《桥梁工程》课程设计桥梁工程课程设计任务书一、 设计题目空腹式等截面悬链线箱形无铰拱桥设计 二、 设计资料1. 设计标准设计荷载：公路——I 级，人群荷载3.52/kN m 桥面净空 净—8+20.75m+0.25m ⨯（）人行道+安全带 净跨径0:70L m ；净失高0:14f m ；净跨比00/:1/5f L 2. 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）0.5d h m =；材料容重31=22.0/kN m γ 主拱圈材料容重（包括横隔板、施工超重）32=25.0/kN m γ 拱上立柱（墙）材料容重32=25.0/kN m γ腹空拱圈材料容重33=23/kN m γ 腹孔拱上填料容重34=22/kN m γ 钢筋混凝土简支板材料容重32=25/kN m γ主拱圈实腹段填料容重31=22/kN m γ人行道板及栏杆重352.0/kN m混凝土材料：强度等级为C40，主要强度指标为：强度标准值26.8, 2.65ck tk f MPa f MPa == 强度设计值18.4, 1.65cd td f MPa f MPa ==弹性模量43.2510c E MPa =⨯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 400sk f MPa = 抗拉强度设计值 330sd f MPa =弹性模量 52.010s E =⨯相对界限受压区高度 0.53,0.1985b pu ξξ==2)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 335sk f MPa = 抗拉强度设计值 280sd f MPa = 弹性模量 52.010s E MPa =⨯本桥采用支架现浇施工方法。

主拱圈为单箱六室截面的钢筋混凝土拱圈，由 C30混凝土现场浇筑而成。

拱上建筑可采用简支板形式或圆弧拱形式，净跨为5～7m 左右，拱脚至拱顶布置4～6跨左右 (主拱圈的具体几何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》(JTG D60－2004) 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》(JTG D62－2004) 交通人民出版社交通部部颁标准《公路圬工桥涵设计规范》(JTG D61-2005) 交通人民出版社 《公路设计手册-拱桥(上)》 人民交通出版社，2000.7三、 主拱圈截面几何要素的计算（一） 主拱圈横截面设计拱圈截面高度按经验公式估算070()(0.6) 1.3100l H a K m b =+=+= 拱圈由6个各为1.5m 宽的拱箱组成，全宽09.0B m = （二） 箱形拱圈截面几何性质截面积21(13002002110015022501004)6/1000 5.42A m =⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯⨯⨯=绕箱底边缘的静面矩931300130013001500(13001502)(15002002)22100100100250(1300150)100250(150)6/10 3.5133S m =⨯⨯--⨯⨯-⨯⨯+⨯⨯--+⨯⨯+⨯=主拱圈截面重心轴：3.510.65,=1.30.650.655.4S y m y m A ===-=下上 主拱圈截面绕重心轴的惯性矩：3322323241 1.319 1.39 1.3(0.65) 1.1(1.320.15)6122121.316 1.1(1.320.15)(0.65)12(0.10.250.50.10.25)236211(0.650.150.1)0.250.10.50.250.1(0.650.150.1) 1.1593363x I m =⨯⨯+⨯⨯--⨯⨯-⨯⨯-⨯⨯-⨯⨯-+⨯⨯⨯+⨯⨯⨯--⨯+⨯⨯+⨯⨯⨯--⨯= 拱圈截面绕重心轴的回转半径：0.463xI r m Aω== 四、 确定拱轴系数（一） 上部结构构造布置1. 主拱圈假定2.24m =,相应的/40010.22,5L y f f l ==,查《拱桥》（上册）表〈III 〉-20（6）得： sin 0.68284,cos 0.73057,43.07j j j ϕϕϕ===o主拱圈的计算跨径和计算失高：02sin 7020.650.6828470.888j l l y m ϕ=+=+⨯⨯=下 0(1cos )140.65(10.731)14.175j f f y m ϕ=+-=+⨯-=下拱铰截面的水平投影和竖向投影：sin 1.30.6630.888cos 1.30.7310.9497j j x H m y H mϕϕ==⨯===⨯=将拱轴沿跨径24等分，每等分长=2.9224lm ∆=,每等分点拱轴线的纵坐标 1[)1]y f =III -⨯表(值，相应的拱背面坐标：'11cos y y y ϕ=-上,拱腹曲面坐标'11cos y y y ϕ=+下，具体数值见下表：从主拱两端起拱线起向外延伸3m后向跨中对称布置5对圆弧小拱，腹拱圈厚d'=0.35m，净跨径l'0=4.8m，净矢高f'0=0.8m，座落在宽为0.5m的钢筋混凝土排架式腹拱墩支承的宽为0.6m的钢筋混凝土盖梁上。

腹拱拱顶的拱背和主拱拱顶的拱背在同一标高。

腹拱墩墩中线的横坐标l x，以及各墩中线自主拱拱背到腹拱起拱线的高度h=y1+y上×(1-1/cosφ) - (d'+f'0)，分别计算如表==k m由f '0/l '0=1/8，查《拱桥》(上册)表3-2得sin φ0=0.6，cos φ0=0.8，φ0=36.870 腹拱拱脚的水平投影和竖向投影x '=d'×sin φ0=0.35×0.6=0.21m ； y '=d'×cos φ0=0.35×0.8=0.28m（二）上部恒载计算 1、桥面系栏杆：g=52kN/m()()33d =22k /10.50.5992295.92/222kN /h =5295.92/9/22=0.747mN m kN mm γγ⨯+⨯⨯==+拱顶填料及沥青表处面层重力桥面系由拱圈平均分担，则换算容重为的计算平均填料厚度为 2、主拱圈恒载()()()()()()012222/42222P 1960.55184 5.42570.8885281.02196/40.12625 5.42570.888/421411.49M 196/40.52354 5.42570.888/488790.26l j A l kNM A l kN m A l kN mγγγ-=-=⨯⨯⨯=⎡⎤⎣⎦=-=⨯⨯⨯=⋅⎡⎤⎣⎦=-=⨯⨯⨯=⋅⎡⎤⎣⎦表Ⅲ值表Ⅲ值表Ⅲ值3、拱上空腹段恒载 腹拱圈外弧跨径3号立柱 21.7 0.61223604 0.885048 4.777219 0.468669 1.104378 3.559373499 4号横墙 16.3 0.45988237 0.664806 2.620605 0.333303 1.054083 1.435451028 5号腹拱座 11.095 0.31303036 0.452516 1.190536 0.2182571.023541 0.025234161空、实腹段分界线10.99 0.31006793 0.448234 1.167734 0.2160551.023074 0.002736639002 4.820.350.6 5.22l l d sin m ϕ=+=+⨯⨯=’‘外腹拱圈内弧半径'00 4.842sin 20.6l R m φ===⨯腹拱圈重()'302236.87/180 5.220.35/20.35239389.28a P Rd B kN φγπ==⨯⨯⨯+⨯⨯⨯=腹拱侧墙护拱重()()()200004022sin sin cos 20.60.60.836.87/1805.220.35/2229264.077b P R B kNφφφφγπ=--=⨯-⨯-⨯⨯+⨯⨯=填料及路面重10 5.220.747229772.1424c d P l h B kN γ==⨯⨯⨯=外两腹拱之间起拱线以上部分重力 ()()(){}()()(){}''''''24100.60.620.60.210.28250.60.350.28220.747220.620.21982.2d d P x y fd y h x B kNγγγ⎡⎤=-++-+-=⎣⎦-⨯⨯++-⨯+⨯⨯-⨯⨯=⎡⎤⎣⎦一个腹拱重力： 1507.702c i P p kN ==∑ 腹孔下部盖梁重力()0.60.594 1.50.5/20.50.32582.5P kN =⨯⨯+⨯+⨯⨯⨯=⎡⎤⎣⎦ 底梁重力()20.50.594/20.7 1.30.50.32/20.30.52570.125P kN ⎡⎤=⨯⨯+⨯+⨯⨯-⨯⨯⨯=⎣⎦1号立柱重力()410.2630.820.50.525216.585P kN =⨯-⨯⨯⨯⨯=2号立柱重力()4 6.4560.820.50.525121.4025P kN =⨯-⨯⨯⨯⨯=3号立柱重力()4 3.5590.820.50.52548.984P kN =⨯-⨯⨯⨯⨯=4号横墙重力()20.50.69 1.4350.58.22/20.30.420.310.525147.5672P kNπ⎡⎤⎛⎫⨯=⨯+-⨯+⨯⨯-⨯+⨯⨯⨯=⎢⎥ ⎪⎝⎭⎣⎦5号腹拱座重力()0.0250.50.280.212597.807P kN =+⨯⨯⨯⨯=腹孔集中力()13141516171507.70282.570.125216.5851876.9131507.70282.570.125121.40251781.731507.70282.570.12548.981709.311507.702147.56651655.2691507.70282.2024/27.81720.56P kN P kN P kN P kN P kN =+++==+++==+++==+==-+=拱上实腹段的荷载拱顶填料及桥面系重181010.990.7472291625.64x d P l h B kN γ==⨯⨯⨯= 悬链线曲边三角形()()()()()()()11910170.88813.9350.4480.448229827.144212 2.241 1.445611/cos 14.1750.6511/0.73113.9351/28.252j x x lf P shk k B sh kN m k f f y m chk shk k k l l mshk k ζζγϕζζζζηζζ⨯=-=⨯-⨯⨯=-⨯-⨯=+-=+⨯-=---==-上式中其重心距原点的水平距离腹拱推力靠近主拱拱顶一侧的腹拱，一般多做成两平铰拱，在较大的恒载作用下和考虑到周围的填料等构造的作用，可以折中地按无铰圆弧拱计算其推力，而不计弯矩的影响。