　(1

61、)假載內(nèi)力</b></p><p><b>　　求假載</b></p><p>　　由式 (∑M¼+qxl2/32)/(∑Mj + qxl2/ 8)=0.215 得：</p><p>　　qx=-(∑M¼-0.215*∑Mj)/(0.215/8-1/32)l2=10.8519kN/m</p>&l

62、t;p><b>　　假載內(nèi)力</b></p><p>　　假載qx產(chǎn)生的內(nèi)力可以將其直接布置在內(nèi)力影響線上求得。不考慮彈性壓縮的假載內(nèi)力見表</p><p>　　計(jì)入彈性壓縮的假載內(nèi)力</p><p>　　計(jì)入彈性壓縮的假載內(nèi)力計(jì)算見表:</p><p>　　(2)“拱軸線恒載”內(nèi)力</p><

63、p><b>　　推力</b></p><p>　　Hg=(∑Mj+qxl2/8)/f=(300494.9139 +10.8519*80.972/8)/16.193=19106.29513 kN</p><p><b>　　考慮彈性壓縮的內(nèi)力</b></p><p>　　(3)考慮確定m系數(shù)偏差影響的恒載內(nèi)力</

64、p><p>　　考慮m系數(shù)偏差影響的恒載內(nèi)力等于“拱軸線m的恒載”內(nèi)力減去“假載”的內(nèi)力，計(jì)算結(jié)果見下表</p><p>　　2.“恒載壓力線”偏離拱軸線的影響</p><p>　　“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(diǎn)”以外的偏離影響可以用一般力學(xué)原理進(jìn)行計(jì)算，參見圖13

65、。</p><p>　　(1)“恒載壓力線”偏離拱軸線的偏離彎矩Mp</p><p>　　計(jì)算恒載偏離彎矩Mp，首先要計(jì)算出橋跨結(jié)構(gòu)沿跨徑各等分段的分塊恒載對(duì)各截面的力矩，再算各截面壓力線的縱坐標(biāo)，然后才能求得Mp。下面按主拱圈、拱上實(shí)腹段和各集中力三部分計(jì)算各分塊恒載對(duì)各截面的力矩。 </p><p>　　主拱圈自重對(duì)各截面產(chǎn)生的力矩Ml(圖14)</p&g

66、t;<p>　　在這里，對(duì)于所要求的每一等分點(diǎn)而言，積分上限ξ為常數(shù)，并不計(jì)等式前面的負(fù)號(hào)，則上式為：</p><p>　　式中：可根據(jù)ξ值從《拱橋(例集)》附表1-1查得；</p><p>　　可根據(jù)ξ值從《拱橋(例集)》附表1-2查得</p><p>　　Aγ2l2/4=6.12*25*80.972/4=250772.3894kN·m&l

67、t;/p><p>　　=0.759953 k=1.573</p><p>　　主拱圈對(duì)各截面的彎矩M1的值見下表:</p><p>　　拱上實(shí)腹段恒載對(duì)各截面產(chǎn)生的彎矩M2</p><p>　　計(jì)算拱上實(shí)腹段的恒載時(shí)，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(zhǔn)確計(jì)算，否則只能是近似的。</p><

68、;p><b>　　a.矩形板塊</b></p><p>　　從拱頂?shù)矫總€(gè)截面的矩形板塊的重力：</p><p>　　P1=γ1B0hdl·ξ1/2</p><p>　　對(duì)實(shí)腹段里每個(gè)截面的力矩： </p><p>　　Mi=Pi(l·ξ/2)/2=(l2/4)γ1B0hdξ2i/2</p&

69、gt;<p>　　對(duì)空腹段里每個(gè)截面的力矩：</p><p>　　Mi=Pk[l·ξi/2- (l/2)ξk/2]= (l2/4)γ1B0hdξk(ξi-ξk/2) ( i<k)</p><p>　　式中k表示空、實(shí)腹段的分界點(diǎn)，取為： l2B0hd/4=80.972*9*0.5/4=7376.6585kN·m</p><p&

70、gt;<b>　　各截面的力矩見表</b></p><p>　　b.懸鏈線曲邊三角形塊</p><p>　　從拱頂?shù)饺我饨孛娴闹亓?lt;/p><p>　　Pi=l·f1γ2 B0(shkξi-kξi)/[2(m-1)k]=5087.1402*(shkξi-kξi)</p><p>　　每一塊Pi的重心的橫坐標(biāo)：

71、 ηi=[(shkξi-kξi/2)- (chkξi-1)/kξi]/(shkξi-kξi)</p><p>　　在實(shí)腹段里，截面重心到任意截面的力臂為l·(1-ηi) ·ξi/2，在空腹段里，整塊曲邊三角形面積的重心到每個(gè)截面的力臂為l·(ξi-ηkξk)/2。每個(gè)截面的力矩見表</p><p>　　c.各集中力對(duì)各截面的力矩M3</p>&

72、lt;p>　　拱上空腹段的腹孔和橫隔板等各集中力及其相應(yīng)的橫坐標(biāo)lx。在前面已經(jīng)求出，各豎向集中力到截面的力臂a=l·ξi/2-lx(取a>0)，產(chǎn)生的力矩M'3=Pa；腹拱水平推力H'g作用在第7與第8截面之間，對(duì)0~7截面產(chǎn)生的力矩M"3=H'g(y1-e)。具體計(jì)算見表</p><p>　　d.計(jì)算偏離彎矩Mp</p><p>

73、　　上部結(jié)構(gòu)恒載對(duì)拱圈各截面重心的彎矩： Mi=M1+M2+M3</p><p>　　壓力線的縱坐標(biāo)： yi=Mi/Hg</p><p>　　式中，Hg為不計(jì)彈性壓縮的恒載水平推力： </p><p>　　Hg=∑Mj/f=300494.9139/16.193=18557.0876kN</p><p>　　各截面上“恒載壓力線”偏

74、離拱軸線的值： Δy=y1-yi</p><p>　　偏離彎矩具體數(shù)值見下表</p><p>　　(2)偏離彎矩Mp在彈性中心產(chǎn)生的贅余力</p><p>　　冗余力各項(xiàng)的計(jì)算見表</p><p><b>　　由上表1得</b></p><p>　　ΔX1=-(3.135553602*185

75、57.0876) /27.7093=-2099.898682kN·m</p><p>　　ΔX2=-（2*12.4017*1.059*18557.0876）/((0.0106201+1)*16.1932*80.97*0.099621)</p><p>　　=-228.0338898kN</p><p>　　(3)“恒載壓力線”偏離拱軸線的附加內(nèi)力</

76、p><p>　　“恒載壓力線”偏離拱軸線在拱圈任意截面中產(chǎn)生的附加內(nèi)力為:</p><p>　　ΔM=ΔX1-ΔX2 (ys-y1)+Mp； ΔN=ΔX2cosφ；ΔQ=ΔX2sinφ</p><p>　　拱頂、l/4截面、拱腳三個(gè)截面的附加內(nèi)力見下表:</p><p>　　(4)空腹式無鉸拱的恒載壓力線</p><p>

77、　　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(gè)內(nèi)力</p><p>　　Mg=[1Hg/(1+)-ΔX2](ys-y1)+ ΔX1+Mp=434.006855(ys-y1)-2099.898682+ Mp</p><p>　　Ng=Hg/cosφ-[1Hg/(1+)-ΔX2]cosφ=18557.0876/ cosφ-434.0068

78、55* cosφ</p><p>　　Qg=[1Hg/(1+)ΔX2] sinφ=434.006855*sinφ</p><p>　　這三個(gè)力的合力作用點(diǎn)的偏心距為ei=Mg/Ng 所以，空腹式無鉸拱橋恒載壓力線的縱坐標(biāo)y=y1-ei/cosφ空腹式無鉸拱恒載壓力線的縱坐標(biāo)值見下表</p><p>　　3.空腹無鉸拱的實(shí)際恒載內(nèi)力</p><

79、p>　　空腹式無鉸拱的實(shí)際恒載內(nèi)力等于計(jì)人拱軸系數(shù)m的偏差影響的內(nèi)力與“壓力線”及拱軸線偏離的附加內(nèi)力之和，其結(jié)果見下表</p><p><b>　　活載內(nèi)力計(jì)算</b></p><p>　　公路-I級(jí)和人群荷載內(nèi)力</p><p>　　車道荷載的均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值qK采用10.5KN/m，計(jì)算剪力時(shí)，所加集中力荷載P采用360KN</

80、p><p>　　人群荷載 K2=2·b·g人=2*0.75*3.5=5.25kN</p><p>　　不計(jì)彈性壓縮的公路-I級(jí)及人群荷載內(nèi)力見下表</p><p>　　計(jì)人彈性壓縮的公路-I級(jí)及人群荷載內(nèi)力見下表:</p><p>　?。ㄎ澹囟茸兓?、混凝土收縮、徐變的內(nèi)力計(jì)算</p><p&

81、gt;　　溫度變化為其它可變荷載，混凝土收縮、徐變?yōu)橛谰煤奢d，似乎要分項(xiàng)計(jì)算，但考慮到習(xí)慣和可能，還是將三者一起計(jì)算。</p><p><b>　　拱圈合攏溫度7℃</b></p><p><b>　　月平均最低氣溫2℃</b></p><p>　　月平均最高氣溫30℃</p><p>　　拱圈材料

82、彈性模量E=3.00*104MPa</p><p>　　拱圈材料線脹縮系數(shù)a=0.000010=1*10-5</p><p>　　混凝土收縮作用按下降10℃溫度的影響計(jì)入。</p><p>　　混凝土徐變作用的影響：</p><p>　　當(dāng)計(jì)算溫度內(nèi)力時(shí)以β=0.7；當(dāng)計(jì)算混凝土收縮內(nèi)力時(shí)以β=0.45的系數(shù)計(jì)入。</p>&l

83、t;p>　　因此，計(jì)算降低溫度時(shí)Δt=0.7*(2-7)+0.45*(-10)=-8℃</p><p>　　計(jì)算升高溫度時(shí)Δt=0.7*(30-7)+0.45*(-10)=11.6℃</p><p>　　溫度變化、混凝土徐變和收縮在彈性中心產(chǎn)生的水平力</p><p>　　Ht=α·EI·Δt/{[(表(III) 5值]*(1+)f 2 }

84、</p><p>　　=1*10-5*3*107*1.551Δt/(0.088588*1.0106201*16.1932)=19.8205Δt</p><p>　　溫度變化、混凝土徐變和收縮的內(nèi)力見下表。</p><p>　　（六）主拱圈正截面強(qiáng)度驗(yàn)算</p><p>　　根據(jù)橋規(guī)(JTJ D60-2004)的規(guī)定，構(gòu)件按極限狀態(tài)設(shè)計(jì)的原則是

85、：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。即</p><p>　　或 </p><p>　　式中： ---------承載能力極限狀態(tài)下作用幾本基本組合的效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值；</p><p>　　---------結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，對(duì)于公路-Ⅰ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)采用1.1的安全系數(shù)；</p><p&

86、gt;　　---------第i個(gè)永久作用效應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù)，按照J(rèn)TGD60-2004的表4.1.6采用；</p><p>　　---------第i個(gè)永久作用效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計(jì)值；</p><p>　　---------汽車荷載效應(yīng)分項(xiàng)系數(shù)，取用1.4；</p><p>　　---------汽車荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計(jì)值；</p><p>　

87、　---------在作用效應(yīng)組合中除去汽車荷載效應(yīng)和風(fēng)荷載以外的其他第i個(gè)可變作用效應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù)，取用1.4</p><p>　　---------在作用效應(yīng)組合中除去汽車荷載效應(yīng)外的其他第j個(gè)可變作用效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計(jì)值；</p><p>　　---------在作用效應(yīng)組合中，除汽車荷載效應(yīng)外的其他可變作用效應(yīng)的組合系數(shù)，當(dāng)永久作用與汽車荷載和人群荷載組合時(shí)，人群荷載的組合系數(shù)取=0

88、.80，,當(dāng)除汽車荷載外尚有兩種其他可變作用參與組合時(shí)，=0.70；以此類推。</p><p>　　對(duì)于本課程設(shè)計(jì)的橋梁</p><p>　　永久作用：結(jié)構(gòu)自重、混凝土收縮徐變</p><p>　　可變荷載作用：汽車和人群荷載</p><p>　　其他可變荷載作用：溫度變化</p><p><b>　　故有：

89、</b></p><p>　　計(jì)入系數(shù)的荷載組合見表:</p><p><b>　　正截面受壓強(qiáng)度驗(yàn)算</b></p><p><b>　　1.荷載組合</b></p><p>　　根據(jù)橋規(guī)(JTG D60-2004)的規(guī)定，本設(shè)計(jì)得如下兩種組合：</p><p>

90、;　　每種荷載組合的設(shè)計(jì)值見表：</p><p>　　注：荷載安全系數(shù)的取值：結(jié)構(gòu)自重彎矩與汽車荷載彎矩同號(hào)時(shí)恒載系數(shù)取1.2，異號(hào)時(shí)取0.9，其余荷載系數(shù)取值見表中</p><p><b>　　2.拱圈截面抗力</b></p><p>　　結(jié)構(gòu)構(gòu)建驗(yàn)算承載力時(shí)，應(yīng)按下列公式計(jì)算：</p><p><b>　　

91、（4.0.5）</b></p><p><b>　　式中 ；</b></p><p>　　Nd---------軸向力設(shè)計(jì)值；</p><p>　　A----------構(gòu)件截面面積</p><p>　　fcd--------標(biāo)準(zhǔn)層抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，C30混凝土為fcd=13.8MPa;</p>

92、<p>　　φ----------偏心距e和長(zhǎng)細(xì)比β對(duì)受壓構(gòu)件的影響系數(shù)，見《JTG D61-2004規(guī)范》第4.0.6條。</p><p><b>　?。?.0.6-1）</b></p><p><b>　　(4.0.6-2)</b></p><p><b>　　(4.0.6-3)</b&g

93、t;</p><p>　　式中： φx、φy---------------分別為x方向、y方向偏心受壓構(gòu)件承載力影響系數(shù)；</p><p>　　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；</p><p>　　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

94、x</p><p>　　軸的彎矩設(shè)計(jì)值，Nd為軸向力設(shè)計(jì)值；</p><p>　　m--------截面形狀系數(shù)，箱形截面m=8；</p><p>　　ix、iy---------彎曲平面內(nèi)回轉(zhuǎn)半徑，，，Ix和Iy分別為繞x軸和y軸的截面慣性矩，A為截面面積；</p><p>　　α-----------與砂漿強(qiáng)度有關(guān)的系數(shù)，組合構(gòu)件用α=0