成都理工大学毕业设计等截面悬链线混凝土空腹式箱形拱桥拱圈设计作者姓名：专业名称：道路桥梁指导老师：讲师摘要拱桥在我国拥有悠久的历史，外形美观，构造简单，特别是圬工拱桥，技术容易被掌握，有利用广泛采用。

本桥是单跨的，净跨径为75m等截面悬链线无铰拱拱桥。

采用空腹式拱上结构，在主拱上侧布置立柱，拱圈为箱形截面。

通过对次等截面悬链线混凝土空腹式箱形拱桥的设计，基本掌握了拱桥中主拱圈截面几何要素的计算、拱轴系数的确定、主拱圈正截面的强度验算、主拱圈稳定性验算以及荷载计算等。

本设计主要是对桥的主拱进行设计和计算。

根据一些外界因素，先拟定正桥的跨径和矢高、确定拱轴系数、计算出弹性中心以及弹性系数、验算恒载和活载对拱顶、1/4截面和拱脚产生的内力，再计算温度和混凝土收缩产生的内力、然后对主拱圈的强度和稳定性进行验算以及拱脚截面直接抗剪验算。

关键词：拱桥等截面悬链线主拱AbstractArch bridge has beautiful appearance and simple structure with a long history in China. Especially the masonry arch bridge, its technology is easy to master and can be used widely.The bridge is a single-span, net span 75m constant section catenary fixed end arch bridge. It used hollow type on the arch structure, decorate the main upper arch with the pillar, arch ring of box section. Through the design of the catenary inferior section concrete hollow type of box arch bridge, we basically have grasped the calculation of the main arch ring cross section’s geometric elements, the determination of coefficient of arch axis, the intension calculation of the main arch ring cross section, the main arch stability as well as the load calculation, etc.This design mainly aims to the main arch of the bridge design and calculation. According to some external factors, first protocol the span and the height of the main bridge, confirm the arch axis coefficient, figure out the elastic center and the elastic coefficient, check out the internal force of the dead load and live load’s vault , and the internal force of the one fourth section and the arch springing, then calculate the internal force of the temperature and concrete shrinkage, last, check the strength and the stability of the main arch ring and shear calculate the arch foot section.Key words: arch bridge, constant section,catenary,the main arch目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (III)前言............................................................ - 1 -1 设计资料..................................................... -2 -2 拱圈几何力学性质............................................. - 2 -3 确定拱轴系数................................................. - 5 -4 不计弹性压缩的拱自重水平推力H'............................. - 8 -g5 弹性中心位置、弹性压缩系数和拱自重弹性压缩水平推力........... - 8 -6 自重效应..................................................... - 8 -7 公路-Ⅰ级汽车荷载效应........................................ - 9 -8 《规范》第5.1.4条第1款拱的强度验算用的人群荷载............ - 14 -9 温度作用和混凝土收缩作用效应................................ - 15 -10 《规范》第5.1.4条第2款拱的整体“强度—稳定”验算用的荷载. - 17 -11 拱脚截面直接抗剪强度验算用的荷载效应....................... - 18 -12 拱圈作用效应标准值汇总..................................... - 20 -13 拱圈截面强度的验算......................................... - 21 -14 拱圈整体“强度—稳定”验算................................. - 29 -15 拱脚截面直接抗剪验算....................................... - 31 - 总结........................................................... - 33 - 致谢........................................................... - 34 - 参考文献....................................................... - 35 - 附录........................................................... - 36 -前言拱桥历史悠久，跨越能力大，耐久性好，能充分做到就地取材，降低造价等，由于拱桥具有多方面的优点，所以本人选择拱桥设计来丰富对拱桥方面的知识以及计算方法等，这正是设计选题的主要动机。

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，需结合土力学、结构力学、岩土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。

它对设计人员各方面素质要求较高，在掌握土木工程基础专业知识的基础上，还要对地质学等知识熟悉了解。

设计中，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等。

通过完成此次的设计，我对桥梁工程专业有了更深刻的了解，并在解决工程问题中掌握到大量桥梁设计专业的知识，对我来说将所学的基础专业知识运用到该设计中是一次非常好的实践，同时对拱桥设计有了实际全面的了解。

1 设计资料设计荷载：公路—Ⅰ级汽车荷载，人群荷载2.75KN/㎡ 桥面净宽：净7.0m 附2×1.0m 人行道 净跨径：75=n l m 净矢高：15=n f m 净矢跨比：51=n n f l 拱圈厚度：d=2.0m 拱圈宽度：b=7.0m拱圈材料重力密度:m KN 31/24=γ箱梁顶部盖板M10浆砌C35混凝土预制板其余均为C35现浇混凝土，其强度设计值分别为5.47MPa 和13.69MPa 。

砌体弹性模量MPa E m 22000=，C35混泥土弹性模量41015.3⨯。

拱上建筑采用跨径5m 简支板。

假定拱轴系数m=2.240，22.004/1=f y （4/1y 为拱轴线1/4拱跨处坐标，0f 为计算矢高）。

拱轴线拱脚处切线与水平线相交角=⨯=-51100033.4914tan 1s ϕ[1994年手册附表（Ⅲ-2）]，68284.0sin =s ϕ，73057.0cos =s ϕ。

2 拱圈几何力学性质拱圈截面如图2.1（其力学性质如表2.1所示）。

拱圈截面为C35混泥土与C35混泥土预制板砌体的组合截面。

拱的结构计算采用弹性材料力学方法，以C35作为标准层，预制板砌体则乘以砌体弹性模量m E 与C25弹性模量的比值ψ=c m E E /=22000/41015.3⨯=0.7。

C35预制槽形箱M10浆砌C35预制板现浇C35图2.1 箱形拱截面（尺寸单位：mm ）表2.1 拱圈截面几何力学性质计算表编 号尺寸及换算截面计算 （m ）换算 面积 A （㎡） 分块面积重心至全截面底边距离 y(m) 对底边面积矩 S=Ay （m 3） 对自身重心轴惯矩0I4m （）对底边惯性矩 I ’=A 2y4m （）1 7×0.12 0.840 0.060.0500.001008 0.003024 2 4×0.4×1.56 2.496 (1.56/2)+0.12=0.92.8080.5061892.02176 3 2×0.2×1.56 0.624 0.1265470.50544 4 7×0.14 0.980 2-0.07=1.931.8910.001601 3.650402 5 2ψ1.3×0.18 0.328 2-0.14-0.18/2 =1.771.3830.0008852.447421 6 3ψ1.2×0.18 0.454 0.0012252.447421 7-5ψ(0.5+1)×0.1/2 -0.2651.724 -0.453-0.002528-0.78019684×0.2×0.18 0.144 0.12+1.56+0.09=1.77 0.255 0.000389 0.4511389合计5.6035.935 0.635315 8.298989截面面积 A=5.603㎡截面重心距底边 b y =S/A=5.935/5.603=1.059m 截面重心距顶边 t y =2.0－1.059=0.941m截面对重心轴的惯性矩 I=0I +'I －A 2b y =0.6353+8.2990－5.603×1.0592=2.64644m截面回转半径 i=A I /=603.5/6464.2=0.6873m 计算跨径 0l =n l +2b y sin s ϕ=75+2×1.059×0.68284=76.447m 计算矢高 0f =n f +(1－cos s ϕ)b y =15+(1－0.73057)×1.059=15.285m 计算矢跨比 0f /0l =15.285/76.447=0.2拱轴线长度 s l =11v 0l =1.1037×76.447=84.374m[11v 见《1994年手册》附表Ⅲ-8]。