源石大桥初步设计-毕业设计计算书

'本科毕业论文（设计）论文（设计）题目：源石大桥初步设计学院：土木工程学院专业：道路与桥梁工程班级：土木112学号：学生姓名：指导教师：2015年5月30日 本科毕业论文（设计）诚信责任书本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文（设计），是在导师的指导下独立进行研究所完成。毕业论文（设计）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。特此声明。论文（设计）作者签名：日期： 目录摘要IAbstractII第一章基本资料、设计要求及技术标准11.1基本资料11.2技术标准11.2.1主要技术指标11.2.2材料及工艺21.3设计总体要求21.3.1拟定桥式方案21.3.2方案比选及评价21.3.3详细拟定推荐方案的结构尺寸31.3.4对结构内力进行详细手算，并结合专业软件进行复核。31.3.5进行配筋设计31.3.6绘图31.3.7工程数量统计31.3.8撰写毕业设计说明书3第二章桥型方案设计与比选42.1概述42.2桥跨布置与体系选择42.3预应力普通混凝土连续梁桥52.3.1桥型介绍52.3.3施工方法设计72.3.4工程量估算72.4拱梁组合体系桥82.4.1桥型介绍82.4.2尺寸拟定82.4.3施工方法设计92.4.4拱桥部分工程量估算102.5参考设计规范102.6桥梁设计最终方案确定11第三章主拱圈设计计算及验算(手算)133.1设计资料143.2拱圈几何力学性质143.3确定拱轴系数163.4不计入弹性压缩的自重水平推力203.5弹性重心位置、弹性压缩系数和拱自重弹性压缩水平推力203.6自重效应213.6.1拱顶截面213.6.2拱脚截面213.7公路—Ⅰ级汽车荷载效应223.7.1汽车荷载冲击力223.7.2拱顶截面233.7.3拱脚截面26 3.7.4.拱顶、拱脚截面汽车效应标准值汇总293.8温度作用和混凝土收缩作用效应293.9整体“强度-稳定”验算用的荷载效应323.10拱脚截面直接抗剪强度验算用的荷载效应343.10.1自重剪力343.10.2汽车荷载343.10.3温度作用效应353.10.4混凝土收缩效应353.10.5与剪力相应的轴向力353.11拱圈效应标准值汇总353.12拱圈截面强度验算373.13拱圈整体“强度—稳定”验算423.14拱脚截面直接抗剪验算453.14.1温度上升453.14.2温度下降463.14.3不计温度作用463.15拱圈配筋计算46第四章拱上立柱的计算464.1立柱抗推刚度计算464.2P1立柱承载能力计算474.3P1立柱偏心距计算484.4立柱配筋计算49第五章空心板的计算495.1计算空心板的荷载横向分布系数和冲击系数495.1.1计算荷载横向分布系数495.1.2计算汽车冲击系数535.2空心板内力计算545.2.1恒载引起的一块板的最大弯矩545.2.2活载引起的弯矩计算545.2.3荷载组合555.3截面配筋及验算555.3.1截面等效换算555.3.2配筋计算、判断截面类型565.3.3截面复核58结论59参考文献61致谢62 I本科毕业论文（设计）摘要源石大桥位于贵州省金沙县源乡村，桥址地处山区丘陵地貌，地形起伏，喀斯特地貌明显，地质条件良好。根据最基本设计资料，初步拟定了拱桥、等截面连续梁桥两个方案。经过综合详尽的比较，最终以拱桥为设计方案。该拱桥为上承式空腹式拱桥，全桥由一跨跨越山谷的拱桥及两端引桥组成，拱桥的净跨径为72m，矢跨比为1/6。本桥主拱圈横截面采用了单箱三室型截面，全空腹式布局，腹孔柱式墩采用普通钢筋混凝土浇筑，腹孔上部结构均采用标准跨径8.8m的预制空心板。引桥上部采用标准跨径12m的预制空心板。确定桥梁形式后，计算拱轴系数为拱桥手算的重点部分，拱轴系数计算得准确性将直接影响后续计算，所以在进行拱轴系数计算过程中务必细心。本桥主拱采用悬链线作为拱轴线，拱轴系数经多次手算获得最佳值。第二步就要进行结构计算，计算取得最佳拱轴线系数后，再计算主拱圈内力以及温度混凝土收缩徐变的影响。完成以上工作之后，接下来进行结构验算，拱桥设计需要验算的方面有：①拱圈截面的承载能力；②拱圈拱脚抗剪能力。关键词：钢筋混凝土拱桥；上承式；拱轴系数；结构计算；拱桥验算 IIAbstractSourcedirectionislocatedinguizhouprovincewasjinshasourcecountry,thebridgeislocatedinthemountainoushillytopography,relief,karstlandform,geologicalconditionisgood.Accordingtothebasicdesigndata,initiallydrawnuparchbridge,suchassectionofcontinuousgirderbridgetwosolutions.Aftercomprehensivedetailedcomparison,finallytoarchbridgedesign.TheCFSTarchbridgebearingtypehollowtype,thewholebridgebyacrossofarchbridgeacrossthevalleyandbothendsofbridgeapproach,thenetspanofarchbridgeis72m,rise-spanratiois1/6.Thisbridgemainarchringcrosssectionadoptssingleboxtype3roomssection,alltypelayoutonanemptystomach,abdomenborelogpierusingordinaryreinforcedconcretepouring,ventralholesoftheupperstructureadoptsthestandard8.8mspanprecasthollowslab.Approachofupperwithstandard12mprefabricatedhollowcoreslab.Bridgeaftertheformisdetermined,calculationofarchaxiscoefficientforthekeypartsofarchbridgebyhand,archaxiscoefficientcalculationaccuracywilldirectlyaffectthesubsequentcalculations,somustbecarefulintheprocessofthearchaxiscoefficientcalculation.Themainarchbridgeusingcatenaryasarchaxis,coefficientofarchaxisbyhandistogetthebestvalueformanytimes.thesecondstepistostructuretocalculatetheoptimalarchaxiscoefficient,thencalculatetheinternalforcesofthemainarchringandtemperatureeffectofconcreteshrinkageandcreep.Afterfinishtheabovework,thestructurecalculation,archbridgedesignneedtochecktheaspectsare:(1)thebearingcapacityofarchringcrosssection;(2)theshearcapacityofarchringofarchfeet.Keywords:reinforcedconcretearchbridge;Decktype;Thearchaxiscoefficient;Structuralcalculation;Archbridgecalculation 第一章基本资料、设计要求及技术标准1.1基本资料图1-1桥位布置图（等截面连续梁桥）源石大桥所处地形如上图所示，呈大V字型，桥位无通航要求。桥址位于毕节市金沙县源村镇，首建于1998年7月，地处风化岩带，强风化岩层最厚为18m左右，呈大V字型，无水文及通航要求。桥面无纵坡，横坡为：单向1.5%。当地多年平均气温17.8℃，最低极端气温-5℃，最高极端气温33℃。1.2技术标准1.2.1主要技术指标①、设计荷载：公路—I级②、设计时速：100km/h③、桥面宽度：0.5m（防撞栏杆）+12.5m（车行道）+0.5m（防撞栏杆）④、桥面横坡：1.5％⑤、平面线型：全桥位于直线段上⑥、桥面铺装：底层为厚度60cm厚C40混凝土预制空心板，中间层为1cm厚防水层，面层为10cm厚沥青混凝土。 ⑦、不计人群荷载、桥下无通航要求1.2.2材料及工艺混凝土：主拱圈采用C40，容重24kN/m3；立柱、盖梁、桥面板、防撞栏杆均采用C40，容重25kN/m3；承台及桩基采用C30，容重24kN/m3。1.3设计总体要求1.3.1拟定桥式方案首先拟定多个桥式方案，然后分步完成桥长确定、桥跨结构形式的选择、分孔布置、墩台形式的选择、施工方案及断面形式等的选择，并确定上、下部结构基本尺寸。桥梁分孔的时候应充分考虑桥址所处地形、桥址所处地质、桥下是否通航、桥下是否有交通等等因素。拟定结构尺寸时，应搜集相关资料，并结合已有的设计经验，在系统分析其数据的基础上，结合实际情况拟定。确定施工方法时，应首先对各种施工方法的工艺、所用机具、施工周期、施工环境及施工的难易程度有一个全面的了解，再根据本设计所用的桥型选用最适合的方法。每一种设计方案需绘一张图纸，图纸上需要给出桥梁总长、桥梁跨径、桥梁矢高、桥梁矢跨比、主梁的高度、最低水位、常水位等。方案比较图中应绘制立面图、平面图和横剖面图。并且在图中应给出适当说明和工程材料用量表。1.3.2方案比选及评价方案比选时应主要注意以下标准：经济、美观、安全、功能，其中以安全和经济为重点。安全和功能两方面要求桥梁方案必须满足规范要求。桥梁下部基础必须修建在牢固的地层上。桥梁施工期间，也必须保证每个施工过程的安全。通过控制材料用量、控制施工周期、选择施工方法等，来进一步控制桥梁方案的经济型。 1.3.3详细拟定推荐方案的结构尺寸结构尺寸拟定特别应注重以下关系：矢跨比，拱圈截面高度、宽度，桥宽、顶、底板与梁高的关系等数据。1.3.4对结构内力进行详细手算，并结合专业软件进行复核。对第一方案进行详细的结构内力计算，根据计算结果估算普通钢筋。1.3.5进行配筋设计根据普通钢筋的估算结果，初步拟定钢筋布置，然后进行验算。若验算结果不满足规范要求，则对普通钢筋或结构尺寸进行调整，直到满足规范要求为止，最终确定结构尺寸及普通钢筋布置。1.3.6绘图绘制不少于5张设计图纸（第一方案桥位布置图、第二方案桥位布置图、第一方案上部结构一般构造图、第一方案截面钢筋图、第一方案施工步骤示意图）。设计绘图要求布局合理，线条清晰，比例正确，字体规范，内容完整。全部图纸采用标准A3图纸打印。1.3.7工程数量统计对设计桥型进行大体的材料用量估算。1.3.8撰写毕业设计说明书设计计算书要求清晰详细（应包括详细的计算过程、力学图式、依据和必要的说明等）、理念合理，数据完备，图表规范，并应严格按照《贵州大学本科生毕业设计工作指南》执行。 第二章桥型方案设计与比选2.1概述当前，我国公路以及道路的建设正火热地进行，国家对涉及民生的基础设施建设投入巨大，同时高速公路等高等级公路将成为我国经济建设的主动脉，其通畅、安全也将直接关系到国计民生。高等级公路中的桥梁对结构品质有较高的要求，即连续性好、伸缩缝构造少等，以提供高速度、高平稳、高舒适的行车条件。与相同跨径的简支梁桥相比，预应力混凝土连续体系梁桥由于具有小变形、大刚度、伸缩缝少、行车舒适平稳等许多优点，因而常常被选为高速桥梁的首要方案。然而这种桥梁施工工艺比较复杂、设备（材料）投入量较大，在中等跨度桥梁的建设中不占太大优势。此外，近年来，随着各国工程技术、经济实力以及交建的速度发展，出现了大批量的长桥。这些桥梁对跨径大多没有特别的要求，从而选用经济性较适合的中、小跨径桥。由于简支梁可以批量预制，连续梁又有较大的优点，所以人们希望将两者有机的结合起来，以加快建设速度，精简施工工序。2.2桥跨布置与体系选择桥梁工程设计的基本目标是使设计的桥梁具有适用性、舒适性、安全性、经济性、先进性，并能很好的与周围的景致相协调。为实现这个目标，设计的时候需要开展深入的现场勘测和调查分析，取得准确的地质资料、水文资料和其它相关资料作为设计的依据。对于每一种可能的桥位方案，尽可能设计出多种基本满足建桥条件的可行桥式方案，然后通过初步比较筛选，排除一些能较为不足的方案，保留几个各具特色，又有优势，而一时难以取舍的方案，作更进一步研究和比较。不同的桥型方案提供了不同的经济技术指标，其中包括：主要材料及机具用量、劳动力的数量、施工的条件、工期的长短、养护的难易程度 、运营条件等。为了获得这些指标，在通常的情况下，可以先拟定各方案的结构主要尺寸，拟定墩台基础及桥跨的施工方案，然后利用已掌握的资料分析，经过认真的评价比选工作，最后确定出一个经济技术多方面都比较理想的方案，对其桥跨、墩台基础等进行详细的结构设计。一般说来，设计的经济性应重点考虑，但是一个工程材料用量少，造价低廉，设备要求简单的方案并不一定是最佳方案，所以在选择方案时候，需要根据桥梁使用条件、施工工艺等结合各方面综合考虑。桥跨的布置与体系的选择是桥梁结构设计的重要内容之一，它直接影响结构的使用功能、安全、经济和美观。这一步需要解决的问题包括：确定桥梁分孔布置、桥梁孔径、确定桥下净空和桥梁标高以及合理选择结构形式等。首先要确定桥梁孔径。跨河桥的桥梁孔径一般根据水文计算确定，并应当满足《规范》的相关规定。根据已有建桥中的成熟经验，设计中应根据河床的最大允许冲刷深度，尽量缩短桥梁的总体长度，来节约总造价。桥梁标高对于中小桥梁，一般由线路选线时规定，但对于桥下有通航的大跨度桥梁来说，往往由通航要求决定。总的说来，梁底的标高要保证桥下排洪和通航的要求，梁面的标高既要考虑结构本身的高度，又要考虑两岸引桥经济路堤高度以及取土难易和规范对线路纵向坡度的要求。根据以上所述，结合本桥的实际情况和具体要求，选取两种结构形式如下。2.3预应力普通混凝土连续梁桥2.3.1桥型介绍预应力普通混凝土连续梁桥，结构是把连续梁在中间的支座处固结，减小了梁支座处的负弯矩，增强其整体性；施工转换方便、较少的伸缩缝、行车舒适安逸、顺桥向抗弯刚度以及横桥向抗扭刚度较大、受力性能比较好，顺桥方向抗推刚度小，对温度变化、混凝土收缩徐变和地震均有利，是一种比较有竞争力的桥型。2.3.2尺寸拟定①桥跨布置预应力混凝土连续梁桥的桥跨布置为等跨布置，其布置如图2-1所示。本 图2-1桥位布置图（等截面连续梁桥）桥采用三跨式预应力连续箱梁结构，其桥孔布置为43.2m+43.2m+43.2m。横向两车道布设，左侧1m路肩，右侧3m路肩。②截面尺寸等截面连续梁桥的桥墩采用柱式桥墩，基础采用灌注群桩基础，详细信息见下图。图2-2桥梁平面布置图（等截面连续梁桥）连续梁桥截面采用单箱单室形式，梁高4m，横向12.5m，箱梁顶板厚30cm，梁中底板厚25cm，支座处底板厚30cm，腹板厚60cm，顶部承托采用1：2的比例，高度为30cm×60cm；底部采用1：1的比例,高度为30cm×30cm。细部构造图如图2-3所示。 图2-3桥梁横断面布置图（等截面连续梁桥）③下部结构从结构受力性能方面考虑，连续梁桥采用梁体之间的固结来减小主梁在跨中的弯矩，同时来减小桥墩的结构尺寸；结构受力较为合理、性能比较优越。此桥桥墩采用圆柱式桥墩，直径1.5m，中间位置设置1×0.8m横系梁，基础为钻孔灌注群桩。图2-4桥梁横系梁布置图（等截面连续梁桥）2.3.3施工方法设计普通混凝土连续梁桥因梁体固结，又因跨径较小，高度不高，因此其最佳施工方法为满堂支架施工法施工，对于本桥采用此方法施工。2.3.4工程量估算主梁选用C50混凝土，墩身选用C30混凝土，预应力钢筋12-7 5低松弛钢绞线，普通钢筋用HRB335钢筋。主梁混凝土用量：桥梁半幅截面平均面积为11.80,则全桥每延米混凝土用量为23.6，总用量为3058.56。普通钢筋用量：满足截面最小配筋率，普通钢筋截面面积换算为0.0472，全桥总长129.6m，则钢材用量为6.2。墩身混凝土用量：墩身截面面积为7.1（四根）,桥墩每延米混凝土用量为7.1。2.4拱梁组合体系桥2.4.1桥型介绍拱桥在我国公路上建设上使用较为广泛。拱桥与梁桥有一定的区别，一方面两者外形不同，另一方面两者的受力特点也有一定的差别。由力学知，拱桥在受到竖向荷载的作用下，两端将产生很大水平推力。正是由于这个水平推力，使拱内产生轴向压力，从而减小了拱圈截面弯矩，使之成为偏心受压构件，截面上的分布的应力与受弯梁上的应力相比，较为均匀。因此，可以充分发挥出主拱截面材料的强度，使跨越能力大大提高。2.4.2尺寸拟定①桥跨布置由于此桥为旱地桥，所以不考虑桥下通航问题，桥跨布置为36m+79.2m+24m，总长为139.2m。拱上建筑为9跨等长的普通混凝土空心板，其布置图如下图所示。图2-5桥型布置图（上承式空腹式拱桥）②截面尺寸 主拱圈采用了等截面矩形普通钢筋混凝土箱型截面，拱上采用预制等长度简支板，跨径为8.8m，拟采用普通钢筋混凝土空心板，根据经验初步拟定其细部构造图，如下图所示。图2-6桥梁平面图（上承式空腹式拱桥）③下部结构拱上立柱采用圆柱形墩身上加钢筋混凝土盖梁，主拱圈基础采用群桩基础。图2-7桥梁行车道板横断面图（上承式空腹式拱桥）④拱圈拱圈采用单箱三室型结构，拱圈宽9m，高1.3m，其结构图如图所示。图2-8桥梁拱圈横断面图（上承式空腹式拱桥）2.4.3施工方法设计主拱圈的施工，常见的施工方法有现场浇筑法、预制安装法、转体施工 法……，对于此桥，考虑到施工环境的影响，采用预制吊装法。拱上建筑桥面板采用预制安装法，以缩短工期。2.4.4拱桥部分工程量估算主拱圈采用C40的普通钢筋混凝土，拱上建筑柱身采用C40钢筋混凝土，桥面空心板采用C40钢筋混凝土。钢筋为HRB335钢筋。主拱圈混凝土用量：主拱圈箱型截面面积为4.46,主拱圈混凝土用量约为348。桥面空心板混凝土用量：一块空心板截面面积为0.7，则总用量为555。墩身混凝土用量：墩身混凝土用量约为90。钢筋用量：由于没进行内力计算，只能按照截面配筋率大致估算，估算平均截面配筋率为0.2%。2.5参考设计规范1.《公路工程技术标准》(JTGB01-2003)2.《公路路线设计规范》(JTGD20-2006)3.《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）4.《公路圬工桥涵设计规范》（JTGD61-2005）5.《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）6.《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004)两种桥型基本情况分析完毕，所选方案详细信息见下表。指标标内容桥型I等截面连续梁桥II上承式拱桥桥跨布置（m）43.2×336+79.2+24截面形式单箱单室单箱三室支点梁高4.0m1.3m 跨中梁高4.0m1.3m特点施工体系之间的转换方便、伸缩缝较少、行车舒适安逸、顺桥向抗弯刚度和横桥向抗扭刚度比较大、受力性能较好，顺桥向抗推刚度较小，对温变、混凝士收缩徐变及地震均有利。桥型美观，能充分发挥材料的各种性能，跨越能力较大。施工工艺可采用满堂支架、顶推法、挂篮悬臂浇筑法等方法施工，要求较为严谨。可采用转体施工、预支安装、现浇等方法，技术成熟，施工方便。缺点梁体固结，但是在基础发生变位时稳定性差。在两侧桥墩处产生大的水平推力，对基础的要求比较高。经济型C40混凝土用量为3059m3,钢筋用量为6.2。C40混凝土993m3,钢筋用量为1.4。对比结果比选方案正选方案2.6桥梁设计最终方案确定1．该桥位地形大致成V字形，地质情况良好，基本能够满足拱桥对地基的要求。修建拱桥可以一跨跨过沟谷，避免了修建高大桥墩，减少了下部构造工程量及造价。2．第二方案采用上承式拱。主拱采用分段预制，缆索吊装的施工技术，吊装重量较小，不需要大型吊装设备。主梁采用8.8米的空心板，采用预制安装。整座桥施工速度较快，工期较短，施工技术较成熟。3 ．第一方案采用单跨为43.2米的连续梁桥，其预应力钢筋用量较大，使桥梁造价增大。且施工过程中要施加较多预应力，使施工较为复杂，又因运用挂篮悬臂浇注施工，使其工期较长。4．拱桥主要承受轴向方面的压力，不会因为混凝土的收缩徐变从而导致过大的挠曲，这对于运营多年后的高速行车比较有利。且拱桥超载潜力较大，这适应未来交通发展较快的要求特点。且其耐久性能较好。综合经济指标较好。选用第二种方案（上承式拱桥）为本桥的设计方案。 第三章主拱圈设计计算及验算(手算)图3-1桥型布置图 3.1设计资料设计荷载公路—Ⅰ级汽车荷载设计时速100km/h桥面净宽净12.5m（从左至右0.5+1+3.75+3.75+3+0.5）净跨径净矢高净矢跨比拱圈厚度拱圈宽度拱圈材料重力密度箱梁为C40混凝土现浇梁，其强度设计值为15.64MPa,砌体，C40混凝土弹性模量为3.25×10。拱上建筑采用的是跨径为8.8m的混泥土空心板，。假定拱轴系数m=1.347，（为拱轴线1/4拱跨处坐标，为计算矢高）。拱轴线拱脚处切线与水平线交角[4216.84/1000x(1/6)]=（1994年拱桥手册上册附表（III-2），sin=0.575,cos=0.8182。参考文献：《公路桥涵设计手册，拱桥（上册）》（1994年），简称《1994年手册》。3.2拱圈几何力学性质拱圈截面如图3-2所示，其几何力学性质如表2-1所示。拱圈截面为C40混凝土现浇。图3-2箱型拱截面（尺寸单位：cm） 拱圈截面几何性质计算表表3-1编号尺寸及换算截面计算（m）换算面积A（m2)分块面积重心至全截面底边距y(m)对底边面积矩S=A*y对自身重心轴惯矩Io(m4)对底边惯性矩I"=Ay2(m4)19.0×0.15×22.70.650.1470.004410.0132420.2×0.9×20.360.650.4410.100910.447323-0.2×（0.9+0.5）×0.5×2-0.280.652.5430.582182.5807141×0.2×61.20.650.9570.232870.913855-0.2×（1+0.6）×0.5×6-0.960.651.3440.000642.35260.35×1×41.40.652.6220.002555.0471合计4.46-2.8991.080981.88435截面面积A=4.46m截面重心至底边的距离y=s/A=2.899/4.46=0.65截面重心至顶边的距离y=1.3-0.65=0.65m截面对重心轴的惯性矩I=I+I-Ay=1.08098+1.88435-4.46×0.65=1.08098m4截面回转半径计算跨径计算矢高计算矢跨比拱轴线长度[见《1994年手册》附表Ⅲ-8] 拱圈几何性质表表3-2截面号y1/foy1cosФyb/cosФyt/cosФy1+yb/cosФy1-yt/cosФ12345678拱脚01.00000012.1200000.8182000.7944270.79442712.91442711.32557310.83302810.0962990.8316290.7815990.78159910.8778989.31470120.6830188.2781780.8698780.7472310.7472319.0254097.53094730.5492866.6573460.8932760.7276590.7276597.3850055.92968840.4312205.2263860.9147500.7105770.7105775.9369634.51581050.3282823.9787780.9341160.6958450.6958454.6746233.2829331/4跨60.2400002.9088000.9512100.6833400.6833403.5921402.22546070.1659722.0115810.9658950.6729510.6729512.6845321.33863080.1058591.2830110.9780580.6645820.6645821.9475930.61842990.0593880.7197830.9876080.6581560.6581561.3779380.061627100.0263440.3192890.9944770.6536100.6536100.972899-0.334321110.0065790.0797370.9986170.6509000.6509000.730638-0.571163120.0000000.0000001.0000000.6500000.6500000.650000-0.650000注：（1）第7栏为截面重心至截面下缘竖直距离；（2）本表截面半拱分为12段，与《1994年手册》附录图Ⅲ-1对照，本表截面号的2倍为《1994年手册》附录图Ⅲ-1的截面号，例如本截面号2，相当于附录图Ⅲ-1內为截面号4；（3）第2栏自《1994年手册》附表（Ⅲ）-1查得，第4栏自附表（Ⅲ）-2查得tan,再求cos。3.3确定拱轴系数拱轴线系数按假定的尺寸验算，先求拱的自重压力线在拱跨1/4点的纵坐标y1/4与矢高f0的比值y1/4/f0, 如该值与假定值0.24（m=1.347）相符合，则可以确定为拱轴系数；否则，另行假定拱轴系数，直至假定与验算的结果相符。可按下式求得：(2-1)式中：————拱轴线中拱跨1/4点的坐标；————拱轴线计算矢高；———拱的自重作用下，半拱的自重对拱跨点弯矩；———拱的自重作用下,半拱的自重对拱脚的弯矩;1）立柱和以上结构自重对1/4跨、拱脚的弯矩a)立柱位置按表3-3所示立柱位置计算表3-3立柱号距拱脚（mm）位置相应y1相应距拱脚（mm）相应（mm）P149051#-4#10096522622399944782711P2137894#-7#52262012994419033711673P3226747#-10#20123191903329612673654P43155810#-12#31902961236000654650b）立墙处y1计算 c)中间插入值计算（见表3-3）d）立柱及墩帽高度计算以下计算中，650mm为跨中拱圈中线至拱圈上缘的距离，600mm为墩帽高度，见图3-1立柱底至墙帽顶高度P1h=8411+1250-757=8904mmP2h=3866+1250-695=4421mmP3h=1429+1250-666=2013mmP4h=222+1250-653=819mm立柱及墩帽高度计算表3-4立墙y1(mm)yt/(mm)立柱高度h(mm)p184117578904p238666954421p314296662013p4222653819e）拱上建筑自重及其对1/4跨、拱脚弯矩。每2个立柱传至拱圈的自重（1）缘石、栏杆，每侧1.44+1.25=2.69kN/m，两侧2×2.69=5.38kN/m，立柱纵向间距为8.8m，每2个立柱下压力为8.8×5.38=47.344kN。（2）10cm桥面铺装，240.1×12.5×8.8×24=264kN（3）1cm防水层，0.2，0.01×12.5×8.8×0.2=0.22kN （1）0.6m厚空心板，空心折减率0.7，0.6×13.5×8.8×0.7×25=831.6kN（2）墩帽，钢筋混凝土结构，两端挑出。12.5×0.6×25=187.5kN2×0.5×（0.4+0.6）×0.8×25=20kN2×0.16×0.35×25=2.8kN（3）柱身，柱帽和柱身总高h，墩帽挑出端高0.6m；墩身宽0.7m，厚0.8m；墩身高（h-0.6）m。混凝土结构，横向每2个立柱其自重为2×0.7×0.8×（h-0.6）×24=26.88（h-0.6）kN（1）--（5）项合计1353.464kN(6)项自重见表3-5拱上建筑自重及其对1/4跨、拱脚弯矩表3-5立墙号立柱自重（kN）墩帽及以上自重（kN）合计（kN）1/4跨弯矩M1/4拱脚弯矩MS力臂（m）弯矩（kN.m）力臂（m）弯矩（kN*m）P1223.2121353.4641576.676————4.904567732.902043P2102.7081456.172————8.6043212529.36986P337.981391.4444.673766503.27530928.6737639897.93131P45.8871359.35113.55818430.0808631.55842898.39886合计5783.64324933.35617103058.60212）拱圈半拱悬臂自重作用下，1/4跨和拱脚的剪力和弯矩。拱圈截面面积应该采用几何截面面积，自《1994年手册》附表（III）-19（6），拱圈半拱悬臂自重作用下1/4跨和拱脚的弯矩M1/4、Ms为：=[表值]=[表值]==[表值] =[表值]=3）以上计算合计=176329.564kN.m=42784.461kN.m/=0.242639181,m=1.347时相应,计算值0.2426接近该值，所以假设m值是正确的。3.4不计入弹性压缩的自重水平推力176329.564/12.12=14548.644kN3.5弹性重心位置、弹性压缩系数和拱自重弹性压缩水平推力弹性中心离拱顶距离ys,可从《1994年手册》附表（Ⅲ）-3求得。按《1994年手册》,弹性压缩系数可从附表（Ⅲ）-9和附表（Ⅲ）-11求得。 按《1994年手册》公式（4-18），由弹性压缩引起弹性中心的赘余力（推力为正，拉力为负）为：I——弯曲平面截面惯性矩A——截面面积γ——截面绕X轴回转半径f0——计算矢高3.6自重效应3.6.1拱顶截面[《1994年手册》公式（4—25）]计入弹性压缩的水平推力：轴向力：弹性压缩弯矩：本例中假定的拱轴系数符合不考虑弹性压缩的压力线，在自重作用下，只有弹性压缩弯矩。3.6.2拱脚截面（y1见表3-2） （见表3-2）计入弹性压缩的水平推力（同拱顶截面）轴向力：弹性压缩弯矩：3.7公路—Ⅰ级汽车荷载效应公路—Ⅰ级汽车荷载加载于影响线上时，其中均布荷载为q=10.5kN/m；集中荷载当计算跨径为8.8m时，=180kN，当为50m及以上时，=360kN.本设计跨径为72.7475m,=360kN。拱圈宽度设计为9.00m，布设双车道公路—Ⅰ级汽车荷载。按《公路圬工桥涵设计规范》，拱上建筑采用柱式墩。3.7.1汽车荷载冲击力按《通规》条文说明公式（4-7）、（4-8），自振频率计算公式如下：（3.2）拱桥（3.3）式中：—自振频率（Hz）；—频率系数；—计算跨径，；—结构材料弹性模量（）,；—结构跨中截面惯性矩，以计，；—结构跨中位置的单位长度质量，以计，主拱圈结构跨中位置自重为 [7.7056见表2-1]，换算为质量，其值为—拱矢跨比，按《通规》第4.3.2条，当f<1.5Hz时，冲击系数，据此，汽车均布荷载为1.05×2×10.5=22.05kN/m,集中荷载1.05×2×360=756kN/m，以上荷载用于全部拱圈计算。3.7.2拱顶截面为了布设公路—Ⅰ级均布荷载，拱顶截面需考虑弹性压缩的弯矩及其相应的轴向力影响线面积，可自《1994年手册》附表（Ⅲ）-14（12）查得，其值为：弯矩影响线面积=[表值]=[表值]；相应的轴向力影响线面积=[表值]=[表值]。为了加载公路—Ⅰ级集中荷载，拱顶截面不考虑弹性压缩的弯矩影响线坐标及与其相应的轴向力（拱顶即为水平推力）的影响线坐标可自《1994年手册》附表（Ⅲ）-13（6）和附表（Ⅲ）-12（2）分别查取最大正负弯矩（绝对值）影响线坐标和相应的水平推力影响坐标，其值为：弯矩影响线坐标=[表值]=[表值] 相应的水平推力影响线坐标=[表值]=[表值]=[表值]上述计算数据见表3-6拱顶截面弯矩及其相应的轴向力影响线面积和坐标表3-6影响线正弯矩负弯矩均布荷载考虑弹性压缩弯矩影响线面积0.0059372.7475=31.383-0.0052872.7475=-27.943相应的轴向力影响线面积0.3710272.7475=26.9910.3841672.7475=27.947集中荷载不考虑弹性压缩弯矩影响线坐标0.0491672.7475=3.576（24号截面）-0.0124972.7475=-0.909（10号截面）相应的水平推力影响线坐标0.232626=1.396（24号截面）0.104756=0.6285（10号截面）（a）拱顶截面正弯矩均布荷载作用下考虑弹性压缩的弯矩=22.05×31.383=691.995kN.m相应的考虑弹性压缩的轴向力=22.05×26.991=595.152kN集中荷载作用下不考虑弹性压缩的弯矩=756×3.576=2703.456kN.m相应的不考虑弹性压缩的水平推力=756×1.396=1055.376kN.m弹性压缩附加水平推力 弹性压缩附加弯矩考虑弹性压缩的水平推力考虑弹性压缩的弯矩（b）拱顶截面负弯矩均布荷载作用下考虑弹性压缩的弯矩=-22.05×27.943=-616.143kN.m相应的考虑弹性压缩的轴向力=22.05×27.947=616.231kN.m集中荷载作用下不考虑弹性压缩的弯矩=756×（-0.909）=-687.204kN.m相应的不考虑弹性压缩的水平推力=756×0.6285=475.146kN.m弹性压缩附加水平推力弹性压缩附加弯矩 考虑弹性压缩水平推力考虑弹性压缩的弯矩3.7.3拱脚截面为了加载公路—I级均布荷载，拱脚截面考虑弹性压缩的弯矩及其相应的轴向力影响线面积，可自《1994年手册》附表（Ⅲ）-14（12）查得，其值为：弯矩影响线面积M=[表值]×=[表值]×72.7475相应的轴向力影响线面积=[表值]=[表值]×72.7475。为了加载公路—Ⅰ级集中荷载，拱脚截面不考虑弹性压缩的弯矩影响线坐标及与其相应的水平推力和左拱脚反力的影响线坐标（拱脚反力不受弹性压缩影响，没有弹性压缩附加力）可自《1994年手册》附表（Ⅲ）-13（10）、附表（Ⅲ）-12（2）和附表（Ⅲ）-7（2）分别查取最大正负弯矩（绝对值）影响线坐标、相应的水平推力影响坐标和左拱脚反力影响线坐标，其值为：弯矩影响线坐标=[表值]=[表值]×72.7475；相应的水平推力影响线坐标=[表值]×=[表值]×72.7475/12.12=[表值]6；左拱脚反力影响线坐标=[表值]。拱脚截面弯矩及其相应的水平推力和左拱脚反力影响线面积和坐标表表3-7影响线正弯矩负弯矩均布弯矩影响线0.01754×72.7475-0.01602×72.7475 荷载考虑弹性压缩面积=92.825=-84.781相应的轴力影响线面积0.51779×72.7475=37.6680.38756×72.7475=28.194集中荷载不考虑弹性压缩弯矩影响线坐标0.04952×72.7475=3.602(截面号17’)-0.06418×72.7475=-4.669(截面号7)相应的水平推力影响线坐标0.19638×72.7475=14.286(截面号17’)0.06073×72.7475=4.418(截面号7)—相应的左拱脚反力影响线坐标0.29106(截面号17’)0.93975(截面号7)(a）拱脚截面正弯矩均布荷载作用下考虑弹性压缩的弯矩=22.05×92.825=2046.791kN.m相应的考虑弹性压缩的轴向力=22.05×37.688=831.020kN集中荷载作用下不考虑弹性压缩的弯矩=756×3.602=2723.112kN.m相应的不考虑弹性压缩的水平推力=756×14.286=10800.216kN弹性压缩附加水平推力弹性压缩附加弯矩考虑弹性压缩的水平推力考虑弹性压缩的弯矩 与相应的左拱脚反力=1.2×756×0.29106=264.050kN(《通规》第4.3.1条规定，集中荷载计算剪力时，乘以1.2)轴向力(b）拱脚截面负弯矩均布荷载作用下考虑弹性压缩的弯矩=-22.0584.781=-1869.421kN.m相应的考虑弹性压缩的轴向力=22.0528.194=621.678kN集中荷载作用下不考虑弹性压缩的弯矩=-7564.669=-3529.764kN.m相应的不考虑弹性压缩的水平推力=7564.418=3340kN弹性压缩附加水平推力弹性压缩附加弯矩考虑弹性压缩水平推力考虑弹性压缩的弯矩与相应的左拱脚反力=1.27560.93975=852.541kN(《通规》第4.3.1条规定，集中荷载计算剪力乘以1.2) 轴向力3.7.4.拱顶、拱脚截面汽车效应标准值汇总荷载效应单位拱顶拱脚正弯矩负弯矩正弯矩负弯轴向力kN595.152+1036.512=1631.664616.231+466.653=1082.884831.02+10607.173=11438.193621.678+3280.301=3901.979弯矩kN.m0.7（691.995+2823.82）=2461.114-（616.143+651.045）=-1267.9130.9（2046.791+1180.045）=2904.152-（1869.421+4004.24）=-5873.661拱脚、拱顶截面汽车效应标准值汇总表表3-8注：《规范》第5.1.1拱顶计算正弯矩时应乘以0.7折减系数;拱脚截面乘以0.9折减系数；拱跨1/4点至拱脚，用直线插入法确定。3.8温度作用和混凝土收缩作用效应1）当地历年最高日平均温度为33,最低日平均温度为-5，按《通规》第4.3.10条条文说明。结构最高温度为：；结构最低温度为：。封拱温度预计在10~15之间。在合拢以后，结构升温33.4-10=23.4，降温15+2=17。按《1994年手册》公式（4-32），温度变化引起的弹性赘余力为：=式中：—混凝土线膨胀系数，按《规范》表3.3.5-3，=0.00001； △—温度变化值，℃；—拱的计算跨径，=72.7475m；—自《1994年手册》表（Ⅲ-5）查取—系数，见第5款，=0.015885。以上计算是温度变化1时，全拱宽的弹性中心赘余力，升温取正值，降温取负值。按《规范》第5.1.8条，温度效应已在上式乘以0.7折减系数。温度上升23.4，=23.4×16.4114=384.027kN温度下降17，=-17×16.4114=-278.994kN温度变化引起的截面作用效应见《1994年手册》公式（4-33）、公式(4-34)。拱顶截面温度上升引起的轴向力、弯矩和剪力 拱顶截面温度下降引起的轴向力、弯矩和剪力拱脚截面温度上升引起的轴向力、弯矩和剪力拱脚截面温度下降引起的轴向力、弯矩和剪力2)混凝土收缩效应是永久效应，其计算方法和降温作用相同。本设计为现浇构件和预制构件组合体。现设各构件在合拢时的平均龄期为90天，这样可以利用《公路预应力混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）表6.2.7计算求得混凝土应变最终值。设桥梁地处环境的年平均相对湿度为80%。理论厚度为h=2A/u,其中：A=4.46m2,u=[9+9+1.3+1.3+3×（2.8+2.8+1+1）]=43.4m(u:构件与大气接触的周边长度。)看图2-2。h=2A/u=24.46/43.4=0.206m=206mm,相对于降温18.94℃。如果拱在合拢时的各构件平均龄期大于90天，则可按《JTGD62-2004规范》附录F计算。混凝土收缩在弹性中心赘余力HS上式计算中，按《规范》第5.1.8条规定，混凝土作用效应已乘以0.45。拱顶截面由于混凝土收缩引起轴向力Ns、弯矩Ms、和剪力Vs. 拱脚截面由于混凝土收缩引起轴向力Ns、弯矩Ms、和剪力Vs。3.9整体“强度-稳定”验算用的荷载效应按《规范》第5.1.1条规定，由于不考虑拱上建筑与拱圈的联合作用，所以考虑全部永久作用和活载作用验算“强度-稳定”。1）《规范》公式（5.1.4）内，其中永久作用水平推力，自第6款第1项，可得计入弹性压缩的自重水平推力Hg=14288.602kN,轴向Hg=14288.602/=14288.602/cos18.428o=15060.940kN，其中2)《规范》公式（5.1.4）内，其中汽车均布荷载水平推力在拱上产生的推力影响线面积，按《1994年手册》附表（Ⅲ）—14（12），取1/4拱跨处与相应的H影响线面积与相应的H影响线面积之和。即（0.04043+0.08534）=0.1257772.74752/12.12=54.917。汽车均布荷载的水平推力为：Hg=54.917×22.05=1210.920kN。轴向力Ng=1210.920/cos18.4280=1276.370kN。3)按《规范》公式（5.1.4），其中汽车集中荷载产生的水平推力，可按《1994年手册》附表（III）-12（2），取拱顶不考虑弹性压缩的水平推力影响线坐标，即0.23262×=0.23262×6=1.39572。汽车集中荷载不考虑弹性压缩水平推力为：H1=1.39572×756=1055.164kN。汽车集中荷载考虑弹性压缩的水平推力为：轴向力 4）按《规范》第5.1.4条第2款，轴向力偏心距可取水平推力计算时同一荷载布置的拱跨1/4处弯矩设计值除以轴力设计值。假定永久荷载不考虑弹性压缩的自重压力线与拱轴线符合，永久荷载产生的弯矩为弹性压缩水平推力产生的弯矩，在拱跨1/4处，其值为：5）按《规范》第5.1.4条第2款，轴向力偏心距可取水平推力计算时同一荷载布置的拱跨1/4处弯矩设计值除以轴力设计值。汽车均布荷载作用下，拱跨1/4处正负弯矩影响线面积，按《拱桥手册》附表（III）-14（12）为：（0.00905-0.00944）×2=-0.00039×72.74752=-2.064。汽车均布荷载弯矩：M=-2.064×22.05=-45.511kN.m。汽车集中荷载作用下，按《拱桥手册》附表（III）-13（8），1/4跨不考虑弹性压缩的拱顶的弯矩影响线坐标为：-0.02001=0.02001×72.7475=1.456。弯矩为：=1.456×756=1100.736kN，考虑弹性压缩的弯矩为：汽车荷载弯矩合计为：M=-(45.511+1081.061)=-1126.575kN.m6）按第9款第1）项，温度上升赘余力=384.027kN，温度下降赘余力为-278.994kN。温度作用轴向力为：温度上升N=384.027/cos=384.027/cos18.428o=404.784kN温度下降N=-278.994/cos=-278.994/cos18.428o=-294.074kN温度作用的偏心距计算，可先计算温度作用下1/4跨弯矩，然后除以相应轴向力。温度作用下1/4跨弯矩为：温度上升M=0.7=0.7×404.784×（2.9088-4.1722）=-357.983kN.m温度下降M=—0.7=-0.7×294.074×（2.9088-4.1722）=-260.073kN.m 8)按第9款2）项，混凝土收缩赘余力为，混凝土收缩轴向力N=-199.82/cos18.428o=-210.620kN混凝土收缩作用的偏心距计算，可先计算混凝土收缩作用下1/4弯矩，然后除以相应轴向力。混凝土收缩作用下1/4弯矩为：3.10拱脚截面直接抗剪强度验算用的荷载效应3.10.1自重剪力自重产生的左拱脚反力，自表3-5第4栏及第3款第2)项知,拱上建筑为5783.643kN，拱圈自重为4170.114kN，合计=9953.757kN.自重产生的左拱脚考虑弹性压缩的水平推力，自第6款第1）项可得，Hg=14288.602kN自重剪力为：=sin-cos=14288.6020.575-9953.7570.8182=71.782kN3.10.2汽车荷载汽车荷载考虑弹性压缩的水平推力影响线面积按《1994年手册》附（Ⅲ）-14（12），可取拱顶处,与相应的水平推力的影响线面积和与相应的水平力影响线面积之和，即。汽车均布荷载产生的考虑弹性压缩的水平推力为:54.96122.05=1211.890kN.汽车集中荷载不考虑弹性压缩的水平推力影响线坐标，按《1994年手册》附表（Ⅲ）-12（4），其最大值为：0.23262=0.23262×72.7475/12.12=1.396。汽车集中荷载产生的不考虑弹性压缩的水平推力为：=1.396756=1055.376kN；考虑弹性压缩的水平推力为：汽车荷载考虑弹性压缩的水平推力为： =1211.890+1036.512=2248.402kN汽车均布荷载左拱脚的反力影响线面积，按《1994年手册》附表（Ⅲ）-14（12），可取拱顶处，与相应的左拱脚反力影响线面积和与相应的左拱脚反力影响线面积之和，即（0.13977+0.36023）=0.5×72.7475=36.37375，汽车均布荷载产生的左拱脚反力为：22.0536.37375=802.041kN。汽车集中荷载左拱脚反力影响线坐标，在跨中截面（集中荷载设于跨中截面，为的是与求水平推力时一致）坐标按《1994年手册》附表（Ⅲ）-7（2）为0.5。由汽车集中荷载产生的左拱脚反力为：=1.20.5756=453.6kN（按《通规》第4.3.1条，集中荷载计算剪力时乘以1.2）。汽车荷载作用下的左拱脚反力为：=802.041+453.6=1255.641kN汽车荷载拱脚截面剪力为：=sin+cos=2248.4020.575+1255.6410.8182=2320.197kN3.10.3温度作用效应温度作用效应见第9款第1）项，拱脚温度上升时剪力Vt=220.816kN,拱脚温度下降时剪力Vt=-160.393kN.3.10.4混凝土收缩效应混凝土收缩效应见第9款第2）项，拱脚混凝土收缩剪力Vs=-114.897kN.3.10.5与剪力相应的轴向力（1）自重=cos+sin=9953.7570.8182+14288.6020.575=16360.110kN（2）汽车荷载=cos+sin=2248.4020.0.8182+1255.6410.575=2561.636kN（3）温度上升N=314.211kN（见第9款）温度下降N=-228.232kN（见第9款）（4）混凝土收缩N=-163.494kN（见第9款） 3.11拱圈效应标准值汇总1.拱圈强度验算按《规范》5.1.4条第1款进行，其作用效应标准值见表3-9拱圈强度验算作用效应标准值（拱全宽）表3-9作用作用效应单位拱顶拱脚正弯矩负弯矩正弯矩负弯矩永久荷载轴向力kN14288.60214288.60217463.45917463.459弯矩kN.m1084.9471084.947-2066.762-2066.762汽车荷载轴向力kN1631.6641082.88411438.1933901.979弯矩kN.m2461.114-1267.9132904.152-5873.661温度上升轴向力kN384.027314.211弯矩kN.m-1602.2373052.247温度下降轴向力kN-278.994-228.232弯矩kN.m1164.019-2216.991混泥土收缩轴向力kN-199.821-163.494弯矩kN.m833.693-1588.1372.拱圈整体“强度-稳定”验算按《规范》5.1.4条第2款进行，其作用效应标准值见表3-10。拱圈整体“强度-稳定”验算作用标准值（拱全宽）表3-10效应作用轴向力弯矩永久荷载15060.940328.537汽车荷载1276.37+1092.316=2368.686-(45.511+1081.061)=-1126.575温度上升404.784-357.983温度下降-294.074-260.073混凝土收缩-210.620252.4533.拱脚截面直接抗剪强度验算按《规范》4.0.13 条计算，其作用效应标准值见表3-11拱脚截面剪力及其相应的轴向力标准值（全拱宽）表3-11效应作用剪力与剪力相应的轴向力（kN）永久荷载71.78216360.110汽车荷载2320.1972561.636温度上升220.816314.211温度下降-160.393-228.232混凝土收缩-114.897-163.4943.12拱圈截面强度验算拱圈截面强度验算按《规范》5.1.4条第1款规定进行。当按《规范》第4.0.6条计算时，不计长细比对受压构件承载力的影响，即令小于3取为3.按《通规》公式（4.1.6-1），结构按承载能力极限状态设计的基本组合为：（2-4）式中：—结构重要性系数,=1.0;—永久作用效应分项系数,自重效应取=1.2;混凝土收缩效应取=1.0；—汽车作用效应分项系数,取=1.4;—人群或温度作用效应分项系数，人群作用效应取1.4；温度作用效应取1.4；—除汽车作用效应（含汽车冲击力、离心力）外的其他可变作用效应的组合系数，人群作用和温度作用效应组合，取=0.7；此处无人群荷载，所以=0.8。、、—永久作用、汽车作用、人群作用与温差作用效应标准值。按《规范》公式（4.0.5）计算承载力（4-6） 式中：=1.0——轴向力设计值——构件截面面积，每米拱宽=4.46m2;——标准层抗压强度设计值，C40混凝土围=15.64MPa——偏心距e和长细比对受压构件承载力的影响系数，见《规范》第4.0.6。、——分别为方向和方向偏心受压构件承载力影响系数；、——分别为方向和方向截面重心至偏心方向的截面边缘的距离；、——轴向力在方向和方向的偏心距，=0，，其中为绕x轴的弯矩设计值，为轴向力设计值；——截面形状系数，矩形截面=8、——弯曲平面內回转半径，,,、分别为绕x轴的、轴的截面惯性矩，为截面面积；——与砂浆强度有关的系数，组合构件用=0.002；、——构件在方向和方向长细比，按《规范》公式（4.0.7-1）、（4.0.7-2），当、小于3时取为3.在截面抗压强度验算中，按《规范》第4.0.5条采用抗压强度设计值换算截面，其几何力学性质计算见表3-12。但是，对于、,按《规范》第4.0.6条，应采用弹性模量换算截面，见表3-1及相关计算。 主拱圈换算截面计算表表3-12编号尺寸及换算截面计算（m）几何面积A（m2)强度比例系数换算面积A0=A分块面积重心至底边距离y(m)对底边面积矩A0y()19.0×0.15×22.712.70.651.75520.2×0.9×20.3610.360.650.2343-0.2×（0.9+0.5）×0.5×2-0.281-0.280.65-0.18241×0.2×61.211.20.650.785-0.2×（1+0.6）×0.5×6-0.961-0.960.65-0.62460.35×1×41.411.40.650.91合计4.464.46-2.873换算截面重心至截面底边距离换算截面重心至截面顶边距离由于用抗压强度设计值来计算取得的换算截面重心轴（=0.65m）和弹性模量来计算的换算截面重心轴（=0.65m，见表3-1及其应用）相同。所以之前计算取得的偏心距不用修正，其中为之前用弹性模量计算取得的换算截面偏心距（正弯矩时为正值，表示在弹性模量换算截面重心轴之上，负弯矩时为负值，表示以下）。在截面强度验算的时候，不计、，即令小于3取为3.这样公式（4.0.6-2）、（4.0.6-3）等号右边第二项均为1.0；又=0，=1.0， ，得：最后得：以上计算中，y值当偏心向上时取y==0.65m,当偏心向下时取y==0.65m。拱顶截面验算以表3-13A和表3-13B两表完成，其中表3-13A內的结构自重分项系数取1.2，表3-13B內的结构自重分项系数取1.0，两表各以较大的轴向力和较大的偏心距对承载力作比较。拱顶截面强度验算（拱全宽）表3-13A作用效应Mmax+温升Mmax+温降Mmin+温升Mmin+温降（kN）19660.94118918.35818892.64918150.066(kN.m)3786.6846884.890-1433.9541664.25ey=Md/Nd0.1930.364-0.0760.0920.9190.7540.9870.98(kN)64104.2936>52594.8176>68847.5928>68359.312>拱顶截面强度验算（拱全宽）表3-13B作用效应Mmax+温升Mmax+温降Mmin+温升Mmin+温降（kN）16803.22115804.64033665.35222926.230 (kN.m)3786.6846884.890-1433.9541664.252注ey=Md/Nd0.2250.436-0.0430.0730.8270.7930.9920.978(kN)57686.889>55315.239>69196.365>68219.803>拱脚截面强度验算（拱全宽）表3-14A作用效应Mmax+温升Mmax+温降Mmin+温升Mmin+温降（kN）37158.043336550.5071684773.59780919.137(kN.m)3416.078-2485.469-12546.997-14774.4070.092-0.068-0.148-0.1830.9660.9810.9170.878(kN)67382.750>68429.066>63964.785>61244.363>拱脚截面强度验算（拱全宽）表3-14B作用效应Mmax+温升Mmax+温降Mmin+温升Mmin+温降（kN）33665.35222926.23081412.95377758.2093416.078-2485.469-12546.997-14774.407 (kN.m)ey=Md/Nd0.101-0.108-0.154-0.1900.960.9540.9470.87(kN)66964.224>66545.698>66057.417>60686.328>在上两个表计算中，偏心距限值均在《规范》表4.0.9规定范围內。偏心距限值为0.6S=0.6×0.65=0.39m,重心轴以上0.6s=0.6=0.6×0.65=0.39；以上计算均符合规定。拱脚截面验算由表2.13A和2.13B两表完成，其中表2.13A內的结构自重分项系数取1.2，表2.13B內的结构自重分项系数取1.0，两表各以较大的轴向力和较大的偏心距对承载力作比较。3.13拱圈整体“强度—稳定”验算拱圈“强度—稳定”验算，按《规范》第5.1.4条第2款进行。按《规范》第5.1.4条第2款第3）项，如板拱拱圈宽度不小于1/20计算跨径时，砌体拱可以不考虑横向长细比对构件承载力的影响，可令小于3取为3.拱圈整体“强度—稳定”验算所用作用效应标准值见表11。1.按《规范》公式（4.0.5）验算构件温度上升时承载力式中：=1.0；——轴向力设计值，=1.2×15060.940+1.0×（-210.62）+1.4×2368.686+1.4×0.8×404.784=21632.026kN；——构件截面面积，每米拱宽=4.46m2;——C40混凝土构件轴心抗压强度设计值，=15.64Mpa；——偏心距e和长细比对受压构件承载力的影响系数，见《规范》第4.0.6 、——分别为方向和方向偏心受压构件承载力影响系数；、——分别为方向和方向截面重心至偏心方向的截面边缘的距离；、——轴向力在方向和方向的偏心距，=0，Md=1.2×328.537+1.0×252.453+1.4×(-1126.575)+1.4×0.8×(-357.983)=-1331.449kN其中为绕x轴的弯矩设计值，为轴向力设计值；——截面形状系数，矩形截面=8、——弯曲平面內回转半径，,,、分别为绕x轴的、轴的截面惯性矩，为截面面积；——与砂浆强度有关数据，组合构件=0.002；、——构件在方向和方向长细比，按《规范》公式（4.0.7-1）、（4.0.7-2），当、小于3时取为3。在计算中，箱拱拱圈宽度与跨径之比为10.04/101.183=0.099＞1/20,可令小于3取为3，等号右边第二项均为1.0；又=0，故=1.0。=-0.0615m.按《规范》公式（4.0.7-2）为：（0.36为无铰拱计算长度） 得：最后得：=1.0×15060.94=15060.94kN=0.272×4.46×15.64×1000=18973.197＞，符合规定。2）按《规范》公式（4.0.5）验算构件温度下降时承载力在温度下降时构件承载力计算步骤与温度上升时承载力计算相同，参见表3-10和本款第1）项，计算如下：Nd=1.2×15060.94+1.0×(-210.620)+1.4×2368.686+0.8×1.4(-294.074)=20849.306kNMd=1.2×328.537+1.0×252.453+1.4×（-1126.575）+0.8×1.4×（-260.073）=-1221.789kN.m(偏心向下) =1.0×20849.306=20849.306kN=0.307×4.46×15.64×1000=21414.601>符合规定。3.14拱脚截面直接抗剪验算3.14.1温度上升按《规范》第4.0.13条，构件直接抗剪承载力按下式验算：式中：——结构重要性系数，=1.0；——剪力设计值，按表12；=1.0×（-5967.542）+1.0×（-114.897）+1.4×2320.197+0.8×1.4×220.816=2586.849kN（永久荷载的剪力为负值，荷载系数乘1.0）；——受剪力截面面积，=4.46m2；——砌体抗剪强度设计值，=2.48MPa；——摩擦系数，=0.7；——垂直于受剪面所谓压力标准值。按表12；=16360.110+2561.636+314.211-163.494=19072.463kN=1.02586.849=2586.849kN；=4.462.48+1/1.40.719072.463=9547.292kN>=2586.849kN符合规定。 3.14.2温度下降温度下降时构件直接抗剪承载力，可参照第1）项温度上升时构件直接抗剪承载力计算。=1.0×（71.782）+1.0×（-114.897）+1.4×256.466+0.8×1.4×（-160.393）=136.297kNNk=16360.110+2561.636-228.23-163.494=18530.02kN=1.0×=136.297kN=4.46×2.48+×18530.02=9276.071kN>符合规定。3.14.3不计温度作用不计温度作用，与温度下降比较，将增加，但Nk也将增加，计算如下：=1.0×（71.782）+1.0×（-114.897）+1.4×256.466=315.937kNNk=16360.110+2561.636--163.494=18758.252kN=1.0×=315.937kN=4.46×2.48+×18758.252=9390.187kN>符合规定。3.15拱圈配筋计算根据以上计算，计算值远比规范要求值大，所以配筋按照满足最小配筋率0.2%配筋。即拱圈所用纵向钢筋总截面积=4.46×0.2%=0.00892。第四章拱上立柱的计算拱上立柱采用C35混泥土结构，采用圆形截面双柱墩。横系梁70mm×80mm。 4.1立柱抗推刚度计算立柱抗推刚度（简称刚度）（立柱纵向水平位移单位长度所需的立柱水平推力）按下式计算：式中：---立柱抗推刚度，kN/m；---立柱高度，见第1节第3款第1；---混泥土弹性模量，；---立柱截面惯性矩，；0.8---见《公路钢筋混泥土及预应力混泥土设计规范》（JTGD62--2004）第4.2.1条，本例情况类似。立柱抗推刚度计算结果如表4-1所示。立柱抗推刚度表4-1立柱号P1P2P3P4P1"P2"P3"P4"立柱高度h(m)8.914.422.010.82立柱抗推刚度K（kN/m）5472448254766547020211注：右上角标有“"”者为有半拱。4.2P1立柱承载能力计算立柱P1顶有板式橡胶支座弹性约束，底部固接于拱上。由于其他拱上立柱比P1矮，且截面尺寸一样，所以只需验算P1立柱。按《规范》第4.0.8第2款，混泥土构件双向偏心受压构件承载验算公式为: 式中：---结构重要性系数，；--轴向力设计值，；---纵向偏心距，永久作用竖向力分项系数取1.0，使值较大；---横向偏心距，=（1.4370.840）/（1.02052.264+1.4674.25=0.173m；---偏心受压构件系数，按《规范》表4.0.8，当，时，，；---混凝土轴心抗压强度设计值，（混泥土）；h---构件截面y方向高度，h=800mm;b---构件截面x方向长度，b=1200mm。2=20.5913.69[(800-2234)(1200-2173)]=4580.168kN，符合规定。4.3P1立柱偏心距计算按《规范》表4.0.9，偏心距限值为0.7s（表4.0.9为0.6s，受拉边设不小于截面面积的0.05%的纵向钢筋时，可增加0.1s），s为截面重心轴至偏心方向截面边缘的距离，计算如下； 偏心距符合规定。4.4立柱配筋计算按照满足最小配筋率0.2%配筋。第五章空心板的计算5.1计算空心板的荷载横向分布系数和冲击系数5.1.1计算荷载横向分布系数各空心板截面形式简化如下图：图5-1空心简支板截面尺寸（单位：cm）桥面板的横向布置如下图所示：横向有10块板，中间8块板每块宽1.34米,两边分别一块板每块板宽1.39米，10块板每块厚0.6米。 图5-2空心板横向布置图（单位：cm）1、计算空心板截面的抗弯惯距I空心板是上下对称截面，形心轴位于中央高度，由Midas截面特性计算器计算得截面抗弯惯距I=2.333552、计算空心板截面的抗扭惯矩空心板是上下对称截面，形心轴位于中央高度，由Midas截面特性计算器计算得截面抗扭惯距3、计算刚度参数4、计算跨中荷载横向分布影响线利用铰板荷载横向分布影响线计算用表，直线内插求得=0.0483的影响线竖标值、、、和。计算见表3.1。荷载横向分布影响线表5-1板号单位荷载作用位置（i号板中心）1234567891010.04306232155103069047032023018015≈10000.063552541540940570350210140090070.0483326.34241.13154.5999.2764.0242.0227.4419.2714.2711.6820.04232229181121081055038027020018≈10000.062542551931170710440270170120090.0483241.13239.79185.98119.3476.8550.4432.2722.8516.6814.27 30.04155181195158106072049035027023≈10000.061541932181711040640390250170140.0483154.59185.98204.55163.4105.1768.6844.8530.8522.8519.2740.04103121158180149101069049038032≈10000.060941171712051631000620390270210.048399.27119.34163.4190.38154.81100.5966.1044.8532.2727.4450.04069081106149175146101072055047≈10000.060570711041632011621000640440350.048364.0276.85105.17154.81185.79152.64100.5968.6850.4439.68表中数值按一定比例绘成光滑曲线后，得到1—5号板的荷载横向分布影响线，如图5-3所示：一号板二号板三号板 四号板五号板图5-3汽车横向荷载计算图（单位：cm）4、计算荷载横向分布系数按《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60—2004）规定沿横向确定最不利荷载位置后，就可计算跨中荷载横向分布系数如下：一号板：车辆荷载=1/2（0.309+0.191+0.122+0.068）=0.345二号板：车辆荷载=1/2（0.243+0.215+0.149+0.081）=0.344三号板：车辆荷载=1/2（0.161+0.201+0.189+0.112）=0.3315四号板：车辆荷载=1/2（0.102+0.142+0.184+0.162）=0.295五号板：车辆荷载=1/2（0.066+0.090+0.130+0.185）=0.2355 横向分布系数计算结果如表5-2:横向分布系数计算表表5-2梁号汽车挂车特载车列10.34500020.34400030.33200040.29500050.23600060.23600070.29500080.33200090.344000100.345000本桥无人行道，不考虑人行荷载。5.1.2计算汽车冲击系数按《公路桥涵通用设计规范》（JTGD60-2004）第4.3.2条进行近似计算，式中：—结构的计算跨径（m），=8.80m；—结构材料的弹性模量（N/m2），=3.15MPa=3.15N/；—上部结构截面的惯性矩（m4），—结构跨中处的单位长度质量（kg/m），当换算为重力计算时，其单位应为（Ns2/m2）;结构跨中处自重为0.6×13×25×0.7=136.5kN/m=136500N/m，换算为质量，其值为；—结构跨中处延米结构自重（N/m）； —重力加速度，g=9.81(m/s2)。按《通规》第4.3.2条，当1.5Hz14Hz时，冲击系数5.2空心板内力计算5.2.1恒载引起的一块板的最大弯矩由(3-3-1款)中计算可得：两侧防撞栏和缘石重5.38kN，桥面铺装重264kN，故分摊到每块板的荷载集度为:每块空心板自重集度:，故恒载作用下，空心板跨中截面弯矩为：5.2.2活载引起的弯矩计算车辆荷载引起的跨中弯矩（计入冲击系数） 5.2.3荷载组合承载能力极限状况组合：故=1.2×190.028+1.4×390.468=774.6895.3截面配筋及验算5.3.1截面等效换算根据截面等效原则将空心板换算成工字形截面。 图5-4截面换算示意图（单位：cm）按面积相等按惯性矩相等联立求解可得故进一步换算为工字形截面上翼板厚度：下翼板厚度：5.3.2配筋计算、判断截面类型假设一层受拉主筋，，则有效高度由公式：为第一类T型截面。 由，可得：774.689整理后得：解得所以按第一类T型截面计算。可得选择9钢筋，面积为5542,顶部布置三跟架立钢筋，箍筋采用钢筋封闭箍，布置如下图：图5-5空心板截面配筋图（单位：cm）5.3.3截面复核，则故为第一类T形截面 受压区高度故可以算得截面的抗弯承载力故截面配置钢筋满足规范要求。结论本次设计主要设计步骤：1）桥梁结构方案拟定（1）根据已有的设计资料对桥位进行立面布置。 （2）拱圈结构采用等截面的单箱三室普通混凝土箱型截面，查阅规范和有关的参考资料，参考已经建好并正常运营的桥梁，确定拱圈截面采用的形式及主要部件的尺寸，同时也要考虑到桥面布置、构造及施工方面的要求等因素。桥主拱采用上承式悬链线无铰拱，主孔计算跨径72.7475m，计算矢高12.12m，矢跨比1/6。（3）拱圈采用拱架施工，分段、分层相结合进行施工，分段的位置设置在拱架挠曲线有转折的一级拱圈弯矩比较大的地方。拱上立柱施工，是根据施工经验按顺序进行排架施工。2）结构尺寸拟定构件的详细尺寸拟定参考设计规范中的相关规定，设计时进行全面综合考虑，最后确定比较合理的细部尺寸。同时可以参照已建成运营的相似桥型，相近跨径、桥面宽、荷载指标的桥梁的截面尺寸；设计时需要考虑到结构受力、构造、施工工艺等因素。3）结构计算这其中最为关键的便是拱轴系数的确定，最后的计算是否正确，基本上取决于拱轴系数的取值是否正确。本设计先确定拱轴线为悬链线，然后经过多次手算对比，确定一个最为合适的拱轴系数，之后对拱圈受力以及立柱桥面板受力进行计算。计算出结构各控制截面的内力，进行拱圈、内力分析并进行内力组合。同样对构件进行配筋估算等。4）结构验算完成上述工作之后，接下来就要对结构进行验算，对于拱桥主要验算拱圈截面承载力、拱圈裂缝宽度、拱圈的整体-强度稳定性。虽然本次毕业设计参考了许多规范、资料，最终完成了桥梁主要构件的设计计算，但还存在很多不足之处，相关数据及设计成果仅供参考。长达三个月的毕业设计马上要结束了，在这段时间中，我遇到过很多的问题和阻力，但这些并没有使我停止不前，而是在老师和同学的帮助鼓励下，克服困难，继续前行。同时，这三个月也是我养成了查阅资料、分析问题、解决问题的能力，并让我能够把之前学过的知识系统的联系起来，做了一次很好的梳理。也使我较全面的认识到一座桥梁的设计过程，并掌握一定的方法与技巧。但是，在这次设计过程中，我也认识到自身还存在许多问题，比如之前学习不扎实，设计过程有点粗心等等。因此，在以后的学习中，我会根据自身的情况制定不同的学习、锻炼方案，不断的提升自己。总之，持续三个月的毕业设计，必定会在我人生中留下浓墨重彩的一笔，也会为我将来的工作和不断学习打下坚实的基础。 参考文献【1】交通部.JTGD60—2004公路桥涵设计通用规范，北京：人民交通出版社，2004.【2】交通部.JTGD62—2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范，北京：人民交通出版社，2004.【3】交通部..JTGD61-2005公路圬工桥涵设计规范，北京：人民交通出版社，2005.【4】交通部.JTGD63—2007公路桥涵地基与基础设计规范，北京：人民交通出版社，2007.【5】邵旭东，程翔云，李立峰.桥梁设计与计算人民交通出版社.【6】顾安邦，孙国柱，公路桥涵设计手册《拱桥》（上册）北京：人民交通出版社.【7】邵旭东.桥梁工程（第2版），北京：人民交通出版，2007. 【8】易建国.混凝土简支梁（板）桥，人民交通出版社.【9】赵明阶.土质学与土力学，人民交通出版社.【10】叶见曙.结构设计原理（第2版），北京：人民交通出版社，2005.【11】李廉锟.结构力学（上册），北京：高等教育出版社，2004.【12】孙训方，方孝淑，关来泰.材料力学（I），高等教育出版社.【13】陈忠延.土木工程专业设计指南（桥梁工程分册），北京：中国水利水电出版社，2000.【14】王晓谋.基础工程第三版，人民交通出版社.【15】顾安邦，孙国柱.公路桥涵设计手册—拱桥(下)[M].北京:人民交通出版社.1994.致谢首先，我想要特别感谢尊敬的老师和耐心指导我们的老师。在过去三个月的时间里，老师和哥认真地对我们毕业设计进行指导，应用大学学到的基础知识和专业知识完成了源石大桥的初步设计，使我对学过的知识掌握得更加的牢固。对杜老师和涛哥的细心指导和付出的一点一滴表示衷心的感谢！感谢你们！ 借此机会，我也要向在我大学生活中给我帮助与指引的学生科老师，传授知识的任课老师以及身边生活的师兄师姐和同学们表示感谢！感谢遇见你们我才有了更多的成长！经过三个月的忙碌，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个本科生的毕业设计，由于知识掌握不够牢固以及经验的匮乏，难免有许多考虑不周的地方，疏漏和不足之处在所难免，请各位老师给以指正，以帮助我不断的提高，不断进步。我相信通过这次全面的系统的设计以及这个过程各位老师的不断点拔，在今后的工作中我一定会做到更好。我再次向我的老师和我的同学道声衷心的感谢！谢谢你们！'