拱桥毕业设计示例

目录

1 拱圈设计 (1)

1．1 设计资料（图1.1） (1)

1.2 确定拱轴系数m (4)

H (7)

1.3 不计弹性压缩的自重水平推力

g

1.4 弹性中心位置和弹性压缩系数 (8)

1.5 自重效应 (8)

1.6 《规范》第5.4.1条第1款拱的强度验算用的公路—Ⅰ级汽车荷载效应 (9)

1.7 《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)

1.8 温度作用效应 (14)

1.9 按《规范》第5.1.4条第2款的整体“强度—稳定”验算用的荷载效应.. 15

1.10 拱脚截面直接抗剪强度验算用的荷载效应 (16)

1.11 拱圈作用效应值汇总 (17)

1.12 拱圈截面强度验算 (19)

1.13 拱圈整体“强度—稳定”验算 (25)

1.14 拱脚截面直接抗剪验算 (27)

2 桥台计算 (28)

2.1 基本资料 (28)

2.2 桥台设计几何尺寸（图2.1） (28)

2.3 桥台台身自重及起顶上的汽车和人群荷载 (31)

2.4 拱脚的作用效应对台身底的竖向力和偏心弯矩 (35)

2.5台身后土侧压力 (37)

2.6台身底作用效应汇总 (38)

2.7 台身底截面承载力极限状态验算 (39)

2.8 地基承载力验算 (43)

2.9 基础稳定性验算 (45)

3 桥墩设计 (45)

3.1 桥墩几何尺寸拟定 (45)

4 施工方法 (47)

摘要：根据任务书给定的工程条件，对济进桥拟定了石拱桥、简支板桥、连续板桥三个方案。经比选最终确定采用空腹式等截面悬链线石拱桥方案。本文详细说明了石拱桥的拱轴系数计算、弹性中心及弹性压缩计算、主拱圈主要荷载内力计算、主拱圈主要截面的强度验算、温度内力、下部结构内力计算以及对特征截面的强度和稳定性进行了验算。

关键词：等截面悬链线空腹式石拱桥；拱轴系数；弹性中心；温度内力

Designing and account of Ji Jin bridge

Abstract ：Project condition assigns which according to the project description,has drawn up the stone arch bridge to the Ji Jin bridge, the simply supported beam bridge, the continual plank bridge three plans. Elects afterthe ratio finally to determine uses the empty stomach type stone archbridge plan. This article specify stone arch bridge arch axiscoefficient computation, the elastic center and the elasticcompression computation, the host arch ring main load endogenic forcecomputation, the host arch ring main section intensity check computations, thetemperature endogenic force, the substructure endogenic forcecomputation as well as has carried on to the characteristic sectionintensity and the stability check computations.

Key Words ：Empty stomach type stone arch bridge、Arch axis coefficient Elastic center、Temperature endogenic force

1 拱圈设计

1．1 设计资料（图1.1）

图1.1 半拱尺寸图（尺寸单位：mm ）

设计荷载：公路—Ⅰ级汽车荷载，人群荷载3kN/m 2

桥面净宽：净7m 附2×0.75m 人行道 净跨径：n l =20m 净失高：n f =4m

净失跨比：n n f =1/5

拱圈厚度：d =0.8m （d =mk 30L ，式中：d —拱圈厚度(cm)；0L —拱圈净跨径(cm)；m —系数，一般为4.5 ~6.0，取值随失跨比的减小而增大；k —荷载系数，取1.2） 拱圈宽度：b =8.5m

主（腹）拱顶填土高度：c h =0.5m 拱圈材料重力密度：1γ=24kN/m 3

拱上建筑材料重力密度：2γ=24kN/m 3

路面及填料（包括路面、腹拱的护拱和填料）重力密度：3γ=20kN/m 3

腹拱净跨径：1n l =2m 腹拱厚度：1d =0.3m 腹拱墩顶宽：1b =0.8m 腹拱墩底宽：2b =0.8m

自拱脚起第1个腹拱墩平均高度：h =0.95m 拱圈材料：M10砂浆砌MU60块石

拱圈材料抗压强度设计值：cd f =4.22Mpa

拱圈材料抗剪强度设计值：vd f =0.037Mpa 拱圈材料弹性模量：m E =7300Mpa

假定拱轴系数：m =3.5，04/1/f y =0.2（4/1y 为拱轴线1/4拱跨处坐标，

0f 为计算失高）

拱轴线拱脚处切线与水平线夹角：

=

s ?tan )

1(2-m L fkshk ξ

式中：ξshk —双曲正弦

ξshk =2

1

()ξξk k e e --

查《公路桥涵设计手册，拱桥》得，

s ?=100091.5164tan 1

-×5

1

=45.929°[《2000年手册》附表（Ⅲ）—2] 所以 =s ?sin 0.7185， =s ?cos 0.6955 ，x =0.8×0.6955=0.556m ，y =0.8×0.7185=0.575m （x ，y 为拱脚处，拱厚的水平和竖向投影长度）

计算跨径：s n d l l ?sin 0+==20＋0.8×0.7185=20.5748m 计算失高：n f f =0+

2

d

（1-cos ?s ）=4＋28.0×( 1-cos45.929°)=4.12178m

计算失跨比：00l f =4.12178/20.57480=1/4.992 拱轴线长度：

a L =

1

1

υ×0l =1.10709×20.575=22.796m [

1

1

υ见《2000年手册》附表(Ⅲ) —8]

拱圈几何性质见表1.1。

注：(1)本表截面半拱分为12段，与《2000年手册》附录图Ⅲ—1对照，本截面号的2 倍为《2000年手册》附录图Ⅲ—1的截面号，例如本表截面号2，附录图Ⅲ—1

内为截面号4。

(2)第2栏自《2000年手册》附录(Ⅲ)表(Ⅲ) —1查得；第4栏自附录（Ⅲ）表（Ⅲ)

—2查得tan?，再求cos?。

参考文献：《公路桥涵设计手册，拱桥（上册）》（2000年），以下简称《2000年手册》。

由于为矩形板拱，横桥向又无偏心，计算可取每米拱宽。

1.2确定拱轴系数m

拱轴系数按假定尺寸验算，先求拱的自重压力线在拱跨1/4点的纵坐标4/1y 与失高

0f

的比值04/1f y ，如该值与假定值0.2（m=3.5）符合，则可确定作为拱轴系数；否则，

另行假定拱轴系数，直至假定与验算结果相符。04/1f y 可按下式求得：

04/1f y =∑4/1M /∑s

M

(1—1)

式中：4/1y —拱轴线拱跨1/4点的弯矩； 0f —拱轴线计算失高；

4/1M — 自拱顶至拱跨1/4部分的自重力对拱跨1/4点弯矩； s M —自拱顶至拱脚部分的自重力对拱脚的弯矩。

计算参见表1.2及其说明和图1.1，并取每米拱宽进行。

表1.2计算说明：

（1）拱圈部分产生的自重力P 、4/1M 、s M 值，可自《公路圬工桥涵设计规范（JTGD61—2005）应用算例》附录B 表B —1查算。

P =0.5545810γd l =0.55458×20.575×0.8×24=219.081kN

4/1M =0.03151412

0γd l =0.031514×20.575 2×0.8×24=256.144kN.m

s M =0.1306912

0γd l =0.13069×20.575 2×0.8×24=1062.242kN .m

（2） 腹拱、腹拱墩及其上填料等自重集中传布。腹拱墩集中荷载计算如下： （a ）P =1W +2W +3W +4W ，式中，1W 、2W 、3W 分别为腹拱墩上的腹拱拱圈、填料、及路面自重，可自《公路圬工桥涵设计规范（JTGD61—2005）应用算例》附录B 表B —3查算；4W 为腹拱墩自重，按实际尺寸计算。各腹拱墩的集中荷载计算如下（图1.1）：

1P =1.08392γ+0.98453γ+1.43γ+()21212

1

γh b b +

=1.0839×24+0.9845×20+1.4×20+2

1

×(0.8+0.8) ×0.95×24=91.94kN

腹拱墩作用力对拱脚的力臂为：

s d b l e ?sin 25.0111-+==2.0+0.5×0.8－

2

8

.0×0.7185=2.113m 上式中，1l 为腹拱净跨径，1b 为墩宽度。

﹙b ﹚靠近拱顶的半个腹拱及其上填料重量，可见《公路圬工桥涵设计规范（JTGD61—2005）应用算例》附录B 表B —4查得。

半个腹拱拱圈 3P =0.54202γ=0.5420×24=13.01kN 半个腹拱填料 4P =0.36273γ=0.3627×20=7.25kN 半拱路面 5P =0.650×20=13.00kN

3P 、4P 、5P 作用力对拱脚力臂分别为：

()A d

b n l n e s +??

????--+??? ??-=?sin 2121113

= ()736.07185.028

.08.0122212+???????-?-+???? ??-

=4.249m

()B d

b n l n e s +??

????--+??? ??-=?sin 2121114

= ()010.17185.028

.08.0122212+???????-?-+???? ??-

=4.523m