橋梁工程課程設(shè)計---拱橋結(jié)構(gòu)設(shè)計計算

1、<p>　　拱橋結(jié)構(gòu)設(shè)計計算說明書</p><p><b>　　一．課程設(shè)計的目的</b></p><p>　　1.培養(yǎng)學生綜合運用所學橋梁工程理論知識，解決鋼筋混凝土拱橋結(jié)構(gòu)的設(shè)計和計算問題，掌握鋼筋混凝土拱橋結(jié)構(gòu)分析和計算的理論與方法。</p><p>　　2. 強調(diào)規(guī)范在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重要性，培養(yǎng)學生運用專業(yè)理論知識和專業(yè)規(guī)范

2、進行橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計的能力。</p><p>　　3. 進一步提高學生繪制橋梁工程施工圖、使用計算機的能力。</p><p><b>　　二．課程設(shè)計的內(nèi)容</b></p><p>　　1. 確定主拱圈截面構(gòu)造尺寸，計算拱圈截面的幾何、物理力學特征值； </p><p>　　2. 確定主拱圈拱軸系數(shù) m 及拱上建筑的構(gòu)造布置

3、和幾何構(gòu)造尺寸； </p><p>　　3. 結(jié)構(gòu)恒載計算； </p><p>　　4. 主拱結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算(永久作用、可變作用)； </p><p>　　5. 溫度變化、混凝土收縮徐變引起的內(nèi)力； </p><p>　　6. 主拱結(jié)構(gòu)的強度和穩(wěn)定計算；</p><p>　　7. 拱上立柱(墻)的內(nèi)力、強度及穩(wěn)定性計算；

4、 </p><p>　　8. 繪制 1～2 張相關(guān)施工圖。</p><p><b>　　三．課程設(shè)計的時間</b></p><p>　　時間：兩周；安排在理論課結(jié)束之后。</p><p><b>　　四．課程設(shè)計的方法</b></p><p>　　1．獨力思考，繼承與創(chuàng)新&

5、lt;/p><p>　　設(shè)計時要認真查閱和閱讀參考資料，繼承前人的設(shè)計成果和經(jīng)驗，根據(jù)課程設(shè)計的具體要求，大膽改進和創(chuàng)新。</p><p>　　2．結(jié)合和參考本指導的算例，進行拱橋結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算，掌握拱橋的計算理論和設(shè)計內(nèi)容與方法。</p><p><b>　　五．課程設(shè)計的步驟</b></p><p>　　1．設(shè)計準備：了

6、解設(shè)計任務(wù)書，明確設(shè)計要求、設(shè)計內(nèi)容、設(shè)計步驟；通過查閱教科書和相關(guān)設(shè)計資料，了解設(shè)計的理論和方法；準備好設(shè)計所需資料、工具書、工具軟件；擬好設(shè)計計劃。</p><p>　　2．設(shè)計實施：根據(jù)課程設(shè)計任務(wù)書的要求，參考設(shè)計指導書和教科書，確定設(shè)計的主要內(nèi)容、計算順序；根據(jù)相關(guān)計算理論，計算和填寫相關(guān)圖表的內(nèi)容。使用圖表給出計算結(jié)果和結(jié)構(gòu)的相關(guān)驗算結(jié)果。</p><p>　　3．匯總設(shè)計成果

7、：課程設(shè)計計算書，課程設(shè)計要求繪制的工程圖紙。</p><p>　　橋梁工程課程設(shè)計任務(wù)書</p><p><b>　　一． 設(shè)計題目 </b></p><p>　　空腹式等截面懸鏈線箱形無鉸拱橋設(shè)計 </p><p><b>　　二． 設(shè)計資料 </b></p><p>

8、;<b>　　1． 設(shè)計標準 </b></p><p>　　設(shè)計 荷載：公路—I級，人群荷載3.5kN/m</p><p>　　2．橋面凈空凈－8+2*(0.75m+0.25m)人行道+安全帶 </p><p>　　凈跨徑L0＝80m </p><p><b>　　凈高 f0＝16m</b><

9、/p><p>　　凈跨比f0/L0＝1/5 </p><p>　　3．材料數(shù)據(jù)與結(jié)構(gòu)布置要求 </p><p>　　拱頂填料平均厚度(包括路面，以下稱路面)hd＝ 0.5m，材料容重 γ=22.0kN/m</p><p>　　主拱圈材料容重(包括橫隔板、施工超重)γ2＝25.0kN/m</p><p>　　拱上立柱（墻）材

10、料容重γ2＝25kN/m</p><p>　　腹孔拱圈材料容重γ3＝23kN/m</p><p>　　腹孔拱上填料容重γ4＝22kN/m</p><p>　　主拱圈實腹段填料容重γ1＝22 kN/m</p><p>　　人行道板及欄桿重 52.0kN/m(雙側(cè))； </p><p><b>　　混凝土材料：

11、</b></p><p>　　強度等級為 C30，主要強度指標為：</p><p>　　強度標準值 fck=20.1MPa，ftk=2.01MPa </p><p>　　強度設(shè)計值 fcd=13.8MPa，ftd=1.39MPa </p><p>　　彈性模量 Ec=3.0*104MPa </p><p&g

12、t;<b>　　普通鋼筋 </b></p><p>　　1)縱向抗拉普通鋼筋采用 HRB400鋼筋，其強度指標為：</p><p>　　抗拉強度標準值 fsk=400MPa </p><p>　　抗拉強度設(shè)計值 fsd=330MPa</p><p>　　彈性模量 Es=2

13、.0*l05 MPa </p><p>　　相對界限受壓區(qū)高度 ξb=0.53， ξpu=0.1985 </p><p>　　2)箍筋及構(gòu)造鋼筋采用HRB335鋼筋，其強度指標為：</p><p>　　抗拉強度標準值fsk=335MPa </p><p>　　抗拉強度設(shè)計值 fsd=280MPa </p><p>

14、　　彈性模量 Es=2.0*105 MPa </p><p>　　本橋采用支架現(xiàn)澆施工方法。主拱圈為單箱六室截面的鋼筋混凝土拱圈，由C30混凝 土現(xiàn)場澆筑而成。拱上建筑可采用簡支板形式或圓弧拱形式，凈跨為5～7m左右，腳至 拱頂布置4 ～6 跨左右(主拱圈的具體幾何參照指導書實例修改自定 )。 </p><p><b>　　4．設(shè)計計算依據(jù) </b>&l

15、t;/p><p>　　交通部部頒標準《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》(JTG D60－2004) 交通人民出版社 </p><p>　　交通部部頒標準 《公路鋼筋混凝土及預應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》(JTG D62－2004 )交通人民出版社 </p><p>　　交通部部頒標準《公路圬工橋涵設(shè)計規(guī)范》(JTG D61-2005) 交通人民出版社 </p>&

16、lt;p>　　《公路設(shè)計手冊-拱橋(上)》 人民交通出版社，2000.7 </p><p><b>　　三． 設(shè)計內(nèi)容 </b></p><p>　　1. 確定主拱圈截面構(gòu)造尺寸，計算拱圈 截面的幾何、物理力學特征值； </p><p>　　2. 確定主拱圈拱軸系數(shù) m 及拱上建筑的構(gòu)造布置和幾何構(gòu)造尺寸； </p>&

17、lt;p>　　3. 結(jié)構(gòu)恒載計算 ； </p><p>　　4. 主拱結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算(恒載、活載)； </p><p>　　5. 溫度變化、混凝土收縮徐 變引起的內(nèi)力； </p><p>　　6. 主拱結(jié)構(gòu)的強度和穩(wěn)定驗算 ； </p><p>　　7. 拱上立柱(墻)的內(nèi)力、強度及穩(wěn)定性驗算；</p><p>　

18、　8. 手工繪制2張相關(guān)施工圖 。 </p><p><b>　　四． 設(shè)計成果 </b></p><p>　　1．空腹式等截面懸鏈線無鉸拱設(shè)計計算書 </p><p>　　2．空腹式等截面懸鏈線無鉸拱設(shè)計縱斷面施工圖 </p><p>　　3．空腹式等截面懸鏈線無鉸拱設(shè)計橫斷面施工圖 </p><

19、;p><b>　　五． 參考文獻 </b></p><p>　　1.范立礎(chǔ) ．橋梁工程 (上)[M]．北京：人民交通出版社，2001 </p><p>　　2.顧安邦 ．橋梁工程 (下)[M]．北京：人民交通出版社，1991 </p><p>　　3.姚玲森 ．橋梁工程 [M]．北京：人民交通出版社，2008 </p>&

20、lt;p>　　4.王國鼎 ，鐘圣斌 ．拱橋[M]．北京：人民交通出版社，2000 </p><p>　　5.顧懋 清，石紹甫．公路橋涵設(shè)計手冊－拱橋(上)[ M]．北京：人民交通出版社，2000.7 </p><p><b>　　拱橋課程設(shè)計計算</b></p><p>　　（一）主拱圈截面幾何要素的計算</p><p

21、>　　1．主拱圈橫截面設(shè)計</p><p>　　拱圈截面高度按經(jīng)驗公式估算</p><p>　　D= l0/100 + Δ=80/100+0.6=1.4m</p><p>　　拱圈由六個各為1.5m寬的拱箱組成，全寬B0=9.0 m</p><p><b>　　構(gòu)造圖如附圖所示：</b></p>&l

22、t;p>　　2．箱形拱圈截面幾何性質(zhì)</p><p>　　截面積： A= (1.5*1.4-1*1.1+0.1*0.1*2) *6=6.12 m2</p><p>　　繞箱底邊緣的靜面矩：</p><p>　　s= [1.5*1.4*0.7-0.9*1*0.7-(0.1*0.1+0.8*0.2) *0.7] *6=4.326m3</p><

23、p>　　主拱圈截面重心軸： </p><p>　　y下 =S/A=0.693m y上=1.4-0.707=0.707m</p><p>　　主拱圈截面繞重心軸的慣性矩：</p><p>　　6*（1.5*1.43/12+1.5*1.4*(0.7-1.4/2)2-1.1*0.9733/12-1.1*0.973*02）=1.551m4</p>&l

24、t;p>　　拱圈截面繞重心軸的回轉(zhuǎn)半徑： rω=(IX/A)1/2=(1.551/6.12)1/2=0.503m</p><p><b>　?。ǘ┐_定拱軸系數(shù)</b></p><p>　　1．上部結(jié)構(gòu)構(gòu)造布置</p><p>　　上部結(jié)構(gòu)構(gòu)造布置如圖所示：</p><p><b>　　主拱圈</b

25、></p><p>　　假定m=2.514，相應(yīng)的y1/4/f=0.215，f0/l0=1/5，查《拱橋》(上冊)(III)-20(7)得：</p><p>　　sinφj =0.69198，cosφj=0.72191，φj=43.7876?</p><p>　　主拱圈的計算跨徑和計算矢高：</p><p>　　l=l0+2y下sinφ

26、j=80+2*0.7*0.69198=80.97m f =f0+y下(1-cosφj) =16.193m</p><p>　　拱腳截面的水平投影和豎向投影 x=Hsinφj=0.97 m y=Hcosφj=1.01 m</p><p>　　將拱軸沿跨徑24等分，每等分長Δl=l/24=3.37375 m，每等分點拱軸線的縱坐標</p><p>　　y

27、1=[表(III)-1值]*f，相應(yīng)的拱背曲面坐標y'1=y1y上/cosφ，拱腹曲面坐標y"1=y1+y下/cosφ。</p><p><b>　　拱上腹孔布置</b></p><p>　　從主拱兩端起拱線起向外延伸

28、 后向跨中對稱布置3 對圓弧小拱，腹拱圈厚d'=0.5m，凈跨徑l'0=8m，凈矢高f'0=0.8m，座落在寬為 0.6m的鋼筋混凝土排架式腹拱墩支承的寬為 0.7m的鋼筋混凝土蓋梁上。腹拱拱頂?shù)墓氨澈椭鞴肮绊數(shù)墓氨吃谕粯烁?。腹拱墩墩中線的橫坐標lx，以及各墩中線自主拱拱背到腹拱起拱線的高度 h=y1+y上*(1-1/cosφ) - (d'+f'0)，分別計算如表：</p><

29、;p><b>　　1.573</b></p><p>　　由f'0/l'0=1/10，查《拱橋》(上冊)表3-2得</p><p>　　sinφ0=0.43219，cosφ0=0.90178，</p><p>　　腹拱拱腳的水平投影和豎向投影</p><p>　　x'=d'*sinφ

30、0=0.5*0.43219=0.216095 m； y'=d'*cosφ0=0.5*0.90178=0.45089 m</p><p><b>　?。ㄈ┙Y(jié)構(gòu)恒載計算</b></p><p><b>　　(1)主拱圈恒載</b></p><p>　　P0~12=[表（Ⅲ）—19（7）值]Ar2l=0.514

31、08*6.12*25*80.97=6368.6338kN·m</p><p>　　M1/4=[表（Ⅲ）—19（7）值] Ar2l2/4=0.12530*6.12*25*80.972/4=31421.7804 kN·m</p><p>　　Mj=[表（Ⅲ）—19（7）值] Ar2l2/4=0.50610*6.12*25*80.972/4=126915.9063kN

32、3;m</p><p><b>　　(2)橫隔板</b></p><p>　　橫隔板的設(shè)置受箱肋接頭位置的控制，必須先確定接頭位置后再按箱肋軸線等弧長布置橫隔板。</p><p><b>　　箱肋有關(guān)幾何要素</b></p><p><b>　　a.箱肋截面積</b></

33、p><p>　　A'=2*0.2*1.4+1.1*0.1+2*0.1*0.1/2=0.79m2</p><p><b>　　b.箱肋截面靜矩</b></p><p>　　J'=2*0.2*1.4*1.4/2+1.1*0.2*0.2/2+2*0.1*0.1*(0.1/3+0.2)/2=0.4163 m3</p><

34、p>　　c.截面重心距箱底的距離</p><p>　　y'下=J'/A'=0.527m</p><p>　　d.箱肋計算跨徑 </p><p>　　l'=l0+2 y'下sinφj=80+2*0.527*0.69198=80.7293m</p><p>　　e.箱肋軸線弧長 S'

35、;=2*0.52764l'=85.1920m</p><p>　　確定箱肋接頭、設(shè)置橫隔板</p><p>　　a.確定接頭位置箱肋分三段吊裝合攏，接頭宜選在箱肋自重作用下彎矩值最小的反彎點附近，即ξ=0.35~0.37之間，此處相應(yīng)的弧長為(圖6) ：</p><p>　　S’x=*l'/2=(0.35176-0.37200) * 80.7293/

36、2=14.1987-15.0156m </p><p>　　式中 值根據(jù)ξ值從《拱橋(例集)》的附表1-1內(nèi)插算得。</p><p><b>　　b.布置橫隔板</b></p><p>　　橫隔板沿箱肋中軸線均勻設(shè)置，取板間間距Δl'=2.56m，中段箱肋設(shè)11道橫隔板，端橫隔板到接頭中線的距離為0.3m，則中段箱肋弧長之半為：S

37、II/2=(2.56*10+2*0.3)/2=13.1m則接頭位置剛好在ξ=0.37處。</p><p>　　端段箱肋弧長 SI=(S'SII)=( 85.192026.2)/2=29.496m</p><p>　　端段箱肋設(shè)12道橫隔板，則端橫隔板距起拱面的長度為：ΔS=SI2.56*110.3=1.036m</p><p>　　橫隔板與接頭加強部分的重

38、力</p><p>　　橫隔板厚均為0.06m?？抗澳_的一塊為實心板，其余均為空心板。接頭處兩相鄰橫隔板之間以及拱腳截面至第一塊橫隔板之間的箱底板和兩側(cè)板均加厚0.10m，加強后的斷面尺寸如圖7所示。</p><p><b>　　a.橫隔板重力</b></p><p><b>　　空心板 </b></p>&

39、lt;p>　　P=[(1.1*1.02-0.68*0.62+4*0.12/2)*0.06 +4*0.12*1.02/2]*25*7=11.1342kN</p><p><b>　　實心板</b></p><p>　　P=(1.1*1.02*0.06</p><p>　　+4*0.12*1.02/2)*7*25=15.351kN</p

40、><p><b>　　b.中接頭加強部分</b></p><p>　　P=[2*0.1*0.54*1.02+0.1*0.54*(1.1-2*0.1)</p><p>　　-4*0.12*1.02/2]*7*25=24.213kN</p><p><b>　　c.拱腳加強段</b></p>

41、<p>　　P=[0.1*2*1.02*0.6775+0.1*0.6775*(1.1-2*0.1) -2*0.12*1.1/2]*7*25=32.9324kN</p><p>　　d.各集中力作用線的橫坐標</p><p>　　各集中力作用線的橫坐標lx，可以根據(jù)值從《拱橋(例集)》書后附表1查得ξ值，再由l=l'*ξ/2求得。lx的值和各集中力分別對l/4和拱腳截面的力

42、臂見表</p><p><b>　　3)拱上空腹段恒載</b></p><p><b>　　腹孔上部(見圖8)</b></p><p>　　腹拱圈外弧跨徑 l外=l+2dsinφ0 =8+2*0.5*0.43219=8.43219m</p><p>　　腹拱圈內(nèi)弧半徑 R

43、0= l0/(2sinφ0)=8/(2*0.43219)=9.2552m</p><p><b>　　腹拱圈重力 </b></p><p>　　Pa=2φ0Rd'γ3B0=2*25?36'24"*π/180*(9.2552+0.5/2)*0.5*23*9 =879.3505kN</p><p>　　腹拱上面的護拱重力

44、 Pb=(2sinφ0-sinφ0cosφ0-φ0)R2γ2B0=(2*0.43219-</p><p>　　0.43219*0.90178-25?36'24"*π/180)*(9.2552+0.5/2)2*22*9=495.8681kN</p><p>　　填料及橋面系重力 Pc=l外hdγ1B0=8.43219*0.5*22*9=834.7868kN&l

45、t;/p><p>　　腹拱墩起拱線以上部分重力(見圖9) </p><p>　　Pd={(0.6-x')y'γ4+[(f'0+d'-y') γ2+hdγ1](0.6-2x')}B0={(0.6-0.216095)*0.45089*23+</p><p>　　[(0.8+0.5-0.45089)*22+0.5*22]*(0

46、.6-2*0. 216095)}*9=80.6576kN</p><p><b>　　一個腹拱總重力：</b></p><p>　　P=∑Pi=879.3505+495.8681+834.7868+80.6576=2290.663kN</p><p><b>　　腹孔下部</b></p><p>　

47、　1號橫墻:P=[7.3861-（0.5*1+3.14*0.5²/2）/9]*0.6*25=109.304 kN</p><p>　　2號橫墻:P=[3.0438-（0.5*1+3.14*0.5²/2）/9]*0.6*25=44.1695 kN</p><p>　　3號橫墻:P=(0.3294+0.45089/2)*( 14.1162-13.6662)*2*25=12.

48、4840125 kN</p><p><b>　　腹孔集中力</b></p><p>　　P13=2290.663+109.304=2399.967 kN</p><p>　　P14=2290.663+44.1695=2334.8325 kN</p><p>　　P15=（2290.663-80.6576）/2+12.4

49、840125=1117.4867 kN</p><p>　?。?）拱上實腹段(見圖11)</p><p>　　拱頂填料及橋面系重 P16=l*hdγ1B0=13.6662*0.5*22*9=1352.9538kN</p><p>　　懸鏈線曲邊三角形 </p><p>　　P17=lf1(shkξ-kξ)γ2B0/[2(m-1)k]=8

50、0.97*15.92065/[2*(2.514-1)*1.572999]</p><p>　　*(sh0.53098512-0.53098512)*22*9=1356.0686kN</p><p>　　式中 f1=f+y上(1-1/cosφj)=16.193+0.707*(1-1/0.72191)=15.92065m</p><p>　　其重心距原點(拱頂)的水平

51、距離</p><p>　　ηlx=[(shkξ-kξ/2)-(chkξ-1)/ kξ] lx/(shkξ-kξ)=0.7509lx=10.2625m</p><p><b>　　（5）腹拱推力</b></p><p>　　靠近主拱拱頂一側(cè)的腹拱，一般多做成兩平鉸拱，在較大的恒載作用下和考慮到周圍的填料等構(gòu)造的作用，可以折中地按無鉸圓弧拱計算其推

52、力，而不計彎矩的影響。</p><p><b>　　腹拱拱腳的水平推力</b></p><p>　　F=(C1g1+C2g2+C3g3)RB0</p><p>　　式中 g1=γ1hd=22*0.5=11kN/m2</p><p>　　g2=γ2{(R+d'/2)- [(R+d'/2)2-l2/4]&#

53、189;}</p><p>　　=22*{(9.2552+0.5/2)- [(9.25525+0.5/2)2-8.5972/4] ½}=22.6046kN/m2</p><p>　　g3=γ3d'=23*0.5=11.5kN/m2</p><p>　　由f0/l'0=1/10和b=I/AR2=0.0003查《拱橋》(上冊)表(I)-4得&l

54、t;/p><p>　　C1=0.6103，C2=0.08473，C3=0.6170</p><p>　　F=(0.6103*11+0.08473*22.6046+0.6170*11.5)</p><p>　　*9.2552*9 =1309.7662kN</p><p>　　腹拱拱腳推力作用線的縱坐標見圖12所示，其距x軸的偏心距為：</p&

55、gt;<p>　　e=d'+ f0-y'/2-y上=0.895345m</p><p>　　腹拱推力對各截面重心產(chǎn)生的力矩 Mi=Fx(yi-e)</p><p><b>　?。?）驗算拱軸系數(shù)</b></p><p>　　恒載對l/4截面和拱腳截面的力矩見表</p><p>　　

56、由表可知： ∑M¼/∑Mj=64917.67328/300494.9139=0.216036</p><p>　　該值與m=2.514，y1/4/f=0.215，十分接近，顧可確定2.514為設(shè)計的拱軸系數(shù)。</p><p>　?。?）拱圈彈性中心及彈性壓縮系數(shù)</p><p>　　彈性中心 ys=[表(III)-3值]*f =0.316474*16

57、.193=5.12466m2</p><p>　　彈性壓縮系數(shù) γ2w =I/A=1.551/6.12=0.25343</p><p>　　γ2w/f 2=0.25343/16.1932=0.00096651</p><p>　　1=[表(III)-9值]*γ2w/f 2 =11.6060*0.00096651=0.0112173</p><

58、;p>　　=[表(III)-11值]*γ2w/f 2 =10.9881*0.00096651=0.0106201</p><p>　　1/(1+)=0.011099</p><p>　　（四）主拱圈截面內(nèi)力驗算</p><p><b>　　結(jié)構(gòu)自重內(nèi)力計算</b></p><p>　　在確定m系數(shù)時，其實計算值很難

59、與選定的拱軸系數(shù)在“五點”重合，對于大跨徑拱橋必須用“假載法”計入“五點”存在的偏離的影響。</p><p>　　當用“假載法”計入 “五點的偏離之后，相應(yīng)三鉸拱的恒載壓力線在“五點”以外與選定的拱軸線有偏離。對于大跨徑無鉸拱橋，這種偏離的影響很大，不可忽視。下面分別計算這兩種偏離的影響。</p><p>　　1.用假載法計算確定m系數(shù)時在“五點”存在的偏差</p><

60、p>　　確定拱軸系數(shù)時，恒載壓力線在l/4截面與拱腳截面的縱坐標之比值是0.21603，并不等于為使用手冊數(shù)表進行計算所選用的m'=2.514的拱軸線上相應(yīng)兩點的比值0.215，兩者之間相差0.00103。這個偏差的影響可比擬為虛設(shè)的均布荷載作用在選定的拱軸線上，先單獨求出，然后算出所選定的“拱軸線”恒載產(chǎn)生的內(nèi)力，將兩者相加后為“五點”的恒載壓力線內(nèi)力。</p><p><b>　　(1

61、)假載內(nèi)力</b></p><p><b>　　求假載</b></p><p>　　由式 (∑M¼+qxl2/32)/(∑Mj + qxl2/ 8)=0.215 得：</p><p>　　qx=-(∑M¼-0.215*∑Mj)/(0.215/8-1/32)l2=10.8519kN/m</p>&l

62、t;p><b>　　假載內(nèi)力</b></p><p>　　假載qx產(chǎn)生的內(nèi)力可以將其直接布置在內(nèi)力影響線上求得。不考慮彈性壓縮的假載內(nèi)力見表</p><p>　　計入彈性壓縮的假載內(nèi)力</p><p>　　計入彈性壓縮的假載內(nèi)力計算見表:</p><p>　　(2)“拱軸線恒載”內(nèi)力</p><

63、p><b>　　推力</b></p><p>　　Hg=(∑Mj+qxl2/8)/f=(300494.9139 +10.8519*80.972/8)/16.193=19106.29513 kN</p><p><b>　　考慮彈性壓縮的內(nèi)力</b></p><p>　　(3)考慮確定m系數(shù)偏差影響的恒載內(nèi)力</

64、p><p>　　考慮m系數(shù)偏差影響的恒載內(nèi)力等于“拱軸線m的恒載”內(nèi)力減去“假載”的內(nèi)力，計算結(jié)果見下表</p><p>　　2.“恒載壓力線”偏離拱軸線的影響</p><p>　　“恒載壓力線”(指空腹式無鉸拱橋不考慮拱軸線的偏離和恒載彈性壓縮影響的恒載壓力線，也就是人們所說的“三鉸拱恒載壓力線”)與拱軸線在“五點”以外的偏離影響可以用一般力學原理進行計算，參見圖13

65、。</p><p>　　(1)“恒載壓力線”偏離拱軸線的偏離彎矩Mp</p><p>　　計算恒載偏離彎矩Mp，首先要計算出橋跨結(jié)構(gòu)沿跨徑各等分段的分塊恒載對各截面的力矩，再算各截面壓力線的縱坐標，然后才能求得Mp。下面按主拱圈、拱上實腹段和各集中力三部分計算各分塊恒載對各截面的力矩。 </p><p>　　主拱圈自重對各截面產(chǎn)生的力矩Ml(圖14)</p&g

66、t;<p>　　在這里，對于所要求的每一等分點而言，積分上限ξ為常數(shù)，并不計等式前面的負號，則上式為：</p><p>　　式中：可根據(jù)ξ值從《拱橋(例集)》附表1-1查得；</p><p>　　可根據(jù)ξ值從《拱橋(例集)》附表1-2查得</p><p>　　Aγ2l2/4=6.12*25*80.972/4=250772.3894kN·m&l

67、t;/p><p>　　=0.759953 k=1.573</p><p>　　主拱圈對各截面的彎矩M1的值見下表:</p><p>　　拱上實腹段恒載對各截面產(chǎn)生的彎矩M2</p><p>　　計算拱上實腹段的恒載時，必須將拱頂填料及面層的矩形板塊和其下面的懸鏈線曲邊三角形塊分開才能準確計算，否則只能是近似的。</p><

68、;p><b>　　a.矩形板塊</b></p><p>　　從拱頂?shù)矫總€截面的矩形板塊的重力：</p><p>　　P1=γ1B0hdl·ξ1/2</p><p>　　對實腹段里每個截面的力矩： </p><p>　　Mi=Pi(l·ξ/2)/2=(l2/4)γ1B0hdξ2i/2</p&

69、gt;<p>　　對空腹段里每個截面的力矩：</p><p>　　Mi=Pk[l·ξi/2- (l/2)ξk/2]= (l2/4)γ1B0hdξk(ξi-ξk/2) ( i<k)</p><p>　　式中k表示空、實腹段的分界點，取為： l2B0hd/4=80.972*9*0.5/4=7376.6585kN·m</p><p&

70、gt;<b>　　各截面的力矩見表</b></p><p>　　b.懸鏈線曲邊三角形塊</p><p>　　從拱頂?shù)饺我饨孛娴闹亓?lt;/p><p>　　Pi=l·f1γ2 B0(shkξi-kξi)/[2(m-1)k]=5087.1402*(shkξi-kξi)</p><p>　　每一塊Pi的重心的橫坐標：

71、 ηi=[(shkξi-kξi/2)- (chkξi-1)/kξi]/(shkξi-kξi)</p><p>　　在實腹段里，截面重心到任意截面的力臂為l·(1-ηi) ·ξi/2，在空腹段里，整塊曲邊三角形面積的重心到每個截面的力臂為l·(ξi-ηkξk)/2。每個截面的力矩見表</p><p>　　c.各集中力對各截面的力矩M3</p>&

72、lt;p>　　拱上空腹段的腹孔和橫隔板等各集中力及其相應(yīng)的橫坐標lx。在前面已經(jīng)求出，各豎向集中力到截面的力臂a=l·ξi/2-lx(取a>0)，產(chǎn)生的力矩M'3=Pa；腹拱水平推力H'g作用在第7與第8截面之間，對0~7截面產(chǎn)生的力矩M"3=H'g(y1-e)。具體計算見表</p><p>　　d.計算偏離彎矩Mp</p><p>

73、　　上部結(jié)構(gòu)恒載對拱圈各截面重心的彎矩： Mi=M1+M2+M3</p><p>　　壓力線的縱坐標： yi=Mi/Hg</p><p>　　式中，Hg為不計彈性壓縮的恒載水平推力： </p><p>　　Hg=∑Mj/f=300494.9139/16.193=18557.0876kN</p><p>　　各截面上“恒載壓力線”偏

74、離拱軸線的值： Δy=y1-yi</p><p>　　偏離彎矩具體數(shù)值見下表</p><p>　　(2)偏離彎矩Mp在彈性中心產(chǎn)生的贅余力</p><p>　　冗余力各項的計算見表</p><p><b>　　由上表1得</b></p><p>　　ΔX1=-(3.135553602*185

75、57.0876) /27.7093=-2099.898682kN·m</p><p>　　ΔX2=-（2*12.4017*1.059*18557.0876）/((0.0106201+1)*16.1932*80.97*0.099621)</p><p>　　=-228.0338898kN</p><p>　　(3)“恒載壓力線”偏離拱軸線的附加內(nèi)力</

76、p><p>　　“恒載壓力線”偏離拱軸線在拱圈任意截面中產(chǎn)生的附加內(nèi)力為:</p><p>　　ΔM=ΔX1-ΔX2 (ys-y1)+Mp； ΔN=ΔX2cosφ；ΔQ=ΔX2sinφ</p><p>　　拱頂、l/4截面、拱腳三個截面的附加內(nèi)力見下表:</p><p>　　(4)空腹式無鉸拱的恒載壓力線</p><p>

77、　　空腹式無鉸拱橋在恒載作用下考慮壓力線與拱軸線的偏離以及恒載彈性壓縮的影響之后，拱中任意截面存在三個內(nèi)力</p><p>　　Mg=[1Hg/(1+)-ΔX2](ys-y1)+ ΔX1+Mp=434.006855(ys-y1)-2099.898682+ Mp</p><p>　　Ng=Hg/cosφ-[1Hg/(1+)-ΔX2]cosφ=18557.0876/ cosφ-434.0068

78、55* cosφ</p><p>　　Qg=[1Hg/(1+)ΔX2] sinφ=434.006855*sinφ</p><p>　　這三個力的合力作用點的偏心距為ei=Mg/Ng 所以，空腹式無鉸拱橋恒載壓力線的縱坐標y=y1-ei/cosφ空腹式無鉸拱恒載壓力線的縱坐標值見下表</p><p>　　3.空腹無鉸拱的實際恒載內(nèi)力</p><

79、p>　　空腹式無鉸拱的實際恒載內(nèi)力等于計人拱軸系數(shù)m的偏差影響的內(nèi)力與“壓力線”及拱軸線偏離的附加內(nèi)力之和，其結(jié)果見下表</p><p><b>　　活載內(nèi)力計算</b></p><p>　　公路-I級和人群荷載內(nèi)力</p><p>　　車道荷載的均布荷載標準值qK采用10.5KN/m，計算剪力時，所加集中力荷載P采用360KN</

80、p><p>　　人群荷載 K2=2·b·g人=2*0.75*3.5=5.25kN</p><p>　　不計彈性壓縮的公路-I級及人群荷載內(nèi)力見下表</p><p>　　計人彈性壓縮的公路-I級及人群荷載內(nèi)力見下表:</p><p>　?。ㄎ澹囟茸兓?、混凝土收縮、徐變的內(nèi)力計算</p><p&

81、gt;　　溫度變化為其它可變荷載，混凝土收縮、徐變?yōu)橛谰煤奢d，似乎要分項計算，但考慮到習慣和可能，還是將三者一起計算。</p><p><b>　　拱圈合攏溫度7℃</b></p><p><b>　　月平均最低氣溫2℃</b></p><p>　　月平均最高氣溫30℃</p><p>　　拱圈材料

82、彈性模量E=3.00*104MPa</p><p>　　拱圈材料線脹縮系數(shù)a=0.000010=1*10-5</p><p>　　混凝土收縮作用按下降10℃溫度的影響計入。</p><p>　　混凝土徐變作用的影響：</p><p>　　當計算溫度內(nèi)力時以β=0.7；當計算混凝土收縮內(nèi)力時以β=0.45的系數(shù)計入。</p>&l

83、t;p>　　因此，計算降低溫度時Δt=0.7*(2-7)+0.45*(-10)=-8℃</p><p>　　計算升高溫度時Δt=0.7*(30-7)+0.45*(-10)=11.6℃</p><p>　　溫度變化、混凝土徐變和收縮在彈性中心產(chǎn)生的水平力</p><p>　　Ht=α·EI·Δt/{[(表(III) 5值]*(1+)f 2 }

84、</p><p>　　=1*10-5*3*107*1.551Δt/(0.088588*1.0106201*16.1932)=19.8205Δt</p><p>　　溫度變化、混凝土徐變和收縮的內(nèi)力見下表。</p><p>　?。┲鞴叭φ孛鎻姸闰炈?lt;/p><p>　　根據(jù)橋規(guī)(JTJ D60-2004)的規(guī)定，構(gòu)件按極限狀態(tài)設(shè)計的原則是

85、：荷載效應(yīng)不利組合的設(shè)計值小于或等于結(jié)構(gòu)抗力效應(yīng)的設(shè)計值。即</p><p>　　或 </p><p>　　式中： ---------承載能力極限狀態(tài)下作用幾本基本組合的效應(yīng)組合設(shè)計值；</p><p>　　---------結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，對于公路-Ⅰ級標準采用1.1的安全系數(shù)；</p><p&

86、gt;　　---------第i個永久作用效應(yīng)的分項系數(shù)，按照JTGD60-2004的表4.1.6采用；</p><p>　　---------第i個永久作用效應(yīng)的標準值和設(shè)計值；</p><p>　　---------汽車荷載效應(yīng)分項系數(shù)，取用1.4；</p><p>　　---------汽車荷載效應(yīng)的標準值和設(shè)計值；</p><p>　

87、　---------在作用效應(yīng)組合中除去汽車荷載效應(yīng)和風荷載以外的其他第i個可變作用效應(yīng)的分項系數(shù)，取用1.4</p><p>　　---------在作用效應(yīng)組合中除去汽車荷載效應(yīng)外的其他第j個可變作用效應(yīng)的標準值和設(shè)計值；</p><p>　　---------在作用效應(yīng)組合中，除汽車荷載效應(yīng)外的其他可變作用效應(yīng)的組合系數(shù)，當永久作用與汽車荷載和人群荷載組合時，人群荷載的組合系數(shù)取=0

88、.80，,當除汽車荷載外尚有兩種其他可變作用參與組合時，=0.70；以此類推。</p><p>　　對于本課程設(shè)計的橋梁</p><p>　　永久作用：結(jié)構(gòu)自重、混凝土收縮徐變</p><p>　　可變荷載作用：汽車和人群荷載</p><p>　　其他可變荷載作用：溫度變化</p><p><b>　　故有：

89、</b></p><p>　　計入系數(shù)的荷載組合見表:</p><p><b>　　正截面受壓強度驗算</b></p><p><b>　　1.荷載組合</b></p><p>　　根據(jù)橋規(guī)(JTG D60-2004)的規(guī)定，本設(shè)計得如下兩種組合：</p><p>

90、;　　每種荷載組合的設(shè)計值見表：</p><p>　　注：荷載安全系數(shù)的取值：結(jié)構(gòu)自重彎矩與汽車荷載彎矩同號時恒載系數(shù)取1.2，異號時取0.9，其余荷載系數(shù)取值見表中</p><p><b>　　2.拱圈截面抗力</b></p><p>　　結(jié)構(gòu)構(gòu)建驗算承載力時，應(yīng)按下列公式計算：</p><p><b>　　

91、（4.0.5）</b></p><p><b>　　式中 ；</b></p><p>　　Nd---------軸向力設(shè)計值；</p><p>　　A----------構(gòu)件截面面積</p><p>　　fcd--------標準層抗壓強度設(shè)計值，C30混凝土為fcd=13.8MPa;</p>

92、<p>　　φ----------偏心距e和長細比β對受壓構(gòu)件的影響系數(shù)，見《JTG D61-2004規(guī)范》第4.0.6條。</p><p><b>　?。?.0.6-1）</b></p><p><b>　　(4.0.6-2)</b></p><p><b>　　(4.0.6-3)</b&g

93、t;</p><p>　　式中： φx、φy---------------分別為x方向、y方向偏心受壓構(gòu)件承載力影響系數(shù)；</p><p>　　x、y--------------分別為x方向、y方向截面重心至偏心方向的截面邊緣的距離；</p><p>　　ex、ey-------------軸線力在x方向、y方向的偏心距，ex=0,ey=Mxd/Nd,其中Mxd為繞

94、x</p><p>　　軸的彎矩設(shè)計值，Nd為軸向力設(shè)計值；</p><p>　　m--------截面形狀系數(shù)，箱形截面m=8；</p><p>　　ix、iy---------彎曲平面內(nèi)回轉(zhuǎn)半徑，，，Ix和Iy分別為繞x軸和y軸的截面慣性矩，A為截面面積；</p><p>　　α-----------與砂漿強度有關(guān)的系數(shù)，組合構(gòu)件用α=0