长安大学拱桥课程设计电子版

悬链线箱形拱桥课程设计任务书

1．设计资料

设计荷载：公路Ⅰ级，人群荷载3.5KN/m 2. 矢跨比1/4 桥宽 1.5+9+1.5

拱顶填土包括桥面的平均高度'

d h ＝0.5m

净跨径：0l =45m+3*5=60m; 合拢温度：10o c 最高月平均温度 30o c 最低月平均温度 0o c

2.主要构件材料及其数据

桥面铺装为 8cm 钢筋混凝土（4γ＝25 KN/m 3）+6cm 沥青混凝土（2γ＝23 KN/m 3）

拱顶填土材料容重1γ＝22.5 KN/m 3

护拱及拱腔为1号石灰砂浆砌筑片石，2γ＝23 KN/m 3 腹拱圈为C30混凝土预制圆弧拱，3γ＝24.5 KN/m 3

腹拱墩为C30钢筋混凝土矩形截面排架式墩，4γ＝25 KN/m 3 主拱圈为C40钢筋混凝土箱形截面，5γ＝25.5 KN/m 3

3.设计依据

1． 交通部部标准《公路桥涵设计通用规范（JTGD60－2004）》； 2． 交通部部标准《公路圬工桥涵设计规范—JTGD61--2005》；

3． 交通部部标准《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D60－2004》；

二、拱圈截面的几何要素的计算 （一）主拱圈横截面设计

三、确定拱轴系数

3.1上部结构构造布置

上部结构构造布置如下图所示：

图3.1上部结构构造尺寸（单位：cm）

3.1.1主拱圈

假定m=2.514，相应的y ¼/f =0.215，f 0/l 0=1/4，查《拱桥》(上册)表(III)-20(6)得：

sin φj =0.76774，cos φj =0.64076，φj =50˚09'4.95" 主拱圈的计算跨径和计算矢高： l =l 0+2y 下sin φj =85+2×0.8449×0.76774=86.2973m f =f 0+y 下(12cos φj )=21.25+0.8449×(120.64076)=21.8035m 拱脚截面的水平投影和竖向投影 x =Hsin φj =1.65×0.76774=1.2668m y =Hcos φj =1.65×0.64076=1.0573m

将拱轴沿跨径24等分，每等分长86.2973 3.59572424

l l m ∆=

==，每等分点拱轴线的纵坐标f f y y ⨯⎥⎦⎤⎢

⎣⎡=11(其中⎥⎦

⎤

⎢⎣⎡f y 1由拱桥 (Ⅲ)-1查得),相应的拱背曲面坐标ϕcos 11

上

y y y -='，拱腹曲面坐标ϕ

cos 11

下y y y +=''。具体数值见下表： 表3.1主拱圈几何性质表

3.1.2拱上腹孔布置

从主拱圈两端起拱线起向外延伸3m 后向跨中对称布置4孔圆弧小拱，腹拱

圈厚'0.35d m =，净跨径'

0 5.6l m =，净矢高'00.7f m =，座落在宽为0.5m 的钢筋

混凝土排架式腹孔墩支撑的宽为0.6m 的钢筋混凝土盖梁上。腹拱拱顶的拱背和主拱拱顶的拱背在同一标高。腹孔墩墩中线的横坐标x l 以及各墩中线自主拱拱背到腹孔起拱线的高度'101

(1)(d'f )cos h y y φ

=+⨯-

-+上，分别计算如下表：

由

00'1

'8

f l =，根据圆弧线拱轴方程得 sin φ0=0.470588，cos φ0=0.882353，φ0=28˚04'20" 腹拱拱脚的水平投影和竖向投影 x '=d'×sin φ0=0.35×0.470588=0.1647m ； y '=d'×cos φ0=0.35×0.882353=0.3088m

上部结构恒载计算

恒载计算，首先把桥面系换算成填料厚度，然后按主拱圈、横隔板、拱上空腹段、拱上实腹端及腹拱推力共5个部分进行。 3.2.1桥面系

1.桥面系

桥面系包括栏杆、人行道构造和附设的管路。栏杆每幅长3.50m ，栅板分三部分预制，如图4所示。

(1)每侧栏杆的重力 中栅 0.041×25=1.025kN 边栅 2×0.0244×25=1.22kN 立柱 0.0852×25=2.13kN 中底枋 0.0144×25=0.36kN 边底枋 2×0.01284×25=0.642kN 扶手 0.042×25=1.050kN ∑=6.427kN

每延米桥长的栏杆重力 g=6.427×2/3.868=3.493kN/m

(2)人行道构件(图1)

a.人行道块件，γ=25kN/m 3

[0.05×0.3+(0.07+0.15)×0.6/2+0.2×0.75 +1.75×0.15+0.2×0.8]×25×2=32.675kN/m b.人行道板，γ=24kN/m 3 2.25×0.03×24×2=3.24kN/m

c.人行道板下填砂层，γ=18kN/m 3 2.25×0.02×18×2=2.16kN/m

d.人行道块件内水管铸铁容重为78.5kN/m 3， 水的容重为10kN/m 3，水管内径为φ35cm ， 外径为φ36cm 。

[π×0.355×0.01×78.5+π×0.352×10/4]×2=3.6752kN/m e.人行道块件里填砂砾石或装电缆，γ=18kN/m 3 [1.75*0.6-π×0.362/4]×18×2=34.1356kN/m 每延米桥长人行道构件重力 ∑=75.8858kN/m (3)拱顶填料及沥青表处面层重力

（0.65×22.5+0.08×25+0.06×23）×12=216.06kN/m

以上三部分恒载由拱圈平均分担，则换算容重为γ=22.5kN/m 3的计算平均填料厚度为： h d =(3.493+75.8858+216.06)/(15.4×22.5)=0.8526m

3.2.2主拱圈

01243(0.578239.74066886.293725.5P A l γ-==⨯⨯⨯=

⎡⎤⎣⎦表Ⅲ)-19(7)值12393.9184kN

2241/4

0.126859.74066886.297325.5(58661.588444

A l M kN m γ⨯⨯⨯===⋅⎡⎤⎣⎦表Ⅲ)-19(7)值2240.535329.74066886.297325.5(247557.914744

j A l M kN m γ⨯⨯⨯===⋅⎡⎤⎣⎦表Ⅲ)-19(7)值

3.横隔板

横隔板的设置受箱肋接头位置的控制，必须先确定接头位置后再按箱肋轴线等弧长布置横隔板。

(1)箱肋有关几何要素

a.箱肋截面积(图5)

A'=2×0.1×1.45+1.0×0.1

+2×0.1×0.1/2=0.4m 2 b.箱肋截面静矩

J'=2×0.1×1.45×1.45/2+1.0×0.10×0.10/2 +2×0.1×0.1×(0.1/3+0.1)/2 =0.2166m 3

c.截面重心距箱底的距离 y'下=J'/A'=0.541m

d.箱肋计算跨径l '=l 0+2y'下sin φj =85+2×0.541×0.76774=85.8307m

e.箱肋轴线弧长S'=2×0.57823l '=99.2598m (2)确定箱肋接头、设置横隔板