桥梁工程拱桥课程设计学院：公路学院班级：桥梁工程学号：姓名：指导老师：2014计算书用office2010编写，如需利用里面的表格和公式，请安装office2010。
等截面悬链线混凝土空腹式箱形拱桥设计一、设计资料与基本数据1.1设计标准(1)设计荷载：公路—Ⅰ级，人群荷载2/3m kN(2)桥梁宽度：1.5m 人行道+8m 行车道+1.5m 人行道=11m (3)净跨径： m l 702050500=+=+=学号 (4)净矢跨比：71/00=l f ，即净矢高m f 100= (5)合拢温度C 010，最高月平均温度 C 030，最低月平均温度C 00 1.2主要构件材料及其参数(1)桥面铺装为 8cm 钢筋混凝土（31/25m kN =γ）+6cm 沥青混凝土（32/23m kN =γ）(2) 拱顶填土材料容重33/5.22m kN =γ(3)拱上简支梁为C30钢筋混凝土，31/25m kN =γ (4)拱上桥墩为C30钢筋混凝土矩形截面墩，31/25m kN =γ (5)拱顶填土包括桥面的平均高度m h d 5.0'=(6)主拱圈为C40钢筋混凝土箱形截面，34/5.25m kN =γ1.3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—JTG D61--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》；4.《公路设计手册－拱桥》（上、下册）简称“拱桥”。
二、主拱圈截面的几何要素计算2.1主拱圈横截面设计（1）拱圈截面高度按经验公式估算：m l H 5.18.0100701000=+=∆+=（2）拱圈拟采用7个1.4m 的拱箱组成，全宽m B 04.10604.074.10=⨯+⨯=，拱圈横断面的尺寸构造（取一半）如下图所示：图2.1主拱圈横断面尺寸（cm ）（3）箱形拱圈截面几何性质： 整个主拱截面的面积为：22174.71.021281.198.0706.0)1.19.0(2125.18.9m A =⨯⨯+⨯⨯-⨯+⨯⨯-⨯=绕箱底边的面积矩为：3223805.52)25.125.0(1.02128)2.021.1(1.198.07)2.021.1(06.02)1.19.0(25.18.921m S =+⨯⨯⨯++⨯⨯⨯-+⨯⨯+⨯-⨯⨯=主拱圈截面重心轴为：m A S y y 75.0174.73805.5====上下 主拱圈截面对重心轴的惯性矩：4223333023.2)1.0312.075.0(1.021281.01.0361281.198.0121706.021.19.012125.18.9121m I =⨯--⨯⨯⨯+⨯⨯⨯+⨯⨯⨯-⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛+⨯⨯-⨯⨯=主拱圈截面绕中心轴的回转半径：m AIi 531.0174.7023.2===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167.1=m ，相应的71,245.00041==l f fy ，查《拱桥》（上册） 表（Ⅲ）-20（1）得：86248.0cos ,50609.0sin ==j j ϕϕ主拱圈的计算跨径和计算矢高：m y f f my l l j j 1031.10)86248.0175.0210cos -127591.7050609.075.0270sin 200=-⨯⨯+=⨯+==⨯⨯+=+=（）（下下ϕϕ拱脚截面的水平投影和竖向投影：mH y m H x j j 2937.186248.05.1cos 7591.050609.05.1sin =⨯===⨯==ϕϕ将拱轴沿跨径24等分，每等分长m l l 9483.2247591.7024===∆，每等分点拱轴线的纵坐标f f y y ⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡=11(其中⎥⎦⎤⎢⎣⎡f y 1由(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ϕcos 11下y y y +=''。
具体数值见下表：3.1.2拱上腹孔布置从主拱圈两端起拱线起向外延伸2.5m 后向跨中对称布置五孔简支梁，简支梁桥面板厚为41cm ，座落在宽为50cm 的混凝土排架式腹孔墩支撑的宽为60cm的钢筋混凝土盖梁上，腹孔墩盖梁顶部与主拱拱顶拱背在同一标高，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墩盖梁顶部的高度5.0)cos 11(1--⨯+=ϕ上y y h ，分别计算如下表：3.2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、拱上实腹端共四个部分进行。
3.2.1桥面系桥面系各项集度：m kN q x /39.14539.05.1292508.092306.036.0115.22=⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯= 故换算成填料的平均厚度为：m q h xd 644.05.2204.10=⨯=3.2.2主拱圈[]=⨯⨯⨯==-257591.707.1740.52706(4120l A P γ值19(1)Ⅲ)-表kN 51.6812[]mkN l A M ⋅=⨯⨯⨯==57.2880874257591.707.1740.125714(2244/1γ值19(1)Ⅲ)-表[]m kN l A M j ⋅=⨯⨯⨯==63.1174804257591.707.1740.512634(224γ值19(1)Ⅲ)-表3.2.3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、确定箱肋接头、设置横隔板 a ．确定接头位置 箱肋分三段吊装合拢，接头宜选在箱肋自重作用下弯矩值最小的反弯点附近，即37.0~35.0=ξ之间，此处相应的弧长为：m m l d k sh S x1844.13~4614.1221022='⨯+='⎰ξξηξ上式中ξξηξd k sh ⎰+0221的值根据ξ值从附表内差算得。
b.布置横隔板横隔板沿箱肋中轴线均匀设置，取板间间距m l 58.2='∆，中段箱肋设11道横隔板，端横隔板到接头中线的距离为0.3m ，则中段箱肋弧长之半为：m S 2.133.021058.221=⨯+⨯⨯=）（中则接头位置刚好在37.0=ξ处。
端段箱肋弧长：m S S S 0377.2422.137591.7005252.12121=⨯-⨯⨯=-'⨯=）（）（中中 端段箱肋设置10道横隔板，则端横隔板距起拱面的长度为：m S S 5177.03.0958.2=-⨯-=∆端2、横隔板与接头加强部分的重力横隔板厚均为0.06m 。
靠拱脚的一块为实心板，其余均为空心板。
接头处两相邻横隔板之间以及拱脚截面至第一块横隔板之间的箱底板和两侧板均加厚10cm 。
a. 横隔板重力通过CAD 对横隔板面积及体积的计算再乘以其容重可得： 空心板：kN P 056.7= 实心板：kN P 109.11= b. 中间头加强部分kNP 271.262)06.06.0(1.014)06.06.0(1.02198.0)06.06.0(1.02=⨯-⨯⨯+⨯-⨯⨯-⨯-⨯= c. 拱脚加强段kNP 727.232)03.05177.0(1.014)03.05177.0(1.02198.0)03.05177.0(1.02=⨯-⨯⨯+⨯-⨯⨯-⨯-⨯=d.各集中力作用线的横坐标各集中力作用线的横坐标x l ，可以根据21022lS d k sh k x ÷=+=⎰ξξηξξ值从附表查得ξ值，再由ξ⨯=2l l x 求得。
x l 的值和各集中力分别对4l和拱脚截面的力臂见下表所示：3.2.4拱上空腹段1、填料及桥面系的重力：kN B h l P d 95.72604.105.22644.0501=⨯⨯⨯==γ简支梁2、盖梁、底梁及各立柱重力各腹孔排式墩的横截面如下图所示：图3.2腹孔排式墩的横截面图（单位：cm ）采用CAD 进行面积及体积计算再乘以腹孔墩的容重得到： 盖梁自重：kN P 105= 底梁自重：kN P 86.85=1号立柱自重：kN P 556.179= 2号立柱自重：kN P 168.112= 3号立柱自重：kN P 668.56= 4号立柱自重：kN P 695.12=3、各立柱底部传递的力通过对各自重进行相应的叠加得到各立柱处以及空实腹端接头处传递到集中荷载为：1号立柱：kN P 366.1097556.17986.8510595.7261=+++= 2号立柱：kN P 978.1029168.11286.8510595.7262=+++= 3号立柱：kN P 478.974668.5686.8510595.7263=+++= 4号立柱: kN P 505.930695.1286.8510595.7264=+++= 空实腹端接头处: kN P 475.363295.7265==3.2.5拱上实腹段1、拱顶填料及桥面系重kN B h l P d x 375.181704.105.22644.05.12016=⨯⨯⨯==γ2、悬链线曲边三角形()()kN sh B k shk k m lf P 07.114404.105.22)2028.02028.0(5702.01167.129836.97591.70)(120317=⨯⨯-⨯-⨯⨯=--=γξξ式中m y f f j 9836.9)86248.011(75.01031.10cos 111=-⨯+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=ϕ上 其重心距原点（拱顶）的水平距离:m k shk k chk k shk l x 3771.912=---⎪⎭⎫ ⎝⎛-=ξξξξξξη3.2.6验算拱轴系数恒载对4l截面和拱脚截面的力矩如下表所示： 表3.4半拱恒载对4l截面和拱脚截面产生的弯矩由上表可知：2456.0251411.4761742.2641==∑∑jMM，该值与0.245之差小于半级即0.0025，所以可以确定上面拟定的桥跨结构形式的设计共轴系数为167.1=m四、拱圈弹性中心及弹性压缩系数4.1弹性中心[]m f y s 46668.31031.100.343129(=⨯==值3-Ⅲ)表4.2弹性压缩系数00276.01031.10531.02222==f i []02756.000276.00326.11(221=⨯=⨯=f i 值9-Ⅲ)表μ[]030476.000276.097872.9(22=⨯=⨯=fi 值11-Ⅲ)表μ02966.011=+μμ 五、主拱圈截面内力计算大跨径钢筋混凝土拱桥应验算拱顶、拱脚、拱跨81、41、83等截面的内力。