中承式拱桥的混凝土计算方法

中承式拱桥的混凝土计算方法。中承式拱桥是一种常见的拱桥类型,其特点是拱圈位于桥面以下,通过立柱支撑桥面系。让我们逐步分析各个主要构件的混凝土计算方法。

1. 拱圈

a. 计算方法:
  - 将拱圈沿跨径方向分成若干段(通常10-20段),每段近似为梯形。
  - 计算每段的平均截面积和长度,然后求和。

b. 计算公式:
  V = Σ(Si × Li)
  其中,V为体积,Si为第i段的平均截面积,Li为第i段的弧长。

c. 截面变化:
  - 考虑拱圈从拱脚到拱顶的截面变化。
  - 在关键点(如1/4跨、1/2跨等)计算截面积。

d. 实例计算:
  假设一个100m跨径的拱桥,拱圈分为10段:
  ```
  段号  平均截面积(m2)  段长(m)  体积(m3)
  1     8.5             10.2     86.7
  2     8.0             10.1     80.8
  ...
  10    7.0             10.2     71.4
  总计:                          820.5
  ```

2. 拱上结构

a. 立柱:
  - 计算每个立柱的体积,考虑高度变化。
  - V立柱 = Σ(截面积 × 高度)

b. 横梁:
  - 计算连接立柱的横梁体积。
  - V横梁 = 长度 × 宽度 × 高度

c. 实例:
  假设有10对立柱,平均截面积0.8m2,平均高度8m:
  V立柱 = 0.8 × 8 × 20 = 128 m3
  横梁(假设5个,尺寸0.8m×1.2m×12m):
  V横梁 = 0.8 × 1.2 × 12 × 5 = 57.6 m3

3. 桥面系

a. 桥面板:
  - V桥面板 = 长度 × 宽度 × 厚度
  - 考虑纵坡对厚度的影响

b. 纵梁:
  - 计算主纵梁的体积
  - V纵梁 = Σ(截面积 × 长度)

c. 实例:
  桥面板(长100m,宽12m,平均厚0.25m):
  V桥面板 = 100 × 12 × 0.25 = 300 m3
  纵梁(假设2条,截面积1.2m2):
  V纵梁 = 1.2 × 100 × 2 = 240 m3

4. 拱座

a. 计算方法:
  - 通常需要分解为简单几何体。
  - 考虑地形影响。

b. 实例:
  假设每个拱座近似为梯形体,上底6m×8m,下底8m×10m,高5m:
  V拱座 = (6×8 + 8×10 + √(6×8×8×10)) × 5 ÷ 3 = 317.1 m3 (每个)
  总V拱座 = 317.1 × 2 = 634.2 m3

5. 其他构件

a. 挡土墙、翼墙等:
  - 根据具体形状分别计算。

b. 填充混凝土:
  - 计算拱上填充部分的混凝土量(如果使用)。

6. 总混凝土量计算

将所有构件的混凝土量相加:
Vtotal = V拱圈 + V立柱 + V横梁 + V桥面板 + V纵梁 + V拱座 + V其他

使用前面的数据:
Vtotal = 820.5 + 128 + 57.6 + 300 + 240 + 634.2 = 2180.3 m3

7. 附加考虑

a. 损耗:
  - 添加2-3%的损耗量。
  最终混凝土量 ≈ 2180.3 × 1.03 = 2245.7 m3

b. 不同强度等级:
  - 区分不同强度等级的混凝土,分别计算。

8. 计算工具和方法

a. 软件辅助:
  - 使用Midas Civil、CSiBridge等软件建模计算。

b. BIM技术:
  - 利用BIM模型直接提取数量。

c. 手动计算验证:
  - 即使使用软件,也建议进行关键部位的手动计算验证。

9. 注意事项

a. 设计变更:
  - 随时关注设计变更,及时更新计算。

b. 施工方法影响:
  - 考虑施工方法(如支架法、悬臂浇筑法)对混凝土量的影响。

c. 精度要求:
  - 通常精确到小数点后一位。

d. 分部计算:
  - 在工程量清单中,通常需要分部列出各主要构件的混凝土量。

这个计算方法提供了一个基本框架,实际应用中可能需要根据具体的桥梁设计进行调整。对于特别复杂的结构,可能需要更细致的分段或使用数值积分方法。

拱桥的混凝土计算确实有一些特别的注意事项，因为其结构形式比较复杂。以下是计算拱桥混凝土量时需要特别注意的几个方面：

1. 拱圈计算

a. 体积计算方法：
  - 对于规则拱形，可以使用积分方法计算。
  - 更常用的方法是将拱圈分成若干小段，每段近似为梯形，分别计算后求和。

b. 截面变化：
  - 拱圈的截面通常从拱脚到拱顶逐渐变小，需要考虑这种变化。
  - 可以在关键点（如1/4跨、拱顶等）计算截面积，然后使用平均截面积法。

c. 曲线修正：
  - 对于跨径较大的拱桥，需要考虑曲线对长度的影响，使用弧长而不是直线长度。

2. 拱上结构

a. 拱上构造：
  - 需要分别计算拱上梁、横梁、立柱等构件的混凝土量。
  - 注意这些构件与拱圈的连接处，避免重复计算。

b. 桥面系：
  - 计算桥面板、纵横梁的混凝土量。
  - 考虑桥面纵坡对厚度的影响。

3. 拱座

a. 复杂几何形状：
  - 拱座通常形状复杂，可能需要分解为多个简单几何体分别计算。

b. 地形影响：
  - 考虑地形对拱座形状和尺寸的影响，特别是在山区拱桥中。

4. 填充混凝土

a. 拱肋间填充：
  - 对于双曲拱或多肋拱，需要计算拱肋之间的填充混凝土。

b. 轻质材料：
  - 有时会使用轻质材料填充，这部分应单独计算，不计入普通混凝土量。

5. 预制构件

a. 分段预制：
  - 如果采用分段预制拱圈，需要考虑每个预制段的混凝土量，包括连接部位的预留。

b. 湿接缝：
  - 计算预制段之间现浇连接段的混凝土量。

6. 辅助结构

a. 临时支撑：
  - 如果需要现浇支架，计算支架的混凝土量（通常作为临时工程单独列项）。

7. 特殊考虑

a. 变截面：
  - 对于变截面拱桥，需要更细致的分段计算。

b. 空心拱圈：
  - 对于空心拱圈，需要减去内部空腔的体积。

c. 钢筋混凝土与预应力混凝土：
  - 区分普通钢筋混凝土和预应力混凝土，分别计算。

8. 计算工具

a. 专业软件：
  - 使用如 Midas Civil、CSiBridge 等专业桥梁设计软件进行建模和数量计算。

b. BIM 技术：
  - 利用 BIM 技术可以更精确地计算复杂形状的混凝土量。

9. 附加量

a. 考虑 2-3% 的损耗：
  - 由于拱桥结构复杂，可能需要考虑稍高的损耗率。

10. 验证

a. 多种方法交叉验证：
   - 使用不同的计算方法（如解析法和数值积分法）进行交叉验证。

b. 经验值比对：
   - 将计算结果与类似拱桥的经验值进行比对，检查是否存在重大偏差。

在实际工作中，建议将拱桥细分为多个部分（如拱圈、拱上结构、拱座等）分别计算，然后汇总。对于特别复杂的拱桥结构，可能需要与设计师密切配合，确保理解了每个构件的几何特征和设计意图。