橋梁與隧道工程畢業(yè)設計--大橋初步設計

1、<p>　　本科畢業(yè)論文（設計）</p><p>　　論文（設計）題目：**大橋初步設計</p><p>　　學 院： 土木工程學院</p><p>　　專 業(yè)： 道路與橋梁工程</p><p>　　班 級： 土木112</p><p><b>　　學 號： <

2、;/b></p><p>　　學生姓名： XXX</p><p>　　指導教師： XXX</p><p>　　2015 年 5 月 30 日</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　**大橋位于貴州省金沙縣源鄉(xiāng)村，橋址地處山區(qū)丘陵地貌，地形起伏，喀斯特地

3、貌明顯，地質(zhì)條件良好。</p><p>　　根據(jù)最基本設計資料，初步擬定了拱橋、等截面連續(xù)梁橋兩個方案。經(jīng)過綜合詳盡的比較，最終以拱橋為設計方案。該拱橋為上承式空腹式拱橋，全橋由一跨跨越山谷的拱橋及兩端引橋組成，拱橋的凈跨徑為72m，矢跨比為1/6。本橋主拱圈橫截面采用了單箱三室型截面，全空腹式布局，腹孔柱式墩采用普通鋼筋混凝土澆筑，腹孔上部結構均采用標準跨徑8.8m的預制空心板。引橋上部采用標準跨徑12m的預制

4、空心板。</p><p>　　確定橋梁形式后，計算拱軸系數(shù)為拱橋手算的重點部分，拱軸系數(shù)計算得準確性將直接影響后續(xù)計算，所以在進行拱軸系數(shù)計算過程中務必細心。本橋主拱采用懸鏈線作為拱軸線，拱軸系數(shù)經(jīng)多次手算獲得最佳值。</p><p>　　第二步就要進行結構計算，計算取得最佳拱軸線系數(shù)后，再計算主拱圈內(nèi)力以及溫度混凝土收縮徐變的影響。</p><p>　　完成以上工

5、作之后，接下來進行結構驗算，拱橋設計需要驗算的方面有：①拱圈截面的承載能力；②拱圈拱腳抗剪能力。</p><p>　　關鍵詞：鋼筋混凝土拱橋；上承式；拱軸系數(shù)；結構計算；拱橋驗算</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Source direction is located in guizhou provinc

6、e was jinsha source country, the bridge is located in the mountainous hilly topography, relief, karst landform, geological condition is good.</p><p>　　According to the basic design data, initially drawn up a

7、rch bridge, such as section of continuous girder bridge two solutions. After comprehensive detailed comparison, finally to arch bridge design. The CFST arch bridge bearing type hollow type, the whole bridge by a cross of

8、 arch bridge across the valley and both ends of bridge approach, the net span of arch bridge is 72 m, rise-span ratio is 1/6. This bridge main arch ring cross section adopts single box type 3 rooms section, all type layo

9、ut o</p><p>　　Bridge after the form is determined, calculation of arch axis coefficient for the key parts of arch bridge by hand, arch axis coefficient calculation accuracy will directly affect the subsequen

10、t calculations, so must be careful in the process of the arch axis coefficient calculation. The main arch bridge using catenary as arch axis, coefficient of arch axis by hand is to get the best value for many times.</

11、p><p>　　the second step is to structure to calculate the optimal arch axis coefficient, then calculate the internal forces of the main arch ring and temperature effect of concrete shrinkage and creep.</p>

12、<p>　　After finish the above work, the structure calculation, arch bridge design need to check the aspects are: (1) the bearing capacity of arch ring cross section; (2) the shear capacity of arch ring of arch feet

13、.</p><p>　　Key words: reinforced concrete arch bridge; Deck type; The arch axis coefficient; Structural calculation; Arch bridge calculation</p><p>　　第一章 基本資料、設計要求及技術標準</p><p><

14、;b>　　1.1基本資料</b></p><p>　　圖 1-1 橋位布置圖（等截面連續(xù)梁橋）</p><p>　　**大橋所處地形如上圖所示，呈大V字型，橋位無通航要求。橋址位于畢節(jié)市金沙縣源村鎮(zhèn)，首建于1998年7月，地處風化巖帶，強風化巖層最厚為18m左右，呈大V字型，無水文及通航要求。橋面無縱坡，橫坡為：單向1.5%。當?shù)囟嗄昶骄鶜鉁?7.8℃，最低極端氣溫-5

15、℃，最高極端氣溫33℃。</p><p><b>　　1.2技術標準</b></p><p>　　1.2.1主要技術指標</p><p>　　①、設計荷載：公路—I級</p><p>　　②、設計時速：100km/h</p><p>　?、?、橋面寬度：0.5m（防撞欄桿）+12.5m（車行道）+0

16、.5m（防撞欄桿）</p><p>　?、堋蛎鏅M坡：1.5％</p><p>　?、?、平面線型：全橋位于直線段上</p><p>　?、?、橋面鋪裝：底層為厚度60cm厚C40混凝土預制空心板，中間層為1cm厚防水層，面層為10cm厚瀝青混凝土。</p><p>　?、?、不計人群荷載、橋下無通航要求</p><p>　

17、　1.2.2材料及工藝</p><p>　　混凝土：主拱圈采用C40，容重24kN/m3；立柱、蓋梁、橋面板、防撞欄桿均采用C40，容重25kN/m3；承臺及樁基采用C30，容重24kN/m3。</p><p>　　1.3 設計總體要求</p><p>　　1.3.1 擬定橋式方案</p><p>　　首先擬定多個橋式方案，然后分步完成橋長確

18、定、橋跨結構形式的選擇、分孔布置、墩臺形式的選擇、施工方案及斷面形式等的選擇，并確定上、下部結構基本尺寸。</p><p>　　橋梁分孔的時候應充分考慮橋址所處地形、橋址所處地質(zhì)、橋下是否通航、橋下是否有交通等等因素。擬定結構尺寸時，應搜集相關資料，并結合已有的設計經(jīng)驗，在系統(tǒng)分析其數(shù)據(jù)的基礎上，結合實際情況擬定。確定施工方法時，應首先對各種施工方法的工藝、所用機具、施工周期、施工環(huán)境及施工的難易程度有一個全面的

19、了解，再根據(jù)本設計所用的橋型選用最適合的方法。</p><p>　　每一種設計方案需繪一張圖紙，圖紙上需要給出橋梁總長、橋梁跨徑、橋梁矢高、橋梁矢跨比、主梁的高度、最低水位、常水位等。方案比較圖中應繪制立面圖、平面圖和橫剖面圖。并且在圖中應給出適當說明和工程材料用量表。</p><p>　　1.3.2 方案比選及評價</p><p>　　方案比選時應主要注意以下標準

20、：經(jīng)濟、美觀、安全、功能，其中以安全和經(jīng)濟為重點。安全和功能兩方面要求橋梁方案必須滿足規(guī)范要求。</p><p>　　橋梁下部基礎必須修建在牢固的地層上。橋梁施工期間，也必須保證每個施工過程的安全。通過控制材料用量、控制施工周期、選擇施工方法等，來進一步控制橋梁方案的經(jīng)濟型。</p><p>　　1.3.3 詳細擬定推薦方案的結構尺寸</p><p>　　結構尺寸擬

21、定特別應注重以下關系：矢跨比，拱圈截面高度、寬度，橋?qū)?、頂、底板與梁高的關系等數(shù)據(jù)。</p><p>　　1.3.4 對結構內(nèi)力進行詳細手算，并結合專業(yè)軟件進行復核。</p><p>　　對第一方案進行詳細的結構內(nèi)力計算，根據(jù)計算結果估算普通鋼筋。</p><p>　　1.3.5 進行配筋設計</p><p>　　根據(jù)普通鋼筋的估算結果，初步

22、擬定鋼筋布置，然后進行驗算。若驗算結果不滿足規(guī)范要求，則對普通鋼筋或結構尺寸進行調(diào)整，直到滿足規(guī)范要求為止，最終確定結構尺寸及普通鋼筋布置。</p><p><b>　　1.3.6 繪圖</b></p><p>　　繪制不少于5張設計圖紙（第一方案橋位布置圖、第二方案橋位布置圖、第一方案上部結構一般構造圖、第一方案截面鋼筋圖、第一方案施工步驟示意圖）。設計繪圖要求布局

23、合理，線條清晰，比例正確，字體規(guī)范，內(nèi)容完整。全部圖紙采用標準A3圖紙打印。</p><p>　　1.3.7 工程數(shù)量統(tǒng)計</p><p>　　對設計橋型進行大體的材料用量估算。</p><p>　　1.3.8 撰寫畢業(yè)設計說明書</p><p>　　設計計算書要求清晰詳細（應包括詳細的計算過程、力學圖式、依據(jù)和必要的說明等）、理念合理，數(shù)據(jù)

24、完備，圖表規(guī)范，并應嚴格按照《貴州大學本科生畢業(yè)設計工作指南》執(zhí)行。</p><p>　　第二章 橋型方案設計與比選</p><p><b>　　2.1 概述</b></p><p>　　當前，我國公路以及道路的建設正火熱地進行，國家對涉及民生的基礎設施建設投入巨大，同時高速公路等高等級公路將成為我國經(jīng)濟建設的主動脈，其通暢、安全也將直接關

25、系到國計民生。</p><p>　　高等級公路中的橋梁對結構品質(zhì)有較高的要求，即連續(xù)性好、伸縮縫構造少等，以提供高速度、高平穩(wěn)、高舒適的行車條件。與相同跨徑的簡支梁橋相比，預應力混凝土連續(xù)體系梁橋由于具有小變形、大剛度、伸縮縫少、行車舒適平穩(wěn)等許多優(yōu)點，因而常常被選為高速橋梁的首要方案。然而這種橋梁施工工藝比較復雜、設備（材料）投入量較大，在中等跨度橋梁的建設中不占太大優(yōu)勢。</p><p&g

26、t;　　此外，近年來，隨著各國工程技術、經(jīng)濟實力以及交建的速度發(fā)展，出現(xiàn)了大批量的長橋。這些橋梁對跨徑大多沒有特別的要求，從而選用經(jīng)濟性較適合的中、小跨徑橋。由于簡支梁可以批量預制，連續(xù)梁又有較大的優(yōu)點，所以人們希望將兩者有機的結合起來，以加快建設速度，精簡施工工序。</p><p>　　2.2 橋跨布置與體系選擇</p><p>　　橋梁工程設計的基本目標是使設計的橋梁具有適用性、舒適性

27、、安全性、經(jīng)濟性、先進性，并能很好的與周圍的景致相協(xié)調(diào)。為實現(xiàn)這個目標，設計的時候需要開展深入的現(xiàn)場勘測和調(diào)查分析，取得準確的地質(zhì)資料、水文資料和其它相關資料作為設計的依據(jù)。對于每一種可能的橋位方案，盡可能設計出多種基本滿足建橋條件的可行橋式方案，然后通過初步比較篩選，排除一些能較為不足的方案，保留幾個各具特色，又有優(yōu)勢，而一時難以取舍的方案，作更進一步研究和比較。</p><p>　　不同的橋型方案提供了不同的

28、經(jīng)濟技術指標，其中包括：主要材料及機具用量、勞動力的數(shù)量、施工的條件、工期的長短、養(yǎng)護的難易程度、運營條件等。為了獲得這些指標，在通常的情況下，可以先擬定各方案的結構主要尺寸，擬定墩臺基礎及橋跨的施工方案，然后利用已掌握的資料分析，經(jīng)過認真的評價比選工作，最后確定出一個經(jīng)濟技術多方面都比較理想的方案，對其橋跨、墩臺基礎等進行詳細的結構設計。</p><p>　　一般說來，設計的經(jīng)濟性應重點考慮，但是一個工程材料用

29、量少，造價低廉，設備要求簡單的方案并不一定是最佳方案，所以在選擇方案時候，需要根據(jù)橋梁使用條件、施工工藝等結合各方面綜合考慮。</p><p>　　橋跨的布置與體系的選擇是橋梁結構設計的重要內(nèi)容之一，它直接影響結構的使用功能、安全、經(jīng)濟和美觀。這一步需要解決的問題包括：確定橋梁分孔布置、橋梁孔徑、確定橋下凈空和橋梁標高以及合理選擇結構形式等。</p><p>　　首先要確定橋梁孔徑?？绾訕?/p>

30、的橋梁孔徑一般根據(jù)水文計算確定，并應當滿足《規(guī)范》的相關規(guī)定。根據(jù)已有建橋中的成熟經(jīng)驗，設計中應根據(jù)河床的最大允許沖刷深度，盡量縮短橋梁的總體長度，來節(jié)約總造價。</p><p>　　橋梁標高對于中小橋梁，一般由線路選線時規(guī)定，但對于橋下有通航的大跨度橋梁來說，往往由通航要求決定?？偟恼f來，梁底的標高要保證橋下排洪和通航的要求，梁面的標高既要考慮結構本身的高度，又要考慮兩岸引橋經(jīng)濟路堤高度以及取土難易和規(guī)范對線路

31、縱向坡度的要求。</p><p>　　根據(jù)以上所述，結合本橋的實際情況和具體要求，選取兩種結構形式如下。</p><p>　　2.3 預應力普通混凝土連續(xù)梁橋</p><p><b>　　2.3.1橋型介紹</b></p><p>　　預應力普通混凝土連續(xù)梁橋，結構是把連續(xù)梁在中間的支座處固結，減小了梁支座處的負彎矩，增

32、強其整體性；施工轉換方便、較少的伸縮縫、行車舒適安逸、順橋向抗彎剛度以及橫橋向抗扭剛度較大、受力性能比較好，順橋方向抗推剛度小，對溫度變化、混凝土收縮徐變和地震均有利，是一種比較有競爭力的橋型。</p><p><b>　　2.3.2尺寸擬定</b></p><p><b>　?、?橋跨布置</b></p><p>　　預

33、應力混凝土連續(xù)梁橋的橋跨布置為等跨布置，其布置如圖2-1所示。本</p><p>　　圖2-1 橋位布置圖（等截面連續(xù)梁橋）</p><p>　　橋采用三跨式預應力連續(xù)箱梁結構，其橋孔布置為43.2m+43.2m+43.2m。橫向兩車道布設，左側1m路肩，右側3m路肩。</p><p><b>　?、诮孛娉叽?lt;/b></p>&

34、lt;p>　　等截面連續(xù)梁橋的橋墩采用柱式橋墩，基礎采用灌注群樁基礎，詳細信息見下圖。 </p><p>　　圖2-2 橋梁平面布置圖（等截面連續(xù)梁橋）</p><p>　　連續(xù)梁橋截面采用單箱單室形式，梁高4m，橫向12.5m，箱梁頂板厚30cm，梁中底板厚25cm，支座處底板厚30cm，腹板厚60cm，頂部承托采用1：2的比例，高度為30cm×60cm；底部采用1：

35、1的比例,高度為30cm×30cm。細部構造圖如圖2-3所示。</p><p>　　圖2-3 橋梁橫斷面布置圖（等截面連續(xù)梁橋）</p><p><b>　　③下部結構</b></p><p>　　從結構受力性能方面考慮，連續(xù)梁橋采用梁體之間的固結來減小主梁在跨中的彎矩，同時來減小橋墩的結構尺寸；結構受力較為合理、性能比較優(yōu)越。此橋

36、橋墩采用圓柱式橋墩，直徑1.5m，中間位置設置1×0.8m橫系梁，基礎為鉆孔灌注群樁。</p><p>　　圖2-4 橋梁橫系梁布置圖（等截面連續(xù)梁橋）</p><p>　　2.3.3施工方法設計</p><p>　　普通混凝土連續(xù)梁橋因梁體固結，又因跨徑較小，高度不高，因此其最佳施工方法為滿堂支架施工法施工，對于本橋采用此方法施工。</p>

37、<p>　　2.3.4工程量估算</p><p>　　主梁選用C50混凝土，墩身選用C30混凝土，預應力鋼筋12-75低松弛鋼絞線，普通鋼筋用HRB335鋼筋。</p><p>　　主梁混凝土用量：橋梁半幅截面平均面積為11.80,則全橋每延米混凝土用量為23.6，總用量為3058.56。</p><p>　　普通鋼筋用量：滿足截面最小配筋率，普通鋼筋

38、截面面積換算為0.0472，全橋總長129.6m，則鋼材用量為6.2。</p><p>　　墩身混凝土用量：墩身截面面積為7.1（四根）,橋墩每延米混凝土用量為7.1。</p><p>　　2.4 拱梁組合體系橋</p><p><b>　　2.4.1橋型介紹</b></p><p>　　拱橋在我國公路上建設上使用較為廣

39、泛。拱橋與梁橋有一定的區(qū)別，一方面兩者外形不同，另一方面兩者的受力特點也有一定的差別。由力學知，拱橋在受到豎向荷載的作用下，兩端將產(chǎn)生很大水平推力。正是由于這個水平推力，使拱內(nèi)產(chǎn)生軸向壓力，從而減小了拱圈截面彎矩，使之成為偏心受壓構件，截面上的分布的應力與受彎梁上的應力相比，較為均勻。因此，可以充分發(fā)揮出主拱截面材料的強度，使跨越能力大大提高。</p><p><b>　　2.4.2尺寸擬定</b

40、></p><p><b>　　① 橋跨布置</b></p><p>　　由于此橋為旱地橋，所以不考慮橋下通航問題，橋跨布置為36m+79.2m+24m，總長為139.2m。拱上建筑為9跨等長的普通混凝土空心板，其布置圖如下圖所示。</p><p>　　圖2-5 橋型布置圖（上承式空腹式拱橋）</p><p>&

41、lt;b>　?、诮孛娉叽?lt;/b></p><p>　　主拱圈采用了等截面矩形普通鋼筋混凝土箱型截面，拱上采用預制等長度簡支板，跨徑為8.8m，擬采用普通鋼筋混凝土空心板，根據(jù)經(jīng)驗初步擬定其細部構造圖，如下圖所示。</p><p>　　圖2-6 橋梁平面圖（上承式空腹式拱橋）</p><p><b>　?、巯虏拷Y構</b>&l

42、t;/p><p>　　拱上立柱采用圓柱形墩身上加鋼筋混凝土蓋梁，主拱圈基礎采用群樁基礎。</p><p>　　圖2-7 橋梁行車道板橫斷面圖（上承式空腹式拱橋）</p><p><b>　?、芄叭?lt;/b></p><p>　　拱圈采用單箱三室型結構，拱圈寬9m，高1.3m，其結構圖如圖所示。</p><

43、p>　　圖2-8 橋梁拱圈橫斷面圖（上承式空腹式拱橋）</p><p>　　2.4.3施工方法設計</p><p>　　主拱圈的施工，常見的施工方法有現(xiàn)場澆筑法、預制安裝法、轉體施工法……，對于此橋，考慮到施工環(huán)境的影響，采用預制吊裝法。拱上建筑橋面板采用預制安裝法，以縮短工期。</p><p>　　2.4.4拱橋部分工程量估算</p><

44、;p>　　主拱圈采用C40的普通鋼筋混凝土，拱上建筑柱身采用C40鋼筋混凝土，橋面空心板采用C40鋼筋混凝土。鋼筋為HRB335鋼筋。</p><p>　　主拱圈混凝土用量：主拱圈箱型截面面積為4.46,主拱圈混凝土用量約為348。</p><p>　　橋面空心板混凝土用量：一塊空心板截面面積為0.7，則總用量為555。</p><p>　　墩身混凝土用量：墩

45、身混凝土用量約為90。</p><p>　　鋼筋用量：由于沒進行內(nèi)力計算，只能按照截面配筋率大致估算，估算平均截面配筋率為0.2%。</p><p><b>　　2.5參考設計規(guī)范</b></p><p>　　1.《公路工程技術標準》(JTG B01-2003)</p><p>　　2.《公路路線設計規(guī)范》(JTG D2

46、0-2006)</p><p>　　3.《公路橋涵設計通用規(guī)范》（JTG D60-2004）</p><p>　　4.《公路圬工橋涵設計規(guī)范》（JTG D61-2005）</p><p>　　5.《公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范》（JTG D63-2007）</p><p>　　6.《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》(JTG D62-2

47、004)</p><p>　　兩種橋型基本情況分析完畢，所選方案詳細信息見下表。</p><p>　　2.6橋梁設計最終方案確定</p><p>　　1．該橋位地形大致成V字形，地質(zhì)情況良好，基本能夠滿足拱橋?qū)Φ鼗囊?。修建拱橋可以一跨跨過溝谷，避免了修建高大橋墩，減少了下部構造工程量及造價。</p><p>　　2．第二方案采用上承式拱。

48、主拱采用分段預制，纜索吊裝的施工技術，吊裝重量較小，不需要大型吊裝設備。主梁采用8.8米的空心板，采用預制安裝。整座橋施工速度較快，工期較短，施工技術較成熟。</p><p>　　3．第一方案采用單跨為43.2米的連續(xù)梁橋，其預應力鋼筋用量較大，使橋梁造價增大。且施工過程中要施加較多預應力，使施工較為復雜，又因運用掛籃懸臂澆注施工，使其工期較長。</p><p>　　4．拱橋主要承受軸向方

49、面的壓力，不會因為混凝土的收縮徐變從而導致過大的撓曲，這對于運營多年后的高速行車比較有利。且拱橋超載潛力較大，這適應未來交通發(fā)展較快的要求特點。且其耐久性能較好。綜合經(jīng)濟指標較好。選用第二種方案（上承式拱橋）為本橋的設計方案。</p><p>　　第三章 主拱圈設計計算及驗算(手算)</p><p>　　圖3-1 橋型布置圖</p><p><b>　　

50、3.1設計資料</b></p><p>　　設計荷載 公路 —Ⅰ級汽車荷載</p><p>　　設計時速 100km/h</p><p>　　橋面凈寬 凈12.5m （從左至右0.5+1+3.75+3.75+3+0.5）</p><p>　　凈跨徑

51、 </p><p>　　凈矢高 </p><p>　　凈矢跨比 </p><p>　　拱圈厚度 </p><p>　　拱圈寬度 </p><p>　　拱圈材料重力密度 </p>&l

52、t;p>　　箱梁為C40混凝土現(xiàn)澆梁，其強度設計值為15.64MPa, 砌體，C40混凝土彈性模量為3.25×10。拱上建筑采用的是跨徑為8.8m的混泥土空心板，。</p><p>　　假定拱軸系數(shù)m=1.347，（為拱軸線1/4拱跨處坐標，為計算矢高）。</p><p>　　拱軸線拱腳處切線與水平線交角[4216.84/1000x(1/6)]=</p>&l

53、t;p>　?。?994年拱橋手冊上冊附表（III-2），sin=0.575,cos=0.8182。</p><p>　　參考文獻：《公路橋涵設計手冊，拱橋（上冊）》（1994年），簡稱《1994年手冊》。</p><p>　　3.2 拱圈幾何力學性質(zhì)</p><p>　　拱圈截面如圖3-2所示，其幾何力學性質(zhì)如表2-1所示。</p><p&

54、gt;　　拱圈截面為C40混凝土現(xiàn)澆。</p><p>　　圖3-2 箱型拱截面（尺寸單位：cm） </p><p>　　拱圈截面幾何性質(zhì)計算表 表3-1</p><p>　　截面面積 A=4.46m</p>&

55、lt;p>　　截面重心至底邊的距離 y=s/A=2.899/4.46=0.65</p><p>　　截面重心至頂邊的距離 y=1.3-0.65=0.65m</p><p>　　截面對重心軸的慣性矩 I= I+ I-A y=1.08098+1.88435-4.46×0.65=1.08098m4</p><p><b>　　截面回轉半徑

56、 </b></p><p><b>　　計算跨徑 </b></p><p><b>　　計算矢高 </b></p><p><b>　　計算矢跨比 </b></p><p><b>　　拱軸線長度 </b></p>

57、;<p>　　[見《1994年手冊》附表Ⅲ-8]</p><p>　　拱圈幾何性質(zhì)表 表3-2 </p><p>　　注：（1）第7欄為截面重心至截面下緣豎直距離；</p><p>　?。?）本表截面半拱分為12段，與《1994年手冊》附錄圖Ⅲ-1對照，本表截面號的2倍為《1994年手冊》附錄圖Ⅲ-1的截面號，例如

58、本截面號2，相當于附錄圖Ⅲ-1內(nèi)為截面號4；</p><p>　　（3）第2欄自《1994年手冊》附表（Ⅲ）-1查得，第4欄自附表（Ⅲ）-2查得tan,再求cos。</p><p>　　3.3 確定拱軸系數(shù)</p><p>　　拱軸線系數(shù)按假定的尺寸驗算，先求拱的自重壓力線在拱跨1/4點的縱坐標y1/4與矢高f0 的比值y1/4/ f0,如該值與假定值0.24（m=

59、1.347）相符合，則可以確定為拱軸系數(shù)；否則，另行假定拱軸系數(shù)，直至假定與驗算的結果相符。</p><p><b>　　可按下式求得：</b></p><p><b>　　(2-1)</b></p><p>　　式中： ————拱軸線中拱跨1/4點的坐標；</p><p>　　————拱軸線計算矢

60、高；</p><p>　　———拱的自重作用下，半拱的自重對拱跨點彎矩；</p><p>　　———拱的自重作用下, 半拱的自重對拱腳的彎矩;</p><p>　　1）立柱和以上結構自重對1/4跨、拱腳的彎矩</p><p>　　a)立柱位置按表3-3所示</p><p>　　立柱位置計算

61、 表3-3</p><p><b>　　b）立墻處y1計算</b></p><p>　　c)中間插入值計算（見表3-3）</p><p>　　d）立柱及墩帽高度計算</p><p>　　以下計算中，650mm為跨中拱圈中線至拱圈上緣的距離，600mm為墩帽高度，見圖3-1</p><p>

62、　　立柱底至墻帽頂高度 </p><p>　　P1 h=8411+1250-757=8904mm</p><p>　　P2 h=3866+1250-695=4421mm</p><p>　　P3 h=1429+1250-666=2013mm</p><p>　　P4 h=222+1250-653=819mm</p>&

63、lt;p>　　立柱及墩帽高度計算 表 3-4</p><p>　　e）拱上建筑自重及其對1/4跨、拱腳彎矩。每2個立柱傳至拱圈的自重</p><p>　　緣石、欄桿，每側1.44+1.25=2.69kN/m，兩側2×2.69=5.38kN/m，立柱縱向間距為8.8m，每2個立柱下壓力為8.8×5.38=47.344kN。</p>

64、;<p>　　10cm橋面鋪裝，24 0.1×12.5×8.8×24=264kN</p><p>　　1cm防水層，0.2， 0.01×12.5×8.8×0.2=0.22kN</p><p>　　0.6m厚空心板，空心折減率0.7， 0.6×13.5×8.8×0.7×25

65、=831.6kN</p><p>　　墩帽，鋼筋混凝土結構，兩端挑出。</p><p>　　12.5×0.6×25=187.5kN</p><p>　　2×0.5×（0.4+0.6）×0.8×25=20kN</p><p>　　2×0.16×0.35×2

66、5=2.8kN</p><p>　　柱身，柱帽和柱身總高h，墩帽挑出端高0.6m；墩身寬0.7m，厚0.8m；墩身高（h-0.6）m。</p><p>　　混凝土結構，橫向每2個立柱其自重為</p><p>　　2×0.7×0.8×（h-0.6）×24=26.88（h-0.6）kN</p><p>　　

67、--（5）項合計1353.464kN</p><p>　　(6)項自重見表3-5</p><p>　　拱上建筑自重及其對1/4跨、拱腳彎矩 表3-5</p><p>　　2）拱圈半拱懸臂自重作用下，1/4跨和拱腳的剪力和彎矩。拱圈截面面積應該采用幾何截面面積，自《1994年手冊》附表（III）-19（6），拱圈半拱懸臂自重作用下1/4跨和

68、拱腳的彎矩M1/4、Ms為：</p><p><b>　　=[表值] </b></p><p><b>　　=[表值] =</b></p><p><b>　　=[表值]</b></p><p><b>　　=[表值] =</b></p>&

69、lt;p><b>　　3）以上計算合計</b></p><p>　　=176329.564kN.m</p><p>　　=42784.461kN.m</p><p>　　/=0.242639181,m=1.347時相應,計算值0.2426接近該值，所以假設m值是正確的。</p><p>　　3.4 不計入彈性壓縮的

70、自重水平推力</p><p>　　176329.564/12.12=14548.644kN</p><p>　　3.5 彈性重心位置、彈性壓縮系數(shù)和拱自重彈性壓縮水平推力</p><p>　　彈性中心離拱頂距離ys,可從《1994年手冊》附表（Ⅲ）-3求得。</p><p>　　按《1994年手冊》,彈性壓縮系數(shù)可從附表（Ⅲ）-9和附表（Ⅲ）

71、-11求得。</p><p>　　按《1994年手冊》公式（4-18），由彈性壓縮引起彈性中心的贅余力（推力為正，拉力為負）為：</p><p>　　I——彎曲平面截面慣性矩</p><p><b>　　A——截面面積</b></p><p>　　γ——截面繞X軸回轉半徑</p><p><

72、b>　　f0——計算矢高</b></p><p><b>　　3.6 自重效應</b></p><p><b>　　3.6.1拱頂截面</b></p><p>　　[《1994年手冊》公式（4—25）]</p><p>　　計入彈性壓縮的水平推力：</p><p

73、><b>　　軸向力：</b></p><p><b>　　彈性壓縮彎矩：</b></p><p>　　本例中假定的拱軸系數(shù)符合不考慮彈性壓縮的壓力線，在自重作用下，只有彈性壓縮彎矩。</p><p>　　3.6.2 拱腳截面</p><p><b>　?。▂1見表3-2）</

74、b></p><p><b>　　（見表3-2）</b></p><p>　　計入彈性壓縮的水平推力</p><p><b>　?。ㄍ绊斀孛妫?lt;/b></p><p><b>　　軸向力：</b></p><p><b>　　彈性壓縮彎

75、矩：</b></p><p>　　3.7公路—Ⅰ級汽車荷載效應</p><p>　　公路—Ⅰ級汽車荷載加載于影響線上時，其中均布荷載為q=10.5kN/m；集中荷載當計算跨徑為8.8m時，=180kN，當為50m及以上時，=360kN. 本設計跨徑為72.7475m, =360kN。</p><p>　　拱圈寬度設計為9.00m，布設雙車道公路—Ⅰ級汽車

76、荷載。按《公路圬工橋涵設計規(guī)范》，拱上建筑采用柱式墩。</p><p>　　3.7.1 汽車荷載沖擊力</p><p>　　按《通規(guī)》條文說明公式（4-7）、（4-8），自振頻率計算公式如下：</p><p>　?。?.2） 拱橋 （3.3）</p><p>　　式中：—自振頻率（Hz）；</p><p>

77、;<b>　　—頻率系數(shù)；</b></p><p><b>　　—計算跨徑，；</b></p><p>　　—結構材料彈性模量（）,；

78、 </p><p>　　—結構跨中截面慣性矩，以計，；</p><p>　　—結構跨中位置的單位長度質(zhì)量，以計，主拱圈結構跨中位置自重為</p><p>　　[7.7056見表2-1]，換算為質(zhì)量，其值為</p>

79、<p><b>　　—拱矢跨比，</b></p><p>　　按《通規(guī)》第4.3.2條，當f<1.5Hz時，沖擊系數(shù)，據(jù)此，汽車均布荷載為1.05×2×10.5=22.05 kN/m,集中荷載1.05×2×360=756kN/m，以上荷載用于全部拱圈計算。</p><p><b>　　3.7.2拱頂截

80、面</b></p><p>　　為了布設公路—Ⅰ級均布荷載，拱頂截面需考慮彈性壓縮的彎矩及其相應的軸向力影響線面積，可自《1994年手冊》附表（Ⅲ）-14（12）查得，其值為：</p><p>　　彎矩影響線面積=[表值] =[表值]；</p><p>　　相應的軸向力影響線面積=[表值]=[表值]。</p><p>　　為了加載

81、公路—Ⅰ級集中荷載，拱頂截面不考慮彈性壓縮的彎矩影響線坐標及與其相應的軸向力（拱頂即為水平推力）的影響線坐標可自《1994年手冊》附表（Ⅲ）-13（6）和附表（Ⅲ）-12（2）分別查取最大正負彎矩（絕對值）影響線坐標和相應的水平推力影響坐標，其值為：</p><p>　　彎矩影響線坐標=[表值]=[表值]</p><p>　　相應的水平推力影響線坐標=[表值]=[表值]=[表值]</

82、p><p>　　上述計算數(shù)據(jù)見表3-6</p><p>　　拱頂截面彎矩及其相應的軸向力影響線面積和坐標 表3-6</p><p>　?。╝） 拱頂截面正彎矩</p><p>　　均布荷載作用下考慮彈性壓縮的彎矩</p><p>　　=22.05×31.383=691.995kN.m</p>

83、;<p>　　相應的考慮彈性壓縮的軸向力</p><p>　　=22.05×26.991=595.152kN</p><p>　　集中荷載作用下不考慮彈性壓縮的彎矩</p><p>　　=756×3.576=2703.456kN.m</p><p>　　相應的不考慮彈性壓縮的水平推力</p>&

84、lt;p>　　=756×1.396=1055.376kN.m</p><p>　　彈性壓縮附加水平推力</p><p><b>　　彈性壓縮附加彎矩</b></p><p>　　考慮彈性壓縮的水平推力</p><p><b>　　考慮彈性壓縮的彎矩</b></p>&l

85、t;p>　　（b）拱頂截面負彎矩</p><p>　　均布荷載作用下考慮彈性壓縮的彎矩</p><p>　　=-22.05×27.943=-616.143kN.m</p><p>　　相應的考慮彈性壓縮的軸向力</p><p>　　=22.05×27.947=616.231kN.m</p><p&

86、gt;　　集中荷載作用下不考慮彈性壓縮的彎矩</p><p>　　=756×（-0.909）=-687.204kN.m</p><p>　　相應的不考慮彈性壓縮的水平推力</p><p>　　=756×0.6285=475.146kN.m</p><p>　　彈性壓縮附加水平推力</p><p>&

87、lt;b>　　彈性壓縮附加彎矩</b></p><p>　　考慮彈性壓縮水平推力</p><p><b>　　考慮彈性壓縮的彎矩</b></p><p><b>　　3.7.3拱腳截面</b></p><p>　　為了加載公路—I級均布荷載，拱腳截面考慮彈性壓縮的彎矩及其相應的軸向

88、力影響線面積，可自《1994年手冊》附表（Ⅲ）-14（12）查得，其值為：</p><p>　　彎矩影響線面積M=[表值]×=[表值]×72.7475</p><p>　　相應的軸向力影響線面積=[表值]=[表值]×72.7475。</p><p>　　為了加載公路—Ⅰ級集中荷載，拱腳截面不考慮彈性壓縮的彎矩影響線坐標及與其相應的水平推

89、力和左拱腳反力的影響線坐標（拱腳反力不受彈性壓縮影響，沒有彈性壓縮附加力）可自《1994年手冊》附表（Ⅲ）-13（10）、附表（Ⅲ）-12（2）和附表（Ⅲ）-7（2）分別查取最大正負彎矩（絕對值）影響線坐標、相應的水平推力影響坐標和左拱腳反力影響線坐標，其值為：彎矩影響線坐標=[表值]=[表值]×72.7475；相應的水平推力影響線坐標=[表值]×=[表值]×72.7475/12.12=[表值]6；左拱腳反

90、力影響線坐標=[表值]。</p><p>　　拱腳截面彎矩及其相應的水平推力和</p><p>　　左拱腳反力影響線面積和坐標表 表3-7</p><p>　　(a） 拱腳截面正彎矩</p><p>　　均布荷載作用下考慮彈性壓縮的彎矩</p><p>　　=22.05×92.8

91、25=2046.791kN.m</p><p>　　相應的考慮彈性壓縮的軸向力</p><p>　　=22.05×37.688=831.020kN</p><p>　　集中荷載作用下不考慮彈性壓縮的彎矩</p><p>　　=756×3.602=2723.112kN.m </p><p>　　相應

92、的不考慮彈性壓縮的水平推力</p><p>　　=756×14.286=10800.216kN</p><p>　　彈性壓縮附加水平推力</p><p><b>　　彈性壓縮附加彎矩</b></p><p>　　考慮彈性壓縮的水平推力</p><p><b>　　考慮彈性壓縮的

93、彎矩</b></p><p><b>　　與相應的左拱腳反力</b></p><p>　　=1.2×756×0.29106=264.050kN(《通規(guī)》第4.3.1條規(guī)定，集中荷載計算剪力時，乘以1.2)</p><p><b>　　軸向力</b></p><p>　

94、　(b）拱腳截面負彎矩</p><p>　　均布荷載作用下考慮彈性壓縮的彎矩</p><p>　　=-22.0584.781=-1869.421kN.m</p><p>　　相應的考慮彈性壓縮的軸向力</p><p>　　=22.0528.194=621.678kN</p><p>　　集中荷載作用下不考慮彈性壓縮的彎

95、矩</p><p>　　=-7564.669=-3529.764kN.m</p><p>　　相應的不考慮彈性壓縮的水平推力</p><p>　　=7564.418=3340kN</p><p>　　彈性壓縮附加水平推力</p><p><b>　　彈性壓縮附加彎矩</b></p>

96、<p>　　考慮彈性壓縮水平推力</p><p><b>　　考慮彈性壓縮的彎矩</b></p><p><b>　　與相應的左拱腳反力</b></p><p>　　=1.27560.93975=852.541kN(《通規(guī)》第4.3.1條規(guī)定，集中荷載計算剪力乘以1.2)</p><p>

97、<b>　　軸向力</b></p><p>　　3.7.4. 拱頂、拱腳截面汽車效應標準值匯總 </p><p>　　拱腳、拱頂截面汽車效應標準值匯總表 表3-8 </p><p>　　注：《規(guī)范》第5.1.1拱頂計算正彎矩時應乘以0.7折減系數(shù);拱腳截面乘以0.9折減系數(shù)；拱跨1/4點至拱腳，用直線插入法確定。</p

98、><p>　　3.8 溫度作用和混凝土收縮作用效應</p><p>　　1）當?shù)貧v年最高日平均溫度為33,最低日平均溫度為-5，按《通規(guī)》第4.3.10條條文說明。</p><p><b>　　結構最高溫度為：；</b></p><p><b>　　結構最低溫度為：</b></p><

99、;p><b>　　。</b></p><p>　　封拱溫度預計在10~15之間。在合攏以后，結構升溫33.4-10=23.4，降溫15+2=17。</p><p>　　按《1994年手冊》公式（4-32），溫度變化引起的彈性贅余力為：</p><p>　　= </p><p&g

100、t;　　式中： —混凝土線膨脹系數(shù)，按《規(guī)范》表3.3.5-3，=0.00001；</p><p>　　△—溫度變化值，℃；</p><p>　　—拱的計算跨徑，=72.7475m；</p><p>　　—自《1994年手冊》表（Ⅲ-5）查取</p><p>　　—系數(shù)，見第5款，=0.015885。</p><p>

101、　　以上計算是溫度變化1時，全拱寬的彈性中心贅余力，升溫取正值，降溫取負值。按《規(guī)范》第5.1.8條，溫度效應已在上式乘以0.7折減系數(shù)。</p><p>　　溫度上升23.4，=23.4×16.4114=384.027kN</p><p>　　溫度下降17，=-17×16.4114=-278.994kN</p><p>　　溫度變化引起的截面作

102、用效應見《1994年手冊》公式（4-33）、公式(4-34)。</p><p>　　拱頂截面溫度上升引起的軸向力、彎矩和剪力</p><p>　　拱頂截面溫度下降引起的軸向力、彎矩和剪力</p><p>　　拱腳截面溫度上升引起的軸向力、彎矩和剪力</p><p>　　拱腳截面溫度下降引起的軸向力、彎矩和剪力</p><p

103、>　　2)混凝土收縮效應是永久效應，其計算方法和降溫作用相同。本設計為現(xiàn)澆構件和預制構件組合體?，F(xiàn)設各構件在合攏時的平均齡期為90天，這樣可以利用《公路預應力混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》 （JTG D62-2004）表6.2.7計算求得混凝土應變最終值。設橋梁地處環(huán)境的年平均相對濕度為80%。理論厚度為h=2A/u,其中：A=4.46m2,u=[9+9+1.3+1.3+3×（2.8+2.8+1+1）]=43.4m(

104、u:構件與大氣接觸的周邊長度。)看圖2-2。</p><p>　　h=2A/u=24.46/43.4=0.206m=206mm</p><p>　　,相對于降溫18.94℃。如果拱在合攏時的各構件平均齡期大于90天，則可按《JTG D62-2004規(guī)范》附錄F計算。</p><p>　　混凝土收縮在彈性中心贅余力HS</p><p>　　上式

105、計算中，按《規(guī)范》第5.1.8條規(guī)定，混凝土作用效應已乘以0.45。</p><p>　　拱頂截面由于混凝土收縮引起軸向力Ns、彎矩Ms、和剪力Vs.</p><p>　　拱腳截面由于混凝土收縮引起軸向力Ns、彎矩Ms、和剪力Vs。</p><p>　　3.9 整體“強度-穩(wěn)定”驗算用的荷載效應</p><p>　　按《規(guī)范》第5.1.1條規(guī)

106、定，由于不考慮拱上建筑與拱圈的聯(lián)合作用，所以考慮全部永久作用和活載作用驗算“強度-穩(wěn)定”。</p><p>　　1）《規(guī)范》公式（5.1.4）內(nèi)，其中永久作用水平推力，自第6款第1項，可得計入彈性壓縮的自重水平推力Hg=14288.602kN,軸向Hg=14288.602/ =14288.602/cos18.428o=15060.940kN，其中</p><p>　　2)《規(guī)范》公式（5.

107、1.4）內(nèi)，其中汽車均布荷載水平推力在拱上產(chǎn)生的推力影響線面積，按《1994年手冊》附表（Ⅲ）—14（12），取1/4拱跨處與相應的H影響線面積與相應的H影響線面積之和。</p><p>　　即（0.04043+0.08534）=0.1257772.74752/12.12=54.917。</p><p>　　汽車均布荷載的水平推力為：Hg=54.917×22.05=1210.92

108、0kN。</p><p>　　軸向力Ng=1210.920/cos18.4280=1276.370kN。</p><p>　　3)按《規(guī)范》公式（5.1.4），其中汽車集中荷載產(chǎn)生的水平推力，可按《1994年手冊》附表（III）-12（2），取拱頂不考慮彈性壓縮的水平推力影響線坐標，即0.23262×=0.23262×6=1.39572。汽車集中荷載不考慮彈性壓縮水平推

109、力為：H1=1.39572×756=1055.164kN。</p><p>　　汽車集中荷載考慮彈性壓縮的水平推力為：</p><p><b>　　軸向力</b></p><p>　　4）按《規(guī)范》第5.1.4條第2款，軸向力偏心距可取水平推力計算時同一荷載布置的拱跨1/4處彎矩設計值除以軸力設計值。假定永久荷載不考慮彈性壓縮的自重壓

110、力線與拱軸線符合，永久荷載產(chǎn)生的彎矩為彈性壓縮水平推力</p><p>　　產(chǎn)生的彎矩，在拱跨1/4處，其值為：</p><p>　　5）按《規(guī)范》第5.1.4條第2款，軸向力偏心距可取水平推力計算時同一荷載布置的拱跨1/4處彎矩設計值除以軸力設計值。汽車均布荷載作用下，拱跨1/4處正負彎矩影響線面積，按《拱橋手冊》附表（III）-14（12）為：</p><p>

111、　?。?.00905-0.00944）×2=-0.00039×72.74752=-2.064。汽車均布荷載彎矩：M=-2.064×22.05=-45.511kN.m。汽車集中荷載作用下，按《拱橋手冊》附表（III）-13（8），1/4跨不考慮彈性壓縮的拱頂?shù)膹澗赜绊懢€坐標為：-0.02001=0.02001×72.7475=1.456。</p><p>　　彎矩為：=1.4

112、56×756=1100.736kN，</p><p>　　考慮彈性壓縮的彎矩為：</p><p>　　汽車荷載彎矩合計為：M=-(45.511+1081.061)=-1126.575kN.m</p><p>　　6）按第9款第1）項，溫度上升贅余力=384.027kN，溫度下降贅余力為-278.994kN。溫度作用軸向力為：</p><

113、p>　　溫度上升 N=384.027/cos=384.027/cos18.428o=404.784kN</p><p>　　溫度下降 N=-278.994/cos=-278.994/cos18.428o=-294.074kN</p><p>　　溫度作用的偏心距計算，可先計算溫度作用下1/4跨彎矩，然后除以相應軸向力。溫度作用下1/4跨彎矩為：</p><p&

114、gt;　　溫度上升M=0.7=0.7×404.784×（2.9088-4.1722）=-357.983kN.m</p><p>　　溫度下降 M=—0.7 =-0.7×294.074×（2.9088-4.1722）=-260.073kN.m</p><p>　　8)按第9款2）項，混凝土收縮贅余力為，混凝土收縮軸向力</p><

115、p>　　N= -199.82/cos18.428o=-210.620kN</p><p>　　混凝土收縮作用的偏心距計算，可先計算混凝土收縮作用下1/4彎矩，然后除以相應軸向力?；炷潦湛s作用下1/4彎矩為：</p><p>　　3.10 拱腳截面直接抗剪強度驗算用的荷載效應</p><p>　　3.10.1自重剪力</p><p>　

116、　自重產(chǎn)生的左拱腳反力，自表3-5第4欄及第3款第2)項知,拱上建筑為5783.643kN，拱圈自重為4170.114kN，合計=9953.757kN.</p><p>　　自重產(chǎn)生的左拱腳考慮彈性壓縮的水平推力，自第6款第1）項可得，Hg=14288.602kN</p><p><b>　　自重剪力為： </b></p><p>　　=sin

117、-cos=14288.6020.575-9953.7570.8182=71.782kN</p><p>　　3.10.2 汽車荷載</p><p>　　汽車荷載考慮彈性壓縮的水平推力影響線面積按《1994年手冊》附（Ⅲ）-14（12），可取拱頂處,與相應的水平推力的影響線面積和與相應的水平力影響線面積之和，即。汽車均布荷載產(chǎn)生的考慮彈性壓縮的水平推力為: 54.96122.05=1211.

118、890kN.</p><p>　　汽車集中荷載不考慮彈性壓縮的水平推力影響線坐標，按《1994年手冊》附表（Ⅲ）-12（4），其最大值為：0.23262=0.23262×72.7475/12.12=1.396。汽車集中荷載產(chǎn)生的不考慮彈性壓縮的水平推力為：=1.396756=1055.376kN；考慮彈性壓縮的水平推力為：</p><p>　　汽車荷載考慮彈性壓縮的水平推力為：&

119、lt;/p><p>　　=1211.890+1036.512=2248.402kN</p><p>　　汽車均布荷載左拱腳的反力影響線面積，按《1994年手冊》附表（Ⅲ）-14（12），可取拱頂處，與相應的左拱腳反力影響線面積和與相應的左拱腳反力影響線面積之和，即（0.13977+0.36023）=0.5×72.7475=36.37375，汽車均布荷載產(chǎn)生的左拱腳反力為：22.053

120、6.37375=802.041kN。</p><p>　　汽車集中荷載左拱腳反力影響線坐標，在跨中截面（集中荷載設于跨中截面，為的是與求水平推力時一致）坐標按《1994年手冊》附表（Ⅲ）-7（2）為0.5。由汽車集中荷載產(chǎn)生的左拱腳反力為：=1.20.5756=453.6kN（按《通規(guī)》第4.3.1條，集中荷載計算剪力時乘以1.2）。</p><p>　　汽車荷載作用下的左拱腳反力為：&l