等截面懸鏈線空腹式無鉸拱(石拱橋)設(shè)計(jì)

1、 TOC o 1-5 h z 2、主要尺寸的擬定4、拱軸系數(shù)m的確定5、計(jì)算跨徑和計(jì)算矢高5、主拱圈拱軸線、拱背和拱腹坐標(biāo)5 HYPERLINK l bookmark37 o Current Document 、各部分結(jié)構(gòu)重力及其拱腳和拱跨1/4 處的距離7、拱軸系數(shù)m值驗(yàn)算147、結(jié)構(gòu)重力內(nèi)力15課程設(shè)計(jì)任務(wù)書等截面懸鏈線空腹式無鉸拱（石拱橋）設(shè)計(jì)1. 設(shè)計(jì)荷載：汽車-20；掛車 -100；人群荷載3.5KN/m2;橋面凈寬：凈9 （2 0.25+2 0.75 ） m ； TOC o 1-5 h z 標(biāo)準(zhǔn)跨徑：40m；凈跨徑：40m；凈矢高：8m；拱頂填土平均厚度（包括路面）為0.7m；人行

2、道及欄桿等折算厚度為0.06m；拱圈材料容重 1=24KN/m3；拱上建筑材料容重 2=22KN/m3；人行道及欄桿的材料容重 3=23KN/m3；路面及填料的平均容重 4=18KN/m3；側(cè)墻頂寬度取C=0.8m；最高月平均溫度為30，最低月平均溫度為0，主拱圈合攏溫度為15；采用拱架施工；拱圈材料的彈性模量E=7200Mp。a三、設(shè)計(jì)內(nèi)容擬定主拱圈的主要尺寸；假定拱軸系數(shù)m，確定計(jì)算跨徑和計(jì)算矢高；計(jì)算主拱圈拱軸線、拱背和拱腹坐標(biāo)；計(jì)算各部分結(jié)構(gòu)重力及其拱腳和拱跨1/4 處的距離；驗(yàn)算假定的拱軸系數(shù)m，如果符合，進(jìn)行下一步；如果不符合，須重新假定m值，由第二步開始再次進(jìn)行計(jì)算；結(jié)構(gòu)重力內(nèi)力

3、計(jì)算；活載內(nèi)力計(jì)算。四、參考資料橋涵設(shè)計(jì)（材料） ；公路橋涵設(shè)計(jì)手冊(cè)拱橋分冊(cè)；相關(guān)圖紙。五、注意事項(xiàng)計(jì)算書要求用鋼筆或圓珠筆書寫；計(jì)算過程所用參考圖，用鉛筆手工繪制或CAD繪制；用 CAD完成部分用A4紙打印；資料和圖紙裝訂成冊(cè)上交，要求設(shè)計(jì)封面、目錄。設(shè)計(jì)說明書一、主要尺寸的擬定（一）主拱圈尺寸的擬定主拱圈厚度d m1k（L0 20） 0.016 1.2（40 20） 1.152 m 取 d=116cm式中： d 拱圈厚度（m） ；Lo 拱橋凈跨徑（m） ；m1系數(shù)，一般取0.016-0.02 ，本設(shè)計(jì)取0.016；k 荷載系數(shù)，按規(guī)范規(guī)定選取 1.2主拱圈寬度（即橋面寬度）B 9 2 1.

4、011.0 m（二）拱上建筑主要尺寸的擬定小拱凈跨徑由于腹拱跨徑不宜大于主拱圈的1 1 ， 所以81511l0l0l0 = 5.0 2.67 ，080150（因?yàn)榭紤]每邊各個(gè)腹拱的長(zhǎng)度不宜大于全橋凈跨徑的1/4=40/4=10m，所以綜合考慮取l0 2.7m。 ）小拱總跨徑每邊設(shè)置3 孔 則：l0 3 2.7 2 16.2 m腹拱圈厚度取0.3m （采用石砌拱圈）腹拱墩寬度取0.8m （ 考慮腹拱圈的跨徑和腹拱墩的高度）側(cè)墻頂寬度取0.8m，側(cè)墻內(nèi)側(cè)坡率取1:m1=1:0.25二、拱軸系數(shù)m的確定假定拱軸系數(shù)1m 3.142 即 y1 / f0.20542( m 1)2式中： m 拱軸系數(shù)；y

5、 1 在跨徑 1/4 處拱軸線縱坐標(biāo)； 4f 拱的計(jì)算矢高。三、計(jì)算跨徑和計(jì)算矢高已知 f/l 取 1/5 ，所以近似地取f/l 為 1/5tan j 5038.4f /1000l 1.00768j 45.21917 , cos j 0.70440, sin j 0.70980l l0 d sin j 40 1.16 0.70980 40.82337mff0 (1 cos j )d / 2 8 (1 0.70440) 1.16/2 8.17145mf /l 8.17145 / 40.82337 1/ 4.995854.991585 與假定誤差在5%，所以以下的計(jì)算取lf 15（ 拱軸線） ，然

6、后將拱軸線在水平投影12 等分拱腳 0 截面坐標(biāo)： x l / 2 40.82337 / 2 20.41169第 11 截面數(shù)值： x 20.41169 /12 1.70097 TOC o 1-5 h z y1 / f 由查 P131 表 3-3-2 得， 按 m=3.142這列數(shù)據(jù)取得拱橋0-12截面處的數(shù)值，例：截面11 處為 0.00533 ；y1(y1 / f ) f ， 例：截面11 處y1 0.00533 8.22170 0.04355m； tan j表值 f /1000 l 由查P132表 3-3-3 相應(yīng)的m值計(jì)算可得，例：截面11 處tan j 256.4 f /1000 l

7、256.4/ 5000 0.05128(f /l取 1/5) cos j 的值是根據(jù)arctg (tan j ) 求出 j 值所得出的，例： 截面11 處 j值是 2.93556 , cos 2.93556 =0.99869 ;d 根據(jù)主拱圈厚度1.16 所求得到, 例：截面11 處2 cosd1.162cos 2 0.998690.58076 ;第 11 截面的拱背坐標(biāo)：dy背y1d 0.04355 0.580760.537212cos. 第 11 截面的拱腹坐標(biāo)：dy腹y10.04355 0.58076 0.624312cos.其余斷面均按照以上步驟計(jì)算，并完成主拱圈拱軸線、拱背、拱腹坐標(biāo)

8、計(jì)算表。主拱圈拱軸線、拱背、拱腹坐標(biāo)計(jì)算（單位：m）項(xiàng)目截面xy1/fy1cos d/2cos y背= y1-d/2cos y腹= y 1+d/2cos 0（ 拱腳）20.411691.000008.171450.704400.823407.348058.99485118.710720.806026.586350.758900.764265.822097.35061217.009740.641105.238720.808410.717464.521265.95618315.308770.501484.097820.851890.680843.416984.77866413.607790.383

9、973.137590.888870.652512.485083.79010511.906820.285892.336140.919370.630871.705272.967016（ l/4）10.205850.205001.675150.943820.614521.060632.2896778.504870.139451.139510.962880.602360.537151.7418786.807750.087750.717040.977260.593500.123541.3105495.102920.048710.398030.987670.58724-0.189210.98527103.

10、401950.021450.175280.994660.58311-0.407830.75839111.700970.005330.043550.998690.58076-0.537210.6243112（拱頂）0001.000000.58000-0.580000.58000五、各部分結(jié)構(gòu)重力及其至拱腳和拱跨l/4 距離1.1 號(hào)腹拱墩重力P1 及c c0 m1h 0.80.250.70.975 m其 至 拱m1hd0.25 0.7腳距離a1計(jì)算。c00.80.8875m022 腹 拱圈重力P V 2 SBd 2 rBd 2a2221.65 1.353.14159 .11.00.32223.1

11、4159 1.5 11.0 0.3 22 342.12 KN式中： V 拱圈體積； 2拱上建筑容重。腹拱墩中心至路面間的拱背側(cè)墻重力Pb4V 24V14V224B1cl12B2m1l134c0m12hdhdl124 0.2146 0.975 1.652 0.0479 0.25 1.6534 0.8875 0.7 1.65 226.594 22 145.07 KN式中：Pb 腹拱墩中心至路面間的拱背側(cè)墻重力；V1 曲線部分體積V1=B1cl12 B2m1l13 ；V2 直線部分體積V2= c0 m1hd hdl1 ；02 d1B1、 B2 系數(shù)，查書P127 表 3-2-2 得：B1=0.214

12、6 ，B2=0.0479；1 拱圈外弧長(zhǎng)度；C 拱弧頂處的側(cè)墻寬度；C0 側(cè)墻寬度。腹拱墩中心至路面間的拱背填料重力Pb0.2146Bl12 hdBl12 6.594 40.2146 11.0 1.652 0.7 11.0 1.65 2 6.594 1831.669 18 570.04 KN式中：4路面及填料的平均寬度。腹拱墩中心至路面間側(cè)墻重力Pc A側(cè) b 20.80.81.650.70.25(1.650.7) 0.2 2 221.028 24 22.62 KN式中：Pc腹拱墩中心至路面間的側(cè)墻重力；A側(cè) 側(cè)墻面積； h 腹拱墩中心至路面間的填料重力PcV V側(cè)4 hbB V側(cè)42.35

13、0.2 11.0 1.028 1874.56 KN式中： Pc腹拱墩中心至路面間的填料重力；側(cè)墻和填料的總體積；側(cè) 側(cè)墻體積；4 路面及填料的平均容重。腹拱墩重力x l d sin j 2 腹拱內(nèi)徑1 腹拱墩寬度1.16120.41169 .0.70980 2 1.350.817.72337m227.34805 y背 7.34805 5.8220918.71072 17.72337 18.71072 17.00974y背6.46229mPd1bhB 20.8 y背d 1.65 11.0 2221160.8 6.46229 1.16 1.65 11.0 221043.95 KN式中： l 計(jì)算跨

14、徑；b 橋墩厚度；2 拱上建筑材料容重。人行道和欄桿重力 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark90 o Current Document 1 號(hào)腹拱墩重力P1 及其至拱腳距離a1P1 Pa Pb Pb Pc Pc Pd1 Pe342.12 145.07 570.04 22.62 74.56 1043.95 53.132251.49 KN腹拱墩寬da1 腹拱內(nèi)直徑+sin j122j2.70.821.16 0.7098022.68832 m2 號(hào)腹拱墩重力P2及其至拱腳距離a2計(jì)算。Pa、 Pb、 Pb、 Pc、 Pc、 Pe計(jì)算值同前腹拱墩重力Pc 平均厚度分段

15、長(zhǎng)度B 30.06 1.35 0.4 2 1.35 11.0 23 53.13KNx 17.72337 1.35 2 0.817.72337 3.5 14.22337m3.41698 y背 3.41698 2.4850815.30877 14.22337 15.30877 13.60779y背2.82233m0.8 y背d 1.65 11.0 221.160.82.822331.6511.0 222339.25 KN2 號(hào)腹拱墩重力P2及其至拱腳距離a2P2PaPbPbPcPcPd 2Pc342.12 145.07 570.04 22.62 74.56 339.25 53.131546.79

16、KN3 號(hào)腹拱墩重力P3及其至拱腳距離a3計(jì)算。(1) 腹拱墩重力Pd2 bhB2a2 2.68832 3.5 6.18832mPe 0.06 11.0 1.6510.973370.3 40.823370.06 11.0 2.268 23 34.43KN(0.8 1.3875)P3b2.35 0.618 2 22 11.0 2.352(0.8 1.3875) 0.6182 2.35 0.618 18300.26 KNx 14.22337 2.7 0.820.32314.22337 3.25 10.97337m1.70527 y背1.70527 1.0606311.90682 10.973371

17、1.90682 10.20585y背1.35151mPd3 bhB 20.3y背d 1.65 11.0 2221.160.31.351511.6511.0 22220.44 KN3 號(hào)腹拱墩重力P3及其至拱腳距離a3P3 2 (Pa Pb Pb ) Pe P3d P3b1( 342.12 145.07 570.04) +34.43+300.26+20.44=883.75 KNa3 6.18832 3.25 9.43832m實(shí)腹段重力(直線部分)P4 ( 包括人行道和欄桿)及其至拱腳至拱跨 l/4 距離b4計(jì)算。（0.8 0.975）（0.8 0.975）P4 （.） 2 0.7 10.2058

18、522 0.7 10.2058511.0 （.） 2 0.7 10.2058542218 0.06 10.2058511.0 23 1620.18KN3a420.41169 15.30877 m41b420.41169 5.10292 m4kk eeshkchk實(shí)腹段重力（曲線部分）P5 及其至拱腳a5 , 至拱跨 l/4 距離b5計(jì)算。2kk eekln（mm21）=ln（3.1423.14221）1.81166f1 1.06063 1.161.640632 TOC o 1-5 h z cf1l1f12l1 m113V 1 1 （shk k） 1 1 1 （ shk chk 2shkk）（k

19、 m 1）2（k m 1） 2 220.975 1.64 10.20585sh1.81166 1.811661.81166（ 3.142 1）1.64 10.20585 0.2513. 2 （ sh1.81166 ch1.81166 2 sh1.811661.81166 22 1.81166（ 3.142 1） 22210.53957m3式中：m拱軸系數(shù)；k系數(shù)，kln（mm21）；l拱圈外弧半跨長(zhǎng)度；c拱弧頂處的側(cè)墻寬度。P5 V 2 l1 f1 （ shk k） B-V 452（k m 1）41.64 10.2058510.53957 22（ sh1.81166 1.81166） 11.0

20、 10.53957181.81166 （ 3.142 1）1038.74 KN3a5 20.4116920.41169 12.75731m8（近似按拋物線）1b5 1 20.41169 2.55146 m 6. 主拱圈重力及其拱腳、拱腳l/4 處彎距8計(jì)算。Pj 0.55342A 1l 0.55342 1.16 11.0 24 40.82337 6918.72KNMjA 1l21.16 11.0 24 40.8233720.5227810.5227866701.96 KNM14A1l2 0.12608141.16 11.0 24 40.8233720.1260816086.66KN注 : P

21、A l 表值A(chǔ) l2M A l 表值4表值見表3-3-6式中： 拱圈材料重度； l 計(jì)算跨徑；A拱圈截面面積。六、拱軸系數(shù)m值驗(yàn)算M 41 、M j 計(jì)算見表力和距離重力P（ KN）b（ m）a（ m）M 1（ KN .m） 4M （j KN .m）主拱圈6918.7216086.6666701.96P12251.492.688326052.73P21546.796.188329572.03P3883.759.438328341.11P41620.185.1029215.308778267.6524802.96P51038.742.5514612.757312650.3013251.5314239.2327004.61128722.32M41 、M j 計(jì)算表y1