拱桥计算书

目录1.方案比选………………………………………………………………………………31.1设计原则……………………………………………………………………………31.2方案设计……………………………………………………………………………31.3方案选择……………………………………………………………………………62.设计要求及基本数据………………………………………………………………72.1设计要求和数据……………………………………………………………………73.结构计算………………………………………………………………………………73.1主拱圈截面要素及尺寸拟定………………………………………………………73.2拱轴系数的确定……………………………………………………………………93.2.1上部结构设计…………………………………………………………………93.2.2上部恒载计算…………………………………………………………………113.3内力计算……………………………………………………………………………153.3.1主拱圈内力计算………………………………………………………………153.3.2桥面系计算……………………………………………………………………193.3.3盖梁计算………………………………………………………………………283.3.4立柱计算………………………………………………………………………373.4各结构的配筋计算及应力验算……………………………………………………393.4.1空心板配筋计算及应力验算…………………………………………………392.4.2盖梁配筋计算及应力验算……………………………………………………443.4.3立柱配筋计算…………………………………………………………………473.4.4主拱圈配筋计算………………………………………………………………483.5支座计算……………………………………………………………………………523.6桥台计算……………………………………………………………………………531.方案比选1.1桥梁设计原则1)．适用性：满足车辆个人群的通行，即要满足基本的交通量问题。此外，除桥面交通量，桥下如果有过水量，桥下通行高度、通行量要求是，设计也需要考虑。并要求考虑到长久发展问题，即将未来交通量的增长考虑进去，保证增长后的交通量，持续发展还包括桥梁的修理、维护保养，设计都需要考虑到。2).安全与舒适性：在满足交通量的同时，还需要保证车辆、人群通行的舒适问题。桥面的竖向、横向震动要得到控制。安全问题在所有设计中都应放在第一位，桥面系需要有足够的承载力安全保障，桥下支撑结构同样需要验算各种受力问题。3).经济性：经济性包括施工难以程度，桥梁材料的消耗，建成后的后期维修、保养费用，在设计中都需要考虑到。4).先进性：桥樑设计施工等都应劲量优先使用先进的设计、施工技术和理念。便于施工、架设。运用先进的施工技术还能够有效的减短施工周期，保证在短时间完成最优、最安全的设计工程。5).美观：建筑发展中美观也是一个必不可少的因素，桥梁设计需要考虑与周围景色的协调，保证整体的美观效果。1.2方案设计方案一：双塔三跨式斜拉桥①桥梁整体布置：9+32+9，全长50m，布置图见图。②上部结构布置：桥面净宽7.5m+2×1.5m加上0.75m的人行道护栏，桥面横坡为双向2%。③下部构造：采用钻孔灌注桩做主塔基础，每个主塔采用4根钻孔桩。④主塔塔柱采用空心矩形截面，外壁厚度取0.5m。双塔整体高度（承台以上）18m。方案桥梁特点概述：1.斜拉桥是由斜拉索、塔柱和主梁组成，用若干高强的拉索将主梁斜拉在塔柱上，斜拉索使主梁受到一个压力和一个向上的弹性支承的反力，这就使得桥梁的跨越能力大大增强。2.梁体尺寸较小，桥梁的跨越能力较大。3.对桥下净空、桥面标高的限制少。4.桥体为多次超静定结构，设计计算复杂。5.施工时高空作业较多，且施工控制技术要求严格。6.美观方面：斜拉桥美观性很好，但跟当地地形搭配效果很差。7.质量要求严格，成本高。方案二：上承式钢筋混凝土箱型拱桥。①桥梁整体布置：拱桥采用5+40+5布置，中间布置40m跨径的箱型主拱，下部用钻孔桩支撑。起拱线以上外侧水平段用搭板与道路连接。②主拱：采用箱型截面，截面高度取1m。③桥面及铺装：采用装配式预应力混凝土空心板，40cm厚，长度为500cm。④下部结构：采用钻孔灌注桩，利用下部岩体支撑。方案桥梁特点概述：1.拱桥的跨越能力得到体现，主拱架设在两侧岩体上，充分利用地形。2.充分发挥圬工材料的抗压性能，构造简单，受力明确。3.拱桥有水平推力，对地基要求高。4.跨径较大时，自重大对稳定不利，本设计中，跨径较小，基础在岩体中，稳定性良好。方案三：简支梁拱组合式桥。（图1.3）①此桥下承式，无推力组合体系拱，跨径50m。拱肋采用钢筋混凝土，桥面设置风撑。②组合体系定为刚性系杆刚性拱，两端简支支撑在桥台上。方案桥梁特点概述：1.桥整体为外部静定结构，内部为高次超静定结构，主要承重构件除拱肋之外，还有加劲纵梁。2.桥梁没有水平推力，对地基要求相对较低。3.整体虽是简支桥梁结构，但跟拱组合之后的体系跨度得到提高。4.无推力拱式组合体系可以很大程度的保证桥下净空要求。1.3方案选择①经济角度来看，上承式拱桥经济性更好。斜拉桥构件材料种类要求多、质量要求高。简支梁拱体系的主拱相比之下需要更大的跨径，且两侧拱肋整体性保证要求高。②结构受力角度分析，斜拉桥、简支梁拱组合式桥受力更为复杂。上承拱桥相比下受力简单明确，拱的弯矩、变形等相比之下小得多。③上承拱桥、斜拉桥对地基都要求较高，组合体系桥则对地基要求较低。但此例中地基条件良好，地基要求高的缺点不明显。⑤拱桥耐久度良好，且维修养护费用低，相比斜拉桥，更加适合山区桥梁的特性。上承式拱桥相比梁拱组合体系桥优点更加明显。④山区桥梁考虑到与周围的协调性，上承式拱桥更适合与山区协调搭配。综上所述，采用方案二：钢筋混凝土箱型拱桥。2.设计要求及基本数据2.1设计要求和数据2.1.1设计要求设计车速：40km/h。设计荷载：公路-Ⅰ级汽车荷载。人群荷载3.5kN/。桥面净宽：7.5+2×1.5米设计风速：5m/s桥面横坡：双向2%地震烈度：6度跨径为50m左右（本设计采用5+40+5，即主拱跨径40m，坐落于岩体上，两边采用两个5m搭板，下部设置桩支撑）2.1.2材料选用及数据主拱和空心板为C40钢筋混凝土，拱顶实腹段采用20号片石混凝土，立柱等采用C35混凝土。钢筋混凝土混凝土片石混凝土沥青混凝土3结构计算3.1主拱圈截面要素及尺寸拟定主拱圈采用箱型截面，采用悬链线。3.1.1主拱圈截面数据计算截面高度：截面宽度：其他尺寸如图中所示截面积：=4.902由于截面为上下对称截面，所以：计算截面惯性矩：回转半径：3.2拱轴系数的确定3.2.1上部结构设计①假定，得到以下数据：计算跨径l=40m，计算失高f=5m拱脚截面的投影坐标：将主拱匀分24等份，主拱各处坐标求值见下表：截面号(表值)(表值)拱背坐标拱腹坐标5.00004.568275.431744.086453.764384.523123.297422.923083.831312.611312.226923.091312.022511.612772.671911.527801.089772.076911.100000.281871.672310.753800.288771.353610.47728-0.000041.023510.26621-0.221010.779520.11760-0.323910.613450.02929-0.461010.532080.00000-0.500000.50000②腹孔初步布置与试算从主拱起拱线开始，向跨中对称布置2组立柱，跨径5m，立柱截面尺寸为1m×0.7m，底梁纵向宽为1.0m。立柱中线高度计算（包括底梁与盖梁）：高度h即为：{对应点拱背坐标值}+0.5m立柱中线高度计算表：项目X坐标拱背h1号立柱15.50441.390680.614250.738212.22692.72042号立柱10.50441.015060.291840.909140.28190.78193号拱座5.50440.674270.057930.99183-0.22100.2790③腹孔设置的问题讨论与设置修改由高度计算表可得：立柱高度分别2.7204m及0.7819m。盖梁截面高度取为1m，2号立柱处的高度0.7819m将不能够设置盖梁等结构。由此，初步设计的2号立柱改为横墙结构，去掉底梁与盖梁结构。纵向宽度取与立柱尺寸相同。3.2.2上部结构恒载计算空心板及桥面铺装计算：①空心板空心板宽度取为99cm。空心板截面见下图：空心板截面积：=2873.22空心板自重计算：②桥面护栏护栏质量较混凝土很小，此处不计入③人行道（布置如图）人行道截面尺寸图如下截面面积150×20+2×10×20=3400双向人行道自重=2×3400××25=17将荷载平摊到各主梁=17/10=1.7③空心板铰接缝计算铰接缝的面积：铰接缝自重：=515××24=1.24平摊到各主梁上=1.24×9/10=1.12底梁梁自重,盖梁自重④立柱（横墙）的集中压力号立柱：立柱自重：好横墙：横墙自重：拱座：实腹部分：按二次抛物线类似估算重心横坐标X=左边界高度换算成集中力⑤拱轴系数验算：主拱自重：集中力：最后计算弯矩：不符合理论值，需要重新计算⑥拱轴系数偏差的解决：仍然假定m=2.240，并结合实际情况，第一跨空心板左边从起拱线向左再移动0.35m（立柱截面宽度的一半）。对新方案重新计算荷载。由于m值同上，大部分数据相同，此处不再计算，下面只计算由方案改动造成的数据改变。新方案的立柱高度计算表：项目X坐标拱背h1号立柱15.85441.405120.634210.748212.52693.02692号立柱10.85441.123410.301510.918140.31420.81423号拱座5.85440.693140.060410.99293-0.21910.2809新方案立柱计算：号立柱：立柱自重：好横墙：横墙自重：拱座：实腹部分：按二次抛物线类似估算重心横坐标X=左边界高度换算成集中力⑦拱轴系数验算：主拱自重：集中力：最后计算弯矩：所以，由此确定拱轴系数m=2.2403.3内力计算3.3.1主拱圈内力计算①弹性中心②压缩系数③主拱圈恒载内力计算拱轴系数确定为2.240，实际拱轴系数并不是与拱轴线完全重合，存在偏差。本例中偏差较大，需要用“假载法”。最后求内力为弹性压缩假载内力加上不计假载的恒载内力之和。本设计拱桥跨径40m，为较小跨径拱桥，设计中将只计算拱顶、拱脚、1/4截面这三个截面。其他截面可以用同样步骤计算，本设计不在考虑1/8及3/8截面的内力计算。求假载：解得=2.7858KN/m不计入弹性压缩的假载内力：截面项目力臂力/力矩拱顶0.00725-0.004560.002694.4561712.414990.069130.059030.1281626.0709172.623131/4面0.00882-0.01047-0.001652.733337.614510.040350.087810.1281626.0709172.62834拱脚0.01994-0.014090.005859.6909326.996990.092420.035750.1281726.0729572.634020.170670.329330.520.3504856.69238、值均为表(Ⅲ)-14（59）值。计入弹性压缩的假载内力计算项目拱顶截面1/4截面拱脚截面00.240580.7009710.942120.7131972.62331372.6283472.6340256.692381.0034051.0034771.00355571.61972564.4743790.8257912.4139987.6145126.996992.715261