《桥梁工程》课程设计专业：土木工程学号：姓名指导教师：时间： 2013年12月攀枝花学院二O一六年十二月设计题目空腹式等截面悬链线圬工拱桥设计一． 设计资料1．桥面净宽：净—7+2×1.5(1.25人行道+0.25安全带) 2．荷载：汽车—20级 挂车—100人群荷载：23.5/kN m 人行道每侧重4.1/kN m 3．跨径：净跨径L=70m 4．矢跨比：1/4 5．材料（1） 钢筋及钢材：预应力筋：采用15.24j mm φ=钢绞线标准强度1860by R Mpa =设计强度1480y R Mpa =普通钢筋：I 、II 级钢筋 钢板：16Mn 或A3钢 锚具：锚具为夹片锚（2） 混凝土：主梁：C50人行道及栏杆：C30 桥面铺装：C30 （3）材料重度及其它6.施工工艺：预应力筋采用后张法施工7.参考文献：《公路桥涵设计通用规范》JTG D60-2004；《公路桥涵设计手册，拱桥（上册）》《公路桥涵设计手册，拱桥（下册》 《桥梁工程》，白宝玉编. 《拱桥计算实例集 拱桥（一）》 有关拱桥设计图纸。
8.结构尺寸。
如图下：图1－1二、主拱圈计算 （一）确定拱轴系数拱轴系数m 值的确定，一般采用“五点重合法”，先假定一个m 值，定出拱轴线，拟定上部结构各种几何尺寸，计算出半拱恒载对拱脚截面形心的弯矩j M ∑和自拱顶至4l 跨的恒载对4l跨截面形心的弯矩4l M ∑。
其比值∑∑MM jl4=fy l 4。
求得fy l4值后，可由m=1)2(2124--l y f中反求m 值，若求出的m 值与假定的m 值不符，则应以求得的m 值作为假定值，重复上述计算，直至两者接近为止。
式中：1/4M ：拱的自重作用下，半拱自重对拱跨1/4点的弯矩；j M ：拱的自重作用下，半拱自重对拱脚的弯矩；1. 拟定上部结构尺寸 （1） 主拱圈几何尺寸 1) 截面特性截面高度:拱圈截面高度按经验公式估算 d = 0l /100 + △ = 70/100 +0.7 = 1.4m 主拱圈横桥向取1m 单位宽度计算，横面面积A =1.4㎡; 惯性矩I=;2287.012143m d =截面抵抗矩W=;3267.06132m d =截面回转半径。
4041.012m dW ==γ2）计算跨径和计算失高 假定m=2.814,相应的f y l4=0.21。
查“拱桥”表（III ）-20（8）得sin j ϕ=0.77556,cos j ϕ=0.63127计算跨径;08578.7177556.04.170sin 0m d l l =⨯+=⋅+=ϕ 计算失高：。
76.17)63127.01(21.417.5)cos 1(20m df f j =-⨯+=-⨯+=ϕ 3）拱脚截面的投影 水平投影md x j 08578.1sin =⋅=ϕ 竖向投影md yj 88378.0cos =⋅=ϕ4)计算主拱圈坐标（图1-1）将拱圈沿跨径24等分，每等分长9167.224==∆Ll 。
以拱顶截面的形心为坐标原点，拱轴线上各截面的纵坐标。
11。
其数值见表cos 2，相应拱腹坐标cos 2，相应拱背坐标]值1）表（[1"11'1-+=-=⨯-=jjx dy y dy y f III y ϕϕ主拱圈截面坐标表 表1-1第4栏由《拱桥》附录（III ）表(III)-20（8）查得出现的[表（III ）-∆值]或[表（III ）-∆(∆)值]均为《拱桥》下册相应表格的数值。
（2） 拱上构造尺寸 1）腹拱圈腹拱圈为M10号砂浆砌M30粗料石等截面圆弧拱，截面高度m d 3.0'=,静失高m f 6.0'=,净失跨比5/1/''=l f 。
查《拱桥》上册表3-2得0.600001cos ，0.8sin 00==ϕϕ水平投影m d x 24.0sin ''==ϕ 竖向投影m d y 18.0cos ''==ϕ2）腹拱墩腹拱墩采用M7.5 沙浆M30块石的横墙，厚0.8m 。
在横墙中间留出上部为半径R =0.5m 的半圆和下部高为R 宽为2R 的矩形组成的检查孔。
腹拱的拱顶拱背和主拱圈的拱顶拱背在同一水平线上。
从主拱圈拱背至腹拱起拱轴线之间横墙中线的高度)()cos 11(2''11f d d y h +--+=，其计算过程及其数值见表1-22. 恒载计算恒载分主拱圈、拱上空腹段、拱上实腹三部分进行计算。
不考虑腹拱推力和弯矩对主拱圈的影响。
其计算图式见图1-2。
（1） 主拱圈恒载mkN l A III M m kN l A III M kN l A III p j •=⨯⨯⨯=-=•=⨯⨯⨯=-==⨯⨯⨯=-=-21.227054/2408578.714.153491.04]）值8（19）表（[55.53804/2408578.714.112676.04]值)8(19）表（[76.138********.714.157893.0]值)8(19）表（[2252254/15120γγγ(2)拱上空腹段的恒载 1） 腹孔上部（图1-3）图 1-3kNd R P kNd d R P ml R m d l l b a 13.14)(0.11889腹拱侧墙护拱重31.7)2(0.52202腹拱圈重88.1625001.0腹拱内弧半径48.3sin 2腹拱圈外弧跨径22'03'2'0'00'''=+==+====+=γγϕ（以上三个系数依次分别查《拱桥》上册表3-2、表1-10、表1-9）填料及路面重kN h l P d c 42.571‘外==γ 两腹拱之间起拱线以上部分的重量 （图1-4）2） 腹拱下部kNP kN P kN P 24.392324.0)18.02102.7(拱座322.177238.0]10/)2/5.05.0(72.9[横墙263.242238.0]10/)2/5.05.0(28.13[横墙1#2#2#=⨯⨯⨯+==⨯⨯⨯+-==⨯⨯⨯+-=ππ3）集中力kNp P kN x h y d f y x P dad d 22.9236.1342.5713.1431.7一个腹拱重36.13）24.028.0（]2275.025）18.03.06.0（[2318.0）24.08.0（)28.0]()[()8.0('12'''3''=+++===⨯-⨯⨯+⨯-++⨯⨯-=-+-++-=∑γγγkNP kNP kN P 67.7824.392/)36.1322.92(44.26922.17722.9285.32463.24222.92151413=+-==+==+=（3）拱上实腹段的恒载（图1-5） 1）拱顶填料及面重图 1-5kNh l P d x 55.4162275.02458.25116=⨯⨯==γ悬链线曲边三角形部分重量kNK shK Km f l P 79.1378)()1(4001117=--=γξξ式中：m y f f j i 3492.17)163127.01(7.075811.17)1cos 1(1=-⨯-=--=ϕ重心位置08.197558.0)(/)1()2(000000==----=x x xl l K shK K chK K shK lξξξξξξη （3） 各块恒载对拱脚及拱跨1/4截面的力矩见表1-33．验算拱轴系数 由表1-3得 21003.022.58496620.12286/4==∑∑JLMM该比值与假定拱轴系数m=2.814相应得为设计拱轴系数十分接近，故可确定814.221.0/41=f y（二）拱轴弹性中心及弹性压缩系数1、弹性中心 m f III y 129.676.17345104.0]值3）表（[=⨯=⋅-= 2．弹性压缩系数0.0056210.00428 0.000528.27171 0.00564 0.0005210.892500052.076.171633.01633.012112222=+=⨯==⨯======μμμμττf m d A I aw aw（三）主拱圈截面内力计算大跨径拱桥应验算拱顶、1/4拱跨和拱脚五个截面，必要时应验算1/8拱跨截面。
只验算拱顶，这里只算了1/4拱跨和拱脚五个个截面的内力。
其余截面，除不计弹性压缩的内力必须在影响线上直接布载求得以外，其步骤和1/4拱跨者相同。
1．恒载内力计算计算拱圈内力时，为利用现有的表格，一般采用所确定的拱轴线进行计算。
但是在确定拱轴系数时，计算得的恒载压力线与确定的拱轴线很难在“五点”完全重合，本例中二者相差0.21003-0.21＝0.00003，这个偏差不算大。
（1）不计弹性压缩的恒载推力 KNfM Hj329476.1722.58496==∑=(2)计入弹性压缩的恒载内力见表1-4 2．活载内力计算（1）公路一级和人群荷载的内力单位拱宽汽车等代荷载 二级二级192＝9K K c K ξ=式中，c=2为车道数；ξ＝1为车道折减系数，双车道不折减。
单位拱桥人群等代荷载KN q b K 5.03975.02922＝＝人⨯⨯=式中，b=0.75m 为人行道宽度；q 人＝3KN 为人群荷载。
不计弹性荷载的公路一级及人群内力见表1-5群反力则只乘以相应的影响线面积。
注：初拱脚截面外，其余截面的轴向力用N=ϕcos /1H 作近似计算。
3.温度内力计算 拱圈合拢温度15C ︒拱圈砌体线膨胀系数000008.0=α 变化温差±=∆t 15C ︒温度变化在弹性中心产生的水平力：KN f III EI H t t87.151576.17106299.006075.0103.7108]值5）表（[2662=⨯⨯⨯⨯⨯±=-∆=-α拱圈温度变化内力见表1-7注：1.2.当砂浆为小石子混凝土时，应酌情计入徐变的影响。
（四）主拱圈正截面强度验算根据《桥规》规定，构件按极限状态设计的原则是：荷载效应不利组合的设计值小于或等于结构抗力效应的设计值，即),(0d d a f R s r ≤式中 0γ 结构重要性系数，本题为二级设计安全等级为1.0；S 作用效应组合设计值，按《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60—2004） 的规定计算； R （·） 构件承载力设计值函数；d f 材料强度设计值；d a 几何参数设计值，可采用集合参数标准值k a ，即设计文件规定值。
1.正截面受压强度验算 （1）荷载组合荷载效应不利组合的设计值见表1-8力的荷载安全系数与其相应的弯矩相同，对于其它荷载都取1.4。