目录一、设计背景 (1)（一）概述 (1)（二）设计资料 (1)1、设计标准 (1)2、主要构件材料及其参数 (1)3、设计目的及任务 (2)4、设计依据及规范 (2)二、主拱圈截面尺寸 (4)（一）拟定主拱圈截面尺寸 (4)1、拱圈的高度 (4)2、拟定拱圈的宽度 (4)3、拟定箱肋的宽度 (4)4、拟定顶底板及腹板尺寸 (4)（二）箱形拱圈截面几何性质 (5)三、确定拱轴系数 (6)（一）上部结构构造布置 (6)1、主拱圈 (6)2、拱上腹孔布置 (7)（二）上部结构恒载计算 (8)1、桥面系 (8)2、主拱圈 (8)（三）拱上空腹段 (9)1、填料及桥面系的重力 (9)2、盖梁、底梁及各立柱重力 (9)3、各立柱底部传递的力 (9)（四）拱上实腹段 (9)1、拱顶填料及桥面系重 (9)2、悬链线曲边三角形 (10)四、拱圈弹性中心及弹性压缩系数 (12)（一）弹性中心 (12)（二）弹性压缩系数 (12)五、主拱圈截面内力计算 (13)（一）结构自重内力计算 (13)1、不计弹性压缩的恒载推力 (13)2、计入弹性压缩的恒载内力 (13)（二）活载内力计算 (13)1、车道荷载均布荷载及人群荷载内力 (13)2、集中力内力计算 (15)（三）温度变化内力计算 (17)1、设计温度15℃下合拢的温度变化内力 (18)2、实际温度20℃下合拢的温度变化内力 (18)（四）内力组合 (19)1、内力汇总 (19)2、进行荷载组合 (19)六、拱圈验算 (21)（一）主拱圈正截面强度验算 (21)1、正截面抗压强度和偏心距验算 (21)（二）主拱圈稳定性验算 (22)1、纵向稳定性验算 (22)2、横向稳定性验算 (22)（三）拱脚竖直截面(或正截面)抗剪强度验算 (22)1、自重剪力 (22)2、汽车荷载效应 (23)3、人群荷载剪力 (24)4、温度作用在拱脚截面产生的内力 (24)5、拱脚截面荷载组合及计算结果 (25)七、裸拱验算 (26)（一）裸拱圈自重在弹性中心产生的弯矩和推力 (26)（二）截面内力 (26)1、拱顶截面 (26)2、14截面 (26)3、拱脚截面 (26)（三）强度和稳定性验算 (27)八、总结 (28)九、参考文献 (29)一、设计背景（一）概述在我国公路桥梁建设中，拱桥，特别是圬工拱桥得到了广泛的应用。
本次设计为等截面悬链线无铰拱结构，拱桥设计在桥梁建设中应用十分重要，也较为复杂，需结合理论力学、材料力学、结构力学的基础力学知识，根据桥梁专业特点来进行设计并解决设计中遇到的各种问题。
本设计任务书，主要包括了主拱圈截面的几何要素计算，确定拱轴系数，弹性中心位置以及计算弹性压缩系数，温度及混凝土收缩时产生的内力，拱圈截面强度验算，拱圈整体稳定及强度验算，拱脚截面直接抗剪验算以及它们所包含的荷载计算、拱圈内力的调整等。
（二）设计资料1、设计标准(1) 设计荷载:公路—Ⅰ级，人群荷载按规范取23/kN m 。
(2) 桥面净空：拱顶桥面标高+(3) 净跨径:0l =[70+（学号-10）×5]m=[70+（13-10）×5]m=85m (4) 净矢跨比：001/6f l =，即净矢高014.17f m = (5) 桥梁净宽:净-8+2×（栏杆+人行道）=(6) 设计合拢温度为15℃，月平均最高温度40℃，月平均最低气温-5℃2、主要构件材料及其参数(1) 主拱圈为C40钢筋混凝土箱形截面，3425/kN m γ= (2)桥面铺装为8cm 的钢筋混凝土（1γ=253/m kN ）+6cm 沥青混凝土（3γ=233/m kN ）(3) 拱上简支梁为C30钢筋混凝土，3125/kN m γ=(4)拱上桥墩为C30钢筋混凝土矩形截面墩，3125/kN m γ=(5) 拱顶填料平均高度'0.55d h m =，拱顶填料容重3320/kN m γ= (6)主拱圈截面参考图图1-1主拱圈截面参考图（单位：cm ）3、设计目的及任务本设计主要是独立完成一座等截面悬链线空腹式无铰箱型板砼拱桥设计和计算，旨在通过本设计进一步熟悉拱桥的纵横断面和平面布置以及它的主要构件和各构件的主要尺寸及构造细节；进一步掌握圬工拱桥上部结构的内力计算步骤，原理和方法；熟悉有关拱桥内力计算图表的用法。
本设计主要任务包括以下九点：（1）桥型布置和尺寸拟定。
（2）拱轴系数的确定。
（3）悬链线无铰拱的几何性质及弹性中心。
（4）恒载作用下悬链线无铰拱的内力计算。
（5）活载作用下悬链线无铰拱的内力计算。
（6）裸拱内力计算。
（7）温度变化、混凝土收缩和拱脚变位的内力计算。
（8）拱圈强度和稳定性验算。
（9）拱圈内力的调整。
4、设计依据及规范[1] 中华人民共和国行业标准《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2004，人民交通出版社，2004年9月。
[2] 中华人民共和国行业标准《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTGD62-2004，人民交通出版社，2004年9月。
[3] 邵旭东主编．《桥梁工程》，人民交通出版社。
[4] 公路桥涵设计手册《拱桥》上册，1994年6月，人民交通出版社。
[5] 公路桥涵设计手册《基本资料》，1993年7月，人民交通出版社。
[6] 王国鼎主编．《桥梁计算示例集——拱桥》（第二版），2000年10月，人民交通出版社。
[7]向中富.桥梁工程毕业设计指南，人民交通出版社，2010，P129-142[8]有关拱桥设计图纸。
[9]拱桥设计任务书。
二、主拱圈截面尺寸（一）拟定主拱圈截面尺寸1、拱圈的高度按经验公式估算：0850.8 1.65100100x l H m =+∆=+=式中：h ——拱圈高度（m ）；0l ——拱圈净跨径（m ）；0∆——常数，一般取0.7~0.9m ，本设计取0=0.8m ∆。
2、拟定拱圈的宽度为了节省材料，箱型拱可以通过采用悬挑桥面减少拱圈宽度，即采用窄拱圈形式。
根据经验值，拱圈宽度一般为桥宽的1.0~0.6倍，桥面悬挑可达到4.0m 但为了保证其横向稳定性，拱宽不宜小于跨径的1/20。
本次设计取桥宽的倍，即拱宽为10.5m 。
3、拟定箱肋的宽度拱宽确定后，在横向划分为几个箱肋，主要取决于（缆索）吊装能力。
目前我国缆索吊机的吊装能力超过100t ，箱肋宽度一般取1.2~1.7m 。
结合本地施工设备和吊装能力，本设计取边箱肋宽1.5m ，内箱肋宽1.4m 。
拱圈底面宽0 1.45 1.520.04610.24B m =⨯+⨯+⨯=，边箱肋上沿向外悬挑出13cm 。
图2-1主拱圈横断面尺寸（单位：cm ）4、拟定顶底板及腹板尺寸对常用的由多条闭口箱肋组成的箱型拱，其截面各部分尺寸取值与跨径及荷载大小有关。
顶板、底板厚度一般为15~22cm ，顶板和底板可以等厚，也可以不等厚，在跨径大、拱圈窄时取大值。
本设计取顶底板等厚为20cm 。
两边箱外腹板厚一般为12~15cm ，内箱肋腹板厚常取4~5cm ，以尽量减轻吊装重量为先。
本设计考虑到拱圈顶板、底板、腹板太薄可能出现压溃，所以取边箱外腹板厚为15cm ，内箱肋腹板厚为5cm 。
填缝宽度根据受力大小确定（主要考虑轴力大小），一般采用20~35cm 。
本设计去填缝宽度为28cm 。
为保证填缝混凝土浇筑质量，安装缝通常取4cm ，本设计也取安装缝为4cm 。
拱圈横断面的尺寸构造如上图2-1所示。
（二）箱形拱圈截面几何性质整个主拱截面的面积为：222110.5 1.652[(1.650.2)0.250.050.120.2]217[(1.6520.2)(1.420.1220.05)40.05]27.310A m=⨯-⨯-⨯-⨯-⨯-⨯-⨯⨯-⨯-⨯-⨯⨯=绕箱底边的面积矩为：22223110.5 1.6521.650.210.050.22[(1.650.2)0.250.05(1.650.2)0.12]22221.650.050.225 1.4257[(1.6520.2)(1.42(0.120.05))4]2226.136S m =⨯⨯--⨯-⨯⨯-⨯⨯---⨯+-⨯-⨯⨯-⨯+⨯-⨯⨯= 主拱圈截面重心轴为：6.1360.8397.310S y m A ===下 1.65-0.839=0.811y m =上主拱圈截面对重心轴的惯性矩：32324223231 1.6510.5 1.65+-0.81110.5 1.65122(1.650.2) 1.650.22{[0.25+ 1.65-0.20.25]1220.050.050.05[(0.8110.2)]36320.120.20.2[(0.838)0.120.2]}122(1.6520.2)7{[(1.412I =⨯⨯⨯⨯---⨯⨯⨯⨯-+--⨯⨯-+-⨯⨯-⨯-⨯⨯-（）（0.839-）（）24222242(0.120.05))1.65(0.811)(1.6520.2)(1.42(0.120.05))]20.050.050.050.050.05[42(0.8110.2)2(0.8390.2)]}3632322.628m ⨯++-⨯-⨯⨯-⨯+-⨯+⨯--⨯+⨯--⨯= 主拱圈截面绕中心轴的回转半径：0.5996i m ===三、确定拱轴系数（一）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 ）1、主拱圈拱轴系数m 值的确定，采用“五点重合法”，先假定一个m 值，定出拱轴线，拟订上部结构各种几何尺寸，然后计算拱圈和拱上建筑恒载对/4l 和拱脚截面的力矩/4Ml ∑和Mj∑，求比值/4/4M //l jl Mf y =∑∑，再利用式2/41(2)12l f m y =--算出m 值，如与假定的m 值不符，则以求得的m 值作为假定值，重新计算，直至两者接近为止。
对于空腹式拱，设计时拱轴系数m 是根据全桥恒载确定的。
采用无支架施工时，为了兼顾裸拱阶段的受力状态，在设计时宜选用较小的m 值。
本设计初步选定拱轴系数 1.167m =，相应得/4001/0.245,/6l y f f l ==，查《拱桥》（上册）表（Ⅲ）-20（1）得：sin 0.56490,cos 0.82516j j φφ==主拱圈的计算跨径和计算矢高：002sin 8520.8390.5649085.948421-cos 14.1720.83910.82516)14.4602j j l l y mf f y m φφ=+=+⨯⨯==+⨯=+⨯⨯-=下下（）（拱脚截面的水平投影和竖向投影：sin 1.650.564900.9321cos 1.650.82516 1.3615j j x H m y H m φφ==⨯===⨯=将拱轴沿跨径24等分，每等分长85.94843.58122424l l m ∆===，每等分点拱轴线的纵坐标11y y f f ⎡⎤=⨯⎢⎥⎣⎦(其中1y f ⎡⎤⎢⎥⎣⎦由《拱桥》（上册）表(Ⅲ)-1查得),相应的拱背曲面坐标11cos y y y φ'=-上，拱腹曲面坐标11cos y y y φ''=+下。