1.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脚截面形心的弯矩和自拱顶至跨的恒载对跨截面形心的弯矩。其比值 。求的值后,可由中反求m值,若求出的m值与假定的m值不符,则应以求的的m值作为假定值,重复上述计算,直至两者接近为止。
1.1拟定上部结构尺寸。
1.1.1主拱圈几何尺寸。
1)几面特性。
截面高度cm ,取d=0.9m
主拱圈横桥向取1m单位宽度计算,横截面面积a=0.9㎡;
惯性矩;截面抵抗矩;
截面回转半径。
2)计算跨径和计算矢高。
假定m=2.814,相应的=0.21查“拱桥”表(ⅲ)20(8)得。
计算跨径;计算矢高。
3)拱脚截面的投影。
水平投影;竖向投影。
4)计算主拱圈坐标(图1-1)
将拱圈沿跨径24等分,每等分长。
以拱顶截面形心为坐标原点,拱轴线上各截面的
纵坐标=f,相应拱背坐标,相应拱腹坐标。其值见表1-1图1-1
主拱圈截面坐标表表1-1
注:值由《拱桥》附录(ⅲ)表(ⅲ)1查的;
值由《拱桥》附录(ⅲ)表(ⅲ)20(8)查的。
1.1.2拱上结构尺寸。
1)腹拱圈。
腹拱圈为10号砂浆砌30号粗料石等截面圆弧拱,截面高度=0.3m,净跨径=3.0m,净矢高=0.6m ,净矢跨比。查《拱桥》上册表3-1得。
水平投影 竖向投影
2)腹拱墩。
腹拱墩采用7.5号砂浆砌30号块石的横墙,厚0.8m。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的矩形组成的检查孔。
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线之间横墙中线的高度,其中计算过程及数值计算见表1-2
腹拱墩高度计算表表1-2
1.2恒载计算。
恒载分主拱圈、拱上空腹段、拱上实腹段三部分进行计算。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.
1.2.1主拱圈恒载。
表(ⅲ)19(8)值] =0.55288=461.2279kn
[表(ⅲ)19(8)值] =1016.5191 kn
=[表(ⅲ)19(8)值] =0.52303=4214.9200 kn
1.2.2拱上空腹段的恒载。
1)腹拱上部(图1-3)
腹拱圈外弧跨径=3.0+23.4138
腹拱内弧半径 =2.1750
腹拱圈重 图1-3
25.5334kn
腹拱侧墙护拱重=13.8932kn
以上三个系数依次分别查《拱桥》上册表3-1、表1-10、表1-9)
填料及路面重 =50.2511kn
两腹拱之间起拱线以上部分的重量(图1-4)
=14.8418kn
图1-4一个腹拱重p=25.5334+13.8932+50.2511
14.8418=104.5195kn
2)腹孔下部。
#横墙p==77.1672kn
#横墙p==33.9634kn
#拱座=2.7840kn
3)集中力。
104.5195+77.1672=181.6867kn
104.5195+33.9634=138.4829kn
(104.5195-14.8418)/2+2.7840=47.6230kn
1.2.3拱上实腹段的恒载(图1-5)
1)拱顶填料及桥面重。
8.82397=129.8888kn
2)悬链线曲边三角形部分。
图1-5重量 =71.80396kn
式中: =7.5481m
重心位置。0.75252=6.6402m
1.2.4各块恒载对拱脚及拱跨1/4截面的力矩见表1-3
半拱恒载对拱脚和1/4拱跨截面的弯矩表1-3
1.3验算拱轴系数。
由表1-3得=0.2149
该比值与假定拱轴系数m=2.814相应的接近,故可确定2.814为设计拱轴系数。
2.拱圈弹性中心及弹性压缩系数。
2.1弹性中心。
f=0.3334317.7291=2.5771m
2.2弹性压缩系数。
3.主拱圈截面内力计算。
3.1恒载内力计算。
计算拱圈内力时,为利用现有的数据采用所确定的拱轴线进行计算。但是在确定拱轴系数时,计算得到的恒载压力与确定的拱轴线很难在“五点”完全重合。本设计不计偏差的影响。
3.1.1不计弹性压缩的恒载推力。
1173.4058kn
3.1.2计入弹性压缩的恒载内力。
1)拱顶截面。
0-2.5771=-2.5771m
计入弹性压缩的水平推力。
1173.40581158.8039kn
轴向力1158.8039kn
弹性压缩弯矩。
2.5771(-0.0124441173.4058)=37.63046kn
2)拱脚截面。
7.7291-2.5771=5.1520m
计入弹性压缩的水平推力。
轴向力1624.8179kn
弹性压缩弯矩。
5.1520(-0.0124441173.4058)=-75.2288kn
3.2活载内力计算。
3.2.1汽车荷载效应。
公路-ⅱ级汽车荷载加载于影响线上,其中均布荷载为。
q=10.50.75=7.875kn/m。
集中荷载采用直线内插法求的。
314.5235kn
0.75=235.8926kn
拱圈宽为12m,承载双车道公路-ⅱ级汽车荷载,每米拱宽承载均布荷载。
27.785/12=1.2975kn/m,承载集中荷载2235.8926/12=39.3154kn
本桥填料厚度为0.5m,按《通规》第4.3.2条,不计汽车冲击力。
1) 拱顶截面。
为了加载公路-ⅱ级均布荷载,拱顶截面考虑弹性压缩的弯矩及与其相应的轴向力的影响线面积,可自《2024年手册》附表(ⅲ)14(59)查的,其值为:影响线面积。
表值)1492.3441
相应的轴向力影响线面积
为计算公路-ⅱ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的影响线坐标可自《2024年手册》附表(ⅲ)13(36)和附表(ⅲ)12(8)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线坐标其值为:
弯矩影响线坐标。
相应的水平推力影响线坐标。
上述计算数值见表3-1
拱顶截面弯矩及相应的轴向力影响线面积坐标表3-1
1 拱顶截面正弯矩。
均布恒载作用下考虑弹性压缩的弯矩。
1.297510.8195=14.0383knm
相应的考虑弹性压缩的轴向力 n=1.297513.3512=17.3232kn
集中荷载作用下不考虑弹性压缩的弯矩。
39.31542.0880=82.0906 knm
相应的不考虑弹性压缩的水平推力=39.31541.1647=45.7906kn
弹性压缩附加水平推力。
0.5699kn
弹性压缩附加弯矩。
0-2.5771) (0.5699)=1.4687knm
考虑弹性压缩后水平推力45.7906-0.5699=45.2207kn
考虑弹性压缩后弯矩。
82.0906+1.4687=83.5593 knm
2 拱顶截面负弯矩。
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