圆弧拱渡槽设计与计算
作者： 武博庆 编著
出版时间： 2012年版
内容简介
在拱渡槽、拱桥等垂直承重拱结构中，圆弧拱有易于放样施工的突出优点。但以往在大跨径拱渡槽中，都采用悬链线拱轴线，不采用圆弧拱轴线，使圆弧拱的突出优点不能充分发挥。武博庆同志为了扩大圆弧拱的应用，早自 20 世纪 60年代起，就开始拱渡槽的研究，曾设计、建造圆弧拱渡槽、拱桥 30 余座。这些工程己应用至今。 现在，武博庆同志依据这些工程的长期积累和几十年的理论研究，编写了本书，从理论和实践上，全面系统地给出了各种圆弧拱渡槽的设计计算方法，不仅圆满地解决了圆弧拱在大跨径工程中的应用，而且指出了悬链线拱在空腹拱条件下可能存在的不足， 还指出了拱渡槽工程中普遍存在的轴线偏离现象及其附加内力计算方法。 本书内容丰富，观点鲜明，立论准确，基本公式推导深细，实用性强，具有学术价值，可作为设计、教学、科研工作参考。 为了便于在计算机上设计计算，本书还提供了准确的基本公式和参数选择依据。
目 录
第 1 章 概 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 论 1
1.1 拱渡槽特点与分 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 类 1
1.1.1 拱渡槽特 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 点 1
1.1.2 拱渡槽分 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 类 2
1.2 拱渡槽设计与施 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 工 7
1.2.1 拱渡槽设 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 计 7
1.2.2 拱渡槽施 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 工 8
1.3 拱渡槽与梁渡槽的异 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 同 10
1.3.1 拱渡槽与梁渡槽的相同 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 处 10
1.3.2 拱渡槽与梁渡槽的不同 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 处 10
1.4 拱渡槽与拱桥的异 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 同 10
1.4.1 拱渡槽与拱桥的相同 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 处 10
1.4.2 拱渡槽与拱桥的不同 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 处 11
第 2 章 拱轴线理论及应 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 用 12
2.1 截面合力与荷载压力 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 线 12
2.1.1 截面合力与相应内 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 力 12
2.1.2 图解法确定荷载压力 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 线 13
2.1.3 压力线的实用意 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 义 14
2.2 合理拱轴 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 线 14
2.2.1 合理拱轴线原 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 理 14
2.2.2 三种常用拱轴线的应 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 用 16
2.3 圆弧线在大、中跨径工程中的应 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 用 25
第 3 章 等截面圆弧无铰实腹拱内力计 !!!!!!!!!!!!!!!! 算 27
3.1 理论方 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 法 27
3.1.1 弹性中心 O 点位置 y s 的计 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 算 27
3.1.2 弹性中心赘余未知力计 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 算 29
3.1.3 拱圈任意截面内 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 力 30
3.2 实用方法（一）—— — “公路法 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! ” 30
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3.2.1 “ 60 年代公路法 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! ” 31
3.2.2 “ 90 年代公路法 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! ” 31
3.3 实用方法（二）—— — 捷算 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 法 32
3.3.1 查定内力系 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 数 32
3.3.2 计算内力系 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 数 33
3.3.3 捷算公式的推 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 导 34
3.4 捷算法算例及其与“公路法”比 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 较 35
3.4.1 以本捷算法计 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 算 35
3.4.2 捷算法与“公路法”成果比 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 较 36
第 4 章 等截面圆弧无铰空腹拱内力计 !!!!!!!!!!!!!!!!! 算 38
4.1 上部结构设计与荷载调 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 整 38
4.1.1 圆弧拱荷载规 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 律 38
4.1.2 靠近拱顶的实腹拱 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 段 39
4.1.3 实腹段至拱脚之间的空腹拱 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 段 40
4.2 不同工况拱轴线合理性检 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 验 41
4.2.1 工况选 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 择 41
4.2.2 检验方 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 法 41
4.2.3 检验结果的评 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 定 46
4.3 不考虑弹性压缩恒载内力计 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 算 46
4.4 考虑弹性压缩恒载内力计 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 算 46
4.4.1 计算公 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 式 46
4.4.2 公式推 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 导 50
4.5 温变内力计 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 算 54
4.5.1 温度变 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 形 54
4.5.2 弹性中心温变附加水平 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 力 54
4.5.3 任意截面均匀温变附加内 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 力 54
4.6 轴线偏离附加内力计 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 算 55
4.6.1 拱渡槽轴线偏离的形 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 成 55
4.6.2 轴线偏离附加内力计 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 算 56
4.7 算 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 例 62
4.7.1 荷载计算及调 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 整 62
4.7.2 拱轴线合理性检 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 验 62
4.7.3 不考虑弹性压缩恒载内力计 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 算 63
4.7.4 考虑弹性压缩恒载内力计 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 算 64
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4.7.5 温度内力计 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 算 64
4.7.6 轴线偏离附加内力计 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 算 68
4.7.7 内力汇 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 总 68
第 5 章 变截面圆弧无铰空腹拱内力计 !!!!!!!!!!!!!!!! 算 69
5.1 荷载设计与拱轴线合理性检 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 验 69
5.2 拱圈自重与拱圈自重力 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 矩 69
5.2.1 截面变化规 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 律 69
5.2.2 拱圈自重与拱圈自重力 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 矩 70
5.3 弹性中心及常变 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 位 74
5.3.1 实用公 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 式 74
5.3.2 弹性中心计算公式推 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 导 77
5.3.3 常变位计算公式推 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 导 79
5.4 考虑弹性压缩恒载内力计 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 算 84
5.4.1 恒载弹性压缩变 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 形 84
5.4.2 考虑弹性压缩恒载内 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 力 85
5.5 均匀温变附加内力计 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 算 86
5.5.1 温度变 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 形 86
5.5.2 均匀温变附加内 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 力 86
5.6 轴线偏离附加内力计 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 算 87
5.6.1 拱渡槽轴线偏离必然存 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 在 87
5.6.2 轴线偏离附加内力计 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 算 87
5.7 算 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 例 94
5.7.1 主拱圈截面尺寸及力学参 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 数 95
5.7.2 设计工况内、应力计 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 算 96
5.7.3 轴线偏离附加内力计 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 算 99
5.8 等、变截面拱主要计算公式对 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 照 102
第 6 章 等截面圆弧两铰拱、三铰拱设计与计 !!!!!!!!!!!!! 算 108
6.1 铰的作用、设置与构 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 造 108
6.1.1 铰的作用与设 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 置 108
6.1.2 铰的类型与构 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 造 108
6.2 等截面圆弧两铰拱内力计 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 算 111
6.2.1 通用公 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 式 111
6.2.2 δ 22 的计 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 算 113
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6.2.3 Δ 2p 的计 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 算 113
6.2.4 温变附加内 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 力 120
6.3 等截面圆弧三铰拱内力计 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 算 120
6.3.1 理论方 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 法 120
6.3.2 实用方 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 法 121
6.4 铰的计 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 算 124
6.4.1 接触面强度验 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 算 124
6.4.2 钢筋混凝土铰的配筋验 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 算 125
第 7 章 拱墩设计及横向稳 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 定 126
7.1 拱墩的作用与类 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 型 126
7.1.1 拱墩的作用和分 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 类 126
7.1.2 拱墩的类 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 型 126
7.2 拱墩的计 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 算 130
7.2.1 外力种类与组 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 合 130
7.2.2 重力式拱墩验 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 算 131
7.3 拱渡槽横向稳定验 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 算 137
7.3.1 主拱横向稳定验 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 算 137
7.3.2 主拱拱脚截面在横向风力作用下的应力叠加安全验 !!!!!!!!! 算 138
7.3.3 算 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 例 142
第 8 章 工程实 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 例 146
8.1 大跨径圆弧无铰双曲拱渡槽设计实 !!!!!!!!!!!!!!!!!! 例 146
8.1.1 工程概 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 况 146
8.1.2 立面布置及荷截调 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 整 147
8.1.3 主拱圈截面尺寸及力学特 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 性 150
8.1.4 拱轴线合理性及拱轴线偏离量计 !!!!!!!!!!!!!!!!! 算 152
8.1.5 恒载内力计 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 算 156
8.1.6 均匀温变内力计 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 算 158
8.1.7 轴线偏离附加内力计 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 算 159
8.1.8 内力组合及应力计 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 算 159
8.1.9 拱座设 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 计 161
8.2 大跨径悬链线无铰双曲拱渡槽实 !!!!!!!!!!!!!!!!!!! 例 161
8.3 两实例比 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 较 164
附 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 录 167