拱桥计算

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第三章第三节拱桥计算2

第三章第三节拱桥计算2
平力大小相等,方向相反,即可抵消弹性压缩及混凝土收缩在拱顶拱脚产 生的弯矩值。
悬链线拱轴线与三铰拱压力线存在近似波形的自然偏离, 据此道理,三铰拱压力线基础上根据实际情况再叠加一个正弦 波形调整拱轴线,用逐次逼近法使弹压砼收缩产生的不利弯矩 为最小。
九、考虑几何非线性的拱桥计算简介
➢ 在线弹性条件下,一般拱桥内力与变形计算结果 和实际不会产生太大误差,随着拱桥跨度增大, 这种由于非线性引起的误差会增大;
(1)假载法调整内力 (2)用临时铰调整内力 (3)改变拱轴线调整内力
(1)假载法调整内力
所谓假载法调整内力,就是在计算跨径、 计算矢高和拱圈厚度保持不变的情况下,通 过改变拱轴系数的数值来改变拱轴线形状, m调整幅度一般为半级或一级。
( y1/4 相差0.01为一级) f
(1)假载法调整内力
实腹拱的内力调整
八、主拱内力调整
• 悬链线无铰拱在最不利荷载组合时,常常 出现拱脚负弯矩或拱顶正弯矩过大的情况, 为了减小它们,可从设计、施工方面采取 措施调整拱圈内力。
(1)假载法调整内力 (2)用临时铰调整内力 (3)改变拱轴线调整内力
八、主拱内力调整
• 悬链线无铰拱在最不利荷载组合时,常常 出现拱脚负弯矩或拱顶正弯矩过大的情况, 为了减小它们,可从设计、施工方面采取 措施调整拱圈内力。
三、拱桥内力计算
(一)手算法计算拱桥内力 1、等截面悬链线拱恒载内力计算 2、等截面悬链线拱活载内力计算 3、等截面悬链线拱其它内力计算
(二)有限元法计算简介 (三)拱在横向力及偏心荷载作用下的计算 (四)拱上建筑计算 (五)内力调整 (六)考虑几何非线性的拱桥计算简介
四、拱在横向水平力及偏心荷载作用下的计算
• 调整前:

§9.3拱桥的计算

§9.3拱桥的计算

y1ds ∫s EI (9.21) ys = ds EI f (chξk − 1) (6) y1 = m −1
dx l1 = = dξ = l 1 + tg 2ϕ dξ ds cos ϕ cos ϕ 2
l = 1 + η 2 sh 2 kξ dξ 2
f ys = ⋅ m −1
∫0 (chkξ − 1)
2
−1
(
)
(7 )
(2)若已知m,则y1由(6)求得,换言之,当跨径和矢 高确定后, y1仅随m而变化,故有不同的m可得到不同的 拱轴线形状。其线形特征可用1/4点纵坐标的大小表示:
y1 =
4
f ⎛ k ⎞ ⎜ ch − 1⎟ m − 1⎝ 2 ⎠
k chk + 1 m +1 Q ch = = 2 2 2
y1 ∴
4
f
=
m +1 −1 1 2 = m −1 2(m + 1) + 2
(8)
可见,随m 增大,拱轴线抬高
(3)一般的拱桥中,
g j > gd
故 m>1(悬连线拱的拱轴系数,宜采用2.814~1.167, 随跨径的增大或矢跨比的减小而减小); 当m=1时,表示恒载压力均布,压力线为二次抛物 线,
9.3 拱桥的计算
拱桥计算包括成桥状态受力分析和强度、刚度、稳定验 算以及必要的动力分析,施工阶段结构受力分析和验算。
9.3.1 悬链线拱的拱轴方程及几何性质
(一)实腹式悬链线拱 采用恒载压力线(不计弹性压缩)作为拱轴线
M d = 0 Qd = 0
Hg
1、悬链线拱轴方程
Mx 对任意截面取矩: y1 = Hg
' 22

拱桥计算(该看)

拱桥计算(该看)
第三章 拱桥计算
( Calculation of Arch Bridges )
第一节、 概述 第二节、普通型上承式拱桥计算 第四节、中下承式钢筋混凝土拱桥计算 第五节、钢管混凝土拱桥计算
a
1
第一节、 概述
1、联合作用:荷载作用下拱上建筑参与主拱圈共同受力;
(1)联合作用与拱上建筑形式有关:拱式拱上建筑联合作 用大,梁式拱上建筑联合作用小;对于拱式拱上建筑, 腹拱圈相对主拱圈刚度越大,联合作用越显著
1、圆弧线
(1)圆弧线拱轴线线形简单, 全拱曲率相同,施工方便:
x2
y
2 1
2 Ry 1
0
x R sin
y 1 R (1 cos )
R
l 2
4
1 f /l
f
/ l
(2)已知f,l时,利用上述关系 圆弧形拱轴线是对应于同一深度静
计算各种几何量。
水压力下的压力线,与实际的恒载
a压力线有偏离。
对于活载较大的铁路混凝土拱桥,则可考虑采用恒载加一半 活载(全桥均布)的压力线作为拱轴线。
a
9
拱轴线的选择
➢选择原则:尽可能降低荷载弯矩值 ➢三种拱轴线形: (1)圆弧线----15m-20m石拱桥、拱上腹拱 (2)抛物线----轻型拱桥,或中承式拱桥 (3)悬链线----最常用的拱轴线
a
10
一、拱轴线的选择与确定
几个名词: • 压力线:荷载作用下拱圈截面上弯矩为零的合力作用
点连线; • 恒载压力线:恒载作用下拱圈截面合力作用点连线; • 理想拱轴线:与各种荷载压力线重合的拱轴线; • 合理拱轴线:不同荷载情况下,拱截面上弯矩包络线
尽量趋于均匀,能充分发挥材料性能的拱轴线; • 选择拱轴线的原则:尽量降低荷载弯矩值;考虑拱轴

第4篇第3章 拱桥的计算

第4篇第3章 拱桥的计算

5
第三章 拱桥的计算 3.3 恒载作用下拱的内力计算
3.3.2. 考虑弹性压缩引起的内力 在恒载产生的压力作用下,拱沿轴线方向会产生弹性压 缩。由此将在超静定结构上产生内力。水平赘余力为:
第三章 拱桥的计算 3.3 恒载作用下拱的内力计算
3.3.3.恒载作用下拱圈各截面的总内力 符号规定
x
φj
Q N M
g x = g d + γ ⋅ y1
y1
m=
gj gd
g γ = (m − 1) d f
l1=l/2
y1
g j = gd + γ ⋅ f
1
第三章 拱桥的计算 3.2简单体系拱桥的计算
3.2.1. 悬链线拱的几何性质 z 实腹式悬链线拱的荷载分布 x z 拱轴系数 z 拱轴线方程
gx y1 x=ξl1 f gd
s
弹性中心
y1
第三章 拱桥的计算 3.3 恒载作用下拱的内力计算
3.3.1. 不考虑弹性压缩的恒载内力 实腹式悬链线拱的恒载内力
第三章 拱桥的计算 3.3 恒载作用下拱的内力计算
3.3.1. 不考虑弹性压缩的恒载内力 空腹式悬链线无铰拱的恒载内力: 直接根据静力平衡条 件写出:
g l2 H g = kg d f
( H g + ∆X 2 ) sin ϕ ± ∆X 2 sin ϕ
6
第三章 拱桥的计算 3.3 恒载作用下拱的内力计算
3.3.4. 计算实例
如图所示无铰拱, 计算跨径l=80m,主拱圈及拱上建筑恒载见图,主 拱圈截面面积A=5.0m2,截面惯性矩I=1.0m4,容重γ=25kN/m3 。试应用 “五点重合法”,

确定拱桥拱轴系数m 计算

拱桥设计计算

拱桥设计计算

目录等截面悬链线圬工拱桥上部构造设计 (1)一设计资料 (1)1.1总体布置 (1)1.2拱上建筑 (1)1.3主拱圈 (1)1.4设计荷载 (1)1.5采用规范 (1)二拱轴系数确定 (2)2.1五点重合法 (2)2.2拟定上部构造尺寸 (2)2.3 自重恒载计算 (4)2.4验算拱轴系数 (7)三主拱圈恒载内力计算 (8)四主拱圈活载内力计算 (10)五主拱圈温度内力计算 (13)六主拱圈强度验算 (14)6.1主拱圈截面受压强度验算 (14)6.2 主拱圈截面直接受剪强度验算 (16)七主拱圈整体强度-稳定性验算 (17)八裸拱强度及稳定性验算 (18)8.1 裸拱截面强度验算 (18)8.2 裸拱整体强度-稳定性验算 (19)九附录 (20)附录1 恒载内力计算结果 (20)附录2 内力影响线结果 (21)附录3 裸拱内力计算结果 (23)等截面悬链线圬工拱桥上部构造设计一设计资料1.1总体布置上部构造采用石砌板拱,净跨径l0=35m,净矢高f0=7m,净矢跨比f0l0=15。

桥面净空:净 7+2x0.75m 人行道,桥梁全宽 9m,主拱圈宽度 B=8.5m。

1.2拱上建筑拱顶侧墙为浆砌片石,实腹段拱腔填料为砂砾夹石灰炉渣黄土,平均重力密度为γ1= 19kN/m3。

桥面系按此重力密度和主拱圈宽度折算的厚度为ℎq=0.28m。

腹拱圈护拱为浆砌片石,包括侧墙平均重力密度为γ2=25kN/m3.腹拱圈为10号砂浆砌30号粗料石,腹拱墩为7.5号砂浆砌30号块石,两者重力密度均为γ3=25kN/m3。

实腹段拱腔填料为砂砾夹石灰炉渣黄土,包括侧墙、护拱、平均重力密度为γ4=19kN/m3。

1.3主拱圈材料为M10砂浆砌MU50块石,重力密度γ5=24kN/m3。

主拱圈设计温度差为±16℃;岩石地基,不考虑基础的非均匀沉降。

主拱圈材料轴心抗压强度设计值f cd=3.85MPa,直接抗剪强度设计值f vd=0.073MPa,弹性模量E m=7300MPa。

拱桥的计算

拱桥的计算

gd o
y1
第三章 拱桥的计算
3.1.2. 空腹式悬链线拱 五点重合法
三铰拱的情形
M A 0 H g
Mj f
M B 0 H g
Ml 4 yl 4
yl 4
Ml 4
f Mj
B
A l1=l/4
Δy l1=l/4
Hg y1/4
f
y1 4 f
1
2m 1 2
3.1.1. 实腹式悬链线拱 实腹式悬链线拱轴系数的确定
φj
φj
d
hj h d /cosφj
d /cosφj
r1 r2 r
hd
d
x=ξl1
f
φj
l1=l/2
第三章 拱桥的计算
3.1.1. 实腹式悬链线拱 拱轴系数与悬链线线 形的关系
m gj
gj
gd
y1 4 f
1
2m 1 2
x
yl 4
Ml 4
f Mj
2
m

1 2

f yl
4

2
1
第三章 拱桥的计算
3.1.2. 空腹式悬链线拱 五点重合法 三铰拱的实际压力线与按五点重合法 确定的悬链线的差异
Δy B
压力线与拱轴线偏离在拱中产生 附加内力
A l1=l/4
l1=l/4
A Mp=ΔyHg B
Hg y1/4

d 2M dx2
x

gd Hg
1 (m 1)
y1 f

x=ξl1 dx=l1dξl1
d 2 y1
d 2

l12 gd Hg

拱桥计算

拱桥计算

m m
m m
g d = hd γ 1 + γd
(9.10)
g j = hd γ 1 + hγ 2 +
d γ cosϕ j
(9.11)
式中:hd——拱顶填料厚度,一般为 30~50cm; d——拱圈厚度; γ——拱圈材料重力密度; γ1——拱顶填料及路面的平均重力密度;
φj——拱脚处拱轴线的水平倾角。 由几何关系有:
任意点的恒载集度gx可以表示为:
(9.5)
g x = g d + பைடு நூலகம்y1
式中:gd——拱顶恒载集度; γ——拱上材料重力密度。 令:
(9.6)
m=
式中:gj——拱脚处恒载集度。
gj gd y1 ⎤ f ⎥ ⎦
(9.7)
由前面两式可得: g x = g d ⎢1 + (m − 1)
⎡ ⎣
联立求解式(9.5) 、式(9.6)和式(9.7) ,并引入参数:
图 9.37 悬链线拱轴计算图式
拱顶截面的弯矩 M d = 0 ,由于对称性,剪力 Qd = 0 ,于是拱顶截面仅有恒载推力 H g 。对 任意截面取矩可得:
y1 =
Μx Ηg
(9.4)
式中:Mx——任意截面以右的全部横载对该截面的弯矩值; Hg——拱的恒载水平推力。 对 x 求二阶导得:
d 2 y1 1 d 2Μ x g x . = = dx 2 Ηg Η g dx 2
线与恒载压力线在拱顶、跨径四分之一点和拱脚五个点相重合(称为“五点重合法”)。计算 表明,采用悬链线拱轴对空腹拱主拱的受力是有利的。因此,悬链线是目前大、中跨径拱桥 采用最普遍的拱轴线形。 下面介绍悬链线拱轴方程及几何性质。 如图 9.37 所示为悬链线拱轴计算图式。设拱轴线即为恒载压力线,故在恒载作用下,

拱桥设计计算内容及方法

拱桥设计计算内容及方法

拱桥设计计算内容及方法
2.拱桥整体受力计算:拱桥是一个整体结构,因此需要进行整体的受
力计算。

这包括确定整个拱桥受力的大小、方向和分布情况,以及确定拱
桥的整体稳定性。

常用的方法包括静力学平衡方法、弹性力学方法和有限
元方法等。

3.拱桥的固有频率计算:拱桥是一个动力结构,其固有频率对于设计
的安全性是非常重要的。

因此,需要计算拱桥的固有频率,以评估其在自
然频率下的抗风、抗震等性能。

4.应力和变形计算:拱桥在使用过程中会受到荷载的作用,因此需要
计算拱桥在荷载作用下的应力和变形情况,以评估拱桥的安全性能。

常用
的方法包括弹性力学法、有限元法等。

5.断面设计:根据拱桥的受力情况,进行断面设计,包括确定构件的
尺寸和材料。

断面设计需要满足强度和刚度的要求,同时还要考虑构件的
自重和施工的可行性等因素。

6.水力条件计算:对于水上拱桥来说,还需要计算水流对拱桥的冲击
力和涌浪力等水力条件,以评估拱桥的稳定性和安全性。

在进行拱桥设计计算时,常用的工具和软件包括AutoCAD、ANSYS、STAAD.Pro等。

这些工具可以帮助工程师进行受力分析、应力计算和断面
设计等。

同时,还需要参考相关的设计规范和规范,如公路桥梁设计规范、钢结构设计规范等,以确保拱桥的设计计算符合规范和标准的要求。

总之,拱桥设计计算是一项复杂而关键的工作,需要对拱桥结构进行
全面的受力、应力和变形分析,并根据工程实际要求和设计规范进行设计。

只有进行合理的设计计算,才能保证拱桥的安全性和可靠性。

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x2
(2)在一些大跨径拱桥中,也采用高次抛物
线作为拱轴线。
4、悬链线
(1)实腹式拱桥的恒载集度由拱顶到拱脚是 连续分布、逐渐增大的,其恒载压力线是一 条悬链线。
(2)空腹式拱桥恒载的变化不是连续的函数, 如果要与压力线重合,则拱轴线非常复杂。
(3)悬链线方程为:
y1
f (chk
m 1
1)
拱轴线和恒载压力线
1) 五点弯矩为零的条件:
(1)拱顶弯矩为零条件:
M d 0,Qd 0 ,只有轴力H g
(2)拱脚弯矩为零:
Hg
M
f
j
(3)1/4点弯矩为零:H g
M1/ 4
y1/ 4
(4) M j M1/ 4
f
y1/ 4
主拱圈恒载的 M1/4,M j 可由《拱桥(上)》
第988页附录III表(III)-19查得。
3、活载横向分布:活载作用在桥面上使主拱 截面应力不均匀的现象。在板拱情况下常常 不计荷载横向分布,认为主拱圈全宽均匀承 担荷载。 4、计算方法:手算和程序计算。
第三节 拱桥计算
一、拱轴线的选择与确定 二、确定拱轴系数 三、主拱圈弹性中心及弹性压缩系数计算 四、主拱圈截面内力计算 五、主拱圈正截面强度验算 六、主拱圈稳定性验算 七、主拱圈裸拱强度和稳定性验算 八、主拱圈应力调整
➢选择原则:尽可能降低荷载弯矩值 ➢三种拱轴线形: (1)圆弧线----15m-20m石拱桥、拱式腹拱 (2)抛物线----轻型拱桥或中承式拱桥 (3)悬链线----最常用的拱轴线
2、圆弧线
(1)圆弧线拱轴线线 形简单,全拱曲率相 同,施工方便:
x 2 y12 2Ry1 0
x R sin
2、拱上构造尺寸计算 ①腹拱圈 根据矢跨比f′/ L′,查《拱桥》 (上)表 (III)-2得:Sinφ0、cosφ0; 计算水平投影:X′= d′ Sinφ0 计算竖向投影:Y′=d′ cosφ0 若为梁式腹孔不进行此项计算。
hd , d , h, j 分别为拱顶填料厚度、主拱圈厚度、拱脚拱 腹填料厚度及拱脚处拱轴线水平倾角。
1)确定拱轴系数的步骤:
(1) 假定m
( 2 ) 从 《 拱 桥 ( 上 ) 》 第 1000 页 附 录 III 表 (III)-20查cos j
(3)由公式计算新的m′ (4)若计算的m′ 和假定m 相差较远,则再 次计算m′ 值
2 ) 拱轴系数的确定步骤: (1)假定拱轴系数m
(2)布置拱上建筑,求出 M1/4,M j
(3)利用(1-2-24)和(1-2-27)联立解出m为
m 1 ( f 2)2 1 2 y1/ 4
(4)若计算m与假定m不符,则以计算m作为 假定值m重新计算,直到两者接近(相差半级)为止。
3)拱轴系数的取值与拱上恒载分布有关 (1)矢跨比大,拱轴系数相应取大; (2)空腹拱的拱轴系数比实腹拱的小 ; (3)对于无支架施工的拱桥,裸拱为了改善裸 拱受力状态,设计时宜选较小的拱轴系数; (4)矢跨比不变,高填土拱桥选较小拱轴系数, 低填土拱桥选较大拱轴系数;
4) 拱轴线的水平倾角
tg dy1 dy1 2 fk shk dx l1d l(m 1)
k ln(m m2 1)
拱轴线各点水平倾角只与f/l和m有关,该值可从 《拱桥》 (上)第577页表(III)-2查得。
5)拱轴系数的计算 (1)拟定上部结构尺寸
1、计算主拱圈几何尺寸 ①截面几何特性计算 截面高度:d 主拱圈横桥向取1米单位宽度计算: 横截面面积:A 截面惯性矩:I 截面抵抗矩:W 截面回转半径:rw
悬链线方程:
y1
f (chk
m 1
1)
拱的跨径和矢高确定后,拱轴线坐标取 决于m ,各种不同的m ,所对应的拱轴坐标 可由《拱桥》(上)第575页附录III表(III)-1查 出。
第三节 拱桥计算
一、拱轴线的选择与确定 二、确定拱轴系数 三、主拱圈弹性中心及弹性压缩系数计算 四、主拱圈截面内力计算 五、主拱圈正截面强度验算 六、主拱圈稳定性验算 七、主拱圈裸拱强度和稳定性验算 八、主拱圈应力调整
第二章 上承式拱桥
第一节 上承式拱桥的设计与构造 第二节 上承式拱桥的施工 第三节 拱桥的计算
1、拱桥计算主要内容 (1)成桥状态(恒载和活载作用)的强度、刚度、稳定 性验算及必要的动力计算; (2)施工阶段结构受力计算和验算; 2、联合作用:荷载作用下拱上建筑参与主拱圈共同受力; (1)联合作用与拱上建筑构造形式及施工程序有关; (2)联合作用大小与拱上建筑和主拱圈相对刚度有关, 通常拱式拱上建筑联合作用较大,梁式拱上建筑较小; (3)主拱圈计算不计联合作用偏于安全;
2.3.2 拱轴系数的确定 1、实腹式拱桥拱轴系数的确定
拱顶 g d 1hd 2d
拱脚
gj
1hd
2
d
cos j
3hh
f
d 2
d
2 cos j
拱轴系数
m
gj
1hd
2
d
cos
j
3( f
d d )
2 2 cos j
gd
1hd 2d
1, 2 , 3分别为拱顶填料、主拱圈和拱腹填料的容重;
(5)直到前后两次计算接近(相差半级)为止。
2、空腹式拱桥拱轴系数的确定 ➢拱 轴 线 变 化 : 空 腹 式 拱 桥 跨 结 构 恒 载分为两部分:分布恒载和集中恒载。 恒载压力线不是悬链线,也不是一条 光滑曲线。 ➢五 点 重 合 法 : 使 悬 链 线 拱 轴 线 接 近 其恒载压力线,即要求拱轴线在全拱 有5点(拱顶、拱脚和1/4点)与其三 铰拱恒载压力线重合。
②计算跨径和计算矢高 计算跨径:L 计算矢高:f Sinφj、cosφj根据假定的拱轴系数m和矢跨 比f/ L查《拱桥》 手册表(III)-20(8) 查得。 ③拱脚截面投影 水平投影:x=d· Sinφj 竖向投影:y=d· cosφj
④主拱圈坐标计算 将主拱圈沿跨径划分为24、48等分,求 每等分长 L ; 以拱顶截面形心为坐标原点,拱轴线上 各截面纵坐标的计算:拱轴线竖坐标y1、拱背 竖坐标y1′、拱腹竖坐标y1″;
y1 R(1 cos)
R
l 2
4
1 f/
l
f
/ l
(2)已知f、l时,利用 上是对应于同一 深度静水压力下的压力线, 与实际的恒载压力线有偏离。
3、抛物线
(1)在均匀荷载作用下,拱的合理拱轴线是
二次抛物线,适宜于恒载分布比较均匀的
拱桥,拱轴线方程为:y1
4f l2
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