空腹式悬链拱桥建模问题
等截面悬链线空腹式无铰拱(石拱桥)设计
目录一、课程设计任务书 (2)二、设计说明书1、主要尺寸的拟定 (4)2、拱轴系数m的确定 (5)3、计算跨径和计算矢高 (5)4、主拱圈拱轴线、拱背和拱腹坐标 (5)5、各部分结构重力及其拱脚和拱跨1/4处的距离 (7)6、拱轴系数m值验算 (14)7、结构重力内力 (15)课程设计任务书一、设计题目等截面悬链线空腹式无铰拱（石拱桥）设计二、设计资料1.设计荷载：汽车-20；挂车-100；人群荷载3.5KN/m2;⒉桥面净宽：净—9＋(2×0.25+2×0.75 ) m；⒊标准跨径：40m；⒋净跨径：40m；⒌净矢高：8m；⒍拱顶填土平均厚度（包括路面）为0.7m；⒎人行道及栏杆等折算厚度为0.06m；⒏拱圈材料容重γ1=24KN/m3；⒐拱上建筑材料容重γ2=22KN/m3；⒑人行道及栏杆的材料容重γ3=23KN/m3；⒒路面及填料的平均容重γ4=18KN/m3；⒓侧墙顶宽度取C=0.8m；13.最高月平均温度为30℃，最低月平均温度为0℃，主拱圈合拢温度为15℃；14.采用拱架施工；15.拱圈材料的弹性模量E=7200Mpa。
三、设计内容1.拟定主拱圈的主要尺寸；2.假定拱轴系数m，确定计算跨径和计算矢高；3.计算主拱圈拱轴线、拱背和拱腹坐标；4.计算各部分结构重力及其拱脚和拱跨1/4处的距离；5.验算假定的拱轴系数m，如果符合，进行下一步；如果不符合，须重新假定m值，由第二步开始再次进行计算；6.结构重力内力计算；7.活载内力计算。
四、参考资料1.《桥涵设计》（材料）；2.《公路桥涵设计手册》拱桥分册；3.相关图纸。
五、注意事项1.计算书要求用钢笔或圆珠笔书写；2. 计算过程所用参考图，用铅笔手工绘制或CAD绘制；3. 用CAD完成部分用A4纸打印；4. 资料和图纸装订成册上交，要求设计封面、目录。
设计说明书一、主要尺寸的拟定（一）主拱圈尺寸的拟定 1.主拱圈厚度10(20)0.016 1.2(4020) 1.152d m k L =+=⨯+= m 取d=116cm式中：d ——拱圈厚度（m ）；L o ——拱桥净跨径（m ）；m 1——系数，一般取0.016-0.02，本设计取0.016； k ——荷载系数，按规范规定选取1.22.主拱圈宽度（即桥面宽度）92 1.011.0B =+⨯=m（二）拱上建筑主要尺寸的拟定 ⒈小拱净跨径由于腹拱跨径不宜大于主拱圈的18—115，所以 0018l l '=—0115l = 5.0 — 2.67， （因为考虑每边各个腹拱的长度不宜大于全桥净跨径的 1/4=40/4=10m ，所以综合考虑取0 2.7l m '=。
L40m空腹式悬链线无铰拱石拱桥计算(由85改为04规范)1
L=40m空腹式悬链线无铰拱石拱桥计算1．设计资料某等截面空腹式悬链线无铰拱石拱桥上部结构为等跨40m的石砌板拱，下部结构为重力式墩和U型桥台，均置于非岩石土上。
1.1设计标准1.1.1设计荷载公路-II级汽车荷载，人群荷载3kN/m2。
1.1.2跨径及桥宽净跨径L0=40m，净矢高05f m=，净矢跨比f0/L0=1/5。
桥面净宽为净7+2×(0.25+0.75m人行道)，B0=9m。
1.2材料及其数据1.2.1拱上建筑拱顶填料厚度h d=0.5m，包括桥面系的计算厚度为0.736m，换算平均重力密度1γ=20kN/m3。
护拱为浆砌片石，重力密度2γ=23kN/m3。
腹孔结构材料重力密度3γ=24kN/m3。
主拱拱腔填料为砂、砾石夹石灰炉渣黄土，包括两侧侧墙的平均重力密度4γ=19kN/m3。
1.2.2主拱圈M10砂浆砌MU60块石，重力密度5γ=24kN/m3。
拱圈材料抗压强度设计值cdf=4.22MP a。
拱圈材料抗剪强度设计值vdf=0.073MP a。
弹性模量E m=7300MPa。
拱圈设计温度差为±15℃。
2确定拱轴系数拱轴系数m 值的确定，一般采用“五点重合法”，先假定一个m 值，定出拱轴线，拟定上部结构各种几何尺寸，计算出半拱恒载对拱脚截面形心的弯矩j M ∑和自拱顶至1/4跨的恒载对1/4跨截面形心的弯矩4/1M ∑。
其比值f y M M j //4/14/1=∑∑。
求得f y /4/1值后，可由肌1)2/)(2/1(24/1--=y f m 中反求m 值，若求出的m 值与假定的舰值不符，则应以求得的肌值作为假定值，重复上述计算，直至两者接近为止。
2.1拟定上部结构尺寸2.1.1主拱圈几何尺寸a. 截面特性截面高度 5.0 1.295.244d cm β==⨯= 主拱圈横桥向取1m 单位宽度计算，横截面面积 A=0.95244m 2；惯性矩 ==122hd I 0.07560m 4； 截面抵抗矩 62hd W ==0.15119m 3；截面回转半径12/d w =γ=ccccb. 计算跨径和计算矢高假定m=1.988，相应的f y /4/1=0.225。
l=40m空腹式悬链线无铰拱石拱桥计算
对于空腹式悬链线无铰拱石拱桥的计算，需要使用专业的桥梁工程软件，如midas civil、ansys等。
以下是一个基本的计算步骤：
1.建立模型：在软件中创建桥梁的模型，包括桥面、拱圈、墩台等部分。
2.定义材料属性：为模型中的各个部分定义材料属性，如弹性模量、泊松比、密
度等。
3.施加荷载：根据桥梁的设计要求，施加恒载、活载等荷载。
4.进行静力分析：对模型进行静力分析，求出各个部分的应力、应变等结果。
5.进行动力分析：对模型进行动力分析，求出桥梁的固有频率、振型等动力学特
性。
6.进行疲劳分析：对模型进行疲劳分析，求出桥梁的疲劳寿命。
7.进行稳定性分析：对模型进行稳定性分析，求出桥梁的稳定系数。
根据具体的情况，可能需要调整计算参数和模型设置。
需要注意的是，这只是一个基本的计算步骤，具体的计算过程需要根据实际情况进行调整和优化。
悬链线混凝土空腹式箱形拱桥设计与计算
悬链线混凝土空腹式箱形拱桥设计与计算首先，确定桥梁的几何形状。
悬链线混凝土空腹式箱形拱桥一般选取曲线板作为主要受力面板，其几何形状由桥梁跨度、跨径长度、拱高与拱度等因素决定。
根据实际情况和要求，合理确定这些参数，以确保桥梁在使用过程中具有足够的强度和刚度。
接下来，进行受力分析。
悬链线混凝土空腹式箱形拱桥的主要受力构件是悬索线和曲线板，因此需要对这两个部分进行受力分析。
悬索线的受力分析可以采用力法或位移法进行，根据桥梁受力特点和计算要求选择合适的方法。
曲线板的受力分析则需要考虑弯矩、剪力、轴力等因素，通过对曲线板进行切割，将之视为矩形板或梁进行分析，最后得出各点的受力状态。
然后，进行结构设计和计算。
根据受力分析的结果，可以确定悬链线混凝土空腹式箱形拱桥的具体结构形式。
结构设计包括悬索线和曲线板的设计，需要考虑到材料的选择、截面形状、抗弯强度等因素，以确保桥梁具有足够的承载力和稳定性。
结构计算主要包括静力分析和动力分析两个方面，静力分析可采用桥梁静行车荷载与桥梁内力的协同作用来进行，动力分析则需要考虑桥梁的自振频率和振动特性等因素，以确保桥梁在使用过程中不发生共振和失稳的情况。
最后，对悬链线混凝土空腹式箱形拱桥进行验算和优化。
验算是对桥梁结构的设计和计算结果进行验证，包括静力强度验算、疲劳验算等。
优化是在满足设计要求的前提下，对桥梁结构进行优化设计，提高其经济性和使用性能。
总之，悬链线混凝土空腹式箱形拱桥的设计与计算是一项复杂的工程，需要综合考虑多个因素和要求，通过合理的设计和精确的计算，保证桥梁
在使用过程中安全可靠。
悬链线混凝土空腹式箱形拱桥设计与计算
等截面悬链线混凝土空腹式箱形拱桥设计与计算目录1 设计资料 (1)2 主拱圈截面几何要素计算 (2)3 确定拱轴系数 (3)4 不计弹性压缩的拱自重水平推力 (6)5 弹性中心位置、弹性压缩系数和拱自重弹性压缩水平推力 (6)6 自重效应 (7)7 公路—Ⅰ级汽车荷载效应 (8)8 《规范》第5.1.4条第1款拱的强度验算用的人群荷载效应 (13)9 温度作用和混凝土收缩作用效应 (14)10 《规范》第5.1.4条第2款拱的整体“强度—稳定”验算 (16)11 拱脚截面直接抗剪强度验算用的荷载效应 (18)12 拱圈作用效应标准值汇总 (19)13 拱圈截面强度验算 (21)14 拱圈整体“强度—稳定”验算 (28)15 拱脚截面直接抗剪验算 (29)1、 设计资料设计荷载：公路—Ⅰ级，人群荷载2.9kN/m2 桥面净宽：净15m 附2⨯2.5人行道m 净跨径：0l =70m 净矢跨比：0f /0l =1/6主拱圈内横隔板重量按顺桥向每延米给定：6.0 k/m 拱圈材料重力密度：1r =25kN/3m参考文献：《公路桥涵设计通用规范》JTG D60-2004； 《公路桥涵设计手册，拱桥（上册）》（1994年）； 《桥梁工程》下册； 有关拱桥设计图纸。
2﹑主拱圈截面几何要素计算1.主拱圈横截面设计拱圈截面高度按经验公式估算H = 0l /100 + △ = 70/100 +0.7 = 1.4m拱圈由十一个各为1.5m 宽的拱箱组成，全宽B0=16.5m 2．拱圈几何力学性质 拱圈截面如图1所示：图1 箱形拱截面（尺寸单位：㎝）拱圈截面为C35混凝土与C35混凝土预制板的组合截面。
假定拱轴系数m=2.24, 1/4y /f=0.22(1/4y 为拱轴线1/4拱跨处坐标，f 为计算矢高)。
拱轴线拱脚处切线与水平线交角s ϕ=1tan - (4673.22/1000⨯1/6)=37.933° [1994年手册附表（Ⅲ-2）],sin s ϕ=0.6145,cos s ϕ=0.7889. 由应用软件得箱形截面的几何性质： 截面面积 A=10.428㎡ 截面重心距底边 b y =0.768m截面重心距顶边 t y =1.4-0.768=0.632m截面对重心轴的惯性矩 I=2.5214m 截面回转半径 i=0.4917m则：计算跨径 l=0l +2ybsin s ϕ=70+2⨯0.768⨯0.6145=70.94m 计算矢高 f=0f +(1-cos s ϕ)b y =70/6+(1-0.7889)⨯0.76=11.829m 计算矢跨比 f/l=11.829/70.94=0.16673 拱轴线长度 a L =11ν0l =1.07394⨯70.94=76.185m[v1见《1994年手册》附表Ⅲ-8]。
实腹式悬链线拱的拱轴线和拱轴系数如何确定（专业研究）
实腹式悬链线拱的拱轴线和拱轴系数如何确定（专业研究）1) 实腹式悬链线拱的拱轴线和拱轴系数如何确定（含拱轴系数公式推导）？答：定拱轴线一般采用无矩法，即认为主拱圈截面仅承受轴向压力而无弯矩。
拱轴系数的确定：拱轴系数：d jg g m =，拱顶恒载分布集度d g 为：d h g d d 21γγ+=（4-20）拱脚恒载分布集度x g 为： h dh g jd j 321cos γ?γγ++=（4-21）式中：321,,γγγ─—分别为拱顶填料、拱圈材料及拱腹填料的容重；d h ─—为拱顶填料厚度，一般为300～500mm ；d ─—为主拱圈厚度；j ?─—为拱脚处拱轴线的水平倾角；由几何关系有 jd d f h ?cos 22-+=（4-22）由以上各式可以看出，尽管只有 j ? 为未知数，其余均为已知，但仍不能直接算出m 。
所以，在具体计算m 值时可采用试算法确定。
具体做法如下：①先根据拱的跨径和矢高假设m ，再由《拱桥》附录表（Ⅲ）-20查得拱脚处的jcos 值；②将jcos 值代入式（4-21）计算出j g 后，再与d g 一同代入式（4-11），即可求得m 值。
③再与假设的m 值比较，如两者相符，即假定的m 为真实值；如两者相差较大（差值大于半级，即相邻m 值的差值的一半），则以计算出的m 值作为假设值，重新计算，直到两者接近为止。
2) “五点重合法”如何确定空腹式悬链线拱的拱轴线和拱轴系数？答：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。
3) 为什么可以用悬链线作为空腹式拱的拱轴线形？其拱轴线与三铰拱的恒载压力线有何偏离情况（结合图说明）？答：由于悬链线的受力情况较好，又有完整的计算表格可供利用，故多采用悬链线作为拱轴线。
用五点重合法计算确定的空腹式无铰拱桥的拱轴线，仅保证了全拱有五点与三铰拱的恒载压力线（图4-44b ）。
南京工业大学桥梁工程课程设计空腹式拱桥设计
空腹式等截面悬链线无铰拱设计交通1001 朱天南一、设计资料1．设计标准设计荷载：汽车荷载公路－I 级，人群荷载3.5kN/m2桥面净空：净－8+2×(0.75m+0.25 m)人行道+安全带净跨径：净高：净跨比：2．材料数据与结构布置要求拱顶填料平均厚度(包括路面，以下称路面)，材料容重主拱圈材料容重(包括横隔板、施工超重)：拱上立柱（墙）材料容重：腹孔拱圈材料容重：腹孔拱上与主拱圈实腹段填料容重：人行道板及栏杆重：混凝土材料：强度等级为C30，主要强度指标为：强度标准值，强度设计值，弹性模量普通钢筋：1) 纵向抗拉普通钢筋采用HRB400钢筋，其强度指标为抗拉强度标准值抗拉强度设计值弹性模量相对界限受压区高度，2)箍筋及构造钢筋采用HRB335钢筋，其强度指标为抗拉强度标准值抗拉强度设计值弹性模量本桥采用支架现浇施工方法。
主拱圈为单箱六室截面，由现浇30号混凝土浇筑而成。
拱上建筑采用圆弧腹拱形式，腹拱净跨为5m，拱脚至拱顶布置6跨(主拱圈的具体几何尺寸参照指导书实例修改自定)。
3．设计计算依据交通部部颁标准《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60－2004) 交通人民出版社交通部部颁标准《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62－2004) 交通人民出版社交通部部颁标准《公路圬工桥涵设计规范》(JTG D61-2005) 交通人民出版社《公路设计手册-拱桥(上)》人民交通出版社，2000.7二、确定主拱圈截面构造尺寸，计算拱圈截面的几何、物理力学特征值1. 主拱圈截面尺寸拟定拱圈截面高度按以下公式估算：式中：——拱圈高度（mm）——拱圈净跨径（mm）——对多室箱取600mm故，。
又为施工方便，取主拱圈横桥向取1 m单位宽度计算，横截面积A=1.2m2拱圈由六个各为1.5m宽的拱箱组成，全宽B0=9.0m。
箱型截面挖空率可取50%~70%。
腹板厚度宜取100~200mm，顶底板厚度宜取100~250mm。
L=m空腹式悬链线无铰拱石拱桥计算(修改版)
L=50m空腹式悬链线无铰拱石拱桥计算1．设计资料某等截面空腹式悬链线无铰拱石拱桥上部结构为等跨50m的石砌板拱，下部结构为重力式墩和U型桥台，均置于非岩石土上。
(1)设计标准l)设计荷载公路-Ⅱ级汽车荷载，人群荷载3kN/m2。
2)跨径及桥宽净跨径L0=50m，净矢高f0=10m，净矢跨比f0/L0=1/5。
桥面净宽为净9+2×1.5，B0=12m。
(2)材料及其数据l)拱上建筑γ=20kN/m3。
拱顶填料厚度h d=0.5m，包括桥面系的计算厚度为0.68m，换算平均重力密度1γ=23kN/m3。
护拱为浆砌片石，重力密度2γ=24kN/m3。
腹孔结构材料重力密度3γ=20kN/m3。
主拱拱腔填料为砂、砾石夹石灰炉渣黄土，包括两侧侧墙的平均重力密度42)主拱圈γ=24kN/m3。
M7.5砂浆砌MU80块石，重力密度5f=4.37MP a。
拱圈材料抗压强度设计值cdf=0.075MP a。
拱圈材料抗剪强度设计值vd弹性模量E m=7300MPa。
拱圈设计温度差为+22℃，-15℃。
(3)设计依据1)《公路桥涵通用设计规范》(JTG D60-2004)，简称《桥规D60》；2)《公路圬工桥涵设计规范)》(JTG D61-2005)，简称《桥规D61》；3)《公路桥涵设计手册——拱桥》上册(石绍甫)、下册(顾安邦)，简称《拱桥》。
2．主拱圈计算(1)确定拱轴系数拱轴系数m 值的确定，一般采用“五点重合法”，先假定一个m 值，定出拱轴线，拟定上部结构各种几何尺寸，计算出半拱恒载对拱脚截面形心的弯矩j M ∑和自拱顶至1/4跨的恒载对1/4跨截面形心的弯矩4/1M ∑。
其比值f y M M j //4/14/1=∑∑。
求得f y /4/1值后，可由肌1)2/)(2/1(24/1--=y f m 中反求m 值，若求出的m 值与假定的舰值不符，则应以求得的肌值作为假定值，重复上述计算，直至两者接近为止。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
【tips】本文由李雪梅老师精心收编整理，同学们定要好好复习！
空腹式悬链拱桥建模问题
空腹式悬链拱桥建模问题
空腹式悬链拱桥，一跨70米。
横桥向五片肋，先安装拱肋，然后浇注拱波拱板。
设腹拱圈，用横墙式腹孔墩连接主拱圈
跟腹拱圈。
建立模型的思路：
1.将各个关键截面的坐标在 cad图里点取出来，然后导入到有限元软件里形成节点，单元。
2.按照拱肋+拱波+拱板建立截面，不考虑标号强度的差别，
不考虑先后浇注的差别，因为最后三者构成主拱圈是整体承
担全桥作用荷载。
3.按照图纸输入截面钢筋。
4.将横墙跟主拱圈之间的连接设置为主从约束，且释放转
动。
以保证主拱圈以上的荷载以竖向集中力的形式传递下
来。
让主拱圈以裸拱的形式承担荷载，减少弯矩的作用。
5.不建腹拱圈，把它和填料当作荷载加到横墙上。
6.施工阶段不细分，只做成桥分析，就一个施工阶段。
全桥
添加相等的均部荷载。
7.计算分析
备注，以上分析过程采取桥博分析，所以只取单片拱肋。
计算后得出来的结果，我很不满意。
1.拱顶的位移竟然有10几厘米，这个跟实际情况桥梁的工
作状态是弯曲不符合的。