110m下承式拱桥

下承式拱桥设计计算书一、设计资料1设计标准设计荷载：汽车-20级，挂车-100，人群荷载3.0kN/M2。桥面净宽：净-9m+和附21.0m人行道拱肋为等截面悬链线矩形拱,矩形截面高为2.2m,宽为1.0m。净跨径：l=110m净矢高：f=22m净矢跨比:fl=1/52主要构件材料及其数据桥面铺装：10cm厚C50混凝土，1=25kN/m3;2cm沥青砼桥面铺装,材料容重2=23kN/m3;桥面板：0.5m厚空心简支板，C30级钢筋砼3=25kN/m3;主拱圈、拱座：C40级钢筋砼矩形截面，4=25kN/m3;拉杆：HDPE护套高强度钢丝束，上端为冷铸锚头，下端为穿销铰。5=18kN/m33计算依据1）中华人民共和国交通部标准《公路桥涵设计通用规范》人民交通出版社，1985年。2）中华人民共和国交通部标准《公路桥涵设计手册—拱桥》上、下册，人民交通出版社，1978年。3)中华人民共和国交通部标准，《公路桥涵地基与基础设计规范》，人民交通出版社，JTJ024-85二、主拱圈截面几何要素的计算（一）主拱圈横截面尺寸如图1所示图1拱圈横断面构造（尺寸单位：cm）（二）主拱圈截面几何性质截面积：1.82.03.6A绕肋底边缘的静面矩：2.01.81.03.6S主拱圈截面重心轴y下=SA=1.0my上=y下=1.0m主拱圈截面绕重心轴的惯性矩32111.81.2012122.0xbhI主拱圈截面绕重心轴的回转半径w1.20.5773.6rxAI（三）计算跨径和计算矢高计算跨径:j=45.039、jd=2.2m、dd=1.8mL=0Lsin902.2sin45.039Jjd计算矢高:0cos22jjjfddf三、主拱圈的计算（一）拱轴系数的确定吊杆及拱圈构造如图2图2吊杆及拱圈构造图假定拱轴系数m=1.988，相应的14yf=0.601,f0/l0=15,查《拱桥》（上册）表（Ⅲ）-20（5）得sinj=0.67354,cosj=0.73915拱脚截面的水平投影和竖向投影x=Hsinj=2.0×0.67354=1.346my=Hcosj=2.0×0.73915=1.478m将拱脚沿跨径24等分，每等分长24ll=4.583m,每等分点拱轴线的纵坐标y1=[表（Ⅲ）-1值]×f,相应的拱背曲面坐标11cosyyy上,拱腹曲面坐标11cosyyy下。具体数值见表1，具体位置见图3。y1'y1y1y1ybyt图3拱轴坐标示意图截面号x1fy1ycoscosy上cosy下1cosyy上1cosyy下123456789054.9961.00000022.22400.73915150.4130.90803120.18000.76006245.8300.82178318.26300.78036341.2470.74100116.46800.79997436.6640.66544214.78900.81884532.0810.59488213.22100.83689627.4980.52911011.75900.85406722.9150.46793210.33900.87032818.3320.4111649.13800.88563913.7490.3586377.97000.89997109.1660.3101956.89400.91332114.5830.2656935.90500.925561200.2250005.00000.93701表1主拱圈几何性质表(二)、桥面结构恒载计算1.桥面系(1)桥面铺装:2cm厚沥青砼铺装，=22kN/m30.08×9×8.5×22=126.73kN8cm厚现浇C50砼，=25kN/m30.08×9×8.5×24=138.24kN1cm防水层，=0.2kN/m20.2×8×9=14.4kN(2)空心板：0.5m厚空心板，空心板折减率为0.70.5×9×8×0.7×25=630kN（3）普通横梁：宽0.6m,厚0.4m砼矩形截面梁。=25kN/m30.60.4112566kN(4)人行道：a.人行道铺装=24kN/m31.0×0.02×24×2=0.96kN/mb.人行道板、缘石=25kN/m3（0.08×1.3＋0.1×0.2×2＋0.1×0.30）×25×2=8.7kN/mc.人行道下填砂层=18kN/m31.0×0.02×18×2=0.72kN/md.人行道块件内水管铸铁容重为78.5kN/m3，水的容重为10kN/m3，水管内径为36cm,外径为38cm。[2×0.3552×0.01×78.5＋×(0.362/4)×10]×2=3.6752KN/me.人行道块件里填砂砾石或装电缆，=18kN/m3[1.0×0.6－×(0.362/4)]×18×2=0.6575kN/m以上5项共为：0.96＋8.7＋0.72＋3.6752＋0.6575＋5.0=19.7127kN/m(5)栏杆：6kN/m(6)吊杆：DPE护套高强度钢丝束，5=18kN/m318(22.224020.180018.263016.468014.789013.221011.759010.33909.13807.97006.89005.90505.0000)162.2150182919.87iykN以上所有荷载相加得：126.73+138.24+14.4+630+66+52.8+756.8+330+2919.87=5034.840吊杆纵向间距为5米，所以，每根吊杆所承受的压力为5034.84555=457.713kN（7）、主拱圈0125[]PArl表（III）-19(5)值0.523813.625=47.079图4盖梁、立柱构造图(尺寸单位：cm)2计算活荷载横向分布系数：汽1.32人1.130挂0.716纵向荷载：汽—20：挂—100：汽—20+人群：挂—100：汽—20+人群控制设计吊杆内力总和：吊杆采用5高强钢丝索组成，抗拉标准强度R=1600kP。考虑吊杆构件在可变荷载反复作用下的疲劳强度问题，采用0.4R控制设计，则需钢丝为：240.4byPnR吊的吊杆采用5高强钢丝索组成吊杆，吊杆用热聚乙烯防腐。（三）、验算拱轴系数恒载对14跨及拱脚截面的力矩见表二。部位项目吊吊竿11吊竿10吊竿9吊竿8吊竿7吊竿6吊竿5吊竿4吊竿3吊竿2吊竿1()kN45.7145.7145.7145.7145.7145.7145.7145.7145.7145.7145.71对l/4点力臂27.5022.5017.5012.507.502.507.5012.5017.5022.5027.50对l/4力矩1257.021028.48799.92571.38342.83114.27342.83571.38799.921028.481257.02对拱脚力臂5.0010.0015.0020.0025.003.0035.0040.0045.0050.0055.00对拱脚力矩228.55457.10685.65914.201142.751371.301599.851828.402056.952285.502514.05表2恒载对14跨及拱脚截面的力矩由表二知可知，18113.51040.59513644.300jMM，该值与0.601之差为0.0006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拱轴系数m=1.988（四）、主拱圈截面内力计算大跨径拱桥应验算拱顶、3/8拱跨、1/4拱跨和拱脚4个截面，必要时应验算1/8拱跨截面。1、弹性中心sy[表（Ⅲ）—3值]f=0.34206822.2240=7.6022、弹性压缩系数2220.577()0.001422.2240wfr1=[表（Ⅲ）—9值]22wfr=11.01050.0014=0.01567=[表（Ⅲ）—11值]22wfr=9.126440.0014=0.0142211=0.015401（五）、主拱圈截面内力的验算大跨径拱桥应验算拱顶、拱脚、拱跨1/8、1/4、3/8、等截面的内力。1、结构自重内力计算在确定m系数时，其实算得的数值很难与选定的拱轴系数“五点”重合，对于大跨径拱桥必须用“假载法”计入“五点”存在的偏离影响。1.用假载法计算确定m系数时在“五点”存在的偏差(1)假载内力a.求假载由式2142320.228xxjqlMqlM得1420.2250.5176/0.221()832jxMMqkNmlb.假载内力假载xq产生的内力可以将其直接布置在内力影响线上求得。不考虑弹性压缩的假载内力见表3.不计弹性压缩的假载内力表3项目影响线面积力或力矩（xq）表（Ⅲ）-14（35）值乘数拱顶截面1M0.00660-0.00496=0.001642l20.33301027.17431H0.06536+0.06167=0.127032/lf70.75063574.15058l截面1M0.00335-0.00480=-0.001452l-17.9773-908.17001H0.02211+0.10492=0.127032/lf70.75063574.1505/4l截面1M0.00897-0.00100=0.007972l98.81344991.81581H0.04054+0.08650=0.127042/lf70.75063574.150538l截面1M0.00847-0.00768=0.000792l9.7946494.79961H0.06392+0.06312=0.127042/lf70.75063574.15051M0.001861-0.01494=-0.0130792l-162.1557-8191.7168c.计入弹性压缩的假载内力计入弹性压缩的假载内力见表4计入弹性压缩的假载内力见表4注：L/4截面的轴力以111/411/4(1)1cosHN作近似计算。(2)“拱轴线恒载”内力a.推力2839601.3847xJgqlMHkNf拱脚截面1H0.08977+0.03726=0.127032/lf70.75063574.15051V0.5l55.67352812.4916项目拱顶截面8l截面L/4截面38l截面拱脚截面cos10.938720.73057sin00.344690.682841H3253.97503253.97503253.97501V2553.3868111/1H29.132829.132829.13281111(1/1)*cossinNHV3224.84223752.08404100.49501M1022.1529-640.13382275.44811syyy6.85682.4099-13.35621111HyMM1221.9107-569.93171886.3446b.考虑弹性压缩的内力考虑弹性压缩的“拱轴线恒载”内力见表5。表5项目拱顶截面8l截面L/4截面38l截面拱脚截面cos10.938720.73057'ggHHF39601.384738429.856338429.8563'1(1)1gH39246.833538085.793838085.7938''cosgHN39601.384740938.572052602.5655'1cos1gNH354.5512322.9784251.3617'NNN39246.833540615.593652351.20381syyy6.85682.4099-13.3562'11gMHy2431.0866829.1562-4595.3676注：从拱顶到第8截面0F，第七截面到拱脚1171.5284FkN。(3).考虑确定m系数偏差影响的恒载内