双柱式桥墩设计算例(共29页).docx

精选优质文档-倾情为你奉上桥梁工程课程设计班 级：姓 名：学 号：指导老师： 2013年6月目录公路钢筋混凝土桥墩设计一、设计资料1. 以一座3孔预应力混凝土简支梁桥（面布置如图1）为设计背景，进行公路钢筋混凝土桥墩设计。图1 桥梁立面布置图2. 桥梁上部结构：标准跨径13m,计算跨径12.6m，梁全长12.96m。3. 桥面净宽：净7+2×0.75m人行道，横断面布置：见图2（单位：厘米）。图2 桥梁横断面布置图4.上部结构附属设施恒载：单侧人行道5 kN/m，桥面铺装自己根据铺装厚度计算。5. 设计活载：公路级6. 人群荷载：3 kN/m27.主要材料：主筋用HRB335钢筋,其他用R235钢筋混凝土：混凝土为C40 8. 支座板式橡胶支座，摩擦系数f=0.059. 地质水文资料（1）无流水，无冰冻。（2）土质情况：考虑墩底与基础固结，基础承载能力良好。二、设计内容（一）桥墩尺寸拟定（二）桥墩荷载及荷载组合计算（三）桥墩配筋（四）桥墩检算三、具体设计1、墩柱尺寸拟定2、盖板设计2.1永久荷载计算1.上部结构永久荷载：人行道：5 kN/m桥面铺装：为简化计算三角形区域取平均值。混凝土垫层平均高度： 铺装总高度12cm铺装重量：T型梁：每片梁面积：每片边梁自重(kN/m)每片中梁自重(kN/m)一孔上部构造自重(kN)每一个支座恒载反力(kN)1 5号2、3、4号1119kN1、5号2.3.4号20.0316.26126.2102.42、盖梁自重及作用效应计算 (1/2盖梁长度) 盖梁自重产生的弯矩、剪力效应计算截面编号分块自重 (kN)弯矩 (kN·m)剪力 (kN)V左V右0-0-11.25-11.251-1-27-272-2-48.675.63-357.657.64-400桥墩中心支反力F=69.3+43.8=124.2kN2.2可变荷载计算a可变荷载横向分布系数计算：荷载对称布置时用杠杆发，非对称布置时用偏心受压法。公路I级a.单车列，对称布置（图3）时：b.双车列。对称布置（图4）时：图 3（尺寸单位：cm） 图4 （尺寸单位：cm）c.单车列，非对称布置（图5）时图5（尺寸单位：cm）由，已知 则d. 双车列，非对称布置（图5）时：已知： ， ， ，则：人群荷载a. 两侧有人群，对称布置时（图6）：b. 单侧有人群，对称布置时（图6）：已知： ， ，图6（尺寸单位：cm）则：按顺桥向可变荷载移动情况，求得支座可变荷载的反力值(图7)图7（尺寸单位：cm） 公路-I级双孔布载单列车时：双孔布载双列车时：单孔布置单列车时：单孔布载双列车时： 人群荷载（图 8）单孔满载时：(一侧)双孔满载时(一侧)：图8（尺寸单位：cm）b可变荷载横向分布后各梁支点反力（计算的一般公式为），见表3 各梁支点反力计算 表3荷载横向分布情况公路-级荷载（KN）人群荷载（KN）计算方法荷载布置横向分布系数单孔双孔单孔双孔BR1BR1BR1BR1对称布置按杠杆法算单列行车公路-I级1=04=0.2813=0.4382=0.2815=0276.6077.7121.277.70342.7096.3150.196.30双列行车公路-I级1=0.2662=0.4383=0.5944=0.4385=0.266553.1147.1242.3328.5242.3147.1685.4182.3300.2407.1300.2182.3人群荷载1=1.4222=-0.4223=04=-0.4225=1.42214.320.3-60-620.328.640.6-120-1240.6非对称布置按杠杆法算单列行车公路-I级1=0.4634=0.3313=0.2002=0.0695=-0.063276.6128.191.655.319.1-17.4342.7158.7113.468.523.6-21.6双列行车公I级1=0.2692=0.2343=0.2004=0.1665=0.131553.11488129.4110.691.872.4685.4184.4160.4137.7113.889.8人群荷载1=0.6842=0.4223=0.2004=-0.0425=-0.28414.39.862.9-0.6-4.128.619.6125.8-1.2-8.2c各梁永久荷载、可变荷载反力组合：计算见表4，表中均取用各梁的最大值，其中冲击系数为：1+=1+0.3=1.3各梁永久荷载、可变荷载基本组合计算表（单位：kN） 表4编号荷载情况1号梁R12号梁R23号梁R34号梁R45号梁R5恒载252.4204.8204.8204.8252.4公路-I级双列对称237390.3529.2390.3237公路-I双列非对称239.7208.5179148116.7人群对称40.6-120-1240.6人群非对称19.6125.8-1.2-8.2 +530583.1734583.1530 +509607.1739.8593.9481.2 +532.7401.3383.8340.8409.7 +518425.3389.6351.6360.9d双柱反力G计算（图9），所引用的各梁反力见表5由上表可知对称荷载作用下两柱反力一致，非对称作用下左边柱子反力大。 双柱反力G计算 表5荷载组合情况计 算 式反力（KN）组合公路I级双列对称人群对称（5305.3+583.13.7+7342.1+583.10.55301.1）=1480.11480.1组合公路I级双列对称人群非对称（5095.3+6073.7+7402.1+5940.5481.21.1）=1491.71491.7组合公路I级双列非对称人群对称（532.75.3+401.33.7+383.82.1+340.80.5409.71.1）=1150.91150.9组合公路I级双列非对称人群非对称（5185.3+425.33.7+389.62.1+351.60.5360.91.1）=1170.51170.5由表5可知，偏载左边的立柱反力最大（G>G），并由荷载组合时（公路I级、双列非对称布置与人群对称组合）控制设计。此时G=1491.7kN，G=1439.3kN。2.3内力计算1. 恒载加活载作用下各截面的内力（1） 弯矩计算（图9）截面位置见图9示。为求得最大弯矩值，支点负弯矩取用非对称布置时数值，跨中弯矩取用对称布置时数值。按图9给出的截面位置，各截面弯矩计算式为： M-=0 M-=-R0.50 M-=-R1.10 M-=-R1.60+ G0.50 M-=-R3.20+ G2.10R1.60 图9（尺寸单位：m）各种荷载组合下的各截面弯矩计算见表6，注意的是，表中内力计算未考虑施工荷载的影响。各截面弯矩计算 表3-24荷载组合情况墩柱反力（kN）梁支座反力（kN）各截面弯矩G1R1R2截面1-1截面2-2截面3-3截面4-4组合公路-级双列对称1480.1530583.1-265-583-107.9479.3组合公路-级双列对称1491.7509607.1-254.5-559.9-68.55532.4组合公路-级双列非对称1150.9532.7401.3-266.4-586-276.970.2组合公路-级双列非对称1170.5518425.3-259-569.8-243.6120（2）相当于最大弯矩时的剪力计算一般计算公式为：截面1-1：V左=0, V右=-R1截面2-2：V左=V右=-R1截面3-3：V左=-R1, V右=G1-R1截面4-4：V左=G1-R1, V右=G1-R1-R2截面5-5：V左=G1-R1-R2, V右=G1-R1-R2-R3计算值见表7各截面剪力计算 表7荷载组合情况墩柱反力G1kN梁支座反力（KN）各截面剪力（KN）截面0-0截面1-1截面2-2截面3-3截面4-4R1R2R3V左V右V左V右V左V右V左V右V左V右组合公路-级1480.15305837340-530-530-530-530950.1950367367-367组合公路-级1491.75096077400-509-509-509-509982.7983376376-364组合公路-级1150.95334013840-533-533-533-533618.2618217217-167组合公路-级1170.55184253400-518-518-518-518652.5652227227-1622.盖梁内力汇总；表中各截面内力均取表6和表7中的最大值。 盖梁内力汇总表 表8 截面号 内力0-01-12-23-34-4弯矩（kN*m）M自重-2.62-10.50-34.7-1.3845M荷载0-266.4-586-276.9532.4M计算-2.62-276.9-620.7-278.3577.4剪力（kN）V自重左-11.25-27.00-48.657.60右-11.25-27.0075.657.60V荷载左0-532.7-532.7982.7375.6右-532.7-532.7982.7375.6-367V计算左-11.25-559.7-581.31040.3375.6右-543.9-559.71058.3433.2-3672.4截面配筋设计与承载力校核采用C30混凝土，主筋选用HRB335，22，保护层5cm（钢筋中心至混凝土边缘）。fcd=18.4MPa，fsd=280MPa。1.正截面抗弯承载能力验算以下取3-3截面作配筋设计计算。已知：bh=120cm120cm顶部负弯矩kN.m取0=1.0，=120-5=115（cm）。即：化简后为：解方程得到x=34.5mm，用22钢筋，其根数根，实际选用10根，配筋率：。该截面实际承载力Mu为：正弯矩以5-5截面验算：kNm即：X=32mm同理求得n=6.6，实际选用8根，配筋率：实际承载力Mu= 965kN.m2. 斜截面抗剪承载能力验算按公路预应力桥梁规范要求，当截面符合： （KN） 可不进行斜截面抗剪承载力计算，仅需按构造要求配置箍筋。式中：a预应力提高系数，本设计取a=1.0； 混凝土抗拉设计强度，本设计取=1.65MPa。对于-截面： 0.5×10 MPa对于-截面-截面： 0.5×10 MPa按公路预应力桥梁规范 5.2.9条规定：2.5按构造要求设置斜筋与箍筋见图所示。从左往右80cm布置。80180cm布置；180跨中布置截面弯矩布置图：图10尺寸单位：cm）3、桥墩墩柱设计 墩柱一般尺寸见图1 所示，墩柱直径为100cm，用C40混凝土， HRB335钢筋。3.1荷载计算a恒载计算由前式计算得：（1） 上部构造恒载，一孔重1119KN（2） 梁盖自重（半根梁盖）103.5KN（3） 墩柱自重 3.1416×0.5²×7.8×25=153（KN）作用墩柱底面的恒载垂直力为： N恒=1/2×1119+103.5+153=816(KN)b汽车荷载计算 荷载布置及行驶情况见前述图3图4，由盖梁计算得知：（1） 公路-I级单孔荷载单列车时： 相应的制动力：T=276.6×2×0.1=55.3（KN）按公预规制动力不小于90KN，故取制动力为90KN。双孔荷载单列车时：B=66.15KN B=276.6KN相应的制动力：B+B=342.75KNT=342.75×2×0.1=68.55KN90（KN），取制动力为90KN。人群荷载：单孔行人（单侧） 双孔行人（单侧） 图12（尺寸单位：cm）汽车荷载中双孔荷载产生支点处最大反力值，即产生最大墩柱垂直力，汽车荷载中单孔荷载产生最大偏心弯距，即产生最大墩柱底弯矩。c双柱反力横向分布计算（汽车荷载位置见图12）单列车时：双列车时：人群荷载单侧时： 双侧时：d荷载组合（1）最大最小垂直反力时，计算见表10可变荷载组合垂直反力计算 （双孔） 表10编号荷载状况最大垂直反力（KN)最小垂直反力（KN）横向分布横向分布1公路-I级单列车1.000445.6002双列车0.631562.20.369328.83人群荷载单侧行人1.42340.7-0.423-12.14双侧行人0.50028.60.50028.6表中汽车-I级已乘以冲击系数1+=1.3,人群荷载不用考虑。（2）最大弯矩时，计算见表11可变荷载组合最大弯矩计算（单孔） 表 11编号荷载情况墩柱顶反力计算式 B1（1+µ）垂直力（kN）水平力对柱顶中心弯矩（kN·m）B1B2B1+B2H（KN）0.25(B1-B)1.28H1上部构造与盖梁计算663002单孔双列车276.62×0.631×1.3453.80453.890/2=45113.4557.63人群单孔双侧28.6×2×0.50028.628.67.15表10内水平力由两墩柱平均分配。3.2截面配筋计算及应力验算1作用于墩柱顶的外力（图13）（1） 垂直力最大垂直力： Nmax汽=663+562.2+40.7=1266（kN）（汽车）最小垂直力：（需考虑与最大弯矩值相适应）由表11得到： Nmin=663+453.8+28.6=1145.4(kN)（2）水平力 H=45kN（3） 弯矩 Mmax=113.45+57.6+7.15=178.2（kN·m)1. 作用于墩柱底的外力Nmax=1266+153=1419（kN）Nmin=1145.4+153=1298.4（kN） Mmax=178.2+45×7.8=529.2（kN·m） 图13（尺寸单位：cm）2. 截面配筋计算 已知墩柱顶用C40混凝土，采用820 HRB335钢筋，Ag=25.13cm²，则纵向钢筋配筋率=。由于/（2r）=2×7.8/（2×0.5）=15.6>7，要计算偏心增大系数 （1） 双孔荷载，按最大垂直力时，墩柱顶按轴心受压构件验算，根据公预规 5.3.1条： =0.9×1×（18.4×785×103+280×25.13×10） =15147.6（kN）=1500.49（kN）满足规范要求。 (2)单孔荷载，最大弯矩时，墩柱顶按小偏心受压构件验算：=1145kN =178.2kN·m 。根据公预规5.3.9条偏心受压构件承载力计算应符合下列规定：设g=0.88，按公预规提供的附录C表C.0.2“圆形截面钢筋混凝土偏压构件正截面抗压承载力计算系数”表，经试算查得各系数A，B，C，D为：设，A=2.1540，B=0.5810，C=1.6811，D=1.0934，代入后则墩柱承载力满足规范要求。4.钻孔桩计算钻孔灌注桩直径为1.20m，用C40混凝土，16R235级钢筋。灌注桩按m法计算，m值为桩身混凝土受压弹性模量。4.1荷载计算每一根桩承受的荷载为：1.一孔恒载反力（图14）2.盖梁恒重反力3.一根墩柱恒重4.作用于桩顶的恒载反力N恒 为5灌注桩每延米自重 q= /4×1.2²×（25-10）=17（KN） （括号为扣除水浮力）6可变荷载反力（1）.两跨可变荷载反力： N=562.2kN（公路-I级） （人群荷载、单侧）（2）.单跨可变荷载反力： （公路-I级） （人群荷载、双侧） ( 3) .制动力T=45kN,作用点在支座中心，距桩顶距离为： 1.2+7.8=9m（4）.纵向风力：风压取0.7×442=309.4Pa由盖梁引起的风力：对桩顶的力臂为：1.2×1/27.8=8.4m墩柱引起的风力：=0.85kN对桩顶的力臂为：1/2×7.8=3.9m横向风因墩柱横向刚度较大，可不予考虑。7.作用于桩顶的外力（图15） 图14 图15=816+562.2+51.97=1430kN （双孔）=816+453.8+28.6=1298.4kN （单孔）H=45+1.157+0.85=47.01 kNM=N6×0.25+T×3.201+W1×2.45+W2×0.95+×0.25（单跨可变荷载时） =113.45+405+9.8+3.3+7.15 =538.7kN·m8.作用于地面处桩顶上的外力Nmax=1430+16.96=1447kN Nmin=1298.4+16.96=1315.4kNH0=45+1.157+0.85=47.01kNM0=538.7+47.01×1.0=585.7kN·m4.2桩长计算 由于假定土层是单一的，可由确定单桩容许承载力的经验公示初步计算桩长。灌注桩最大冲刷线以下的桩长为h，则： N=1/2Ulii+m0A0+k22（h3-3） 式中：U-桩周长，考虑用旋钻机，成孔直径增大5cm，则U=×1.25=3.93（m）; i -桩壁极限摩阻力，按表值取为40KPa,即40KN/m2; li-土层厚度（m）；-考虑桩入土深度影响的修正系数，取为0.75；m0-考虑孔底沉淀厚度影响的清底系数，取为0.80；A-桩底截面积，A=R2=1.13m2；0-桩底土层容许承载力，取0=220KPa; k2-深度修正系数，取k2=1.5；2-土层的重度，取2=8.0KN/m3(已扣除浮力)；h3-一般冲刷线以下深度（m）.代入得： N=1/23.93×h×40+0.75×0.8×1.13220+1.5×8×（h-3）=78.6h+0.678×（184+12h）=124.8+86.7h桩底最大垂直力为： Nmax=1447+1/2qh=1447+8.48h即： 1447+8.48h h=124.8+86.7h故： h=(1447-124.8)÷（86.7-8.48）=16.9m取h=20m，即地面以下桩长为20m，由上式反求： N= 124.8+86.7×20=1858.8kNNmax=1447+8.48×20=1616.6kN可知桩的轴向承载力能满足要求四、A3图纸专心-专注-专业