南京工业大学桥梁工程课程设计2(空腹式拱桥设计)

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1、桥梁工程课程设计空腹式等截面悬链线无铰拱设计交通1001朱天南一、设计资料1．设计标准设计荷载：汽车荷载公路－I级，人群荷载3.5kN/m2桥面净空：净－8+2×(0.75m+0.25m)人行道+安全带净跨径：L0＝70m净高：f0＝14m净跨比：f0/L0＝1/52．材料数据与结构布置要求拱顶填料平均厚度(包括路面，以下称路面)hd＝0.5m，材料容重γ1＝22.0kN/m3主拱圈材料容重(包括横隔板、施工超重)：γ2＝25.0kN/m3拱上立柱（墙）材料容重：γ2＝25.0kN/m3腹孔拱圈材料容重：γ3＝23.0kN/m3腹孔拱上与主拱圈实腹段填料

2、容重：γ4＝22.0kN/m3人行道板及栏杆重：γr＝52.0kN/m3混凝土材料：强度等级为C30，主要强度指标为：强度标准值fck=20.1MPa，ftk=2.01MPa强度设计值fcd=13.8MPa，ftd=1.39MPa弹性模量Ec=3.0×104MPa普通钢筋：1)纵向抗拉普通钢筋采用HRB400钢筋，其强度指标为抗拉强度标准值fsk=400MPa抗拉强度设计值fsd=330MPa弹性模量Es=2.0×105MPa相对界限受压区高度b=0.53，pu=0.19852)箍筋及构造钢筋采用HRB335钢筋，其强度指标为抗拉强度标准值fsk=335

3、MPa抗拉强度设计值fsd=280MPa弹性模量Es=2.0×105MPa21桥梁工程课程设计本桥采用支架现浇施工方法。主拱圈为单箱六室截面，由现浇30号混凝土浇筑而成。拱上建筑采用圆弧腹拱形式，腹拱净跨为5m，拱脚至拱顶布置6跨(主拱圈的具体几何尺寸参照指导书实例修改自定)。3．设计计算依据交通部部颁标准《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60－2004)交通人民出版社交通部部颁标准《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62－2004)交通人民出版社交通部部颁标准《公路圬工桥涵设计规范》(JTGD61-2005)交通人民出版社《公路设计手

4、册-拱桥(上)》人民交通出版社，2000.7二、确定主拱圈截面构造尺寸，计算拱圈截面的几何、物理力学特征值1.主拱圈截面尺寸拟定拱圈截面高度按以下公式估算：h=l0100+h0式中：h——拱圈高度（mm）l0——拱圈净跨径（mm）h0——对多室箱取600mm故，h=1.3m。又为施工方便，取h=1.5m主拱圈横桥向取1m单位宽度计算，横截面积A=1.2m2拱圈由六个各为1.5m宽的拱箱组成，全宽B0=9.0m。箱型截面挖空率可取50%~70%。腹板厚度宜取100~200mm，顶底板厚度宜取100~250mm。综上布置拱截面如下图所示：图1主拱圈截面尺寸（

5、尺寸单位：mm）2.主拱圈截面几何性质21桥梁工程课程设计截面积：A=9×1.5-1.1×1.1-0.12×4×6=6.48m2主拱圈重心高度，显然有yx=ys=0.75m绕箱底边缘的静面矩：s=6.48×075=4.86m3主拱圈截面绕重心轴的惯性矩：I=(9×1.53-1.1×1.13×6)12=1.7992m4回转半径：rω=I/A=0.5269m三、确定主拱圈拱轴系数m及拱上建筑的构造布置和几何构造尺寸1.确定共轴系数m假定m=2.240，对f0/L0＝1/5，查《拱桥》(上册)表(III)-20(6)得：sinφj=0.68284，cosφj=

6、0.73057，φj=43˚03’56’’主拱圈的计算跨径和计算矢高：l=l0+2y·sinφj=70+2×0.75×0.68284=71.02mf=f0+y·1-cosφj=14+0.75×1-0.73057=14.20m拱脚截面的水平投影和竖向投影：x=hsinφj=1.024m，y=hcosφj=1.096m。将拱轴沿跨径5等分，每等分长Δl=l/5=14.168m。查表(III)-20(6)并计算将各截面计算参数汇于下表：截面计算参数表表1截面位置xy1/fy1cosφy/cosφ拱背y1-y/cosφ拱腹y1+y/cosφ拱顶00010.750

7、-0.7500.750l/417.710.2153.0490.938720.7992.253.848拱脚35.42114.1800.730571.02713.15315.2072.确定拱上建筑的构造布置和几何构造尺寸图2拱上建筑结构布置图（单位：mm）对于拱式腹孔，每半跨内的布置范围一般不超过主拱跨径的1/4~1/3。本例中，腹拱跨径l0'=5m，净矢高f0'=1m，板拱厚度d'=300mm，腹拱按等跨处理以利于施工及腹拱墩的受力。腹拱拱顶的拱背和主拱拱顶的拱背在同一标高。1、2号腹孔墩采用立柱式，宽度21桥梁工程课程设计600mm，间距2m，3号腹孔墩

8、采空横墙式，厚度取600mm。构造布置图如图2。各墩中线自主拱拱背到腹拱起拱线的