【挑战杯】“和平彩虹”桥结构设计计算书

【挑战杯】“和平彩虹”桥结构 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 计算书 “挑战杯”和平彩虹概念巧设计 工程概况 本桥为垂直跨河桥，为促进城市和郊区的共同快速发展，便利人们往来，建此跨河桥，连接城市市区和郊区，河道顺直，水流自桥位处自西向东，城市位于河岸北侧，人和车的总交通量较大，此桥造型优美，通行能力好，桥下可通行船只，既保证了人车的流通，又与周围环境融为一体，设计线条简洁优美，由多条曲线组成。拱肋似几道彩虹横跨在两岸之间，形成连续的拱结构，从整体上看，空间感绝好。不仅为人们提供了交通方便，也给人们带来了美好的视觉效果，整体上具有谐和紧凑的艺术美。作为城市的标志性建筑。 主体结构为刚架系杆拱，主跨结构为x型双拱，两边引桥为单拱斜跨桥面，对称设置，用同一基础连接，主拱跨度85米，矢高48.3米，与竖直方向的夹角 均为23.2米，矢高13.2米，矢跨比均为1:4，桥面全长173.613度，两副拱跨度 米。大桥双向两车道，每车到宽3.75米。桥面净宽11米，两边设置栏杆，桥面用高强钢绞线吊杆，主拱吊杆平行布置，两边各布置与桥面垂直，间距为8米;副拱吊杆在桥面处间距8米，拱干处间距为4米 。 主桥基础为沉井基础，拱座为独立式钢筋混凝土结构。 一、结构设计先进理念: 1(X型交叉提篮双拱 主体拱设计引X型交叉双拱和提篮拱的新构思，从设计、制造、安装都比一般六面体的桥梁要困难，可以在保证承载力要求的同时，提高了桥梁跨度，横向稳定性大为增加。与传统平行拱面相比，面内轴力和剪力变化微小，但两拱空间相互耦合，协同工作，使拱的横向稳定系数大为提高，解决了平行双拱因需加横撑而影响空间效果和视觉效果的不足。适用于较大跨径条件，克服了平行拱肋体系大跨时面外稳定性储备不足的弱点。造型美观，形式简洁。安装挡雪块和破积雪的装置，使雪小块的落下，避免拱顶积雪，下滑崩塌。 1 “挑战杯”和平彩虹概念巧设计 2(有推力组合体系拱桥 此桥为有推力组合体系拱桥，具有普通有推力拱桥的一般优点。适用于地质条件较好的地段。与无推力体系拱桥相比，可以减少行车道梁(板)的内力，简化拱肋与行车道梁的构造，并取消了无推力体系中系杆的制作，取消了系杆与拱脚的连接，比无推力拱桥更为经济。具有普遍无推力拱桥造价经济，施工简便的优点。与实腹拱相比，由于梁与拱肋共同受力。使桥面板的横截面积尺寸较小，拼装构件重量较轻，用料及施工经济。 同时，桥面荷载通过拱肋压力传与两岸敦台，无河中桥墩，省去了桥墩的设计制作和施工中的巨大人力财力，经济效益明显。 3(流线型混凝土钢箱梁 拱截面为流线型钢筋混凝土箱形截面，桥下横梁采用钢横梁。桥面板采用空心板，减轻了桥的恒载重，减小了拱截面尺寸，经济合理，减少恒载重力，适合较大跨度设计。桥面系为吊杆连接垂直交叉钢横梁，钢横梁通过钢纵梁形成网格型桥面系，横梁上设有剪力键与现浇桥面板形成整体，桥面下钢横梁上设有系杆平衡主墩水平力。 (吊杆为锁固钢绞线 4 为获得更高的强度，使钢绞线穿过模具相互挤压、硬化，使得整体坚固、抗疲劳性好，相当坚硬，不易弯曲。斜吊杆与竖向吊杆不同，这种体系与行架结构相似，有些吊杆时与没有斜吊杆时相比，拱的横向刚度大幅提高，并能减低拱肋中的弯矩。 5(钢管混凝土结构 作为拱主要是受压，所以重点是要使混凝土更能耐压。利用“约束现象”，混凝土里不加钢筋，而由混凝土与钢管共同作用，使混凝土受到约束，增加抗压强度。钢管混凝土除了增大混凝土强度外，还用钢管作为外膜，本桥设计为集束钢管混凝土结构。 6(桥梁避震设备 考虑到本地区较强的风荷载，为避免强风造成桥梁的弯曲的震动，确保安全性的万无一失，在本桥梁设计中我们采用日本东京湾工程中开发的减缓震动的设备，安装在冲合部桥梁的内部。 7(设计与周围环境相融合，注重整体景观设计 与周围环境融为一体，设计线条简洁优美，由多条曲线组成，一改一般桥梁给人的厚重灰暗的感觉。外观上，此桥具有钢梁柔拱形式上的美观性，拱肋似几道彩虹横跨在两岸之间，形成连续的拱结构，从整体上看，空间感绝好。不仅为人们提供了交通方便，也给人们带来了美好的视觉效果，整体上具有谐和紧凑的艺术美。桥面板采用空心板，保证强度的同时降低了桥面高度，达到整体美观的效果。 2 “挑战杯”和平彩虹概念巧设计 二、设计指标 1( 双向线路两车道公路桥，每车到宽3.75米，考虑城市交通较为繁重，设计 通过车速适当降低。 2( 设计时速:80km/h 3( 设计荷载: a.设计活载:按两车道，汽车20级设计，挂车100级检算 22mm人群荷载总体加载3KN/，局部加载3.5KN/. b.其他荷载:风向冬季多为北风，夏季多为东南季风。长年平均为三，四 级。桥受风荷载的影响通过计算考虑。 (通航净空:7米 4 5(拱结构尺寸:主拱跨度85米，矢高48.3米，与竖直方向的夹角13度，两副 拱跨度均为23.2米，矢高13.2米，矢跨比均为1:4，。 (桥面尺寸: 桥面全长173.6米，净宽11米。 6 桥面总宽:3.75*2+1.5*2+1.6=12.1米 桥面净宽:3.75*2+1.5*2=10.5米 7(主跨度:主跨纵向分为10跨，每跨10.5+8*8+10.5米。计算跨径 10.1+7.6*8+10.1米。副跨纵向分为6跨，8*5+8.3*1=48.3m，计 算跨径L=85+48.3*2=176.6m 7( 拱肋:主跨为X型交叉双拱，悬链线轴线，失跨比1/4，跨度L=80m.,矢高 22.3m，拱轴系数m=1.1 ;副跨为斜交单拱，悬链线轴线，失跨1/4 跨度L=48.3m.,矢高13.2m，拱轴系数m=1.1 3 “挑战杯”和平彩虹概念巧设计 三、 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 预应力高强钢:冷拉?级 应力钢筋:?级和?级热轧钢筋 空心桥面板:40号混凝土 桥面铺装层:30号沥青 横钢梁:14Mn钢 s:Ф5高强钢丝束 拉索 四、自然条件 1(地质条件 本桥为有推力拱与吊杆的组合体系结构，适用于两岸地质条件好的河段。河一侧为发达城市，另一侧为环境优美的郊区。郊区的农副产品，自然资源和城市的工业生活产品通过本桥流通于两者之间，交通较为繁重。 2(气候条件:桥址位于华南地区，年最高气温42度，最冷气温为零下1度，多年平均气温为31度。空气相对湿度较大，风向多为东南季风，长年平均为5、6级。桥受风荷载的影响通过计算考虑。 3(水文条件:河水主要由大气降水补给。河段位于平原地区，水流平缓，含沙量较高，考虑沉沙的影响，桥下净空设计较低，可通行吨位较小的船只。 4(地质地震:两岸地质条件较好，具备建大跨度桥的地质条件。本桥设计在不属于地震带范围的地区，桥位区不存在活动断裂。地震作用较小，根据《中华人民共和国地震烈度区划图》(1990年)，涉及计算考虑地震作用的影响。 4 “挑战杯”和平彩虹概念巧设计 五、设计使用 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 (1)《公路桥涵设计通用规范》 (JTJ021-89) (2)《公路桥涵设计手册》 (拱桥上、下册) 人民交通出版社 1994版 (3)《混凝土结构设计原理》 上册 三年级上册必备古诗语文八年级上册教案下载人教社三年级上册数学 pdf四年级上册口算下载三年级数学教材上册pdf 中国建筑出版社 2002年 (4)《公路桥梁荷载横向分布计算》 人民交通出版社 1987年 (5)《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥设计规范》(JTJ023-85) ) (6)《公路工程抗震设计规范》(JTJ004-89 (7)《公路工程技术规范》(JTJ01-88); (8) 《公路桥涵地基与基础设计规范》-85); (JTJ024 5 “挑战杯”和平彩虹概念巧设计 第二篇 主要构建设计与计算 第一部分:主跨桥面系部分: 一:侧视图和横截面图: 全跨由10段标准跨径为每跨10.5+8×8+10.5米的预应力空心板组成，相邻预应力板简支在横梁上。 采用20块预制空心板，各块空心板宽99厘米，高为60厘米，计算长度为10.1、7.6×8、10.1米，采用先张法施工工艺，预应力钢筋采用冷拉? 级钢筋。每块板横断面布置如图1-1 空心板毛截面尺寸 6 “挑战杯”和平彩虹概念巧设计 二、毛截面几何特性 1)毛截面面积: 2 A=99×60,2×38×8,4×Π×19,2,2×(1/2×7×2.5，7×h2 2.5+1/2×7×5)=2976.3cm 2)截面重心位置: 1/2板高静距: S=2×[1/2×5×7×(2/3+16)+2.5×7×(23×7/2)+1/2×2.51/2 ×7×(23+7/3)] 3 =2094.2cm 截面重心离1/2板高距离: 毛 d=S/A=2094.2/2976.3=0.7cm (下移) 板高1/2h ’ 3)半圆对其自身重心轴惯性矩I ’44 I=0.00686=0.00686×38=14304cm 截面对重心轴惯性矩: 3232 I=99×60/12+99×60×0.7,2×[38×8/12+38×8×0.7] ,4×143040222567.1×[(8.06+4+0.7)+(8.06+4,0.7)] ,87.5×(23.7+0.7) ,2× 34 =1340.2×10cm 三.内力计算 一) 恒力计算 1. 空心板自重g 1 g= r × A 1h-4 =2976.3×10×25 =7.44KN/m 2. 桥面系自重g: 2 人行道板及栏杆重力,单侧重力取12.0KN/m,桥面铺装层用10cm厚沥青, 铺装层每延米总重:0.1×15×23=34.5KN/m.将两者平均分担给空心板, 每块板分担桥面系重力: g=(12×2+34.5)/20=2.93KN/m 2 3. 铰接缝自重,取0.3KN/m. 恒载内力如下: ’ 一块板总恒载力: g + g+ g=7.44+2.93+0.3=10.67KN/m 12 7 “挑战杯”和平彩虹概念巧设计 恒载跨度跨中弯矩1/4跨中弯支点剪1/4跨中 22lm KN/m (1/8gl) 矩:3 gl/32 力:1/2 gl 剪力KN 10.67 12.60 211.7 158.8 67.22 33.61 二)活载产生的内力: 1(荷载横向分布系数 由于此拱桥为非传统拱桥，拱桥截面形状复杂，计算横向分布系数比较困难，近似引用梁桥横向分布影响系数，并根据车道数，拱肋数及间距做出调整，如下: ε m,m(1，,)梁拱 ——汽车 ε = 0.17，挂车ε = 0.55 ,20100 先按梁桥计算m ? 跨中和1/4处按铰接板法计算 I计算图 T 空心板的刚度系数 222 r=πEI/4GI(b/l)?5.8I/I(b/l)TT 34 I=I =1340.2×10cm0 22I=4bh/(2h/t+2b/t) =4×(99,8)×(60,7)/[2×(60,7)/8+2×(99,T12 8)/7] 34 =2370.6×10cm 332?r=5.8×1340.2×10/2370×10×(99/1260) =0.021 8 “挑战杯”和平彩虹概念巧设计 查《公路桥涵设计手册》(桥梁)上册附录(二)中20块铰接板横向分布系数，内插法得r=0.021时 1号至10号板荷载分布影响线值如下表 项目 板号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 0.234 0.991 0.143 0.108 0.081 0.061 0.045 0.034 0.026 0.02 0.015 2 0.191 0.186 0.156 0.116 0.088 0.066 0.05 0.037 0.028 0.021 0.016 3 0.143 0.156 0.161 0.136 0.101 0.076 0.056 0.043 0.032 0.074 0.018 4 0.108 0.116 0.136 0.145 0.124 0.093 0.07 0.053 0.04 0.03 0.022 5 0.081 0.088 0.101 0.124 0.136 0.118 0.088 0.066 0.05 0.038 0.028 6 0.061 0.066 0.076 0.093 0.118 0.131 0.114 0.085 0.064 0.048 0.036 7 0.045 0.050 0.057 0.07 0.088 0.114 0.129 0.112 0.084 0.063 0.048 8 0.034 0.037 0.043 0.057 0.066 0.085 0.112 0.127 0.111 0.083 0.063 9 0.026 0.028 0.032 0.010 0.050 0.064 0.084 0.111 0.126 0.111 0.083 10 0.02 0.021 0.024 0.03 0.038 0.048 0.063 0.083 0.111 0.126 0.11 由上表画出各板横向分部影响线，并在最不利位置加载汽-20，挂-100，人群 23.5KN/m,求各板横向分布系数 例:对1号板，见图，1-3 各板横向分布系数计算 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 : 汽车-20作用如下: m=1/2?y汽i 汽 挂车-100作用如下:m=1/4?y挂挂i 人群荷载作用如下: m =?y 人人i 9 “挑战杯”和平彩虹概念巧设计 ?有1号板: 二列汽车: m=1/2?y 汽汽2i =1/2(0.126+0.074+0.052+0.030) =0.140 挂车-100: m=1/4?y 挂挂i =1/4(0.108+0.085+0.066+0.05) =0.077 人群荷载: m =?y 人人i =0.205+0.002 =0.207 同理,画出每块板横向分布图,求得m,m,m,如下: 汽挂人2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 m 0.141 0.155 0.175 0.192 0.261 0.201 0.197 0.194 0.191 0190 汽2 m 0.077 0.083 0.097 0.112 0.119 0.007 0.003 0.002 0.00 0.10 挂 m 0.207 0.189 0.158 0.117 0.090 0.07 0.056 0.045 0.039 0.037 人 因此,取最不利值 m=0.201,m=0.119,m=0.09 汽挂人2 调整跨中及1/4处 ? m=m(1+ε)拱梁 m=0.201×(1+0.17) =0.235 汽2 挂车-100 m=0.119×(1+0.55) =0.184 挂 m=0.09 人 支点处分布系数(杠杆法) 10 “挑战杯”和平彩虹概念巧设计 m=1/2×1.0×1.17=0.585 汽2 m=1/4×(0.1+1.0+0.1)×1.55 =0.465 挂 m=0.09 人 活载内力(跨中弯矩) 2. 2 二列汽车; M=(1+μ)×1×0.235×37.38×1/8×12.6 跨中 =216.68 KNm 挂车-100 M=1.0×19.845×93.15×0.184 跨中 =340.13 KNm 人群荷载 M=19.845×8.75×0.09 跨中 =15.6 KNm 其中: μ—汽车冲击系数,取 1+ 汽—20=1.243 —100=1.0 汽 ε—折减系数，取1.0. k—等代荷载,k=37.38KNm; 汽 k=93.15KNm k=8.375KNm 挂人 Ω—影响线面积 支点剪力: Q=(1+ μ)ε?mpy iii p—车辆轴重i y—沿桥纵向与荷载位置对应的剪力影响线坐标值 i 二列汽车: Q= 1.243×1×106.04 支 =131.8 KN 挂车-100: Q=1.0×?mpy支iii =159.36 KN 人群荷载: Q=mqΩ+1/2×l/4×(0,m)(l/12+11×l/12)q支人人人 =3.72 KN (三)内力组合 按承载能力极限状态设计: ’弯矩: 组合S=1.2S+1.4S 1Gq 11 “挑战杯”和平彩虹概念巧设计 =1.2×211.7+1.4×(216.68+15.6) =579KNm ” S=1.2S+1.1S 2Gq =1.2×211.7+1.1×340.13 =628.18 KNm ?极限状态控制内力设计值M=628.18 KNm ’ 剪力: 组合S=1.2S+1.4S 1Gq =1.2×67.2+1.4×(131.8+3.72) =270.36 KNm ” 组合S=1.2S+1.1S2Gq =1.2×67.2+1.1×159.36 =255.9 KN ?剪力设计值 Q=270.36 KN 其中: S—恒载内力 G’ S—汽车和在+人群荷载 q ”S—挂车荷载 q 四(预应力钢筋设计 (1) 面积计算: m控制。 由跨中弯矩M=628.18KN? 空心截面等效为工字形截面，忽略铰接缝 22 由bh=(4/π)×38+8×38=1438.12cmkk 得b=1438.12/hcm kk 3424 3又I=(1/12)bh=38×8/12+0.006×38+2×5.671×(8.06+4)=195191.5cmkk 代入b=1438.12/hkk 所以 h=40.4cm , b=35.6cm kk 得工字形截面上翼缘板厚: ， h=30,40.4/2=9.8cm 上，， h=h=9.8cm 下上 12 “挑战杯”和平彩虹概念巧设计 x 肋板厚: b=99,2×35.6=27.8cm 取保护层厚度为40mm，有效高度h=56cm 0 ’’又 M?(1/rl)Rbh(h,h/2) aii0i =(1/1.25)×23×990×98×(560,98/2) =912.2KN?m，M=628.18KN?m 设计值 所以 受压区高度位于上翼板内，属第一类T型截面，按宽度99cm的 矩形截面计算As, F0 fyAs ,,,Affbxsyci, ,1x,(,)MAfhsy0,2rs, 其中:f=750Mpa , f=23Mpa , r=1.25 , h=560mm,b’=990m,M=628.18KM?m ycs0ij 6990*560*232*1.25*628.1810，解之得 A= (11)，,,s750990*560*560*23 2 =1985.5mm 选取7根直径为20mm的冷拉?级钢筋作为预应力筋， 322A=7×π×20/4=2199mm，1985.5mm，满足要求 s (2) 预应力筋的布置 保护层厚度 a=36mm 如图: 13 “挑战杯”和平彩虹概念巧设计 五(验算: (一) 换算截面面积 2 A=A，(n,1)A=2976.3，(6.06,1)×21.99=3087.6cm0hyy N=E/E=6.06 yyh (二) 重心位置 换算截面对重心静矩: 3S=(6.06,1)×21.99×(30,0.7,3.61)=2859.6cm y 中距毛截面重心距离: 换算截面 d=S/A=2859.6/3087.6=0.9cm(下移) y0 所以，换算截面重心至上，下缘距离: y=30,0.7,0.9=28.4cm 下0 y=30，0.7，0.9=31.6cm 上o 预应力筋至换算截面重心的距离: e=28.4,3.6=24.8cm y 换算截面惯性矩: 22I=I，Ad，(n,1)Ae 0hhyyy322=1340.2×10，2976.3×0.9，(6.06,1)×21.99×24.8 2=1411045.9cm (三) 正截面强度验算: 受压区高度: ’fA=fbx yyai’’所以 x=(fA)/(fb)=(750×2199)/(990×23)=72，h=98mm yyaii 且x，εh=0.4×564=225.0mm b0 所以 抗弯承载力 ’M=(1/r)fb×(h,x/2) ccr0 =1/1.25×23×990×72×(564,72/2) =692.5KN?m，628.18KN?m (满足) 14 “挑战杯”和平彩虹概念巧设计 (四) 抗剪强度验算: 由弯矩，剪力包络图，计算出箍筋的间距: 由跨中到3m处，间距s=15cm 由3m至梁端处:箍筋间距:s=10cm 如图: 斜截面抗剪强度经验算满足 (五)变形验算: 不计冲击时汽车荷载在跨中弯矩: 216.68/1.243=174.3KN?m 加人群荷载后，跨中弯矩: 15.6=190KN?m 174.3， 挂车荷载产生的弯矩:340.13KN?m 由于340.13/190=1.79，1.2,故挂车控制挠度设计 2所以，f=(5/480)ML/(0.85×EI) pph062643=(5/48) ×(340.13×10×10.5×10)/(0.85×3.3×10×1340.2×10× 410)=11.2mm 《公路规范》规定，用平板挂车验算时容许挠度， 3[f]=1.2×L/600=1.2×10.5×10/600=21mm p f=11.2mm，[f]=21mm pp (满足刚度要求) 六(钢横梁设计计算: 简图如下: 15 “挑战杯”和平彩虹概念巧设计 (1)活载内力: a)矩: 跨中弯矩:M=(1+μ)(p/2)×?y汽2i =1.243×200/2×(2.95+3.85+4.5+5.4)=2075.8kn?m b)剪力(支点) 剪力影响线: 16 “挑战杯”和平彩虹概念巧设计 Q=(1+μ)(p/4)×?η=1.0×250×(0.76+0.6+0.46+0.31)=532.5KN 挂i Q=(1+μ)(p/2)×?η=1.243×100×(0.8+0.76+0.72+0.676)挂2i =367.4 KN 人群荷载:Q=3.5×0.9=3.15kn 人 (2)载内力: 一块板系恒载:自重+铺装层+铰缝=10.67kn/m 则横梁计算长度内分布荷载: 10.67×10.5×20/21.6=97.2kn/m 如图: 2恒载弯矩:M=1/8ql=1339.5kn?m g 恒载在支点剪力:Q=ql/2=510.3kn 端 (3) 由于跨度较大，荷载负荷大，又要求有较低的梁高，故采用钢横梁。可以 减小自重，经权衡比较，采用钢箱梁结构，制作、施工都很方便。 ? 不计钢梁重时: M=M+ M=1339.5+510.3=1849.8kn?m maxgg663 所以，W=M/(rf)=(1849.8×10)/(1.05×315)=5.5×10mmxx 其中: 型截面:r=1.05 x2 16Mn钢:f=315N/mm 363? 估算经济梁高: h,7w,300,7*5.5*10,300ex =935mm 取梁跨中梁高h=990m 支座剪力Q=510.3+739=1249.3kn 顶板底板厚取25mm， 故腹板高hw=195cm 腹板最小厚度:tw?1.5Q/hf=8.6mm wv 又根据腹板稳定及构造要求: t?7+0.003h=7+0.003×990=10mm w 所以，取腹板厚 t=15mm w 17 “挑战杯”和平彩虹概念巧设计 翼缘宽b:由经验公式b=(1/2.5,1/6)h=39.6cm,165mm 所以，b=80cm 截面如图: 25 15 990 940 10 750 25 800 : ? 验算 a)截面几何特性: 2 An=1.5×94×2+80×2.5×2=682cm 32 I=2×(1/12)×1.5×94+2×80×2.5×[(94+2.5)/2]x64=1.12×10cm 63 W=I/(94/2)= 1.12×10/46=24758cmxx ,310*9.8钢梁自重 682×100×7.8×=5.65KN/m 自重产生的跨中弯矩: ’22 M=1/8ql=1/8×7.35×1.2×10.5=526.9kn?m g’支端剪力:V=ql/2=0.5×7.53×1.2×21.6=95.58kn g b) 正应力验算: 632 σ=M/rw=(1849.8+526.9)×10/(1.05×24758×10)=2.93kn/mmmaxmaxxx ，f=3.5kn/mm2 (安全) c) 剪力验算: 32 τ=1.5×V/hf=1.5×(2083.6+95.58)×10/(1905×15×2)=55.8kn/mmmaxmaxww2 ，f=185kn/mmv (安全) d)刚度验算: 43 v=5ql/384EI+(19/1152)×(Fl/EI)=14.2mm ，l/600l=17.5mm(满足) 18 “挑战杯”和平彩虹概念巧设计 第二部分 吊杆设计与计算 一、桥梁设计基本资料 2 1、桥面荷载:汽—20级，挂车—100，人群荷载—3.5KN/m;2、桥面净空:22.5m，吊杆中心间距12m; 3、净 跨 度:85m; 4、拱 形 式:X型双拱，悬链线箱型截面拱; 5、矢跨比介于1/4和1/5之间; 6、净矢高:f=22.5m; 0 7、拱轴系数m=1.1; s、吊杆:柔性斜吊杆，Φ5高强钢丝束。 8 二、桥梁上部结构示意图: 1、拱平面图: 2、拱立面图: 3、拱截面图: 19 “挑战杯”和平彩虹概念巧设计 三、具体检算过程 1、拱肋重及桥面荷载对1/4点及对拱脚处的力矩见下表: 表 项 目 吊杆1 吊杆2 吊杆3 吊杆4 吊杆5 一: 预应力空心板，铺装层，人行道672.2 672.2 672.2 672.2 672.2 及栏杆重(KN) 钢横梁重(KN) 81.3 81.3 81.3 81.3 81.3 吊杆重(KN) 4.8 4.8 4.4 4.0 3.5 ,(KN) 1430.5 1430.5 1430.1 1429.7 1429.2 总 合(KN) 7150 表二: 项 目 吊杆1 吊杆2 吊杆3 对1/4点的力臂(m) 33 19.8 6.6 444对1/4点的力矩(knm) ，10，10，10 4.7 2.83 0.9 对拱脚的力臂 (m) 66 52.8 39.6 444对拱脚的力矩 (knm) ，10，10，109.4 7.5 5.7 拱肋平面与桥轴线不平行，吊杆倾角(与竖直方向)大约10度，计算时按斜吊杆的合力计算，依据拱肋平面与桥轴线平行计算。(因《规范》尚无此类型结构的计算理论，又吊杆在垂直桥的方向的分量很小，故近似按传统的拱肋理论计算。 2、拱轴系数的确定: 假定拱轴系数为1.1，拱轴线采用悬链线。 拱肋的参数如下: :38,dB= =2.2m =1.5m =1.8m =1.3m dBjjjdd 计算跨径: L=+dsin,=233.5m Ljj0 计算矢高: f=+/2-d/2cos,=26.4m dfjjd0 20 “挑战杯”和平彩虹概念巧设计 2x==0.5 ,L 悬链线拱轴线方程为: fY=(ch,k,1) m,1 221.1,1m,1K=ln (m+)=ln(1.1+)=0.44 1/4处: kk,,26.4e，eY=(-1)=6.7m 1L21.1,14 Y1L4 =6.7/26.4=0.254 ？f M,14L8.13，104又 ==0.28 4M28.1，10,拱脚 由以上计算可以看出，两者近似相等，故拱轴系数为1.1，恒载作用下拱轴 线和压力线基本重合，拱轴系数选取合适。 3、计算弹性压缩中心: 22cos,idscos,,,A19.6704EIi ===0.0013 ,,22Yi15307.43Yds ,,EIIi =0.0018 (查表计算得) ,1 ,0.00181 ==0.0018 ？1，,1，0.0013 4、恒载作用下的内里: 4M28.1，10,拱脚4,1.06，10H水平推力:==KN g26.4f 垂直力: V,7150KN g 计算弹性中心的位置: ，26.4,8.44m=[查《规范》表值]*f=0.32 ys 21 “挑战杯”和平彩虹概念巧设计 5、计算活载作用下的内力: ？m,0.227横向分布计算: 汽 参考前面桥面板计算时得出的活载横向分布系数 4m,0.201汽 2m,0.119挂 m,0.09人 又 调整后的横向分布系数为: m,m(1，,)梁挂 m,0.277，(1，0.17),0.3244汽 m,0.201，(1，0.17),0.2352汽 m,0.119，(1，0.55),0.184挂 m,0.09人 计算方法:查《拱桥设计手册》计算用表，得 内力影响线，计算各截面的活载内力。 公式:F=(1+ ,),mk,i 1+,:横载冲击系数，汽20级取1.243，挂100取1.0 , :车道折减系数 m:活载横向分布系数 k: 等代荷载 :弯矩或剪力影响线面积 , ,1,0.0018,因为: 考虑弹性压缩中心，查《规范》得内力影响线面积 ,1， 求得内力如下表: 22 “挑战杯”和平彩虹概念巧设计 项 目 拱 顶 拱 脚 1687.7 汽20: M(KN,m)5744.8 汽 水平力KN H725.35 1057 汽 垂直力KN V0 364.68 汽 人群: M81.1 248.4 人 水平力: H31.36 45.7 人 垂直力 V0 15.76 人 挂车100: M4014.2 13663.8 挂 水平力 H1725.2 2514.7 挂 竖直力V0 867.4 挂 ,cos 1 0.788 ,sin 0 0.62 汽20与人群 1768.8 5993.2 荷载组合: ,MI 水平力 H756.7 1102.7 I 垂直力 V0 380.44 I ,Vsin ,,,cos,，756.7 657.8 I ,1,,,, 1.36 1.98 ,1,， 23 “挑战杯”和平彩虹概念巧设计 续上表: 项目 拱顶 拱脚 1.36 1.56 ,,,,,cos, 758.06 659.36 N,,，,,轴力 8.44 -17.96 y,y,ys1 -11.478 35.56 ,,,,,,,y 1757.32 6028.76 ,,,，,, , 1725.2 4244.6 ,,Hcos,，Vsin, 挂车100组合:-3.1 -4.53 ,1,,,,,, 1,， -3.1 -3.56 ,,,,,cos, 1722.1 4241.04 ,,,，,, ,, 8.44 -17.96 y,y,ys1 26.16 -81.35 ,,,,,,,y 4040.36 13582.4 ,,,，,, ,, 6、截面强度验算: a、拱顶截面: 44N,N，N,1.06，10，1722.1,1.23，10KN 轴力: gq拱顶 弯矩:M,M，M,4040.36KN,m gq拱顶 拱顶截面积几何特性: 24 “挑战杯”和平彩虹概念巧设计 2A,1.3，0.4，1.8，0.4,1.24mn 11334I,2，，0.2，1.4，2，，1.3，0.2，2，1.3，0.2，1,0.613m1212 I0.613,,0.7m 回转半径: i= A1.24 选配钢筋和混凝土 采用30号混凝土: R,17.5,,aR,1.75,,aal ,级钢筋 用 R,340MPag 2,30钢筋A,0.00071m 拟上下缘各配20: g1 正截面强度验算: M4040.4 偏心矩: e,,,0.32m06N1.23*10 查《规范》手册，小偏心截面容许偏心矩: ,0.7y,0.7*1.8/2,0.63m [e] 所以有 e,0.32小于[e],0.630 故满足小偏心条件，为小偏心受压 拱顶正截面强度验算公式: N,,AR/rdam 8e0.32,,801,()1,,,y0.9,,,,,,0.826 其中 2e200.32,,1，()1，,,i0.7,, 材料安全系数，混凝土为1.2 rm 64 ？,AR/r,0.826*1.24*17.5，10/1.2,1.49，10KN am 4 大于 N,1.23，10KNd 强度安全 拱顶截面弯矩比较小，经验算安全 25 “挑战杯”和平彩虹概念巧设计 b、拱脚截面强度验算: 224 恒载轴力 N,H，V,1.27，10KNggg 4M,28.1，10KN,m 弯矩: g 活载: 轴力: N,4241.4KNq 弯矩: M,13582.4KNmq 410总轴力 N==1.69KN N，N，gq 410 弯矩 M=29.45KNm M，M,，gq 4M29.45，10e,,,17.32m偏心距 〉[e] 04N1.69，10 为大偏心受压 ，材料的弯曲强度控制设计 《规范》所列计算公式: 'ARw N, jAe,,0,1r,,mw,, 拱脚截面面积变大。 几何特性 2m A=1.5*0.8+1.4*0.6=2.04 113324I=2* *0.3*1.4，2**1.5*0.4，2*1.5*0.4*1.3,2.18m1212 I3 w,,1.98mh/2 6AR2.04*340，10g4？,,1.782，10KN Ae2.04*11.32,,,,0,1*2.31,1r,,,,m1.98w,,,, 4N,1.69，10KN 大于 (满足) j 其中 为材料的安全系数，取2.3 rm 26 “挑战杯”和平彩虹概念巧设计 四、吊杆计算 1、恒载(取半吊宽) 取1号吊杆 由两斜吊杆的合力承担，斜吊杆与竖直方向N,1430.4KNg 的夹角近似为45度 单根斜吊杆的轴力 NgN,,2023.03KN 1,cos45 2、活载 取挂车活载: P,(1，,)m，P, ,ii挂挂 =1.0*0.465*250*(1+0.86+0.86) =316.2KN 所以吊杆的总内力: 316.2 N,2023.03，,2470.1KN 吊2/2 s吊杆采用高强钢丝束组成， ,5 抗拉强度 f,1600MPay 3N2470.1，10吊 根数 n=) ,,196.6(根23014，25d,，0.4，1600f，0.4y44 取 n =200根 s即采用200高强钢丝束作为吊杆 ,5 五、栏杆的计算布置 如图: 27 “挑战杯”和平彩虹概念巧设计 1、内力计算(对栏杆柱的根部) 2、恒载: G,2*0.15*0.15*(2.5,0.18)*25,2.6KN扶手 G,0.18*0.22*1.2*25,1.188KN栏杆柱 轴力: N,G，G,2.61，1.188,3.798KNg扶手栏杆 3、活载 按《手册》规定: 竖向采用 1.2KN/m 水平采用 1.0KN/m 作用于根部的活载内力 轴力 N,1.2*2.5,3.0KNq 剪力 Q,1.0*2.5,2.5KNq 弯矩 M,1.0*2.5*(1.2,0.1,0.15/2),2.5625KN,mq 3、根部总内力 轴力 N= N，N,3.798，3.0,6.798KNgq 剪力 Q= Q,2.5KNq 弯矩 M= M,2.5625KN,mq 4、截面设计及配筋 ,6 纵筋采用级 ，箍筋采用。 , 六、拱肋横向稳定性验算 求圆心角及半径 , f=1/2Ltg 4 26.4,,0.3955 tan= 14，133.52 ,,,86.3 所以 28 “挑战杯”和平彩虹概念巧设计 L133.5R,,,97.58m ,,86.32sin2，sin22拱肋平面外抗弯刚度 11332EI,E(*0.4*1.5*2，2**1.4*0.3，2*1.4*0.3*0.6)y1212 4,0.5337Em 求横向临界荷载: 27EI3，10*0.5337y4N,m,40*,6.726，10KN L22R97.58 f (m为临界水平推力系数，=0.2时，m取40) L所以 NL K= Hj 46.726，10 = 41.06，10，4241.04 =4.53 大于4 综上得:稳定性满足。 29