[发明专利]一种基于最优受力状态的波纹钢板拱桥横断面设计方法

权利要求书

1.一种基于最优受力状态的波纹钢板拱桥横断面设计方法，所述最优受力状态是指所述波纹钢板拱桥横断面理论上的弯矩为零，且所述波纹钢板拱桥拱脚位置的水平推力也为零，其特征在于在所述最优受力状态下，所述设计方法包括以下步骤：

（1）根据波纹钢板拱桥的使用需求初步确定所述波纹钢板拱桥的矢高f；

（2）根据所述波纹钢板拱桥的矢高f、上覆土力学性能参数以及上覆土厚度以计算出所述波纹钢板拱桥的跨度l；所述波纹钢板拱桥的跨度l的计算公式为：

式中：

f为所述波纹钢板拱桥的矢高；

γ为所述波纹钢板拱桥上的上覆土平均容重，若所述上覆土存在分层情况，则取加权平均值；

P₁为作用于所述波纹钢板拱桥的拱顶部竖向土压力，其计算式为P₁=γH；

P₂为所述波纹钢板拱桥的拱顶部水平土压力，其计算式为P₂=γHk= P₁k；

H为所述波纹钢板拱桥上的理论上覆土厚度，包括实际的上覆土厚度以及经交通荷载换算获得的上覆土厚度；

k为侧土压力系数，取与所述波纹钢板拱桥接触部分土体的侧土压力系数；

（3）根据计算获得的所述波纹钢板拱桥的跨度l和矢高f判断其是否满足使用需求，若满足使用需求，则进入下一步骤；若不满足使用需求，则返回至所述步骤（1）重新确定所述波纹钢板拱桥的矢高f，并进入所述步骤（2）再次计算所述波纹钢板拱桥的跨度l；如此往复，直至所述波纹钢板拱桥的跨度l和矢高f满足使用需求为止；

（4）根据所述波纹钢板拱桥的矢高f、跨度l、上覆土力学性能参数以及拱顶覆土厚度计算出所述波纹钢板拱桥的横断面轴线；构建以所述波纹钢板拱桥的拱顶为原点的X-Y坐标系，X轴为正方向向下的竖轴，Y轴为水平向横轴，所述波纹钢板拱桥的所述横断面轴线在所述X-Y坐标系中的表达式为：

其中：

x为所述横断面轴线在所述X-Y坐标系中的竖坐标，x∈[ 0，f ]，y为所述横断面轴线在所述X-Y坐标系中的横坐标；

f为所述波纹钢板拱桥的矢高；

P₁为作用于所述波纹钢板拱桥的拱顶部竖向土压力，其计算式为P₁=γH；

P₂为所述波纹钢板拱桥的拱顶部水平土压力，其计算式为P₂=γHk= P₁k；

P₃为所述波纹钢板拱桥的拱脚部与拱顶部的水平土压力差，其计算式为P₃=γfk；

γ为所述波纹钢板拱桥上的上覆土平均容重，若所述上覆土存在分层情况，则取加权平均值；

H为所述波纹钢板拱桥上的理论上覆土厚度，包括实际的上覆土厚度以及经交通荷载换算获得的上覆土厚度；

k为侧土压力系数，取与所述波纹钢板拱桥接触部分土体的侧土压力系数；

；

（5）根据所述波纹钢板拱桥的矢高f、跨度l、上覆土力学性能参数以及拱顶覆土厚度计算出所述波纹钢板拱桥横断面轴线的最大轴力与最小轴力；

（6）进行所述波纹钢板拱桥的拱脚结构设计。