悬链线计算
等截面悬链线圬工拱桥上部构造计算1
等截面悬链线圬工拱桥上部构造计算一 设计资料1.1总体布置上部构造采用石砌板拱，净跨径0l =30m,净矢高0f =6m,净失跨比0015f l =。
桥面净空：净720.75+⨯人行道，桥梁全宽9m,主拱圈宽度8.5m.1.2拱上建筑拱顶侧墙为浆砌片石，填料为沙砾夹石灰炉渣黄土，平均重力密度为3120/KN m γ=。
桥面系按此重力密度和主拱圈宽度折算的厚度为24q h cm =。
腹拱圈护拱为浆砌片石，重力密度为3223/KN m γ=。
腹拱圈为10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3324/KN m γ=。
1.3主拱圈材料为M10砂浆砌MU50块石，重力密度为3424/KN m γ=。
主拱圈设计温度差为15±℃；岩石地基，不考虑基础的非均匀沉降。
主拱圈轴心抗压强度设计值 3.85cd f MPa =，直接抗剪强度设计值0.073vd f MPa =，弹性模量7300m E MPa =。
1.4设计荷载汽车荷载：公路-Ⅱ级； 人群荷载：23/KN m 。
1.5采用规范中华人民共和国行业标准《公路桥涵设计通用规范》JTG D60-2004 中华人民共和国行业标准《公路圬工桥涵设计规范》JTG D61-2005二 共轴系数确定2.1五点重合法拱轴系数采用“五点重合法”确定，步骤如下：（1） 假定一个拱轴系数m 值，定出拱轴线，拟定上部构造尺寸； （2） 恒载统计，计算悬臂半拱恒载对脚拱和1/4截面的弯矩fM∑和1/4M∑（3） 计算1/41/4f M y f M =∑∑（4） 计算，若与假定的1421212fm y ⎛⎫⎪=-- ⎪⎝⎭值不符，则以求得的m 值重定拱轴线，修改上部构造相关尺寸，重复上述计算，直至两者接近为止。
拱轴系数试算过程中的假定以及最后的确定均应按1/4y f的档位5‰取值。
2.2 拟定上部构造尺寸 2.2.1 主拱圈截面特性主拱圈截面高度d=k*β*，取d=0.85m 。
等截面悬链线无铰拱的计算
拱桥中内力符号的规定：轴力压力为正，剪力逆时针转为正，弯矩拱圈内缘受拉为正；
必须考虑温度、混凝土收缩徐变、拱脚变位、弹性压缩等引起的附加内力
*
2-2 无铰拱简化计算图式的基本结构及弹性中心
引入弹性中心ys,使赘余力作用在弹性中心上，使方程中的副变位等于零，方便求解方程；弹性中心离拱顶的距离：
*
1
*
【属于1-1-2】 空腹拱－确定 m的方法
根据拱轴线上“重合五点”与其三铰拱恒载压力线重合（五点弯矩为零）的条件确定m值；根据拱脚、拱跨1/4截面得：
添加标题
先假定m值，定出拱轴线，利用 y ¼ /f 计算查表求m值，多次计算，使m值接近；
添加标题
*
【属于1-1-2】 空腹拱悬链线拱轴的特点
采用“五点法”确定的拱轴线与相应的三铰拱恒载压力线偏离类似于一个正弦波，从拱顶到1/4点，压力线在拱轴线之上，从1/4点到拱脚，压力线大多在拱轴线之下； 与无铰拱的恒载压力线实际上并不存在五点重合关系，拱顶产生负弯矩、拱脚产生正弯矩的偏离；偏离弯矩与截面的控制弯矩符号相反，因此用悬链线比用恒载压力线更合理；
*
2-3-1、不考虑弹性压缩时的恒载内力
实腹拱～拱轴线与恒载压力线重合，仅产生轴向力； 竖直反力： 水平推力:
其中：
其中：
各截面的轴向力：
（可查表）
*
【属于2-3-1】
空腹式拱～根据“五点重合法”
添加标题
各截面的轴向力：
添加标题
一、悬链线拱轴线方程及拱轴系数的确定
设拱轴线即为恒载压力线～即各截面只有轴力。对拱脚取矩，因拱顶截面处M=0,Q=0, 推力Hg；故有： 计算矢高 半跨恒载对拱脚截面的弯矩 1-1 悬链线拱轴方程
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。
等截面悬链线圬工拱桥计算程序
1.0500
0.9058
(E)半拱恒载对拱脚和1/4拱跨截面的弯距
shκ ξ
1.2538 1.0349
分块号
P0-12 P13 P14 P15 P16 P'16 P17 P'17 合计
恒重（KN）
387.770 126.036 100.240 42.045 120.818 104.234 107.414 68.012 884.324
系数 1.2 1.4
0.7
主拱圈荷载效应不利
拱顶
M
N
36.39
945.64
105.564 26.624
(27.281) 44.660
4.167
5.930
(2.468)
4.903
(35.251) 16.425
21.151 (9.855)
M1
N1
161.001 1193.952
(31.486) 1218.196
9.4000
8.1097
ξ =X/L
0.9002 0.7399 0.5888
0.5796
0.5000
κξ =Ln(m+SQRT(m2-
1)*ξ
y1=f/(m-1)*(ch κ ξ -1)
tgφ =2*f*k/(m1)/l*shκ ξ
1.6308
5.0071
0.8316
1.3404
3.1559
0.6025
Hg'=Σ Mj/f=
962.60 (KN)
(2）计入弹性压缩的恒载内力计算表
项目 y=ys-y1 cosφ Hg=(1-μ 1/（1+μ ）)*Hg' Ng=Hg'/cosφ -Hg'*μ 1/（1+μ ）*cosφ
悬链线方程的推导过程
悬链线方程的推导过程悬链线是一种曲线，其形状类似于悬链。
悬链线最早由德国数学家焦若贝利在1725年所提出，也被称为Catenary（猫enary）曲线。
这条曲线具有许多独特的性质和应用领域，因此悬链线的推导过程也非常有趣。
悬链线的推导涉及到一些微积分和几何的知识。
在这里，我将尽量简明扼要地介绍悬链线方程的推导过程。
第一步：设定问题和坐标系我们假设有一根不可伸长、重力平均作用于其上的悬链线。
我们希望找到这条悬链线的方程。
为此，我们首先将悬链线放在一个笛卡尔坐标系中。
设悬链线的轴线为x轴，y轴垂直于轴线。
第二步：表示悬链线的参数方程为了表示悬链线，我们引入参数t，表示悬链线上任意一点的位置。
我们假设悬链线的最低点为原点O(0, 0)，则悬链线的参数方程可以表示为：x = at， y = bch(a)，其中a和b是任意的正数，c是一个常数，表示悬链线的形状。
第三步：应用欧拉－积分方程为了求解悬链线的参数方程，我们需要应用欧拉－积分方程。
欧拉－积分方程是描述弹性形体的自平衡状态的一个重要方程。
我们令L表示悬链线的弧长，则有：L = ∫√(1 + (dy/dx)²)dx将悬链线的参数方程带入上式，可以得到：L = ∫√(1 + (a² + b²ch²(a)²)dt第四步：求解悬链线弧长的积分通过对上式中的积分进行变量替换和一些微积分的技巧可以求得L的积分形式。
最终我们得到：L = ∫csch(a)da，其中csch(a)是双曲正弦函数的倒数，定义为csch(a) = 1/sinh(a) = (2e^a)/(e^2a - 1)第五步：应用数值积分方法由于上述积分无法通过标准的解析方法求解，我们可以应用数值积分方法来计算L。
一种常用的数值积分方法是龙格－库塔法则，它可以在较高精度下计算复杂的积分。
第六步：求解悬链线方程通过数值积分得到L后，我们可以尝试通过方程L=c来求解a。
悬链线方程
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【属于1-1-2】
【模块编号】MU-06-03
y h
f
1
(chk 1) 1
0
2
s
2 k d
s m 1
h 1 1
2
s
2 k d
0
f
1
弹性中心坐标系数，与拱轴系数m有关 1
～可根据拱轴系数，查设计手册； ～对变截面悬链线，还与拱厚系数n有关；
【模块编号】MU-06-03
◎确定m的原则
恒载压力线不是一条平滑的曲线，拱轴线采用悬链 线，应尽可能使拱轴线与恒载压力线偏离较小， 采用“五点重合法”使悬链线拱轴与恒载压力线 重合。
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【属于1-1-2】 空腹拱－确定 m的方法
1）根据拱轴线上“重合五点” 与其三铰拱恒载压力线重 合（五点弯矩为零）的条 件确定m值；根据拱脚、拱 跨1/4截面得：
3）当m=1,曲线即为二次抛物线；
7
【属于1-1】
• 任意截面的拱轴线水平倾角：
【模块编号】MU-06-03
tg
d
y 1
2k
f
shk
dx l(m 1)
8
1-2 拱轴系数m的确定 1-2-1、实腹拱拱轴系数m的确定
【模块编号】MU-06-03
g h
d
d
1d
2
g
j
【模块编号】MU-06-03
◎将拱圈换算为相当长度的压杆，按平均轴向力计算； 验算公式：
◎当主拱的长细比大于规范规定的数值时，按临界力
控制稳定；
临界平均轴向力
K1
NL Nj
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「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」悬链线混凝土空腹式箱形拱桥是一种结构简洁、承载能力较高的桥梁形式。
它由一系列采用悬链线原理分布在桥面上的箱形拱构成。
该桥型配合预应力混凝土技术，在桥梁工程中得到广泛应用。
本文将详细介绍悬链线混凝土空腹式箱形拱桥的设计与计算。
首先，需要进行桥梁的设计。
桥梁的设计分为静力分析和动力分析两部分。
静力分析主要考虑桥梁在静止荷载下的受力情况，例如自重、活载和温度等。
动力分析主要考虑桥梁在振动荷载下的受力情况，例如车辆行驶时的荷载。
在设计过程中，需要根据桥梁跨度、荷载情况和工程要求等，选取适当的拱形曲线。
接下来，进行桥梁的计算。
计算包括了弯矩、剪力和轴力等。
根据荷载以及桥梁几何形状等因素，可以求得桥梁的最大弯矩、最大剪力和最大轴力等。
这些参数将用于后续的材料选取和构造设计。
另外，需要进行悬链线的设计。
悬链线是桥梁设计的核心，采用了悬链线的原理可以降低桥梁的荷载，提高桥梁的承载能力。
悬链线的设计需要考虑最大荷载、拱形曲线和预应力混凝土等因素。
悬链线的形状和预应力混凝土的预应力力度需要通过计算确定。
最后，进行材料选取和结构构造设计。
根据计算结果，选择合适的混凝土强度等级和钢筋配筋率。
在结构构造设计中考虑桥梁的施工和维护等因素，确保悬链线混凝土空腹式箱形拱桥的可持续性和安全性。
总结起来，悬链线混凝土空腹式箱形拱桥设计与计算需要考虑静力和动力分析、弯矩、剪力和轴力计算、悬链线设计、材料选取和结构构造设计等方面。
通过科学的计算和合理的设计，可以保证桥梁的可靠性和安全性，同时减少材料和施工成本，提高桥梁的承载能力。
悬链线
悬链线科技名词定义中文名称：悬链线英文名称：catenary定义：两端悬挂的理想柔性软索的曲线。
工程计算中，可近似用抛物线计算。
应用学科：电力（一级学科）；输电线路（二级学科）以上内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布目录悬链线等高悬链线数学表达式的证明工程中的应用悬链线悬链线(Catenary) 是一种曲线，它的形状因与悬在两端的绳子因均匀引力作用下掉下来之形相似而名。
适当选择坐标系后，悬链线的方程是一个双曲余弦函数，其公式为：y = a*cosh(x/a) 其中a 是一个常数。
等高悬链线数学表达式的证明注释如右图，设最低点A处受水平向左的拉力H，右悬挂点处表示为C点，在AC弧线区段任意取一段设为B点，则B受一个斜向上的拉力T，设T 和水平方向夹角为θ，绳子的质量为m,受力分析有：Tsinθ=mg；Tcosθ=H，tanθ=dy/dx=mg/H，mg=ρs，，其中s是右段AB 绳子的长度，ρ是绳子线重量密度，代入得微分方程dy/dx=ρs/H;利用弧长公式ds=√(1+dy^2/dx^2)*dx;所以s=∫√(1+dy^2/dx^2)*dx; 所以把s 带入微分方程得dy/dx=ρ∫√(1+dy^2/dx^2)*dx/H;.....(1) 对于(1)设p=dy/dx微分处理得p'=ρ/H*√(1+p^2)......(2) p'=dp/dx; 对（2）分离常量求积分∫dp/√(1+p^2)=∫ρ/H*dx 得ln[p+√(1+p^2)]=ρx/H+C，即asinhp（反双曲正弦）=ρx/H+C 当x=0时，dy/dx=p=0；带入得C=0；整理得asinhp=ρx/H 另祥解：（ln[p+√(1+p^2)]=ρx/H）；p=sh(ρx/H) （1+p^2=e^(2ρx/H)-2pe^(ρx/H)+p^2）；(p=[e^(ρx/H)-e^(-ρx/H)]/2=dy/dx)；y=ch (ρx/H)* H / ρ（y=H/(2ρ)*[e^(ρx/H)+e^(-ρx/H)] ）；令a=H/ρ：y=a*cosh (x/a) (y=a[e^(x/a)+e^(-x/a)]/(2)= a*cosh(x/a))。