重庆交通大学桥梁工程Ⅱ课程设计计算书

桥梁工程II课程设计报告书姓名：专业：桥梁工程学号：班级：教师：2015年6月目录一、设计资料-----------------------------------------------1二、拱圈几何性质-------------------------------------------3三、确定拱轴系数------------------------------------------3四、拱圈弹性中心及弹性压缩系数------------------------------------------------------------10五、主拱圈截面内力计算-------------------------------------------------------------------------105.1恒载内力---------------------------------------------------115.2活载内力---------------------------------------------------115.2.1汽车荷载----------------------------------------------135.2.2温度作用效应------------------------------------------16六、主拱圈截面正截面强度验算---------------------------------------226.1正截面抗压强度验算------------------------------------------236.2拱脚截面直接抗剪强度验算用的荷载效应-----------------------246.2.1自重剪力------------------------------------------------256.2.2.汽车荷载剪力-------------------------------------------------------------------256.3拱脚截面直接抗剪验算------------------------------------------------------------26七、主拱圈稳定性验算-------------------------------------------------------------------------------277.1整体强度稳定性验算用的荷载-------------------------------287.2拱圈整体强度稳定性验算-----------------------------------30八、裸拱圈的强度和稳定性验算-------------------------------------------------------------318.2截面内力---------------------------------------------------328.3裸拱圈的强度及稳定性验算-----------------------------------341一、设计资料（一）、设计题目1：等截面石拱桥设计与计算某空腹式悬链线石拱桥，净跨L0＝60m，f0＝12m，f0/L0=1/5，拱圈采用M12.5砂浆砌筑MU50粗料石，主拱圈厚度按照《桥梁工程（下册）》（上课用教材）自行取值；腹拱圈为圆弧拱，采用M10砂浆砌筑MU40块石，净跨L1＝4.0m，f1＝1.0m，厚度d=0.35m。拱上横墙为横墙式，顺桥向宽0.9m，拱顶填料厚度平均为0.45m。拱上侧墙顶宽0.8m，采用直立式等宽构造。主拱圈和拱上横墙砌筑完成后即拆除拱架。大桥设计标准：公路－II；桥面宽度：净7＋2×0.25m安全护栏。已知：（1）M12.5砂浆砌筑MU50粗料石容重为25kN/m3；（2）M10砂浆砌筑MU40块石容重为24kN/m3；（3）拱上横墙、拱上侧墙容重24kN/m3；（4）拱顶填料、桥面铺装层换算容重19kN/m3；（5）安全护栏：1.0kN/m。（6）年平均最高温度28℃，年平均最低气温2℃，合龙温度15℃。（二）、参考资料（1）中华人民共和国行业标准.公路桥涵设计通用规范（JTGD60-2004）；（2）中华人民共和国行业标准.公路圬工桥涵设计规范（JTGD61-2005）；（3）公路桥涵设计手册《拱桥》上册，人民交通出版社，1994年6月；（4）桥梁计算示例集《拱桥》第二版，人民交通出版社，2000年10月；（5）顾安邦主编，《桥梁工程》（下），人民交通出版社，2000年；（6）其他相关资料。（三）、课程设计实施指导（1）根据选定题目的设计资料，即拱桥跨径、矢跨比、桥面宽度、荷载等级等拟定主拱圈截面高度和宽度及拱上建筑尺寸和布置；（2）按照比例（例如1:1000）绘制立面图和横断面图；2（3）主拱圈截面几何要素计算，例如A、y、I、r等；（4）确定拱轴系数；（5）计算拱圈弹性中心及弹性压缩系数；（6）主拱圈截面内力计算；1）恒载内力计算:一期和二期；2）活载内力计算：汽车和温度；3）荷载组合。（提示：活载、温度等的布置及取值等均按现行桥梁规范执行。）（7）主拱圈截面正截面强度验算；1）正截面抗压强度验算；2）正截面抗剪强度验算。（8）主拱圈稳定性验算；（9）裸拱圈的强度及稳定性验算；1）弹性中心的弯矩和推力；2）截面内力；3）裸拱圈的强度及稳定性验算。（提示：有关强度、刚度及稳定性等计算均按现行桥梁规范执行。）（11）每位学生提交的课程设计成果（计算书）包括：1）按比例绘制的主拱立面、平面及横断面布置图图纸（正式设计图纸格式出图）；2）按上述要求进行的计算过程和计算结果。3二．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桥截面形心的弯矩j和自拱顶至4l跨的恒载对4l跨截面形心的弯矩4l。其比值jl4=fyl4。求得fyl4值后，可由m=1)2(2124lyf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。1.拟定上部结构尺寸（一）主拱圈几何尺寸（1）截面特性1）截面高度d=m·K·,6661.10460002.18.4330ml取d=1.4m2）主拱圈横桥向取1m单位宽度计算，横面面积A=1.1㎡。桥面总宽D=7.5m惯性矩：I=43322867.04.1121121mbh截面抵抗矩：32667.04.161bh6122W2m截面回转半径：m404145.0121.112d(2)计算跨径和计算失高现假定m=2.814,相应的fyl4=0.21。查“拱桥”表（III）-20（8）得拱脚sinj=0.70097,cosj=0.71319计算跨径：m9814.6070097.04.160sinj0dLL计算失高：m2008.12)71319.01(7.012)cos1(2j0dff(3)拱脚截面的投影4水平投影：mdxj77107.070097.01.1sin竖向投影：mdj78451.071319.01.1cosy3）计算主拱圈坐标将主拱圈分为24等份，每份长mll53212.2247711.6024。以拱顶形心处为原点建立直角坐标系，以水平方向为X轴，竖直向下为Y轴正方向拱轴线上各截面的纵坐标1y={表Ⅲ—1值}×f，相应拱背坐标,cos2d-1'1jyy相应的拱腹坐标jyycos2d1'1。其数值见表1-1主拱圈截面坐标表表1-1截面号f/y11ycos2cosd2cosdy12cosdy1123456780112.20080.713190.9815111.2192913.1823130.3853410.8100489.883230.764310.915868.9673710.7990927.8532320.6472897.897440.811000.863137.034318.7605825.321125注：上表第二栏由《拱桥》附录（Ⅲ）表（Ⅲ）-1查得。第4栏由《拱桥》附录（Ⅲ）表（Ⅲ）-20（8）查得。（二）拱上构造尺寸①腹拱圈腹拱圈为圆弧拱，采用M10砂浆砌筑MU40块石，净跨L1＝4.0m，f1＝1.0m，厚度d=0.35m。失跨比=1/4查《拱桥》上册表1-4得：8.0sin6.0cos则：水平投影m28.08.035.0sindx0竖直投影mdy21.06.035.0cos''②腹拱墩顺桥向宽0.9m，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的矩形检查孔。腹拱墩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)()cos11(2''11fddyh，其计算过程及其数据值见表1-230.5084716.203750.852380.821235.382527.0249822.7890140.3908204.768320.888000.788293.980035.5566020.2569050.2919883.562490.917820.762682.799814.3251617.7247860.2100002.562170.942120.743011.819163.3051715.1926770.1432181.747370.961370.728131.019252.4755012.6605680.0903081.101830.976140.717110.384721.8189410.1284590.0502130.612640.986960.70925-0.096611.321897.59634100.0221330.270040.994330.70399-0.433950.974035.06422110.0055060.067180.998600.70098-0.633800.768162.532111200.0000010.70000-0.700000.7000006腹拱墩高度计算表表1-2（三）恒载计算恒载分主拱圈、拱上空腹、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。项目k)(11chkmfy）（1-)1(2shklmfktg11cos2tgh1#横墙26.53140.8731643781.4796643558.6690133060.7659291890.7938889757.17622#横墙21.63140.7119024221.2063898455.4303288670.5596031330.8726536194.00013#横墙16.73140.5506404670.9331153353.0971365580.3953283760.9299672261.70954拱座12.14140.3995807980.677129621.5764416890.2685961190.9657694550.20875空、实腹段分界线12.00140.3949733130.6693217771.5389572920.2650476590.9666234540.17177（1）主拱圈恒载kNDAppk8850.29165.77711.60254.155288.012~0块石脚mkNDlAMMK·130683.42404/5.7257711.604.112614.04224/14/1块石mkNDlAMMkj·8129641.1464/5.7257711.601.152303.0422j块石上式中KjKKMM