1、拱架计算书 1.1 设计依据 1、《务川县本桥施工图设计》； 2、《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50－2011）； 3、《钢结构设计规范》（GB50017-2003）； 4、《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2007）； 5、《公路桥涵施工技术规范》（JTJ 041-2000）； 6、《公路桥涵钢结构和木结构设计规范》（JTJ 025-86）； 7、《装备式公路钢桥使用手册》； 8、《路桥施工计算手册》。 9、《建筑施工模板安全技术规范》（JGJ 162-2008） 10、《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205—2001） 11、《建筑结构荷载规范》（GB50009—2001） 12、《桥梁工程》、《结构力学》、《材料力学》，《拱桥》，《桥梁设计与计算》； 13、其他相关规范手册； 1.2 工程概况 本桥位于务川县县郊，跨越龙塘河。桥跨布置为1×16m(预应力混凝土空心板)+125m(钢筋混凝土箱拱)+ 1×16m(预应力混凝土空心板)，大桥全长170.6米。桥梁平面位于直线支架计算荷载的取用原则 根据《公路桥涵施工技术规范》JTG/T TF50－2011第5.2.6条： 模板、支架的设计应考虑下列各项荷载，并应按表1-3-1进行荷载组合。 ⑴模板、支架自重； ⑵新浇筑混凝土、钢筋、预应力筋或其他圬工结构物的重力； ⑶施工人员及施工设备、施工材料等荷载； ⑷振捣混凝土时产生的振动荷载； ⑸新浇筑混凝土对侧模板的压力； ⑹混凝土入模时产生的水平方向的冲击荷载； ⑺其他可能产生的荷载。如雪荷载、冬天保温设施荷载等。 表1-1 模板、支架和拱架设计计算的荷载组合 模板结构名称 荷载组合 计算强度用 验算刚度用 梁、板和拱的底模板以及支撑板、支架及拱等 （1）+1.2（2）+（3）+（4）+（7） （1）+1.2（2）+（7） 缘石、人行道、栏杆、柱、梁、板、拱等的侧模板 （4）+（5） （5） 基础、墩台等侧模板 （5）+（6） （5） 普通模板荷载计算： ⑴模板、支架和拱架的容重按设计图纸计算确定。 ⑵新浇筑混凝土和钢筋混凝土的容重：混凝土24KN/m3；钢筋混凝土的容重可采用25KN/m3～26KN/m3（以体积计算的含筋量≤2%时采用25KN/m3，2%时采用26KN/m3），本检算资料按26×1.2＝31.2KN/m3计。 ⑶施工人员和施工材料、机具行走运输或堆放荷载标准值： ①计算模板及直接支承模板的小棱时，均布荷载可取2.5KPa，另外以集中荷载2.5KN进行验算； ②计算直接支承小棱的梁或拱架时，均布荷载可取1.5KPa; ③计算支架立柱及支承拱架的其他结构构件时，均布荷载可取1.0KPa； ④有实际资料时按实际取值。 ⑷振捣混凝土时产生的荷载（作用范围在有效压头高度之内）： 对水平模板为2.0KPa；对垂直面模板为4.0KPa。 ⑸新浇筑混凝土对模板侧面的压力： 采用内部振捣器，当混凝土的浇筑速度在6m/h以下时，新浇筑的普通混凝土作用于模板的最大侧压力可按式（D—1）和（D—2）计算： Pmax=0.22γtoK1K2 v 1/2 （D—1） Pmax=γh (D—2) 式中：Pmax—新浇筑混凝土对模板的最大侧压力（kPa） h—为有效压头高度（m） V—混凝土的浇筑速度（m/h） t0—新浇筑混凝土的初凝时间（h）。可按实测确定： γ—混凝土的容重（KN/m3） K1—外加剂影响正系数，不掺外加剂时取1.0，掺缓凝作用的外加剂时取1.2； K2—混凝土塌落度影响正系数，当塌落度小于30mm时，取0.85；50至90mm时，取1.0；110至150mm时取1.15。 ⑹倾倒混凝土时产生的水平荷载： 倾倒混凝土时对垂直面模板产生的水平荷载按附录D采用。本计算取2.0Kpa。 表1-2 倾倒混凝土时产生的水平荷载 向模板中供料方法 水平荷载（KPa） 用溜槽、串筒或导管输出 2.0 用容量0.2及小于0.2m3的运输器具倾倒 2.0 用容量大于0.2至0.8m3的运输器具倾倒 4.0 用容量大于0.8m3的运输器具倾倒 6.0 ⑺其他可能产生的荷载：如雪荷载、冬季保温设施荷载等，按实际情况考虑。(本计算按荷载为0考虑) 本桥支架荷载按“开口箱”计算。 1.4 支架设计 1.4.1 主要技术参数 混凝土：γ=26.0KN/m3。 竹胶板: γ竹胶板=9.0KN/m3；[σw]=80.6Mpa；E=7.5×103Mpa（优质品）；δ=0.018m；长×宽=2.44×1.22m。 方木：γ=6.0KN/m3；[σw]=12.0Mpa；E=9.0×103Mpa（马尾松）。 1.4.2 钢拱架结构概述 本桥采用悬拼钢拱架施工，钢拱架上下弦杆采用[25c槽钢，立柱采用[10槽钢，横撑采用∠75×50×5mm连接，斜撑采用∠75×50×5mm连接，钢拱架80cm间距为一组，通过横撑、斜撑焊接为一组。钢拱架横向共用五组，每组间距为1m。钢拱架顶铺设[18a槽钢作横向分配梁，间距为1m。[18a槽钢上铺设10×10cm纵向方木，位于腹板处的间距为30cm，其余位置为50cm。纵向方木上铺设1.8cm厚竹胶板作为底模。钢拱架整体结构为无铰拱，采用在拱座上预埋钢板用于焊接，拼装过程中，拱脚处设铰支撑，便于安装时调整标高，待所有节段安装后再焊接拱脚节段，结构转为无铰拱。 支架具体布置及细部尺寸等详见《务川县本桥主拱圈现浇支架施工设计图》，这里不再赘述。 1.4.3 内力符号规定 1、轴力：拉力为正，压力为负； 2、应力：拉应力为正，压应力为负； 其它内力规定同结构力学的规定。 1.5 本桥钢拱架截面性质计算 1.5.1钢拱架重量计算 根据钢拱架的设计加工图，钢拱架的各节段列表计算如下 表2-1 钢拱架重量计算明细表 节段 序号 材料 数量 （根） 每根长 （m） 共长 （m） 单位重 （kg/m） 重量(kg) 备注 标 准 节 段 1 [25c 4 5.825 23.3 35.32 822.96 上弦杆 2 [25c 4 6.265 25.06 35.32 885.12 下弦杆 3 [8b 20 2.2 44 8.04 353.76 立柱 4 ∠56×56×5 16 0.808 12.928 4.251 54.96 上下斜撑 5 ∠56×56×5 8 0.698 5.584 4.251 23.74 6 ∠75×50×5 10 0.88 8.8 4.808 42.31 上下横撑 7 ∠56×56×5 10 1.034 10.34 4.251 43.96 横断面斜撑 8 ∠56×56×5 5 0.88 4.4 4.251 18.70 横断面横撑 9 □41×26×2 4 0 16.74 66.96 法兰 10 [8b 2 2.148 4.296 8.04 16.08 侧面斜撑 11 [8b 6 2.305 13.83 8.04 48.24 12 □8×8×2 10 1 10.00 分配梁连接板 合计 2386.78 次 合 拢 节 段 1 [25c 4 5.825 23.3 35.32 822.96 上弦杆 2 [25c 4 6.065 24.26 35.32 856.86 下弦杆 3 [8b 20 2.2 44 8.04 353.76 立柱 4 ∠56×56×5 16 0.808 12.928 4.251 54.96 上下斜撑 5 ∠56×56×5 8 0.698 5.584 4.251 23.74 6 ∠75×50×5 10 0.88 8.8 4.808 42.31 上下横撑 7 ∠56×56×5 10 1.034 10.34 4.251 43.96 横断面斜撑 8 ∠56×56×5 5 0.88 4.4 4.251 18.70 横断面横撑 9 □41×26×2 6 0 16.74 100.44 法兰 10 [8b 2 2.148 4.296 8.04 16.08 侧面斜撑 11 [8b 6 2.305 13.83 8.04 48.24 12 □8×8×2 10 1 10.00 分配梁连接板 合计 2392.00 拱 脚 节 段 1 [25c 4 5.13 20.52 35.32 724.77 上弦杆 2 [25c 4 5.35 21.4 35.32 755.85 下弦杆 3 [8b 16 2.2 35.2 8.04 283.01 立柱 4 ∠56×56×5 14 0.808 11.312 4.251 48.09 上下斜撑 5 ∠56×56×5 6 0.698 4.188 4.251 17.80 6 ∠75×50×5 8 0.88 7.04 4.808 33.85 上下横撑 7 ∠56×56×5 8 1.034 8.272 4.251 35.16 横断面斜撑 8 ∠56×56×5 4 0.88 3.52 4.251 14.96 横断面横撑 9 □41×26×2 6 0 16.74 100.44 法兰 11 [8b 6 2.305 13.83 8.04 48.24 侧面斜撑 12 □8×8×2 10 1 10.00 分配梁连接板 13 [25c 8 1.39 11.12 35.32 282.56 铰臂 合计 2072.17 合 拢 段 1 [25c 4 3.129 12.516 35.32 442.07 上弦杆 2 [25c 4 2.893 11.572 35.32 408.72 下弦杆 3 [8b 12 2.2 26.4 8.04 212.26 立柱 4 ∠56×56×5 6 0.808 4.848 4.251 20.61 上下斜撑 5 ∠56×56×5 4 0.698 2.792 4.251 11.87 6 ∠75×50×5 6 0.88 5.28 4.808 25.39 7 ∠75×50×5 4 1.034 4.136 4.808 19.89 横断面斜撑 8 [18a 6 0.698 4.188 20.17 84.47 横断面横撑 9 □41×26×2 8 0 16.74 133.92 法兰 合计 1359.19 加上组与组之间的横向联系，各节段的重量汇总如下 表2-2 钢拱架重量汇总表 节段 长度（m） 重量(kg) 备注 标准节段 5.98 2586.78 次合拢节段 5.865 2592 拱脚节段 5.17 2222.17 合拢节段 3.15 1359.2 1.5.2钢拱架截面性计算 钢拱架上下弦杆采用[25c槽钢，竖向立柱采用2[8槽钢，具体横断面如下 图2-1 钢拱架标准节横断面图(单位:mm) 通过查表得[25c槽钢的几何性质数据得： IC＝3690.45cm4,Ac＝44.91 cm2 采用惯性矩的平行移轴公式对X轴求该组合的惯性矩， Ix＝8×(IC+a2×Ac)＝8×(3690.45＋97.52×44.91)＝3444929 cm4 Ｗｘ＝＝3444929÷97.5＝35332.6 cm3，五组拱架Ｗ＝5Ｗｘ＝176663 cm3 组合的面积得：A＝8 ×Ac＝8×44.91＝359.28 cm2,五组拱架A=40×44.91＝1796.4 cm2， 钢材的弹性模量E＝2.1×105MPa, 则钢拱架的抗弯刚度、抗拉刚度 EI＝2.1×105×1.72×107×10-5＝3.61×107 KN·m2 EA＝2.1×105×1796.4×10＝3.77×107 KN 1.5 本桥钢拱架计算 1.5.1 荷载计算 图4-1 钢拱架横向布置图 主拱圈拟采用分三环浇筑，分别为底板、腹板及底板，因此计算钢拱架强度及钢度荷载时，以底板（第一环）混凝土重量计算荷载。 根据拱桥的结构特点，钢拱桥上的荷载应呈线性变形，将每节段钢拱架视为平面杆件，每个节段为一个单元，单元与单元间的连接为刚结，整体为无铰拱建立力学模型进行计算。 等截面拱，任意截面i的荷载集度为： 式中：—拱顶的荷载集度 —任意点的拱轴线的水平倾角 —拱圈的荷载集度 表4-1 拱顶荷载集度（）计算表 节点编号 荷载分类 容重(KN/m3) 标准值（KPa） 承受荷载横向范围（m） 承受荷载纵向范围（m） 荷载计算值（KN/m） 备注 12 模板 9 7 1 0.76 方木 5 7 1 1.00 混凝土 2.6 7 1 74.3 2.38（面积）1.2系数 施工荷载 2.5 7 1 17.5 振捣混凝土产生荷载 2 7 1 14.00 拱架自重 22.50 槽钢横梁 1.50 合计（q1） 131.56 将拱架沿跨度方向等分为８段， 表4-2 各节点上的荷载集度（）计算表 节点编号 gd （KN/m） φ(弧度) cosφ gi（KN/m） 4’ 131.56 0.709 0.759 173.3 3’ 131.56 0.531 0.862 152.6 2’ 131.56 0.334 0.945 139.3 1’ 131.56 0.195 0.981 134.1 0 131.56 0 1 131.6 1 131.56 0.195 0.981 134.1 2 131.56 0.334 0.945 139.3 3 131.56 0.531 0.862 152.6 4 131.56 0.709 0.759 173.3 1.6.2 内力计算 结构计算原结构如图4-2，为3次超静定结构， 图4-2 钢拱架计算结构图 图4-3 钢拱架计算基本结构图 采用弹性中心法计算，通过计算得该拱的弹性中心ys=8.4ｍ，采用对称的基本结构并加设理想刚臂通过弹性中心，在刚臂处施加赘余力如图4-3，建立力法方程组如下： （1） 由于拱架荷载对称，Ｘ3＝0，由于该拱架无拱轴方程，在计算系数和自由项时采用辛卜生法近似计算定积分，由于ｆ/Ｌ＝24.89/123＝0.203≮0.2，拱顶截面高度ｈ/Ｌ＝2/123＝0.016≯0.1，计算系数和自由项时不考虑轴力和剪力的影响。具体计算采用EXCEL表格完成，见表4-3。 表4-3拱架内力计算表 等分点 坐标 基本体系内力 结构内力 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 符号 x 辛卜生系数 y ｙ2 Mp yMp FQ2 FＮ2 M1 M2 FQp FＮｐ M FQ FＮ Ｍ2 Ｍ22 M2Mp 4 -61.5 1 16.5 358.7 -261982.1 -4322705.0 -6208.7 7238.0 91988.0 157344.0 5815.2 6779.2 -12650.1 -393.5 14017.2 3 -46.1 4 5.0 29.0 -144430.3 -722151.7 -4829.0 8222.9 91988.0 47680.0 3248.7 5531.9 -4762.3 -1580.3 13754.8 2 -30.8 2 -2.6 7.2 -63376.9 164779.9 -3126.1 9009.0 91988.0 -24793.6 1364.4 3932.0 3817.5 -1761.7 12941.0 1 -15.4 4 -6.9 48.5 -15712.8 108418.2 -1847.8 9355.3 91988.0 -65798.4 397.5 2012.4 10476.8 -1450.3 11367.7 0 0.0 2 -8.4 70.6 0.0 0.0 0.0 9536.0 91988.0 -80102.4 0.0 0.0 11885.6 0.0 9536.0 1 15.4 4 -6.9 48.5 -15712.8 108418.2 -1847.8 9355.3 91988.0 -65798.4 397.5 2012.4 10476.8 -1450.3 11367.7 2 30.8 2 -2.6 7.2 -63376.9 164779.9 -3126.1 9009.0 91988.0 -24793.6 1364.4 3932.0 3817.5 -1761.7 12941.0 3 46.1 4 5.0 29.0 -144430.3 -722151.7 -4829.0 8222.9 91988.0 47680.0 3248.7 5531.9 -4762.3 -1580.3 13754.8 4 61.5 1 16.5 358.7 -261982.1 -4322705.0 -6208.7 7238.0 91988.0 157344.0 5815.2 6779.2 -12650.1 -393.5 14017.2 注：弯矩以拱架内侧受拉为正，轴力以受压为正，剪力以向拱架内为正。计算系数和自由项时4、5、6、7项数值×再以计算定积分。 经计算得： δ11EI=134.8 δ22EI=8872 △1p EI＝-1.24×107 △2p EI＝-8.46×107 代入（1）式计算得： Ｘ1＝91988 KN·m，Ｘ2＝9536 KN。 由表4-3中取值绘制内力图4-5，可以看出，拱脚4、4’截面内力最大 Mmax＝12650 KN·m ，Nmax＝14017 KN 图4-5 钢拱架内力图 1.7.3 应力计算 1、强度计算 ＝150（6）MPa，下侧应力150MPa，拱架材质Ｑ345，容许应力取200 MPa，满足强度要求。 2、稳定性验算 查《桥梁设计与计算》（人民交通出版社），本拱架按抛物线无铰拱计算稳定性。纵向稳定性,稳定临界荷载 qk= , ,查表得系数ｋ＝101，代入得 qk=101×3.61×107÷1233＝1959KN/mq＝131.6～173.3KN/m。纵向稳定性满足要求。 宽跨比，横向稳定性无须验算（《拱桥》人民交通出版社）。 3、位移计算 根据以上的计算，取左半拱计算，在弹性中心处施加向上的单位虚力Ｘ3，则跨中位移 △EI＝，采用辛卜生法计算得△＝-7.35×106÷3.61×107＝-0.204ｍ（↓）。 9 10 107 108 107 11 项目经理 常务经理 项目总工 工程部 综合部 本桥施工队 洪渡大桥施工队 钢筋班 模板班 混凝土班 爆破班 吊装班 安质部 便桥材料、设备采购、制备 便桥锚固基础、临时墩施工 卷扬机安装 便桥承重索安装 桥面及扶手索安装 扶手网安装 调整便桥桥面 底座顶面处理 墩柱测量放样 钢筋加工 墩柱钢筋安装 墩柱模板安装 模板加工 监理工程师检查批准 混凝土配制 浇筑墩柱混凝土 混凝土养生 施工准备 接触面凿毛、清洗 测量放样 桥面铺装钢筋安装 养 护 桥面切缝锯纹 钢筋制作 浇筑桥面铺装混凝土 混凝土配制 底座顶面处理 墩柱测量放样 钢筋加工 墩柱钢筋安装 墩柱模板安装 模板加工 监理工程师检查批准 混凝土配制 浇筑墩柱混凝土 混凝土养生 施工准备 接触面凿毛、清洗 测量放样 桥面铺装钢筋安装 养 护 桥面切缝锯纹 钢筋制作 浇筑桥面铺装混凝土 混凝土配制 总公司 分公司 项目经理（常务经理） 工程部 项目总工 综合部 安质部 经济措施 施工保证 材料保证 技术保证 思想教育 施工作业 质量评定 安全目标 消灭死亡、重伤、多人事故、 轻伤频率在12‰以内 操作工人安全责任制 兼职安全员安全责任制 施工班组长安全责任制 专职安全员安全责任制 总工程师安全责任制 项目经理安全责任制 经理部安质部 专职安全员 专职安全员 制度保证 组织保证 定期与日常检查制 定期与日常检查制 安全生产奖惩制 安全检查制 安全挂牌制 交接班制 安全技术交 安全设计制 周一安全活动日制 班前安全讲话制 安全责任制 项目部上下齐抓共管 建立群体保安的总体格局 各部门按职责分工做好安全工作 安全管理人员配备齐全 工程技术科科搞好安全设计 安全保证体系 工作保证 防范重点 基础工作 加大安全技术设备和设施的投入 抓好安全预防，开展预想、 预测、预防活动 加强职工岗位培训，坚持培训上岗 抓好安全宣传教育 严格执行 民工管理规定 防高空坠落事故 防物体打击事故 防机具设备伤害事故 防爆破伤害事故 防电击伤事故 防行车事故 信息反馈 进度保证体系 设备保证 综合部 机械调度 施工生产 进度计划 工程部 生产安排 人员保证 经理室 人员组织 物资保证 综合部 物资供应 资金保证 财 务 资金安排 文明施工保证体系 基础工作 监督检查 项目经理部成立文明施工办公室 抓好文明施工宣传工作 加强现场管理，做好各种标识，制定规范化操作 程序，布置好水电线路及现场材料堆放工作。 制定文明施工奖惩措施 项目经理部定期进行现场检查 平行作业队伍进行互检 施工后总结，进行奖惩兑现 施工作业队伍进行自检 工程测量标志交接、复测 生产设施建设 料源调查、取样 材料试验 设备进场、保养 监理工程师及业主 批准后正式开工 提交开工报告 技术交底 进场及场内道路修建 水、电设施安装 搭设临时房屋 租房屋及后勤安排 先遣人员进场 施工准备 测量放样 安装底模 安装抱箍 安装工字钢纵梁及小横梁 铺设底模 绑扎钢筋 钢筋制作 底模涂脱模剂 钢筋进场、检验 安装边模 浇筑混凝土 模板涂脱模剂 原材料检验 砼配合比报批 混凝土养护 拆除模板 砼试件取样 桥墩施工方案报工程师审批 底座顶面凿毛 测量放样 接墩身钢筋、安装模板 钢筋试验 钢筋制作 模板制作 自检并报工程师检查 浇筑混凝土 水泥、集料试验 配合比设计 报工程师审批 砼拌和 报工程师审批 取样 压试件 采取补救措施 进入下道工序施工 施工方案报工程师批准 基础测量放样、基坑开挖 基坑修整 自检、报工程师审批 材料试验 砼配合比设计 报工程师审批 砌筑基础（立模、浇基础混凝土） 砼或砂浆拌和及运输 取样、实验 试块强度报工程师检查 补救措施 台身测量放样（立模板） 自检并报工程师检查 砌筑台身（浇台身混凝土） 自检并报工程师检查 拆模、进入下道工序 补救措施 场地平整夯实 安装底板及腹板钢筋 穿波纹管、固定 模板厂订做 制作钢筋骨架 安装外模、临时固定 埋设钢板 预埋钢板加工 安装内模 安装顶板钢筋 模板内侧涂脱模剂 内模拼装、涂脱模剂 安装端模 浇筑混凝土 养护混凝土 搅拌混凝土 制作试块 拆除模板 预应力张拉 达到设计强度的85% 施工准备 分段分幅绑扎桥面铺装层钢筋网 分段立模板 分段浇筑防撞墙砼 测量放线 清理桥面板上污渍、杂物等 模板制作 分段绑扎、焊接防撞墙钢筋 防撞墙钢筋制作 分段分幅浇筑桥面铺装砼 养护 集料、水泥认可，砼配合比试验 全部桥面铺装层完成后检查验收 桥面切缝锯纹 砼取样试压 桥面铺装层钢筋制作 集料、水泥认可 砼配合比试验 砼取样、试压 Y D 4 b a A 5 175 C X
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