桥墩设计计算(共33页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上目 录专心-专注-专业第一章 绪论随着我国社会的发展与进步和人民的生活水平的日益提高，交通的便利程度和安全性得到了人们的广泛关注，桥梁又是现代交通中不可缺少的组成部分，于此同时，桥梁建设得到了迅猛发展，我国桥梁工程无论在建设规模上，还是在科技水平上，均已跻身世界先进行列。各种功能齐全、造型美观桥梁开始频繁的出现在人们的生活中，给人们带来方便的同时很多桥梁也逐渐成为城市的标志性建筑。本设计为S17线金昌至永昌高速公路河东庄大桥（两联425m预应力混凝土连续箱梁）下部结构设计，是根据公路桥涵设计手册系列丛书，依照交通部颁发的有关公路桥涵设计规范（JTG系列）拟定设计而成。

2、在设计过程中，参考了诸如桥梁工程、土力学、桥涵水文、材料力学、专业英语等相关书籍和文献。设计中考虑了各种尺寸与材料的选用符合规范中对强度、应力、局部承压强度的要求，并且产生在规范容许范围内的变形，使桥梁在正常使用的情况下能够达到安全，稳定和耐久的标准。在可预期偶然荷载下仍能达到基本正常使用的标准。设计时还充分考虑河东庄大桥所处区域的地质和水文条件，既保证符合规范要求，同时保证因地制宜并且便于施工和维护，并且兼顾桥梁本身的美观性与社会经济性，既要设计合理，又要起到良好的社会经济效益。第二章 设计资料及方案比选第一节 设计资料河东庄大桥位于S17金昌至永昌线上，桥孔布置为两联425m预应力混凝土连

3、续箱梁，桥梁全长165.4m。本桥上部为预应力混凝土箱型梁，下部结构为钻孔灌注桩墩台。1 技术设计标准(1) 设计荷载：公路-I级；(2) 桥面宽：11.5m+20.5m(3) 标准跨径：25m(4) 计算跨径：24.6m2 主要设计依据(1) 公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）；(2) 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）；(3) 公路桥涵地基与基础设计规范（JTG D63-2007）；(4) 公路桥涵设计手册墩台与基础；(5) 公路桥梁墩台设计与施工；3 工程地质资料桥址位于部剥蚀山地区，金川河狭窄河谷区。地层岩性为黄土粉状土（厚度一般小于2m

4、）卵砾石（稍密-中密）下伏花岗岩。地质条件较好，地层自上而下有亚粘土，砂砾，浅变质石英砂岩夹板岩组成。第二节 墩台比选1 桥墩比选方案一：双柱式钻孔灌注桩桥墩：它由分离的两根桩柱所组成。外形美观、圬工体积小、重量比较轻、施工便利、速度快、工程造价低。最重要的是它能减轻墩身重力节约圬工材料，还能配合各种基础，设计灵活多样。它也是目前运用最广泛的桥墩结构之一。方案二：重力式桥墩：它是靠自身重量来平衡外部作用、保持稳定。墩身比较厚实，可以不用钢筋，而用天然石材或片石混凝土砌筑。它适用于承受作用值较大的大、中型桥梁或流水、漂浮物较多的河流中，或在砂石方便的地区，小桥也可以采用。它的缺点就是圬工材料数量

5、多、自重大，因而要求地基承载力高。另外，阻水面积也较大。2 比选结果综上，着重从经济、安全的立足点出发，结合本设计联系的相关地质条件情况。方案二虽然有着承载能力强、配用钢筋少的优点，但是其所用的圬工材料巨大、地基承载力要求也高。不是很符合本设计的经济和安全的立足点原则，而方案一能够节省材料，节约成本。所以，选择方案一。3 桥台比选方案一：重力式桥台：适用于填土高度为4-10m的单孔及多孔桥。它的结构简单，基础底承压面积大，应力较小。但圬工体积较大，两侧墙间的填土容易积水，除增大土压力外还易受冻胀而使侧墙裂缝。方案二：轻型桥台：轻型桥台体积轻、自重小，它借助结构物的整体刚度和材料强度承受外力，从

6、而可以节省材料，降低对地基强度的要求和扩大应用范围。4 比选结果综上，根据大桥的地质条件，桥址周围的材料以及经济、节约的角度进行比选。重力式桥台体积较大，使用材料较多，不符合节约的原则，所以方案一不适用。而方案二对地基承载力的要求相对较小，节省材料降低成本。因此选择方案二。第三章 桥墩设计计算第一节 桥墩材料及尺寸1 材料钢筋：盖梁桩柱主筋用HRB335钢筋，其它均用R235钢筋混凝土：盖梁、墩柱用C30，系梁及墩柱钻孔灌注桩用C252 桥墩尺寸图3-1：尺寸单位cm第二节 盖梁计算1 荷载计算(1)上部结构永久荷载见表3-1：表3-1 上部结构永久荷载每片边板自重(KN/m)每片中板自重(K

7、N/m)一孔上部构造自重(KN)每一个支座恒载反力(KN)1,7号2,3,4,5,6号1,7号2,3,4,5,6号23.76722.3943110.328231.728218.341(2) 盖梁自重及作用效应计算（1/2盖梁长度）图3-2表3-2：盖梁自重产生的弯矩、剪力效应计算截面编号自重（KN）弯矩（）剪力(KN)V左V右1-1=0.70.41.525+1.5/20.123080.425=11.4231=-10.50.4/2-0.92310.4/3=-2.2231-11.4231-11.42312-2=(0.82308+1.1)0.9/21.525=32.452=-11.4231(0.2+

8、0.9)-32.4520.45=-27.169-43.875-43.8753-3=0.801.11.525=33=-11.42311.9-32.4521.25-330.8/2=-75.469-76.875215.244-4=0.61.11.525=24.75=223.1060.6-11.42312.5-32.4521.85-20.6251.0-12.3750.6/2=-96.7396.735-5=2.3451.11.525=96.73=223.1062.945-11.42314.845-32.4524.195-333.345-24.752.645-96.731.1725=0.000.00+=2

9、23.106KN2 可变荷载计算(1) 可变荷载横向分布系数计算：荷载对称布置时用杠杆法，非对称布置用偏心受压法。公路-I级a.单车列，对称布置图3-3 .单车列对称布置分布系数图b.双车列，对称布置图3-4 双车对称分布系数图c.单车列，非对称布置由，已知n=7，e=3.10，则d.双车列，非对称布置时：已知：n=7，e=1.55，(2) 按顺桥向可变荷载移动情况，求得支座可变荷载反力的最大值公路-I级：全桥计算跨径：19.5m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：(3) 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3-3表3-3：各梁支点反力计

10、算荷载横向分布情况公路-I级荷载（KN）计算方法荷载布置横向分布系数单孔双孔 对称布置按杠杆法算单列行车公路-I级 0340.380442.7500000.187563.8212583.0156250.3895132.57801172.4511250.187563.8212583.015625000000双列行车公路-I级 0680.750885.500.4007272.776525354.819850.3382 230.22965299.47610.5221 355.419575462.319550.3882 264.26715343.75110.4007 272.776525354.819

11、85000非对称布置按偏心受压法算单列行车公路-I级 0.4071340.38138.703442.75180.2440.3057104.054166135.3486750.224376.34723499.3088250.1428648.626686863.2512650.061520.9333727.229125-0.0199-6.773562-8.810725-0.0613-20.865-27.14双列行车公路-I级0.026497680.7518.03783275885.523.46309350.2243152.692225198.617650.1836124.9857162.57780

12、.1428697.251945126.502530.102269.5726590.49810.061541.86612554.458250.020814.159618.4184(4) 各梁永久荷载、可变荷载反力组合：计算见表3-4，表中均取用各板的最大值，其中冲击系数为：表3-4：各板永久荷载、可变荷载基本组合计算表(单位：KN)编号荷载情况1号梁2号梁3号梁4号梁5号梁6号梁7号梁1恒载463.46436.68436.68436.68436.68436.68463.462公路-I级双孔双列对称（1+）0334.97282.72436.46324.52334.9703公路-I级双孔双列非对称（

13、1+）22.15045862187.5060523153.4824396119.425388585.435214251.411601517.387988841+2463.46771.65719.4873.14761.2771.65463.4651+3485.6104586624.1860523590.1624396556.1053885522.1152142488.0916015480.84798883 双柱反力Gi计算：图3-5：双柱反力计算图表3-5：双柱反力计算荷载组合情况计算式反力(KN)组合6公路-I级双列对称2439.184组合7公路-I级双列非对称1984.05上部恒载1578.

14、92由表3-5可知，荷载组合6（公路-I级、双列对称布置）控制设计。4 内力计算(1) 弯矩计算（图3-2）截面位置见图3-2，为求得最大弯矩值，支点负弯矩取用非对称布置时的数值，跨中弯矩取用对称布置时数值。各截面弯矩计算式为：各种荷载组合下的各截面弯矩计算见表3-6表3-6：各截面弯矩计算荷载组合情况墩柱反力(KN)梁的反力(k N)各截面弯矩(k Nm) G1R1R2R3截面截面2-2截面截面截面1-13-34-45-5上部恒载1578.92463.46436.68436.680-176.1148-546.8828-61.0124977.3482汽车对称2439.1840334.97282

15、.720001322.8235887.77928汽车非对称1984.0522.1505187.5061153.480-8.41719-26.137591072.2495485033.903818(2)剪力计算一般计算公式为：截面1-1：，；截面2-2：；截面3-3：，；截面4-4：；截面5-5：。计算值见表3-7：表3-7：各截面剪力计算荷载组合情况墩柱反力梁的反力(KN)各截面剪力(KN)(KN) R1R2R3截面1-1 截面2-2截面3-3截面4-4 截面5-5 上部恒载1578.92463.46436.68436.680-463.46-463.46-463.46-463.461115.4

16、61115.46678.78678.78242.1汽车对称2439.1840334.97282.72000002439.1842439.1842104.2142104.2141821.494汽车非对称1984.0522.1505187.5061153.480-22.1505-22.1505-22.1505-22.15051961.89951961.89951774.39341774.39341620.9134 (3) 盖梁内力汇总（表3-8）表3-8：弯矩组合表内力组合(KN)截面1-1截面2-2截面3-3截面4-4截面5-5截面1.上部恒载0-176.1148-546.8828-61.012

17、4977.34822.盖梁自重-11.4231-43.875-76.875-101.625-223.1063.汽车对称布置0001322.8235887.779284.汽车非对称布置0-8.41719-26.137591072.2495485033.9038185.1+2+3-11.4231-219.9898-623.75781160.18566642.021486.1+2+4-11.4231-228.40699-649.89539909.6121485788.146018表3-8：剪力组合表截面 截面1-1截面2-2截面3-3截面4-4截面5-5内力组合（KN）1.上部恒载 0-463.46

18、-463.461115.46678.78 -463.46-463.461115.46678.78242.12.盖梁自重 -11.4231-43.875-76.875-101.625-223.106 -11.4231-43.875-76.875-101.625-223.1063.汽车对称布置 0002439.1842104.214 002439.1842104.2141821.4944.汽车非对称布置 0-22.1505-22.15051961.89951774.3934 -22.1505-22.15051961.89951774.39341620.91345.1+2+3 -11.4231-50

19、7.335-540.3353453.0192559.888 -474.8831-507.3353477.7692681.3691840.4886.1+2+4 -11.4231-529.4855-562.48552975.73452230.0674-497.0336-529.48553000.48452351.54841639.90745 截面配筋设计与承载力核算采用C30混凝土，主筋选用HRB335，28，保护层6（钢筋中心至混凝土边缘）。，28钢筋截面面积：(1) 正截面抗弯承载力验算以下取3-3截面作配筋设计，其它截面同理。已知:,取，解得:（大于梁高，舍去）用28钢筋，其根数选用8根，配

20、筋率：。其它截面的配筋设计如表3-9表3-9：各截面钢筋量计算表截面号实际选用含筋率（%）根数1-1-11.423115001040212320.082-2-219.98915001040424640.163-3-623.75715001040849260.3164-41160.18615001040849260.3165-56642.02115001000849260.316正弯矩以5-5截面验算：代入：得：故符合要求。(2) 斜截面按公预规5.2.10条要求，当截面符合：可不进行斜截面抗剪承载力计算，仅需按公预规9.3.13条构造要求配置箍筋。式中：预应力提高系数，取=1.0；混凝土抗拉设

21、计强度，取=1.39MPa。对于1-1截面：对于2-2截面5-5截面：按公预规规定：对照表3-9，可按构造要求设置斜筋与箍筋，见图3-6。图3-6 盖梁配筋第三节 桥墩墩柱计算墩柱直径为120，用C25混凝土，HRB335级钢筋。尺寸见图3-8.1 恒载计算:(1) 上部构造恒载，一孔总重：3110.328KN(2) 盖梁自重（半根梁重）：223.106+5.72=228.826KN(3) 横系梁重：4.49124=107.76KN(4) 一根墩柱自重：5.473243.14159(1.21.2)/4=148.556KN(5) 作用墩柱底面的恒载垂直力为：2 汽车荷载计算荷载布置及行驶情况见前

22、述图3-3，3-4，由盖梁计算得知：(1) 公路级单孔荷载单列车时：KN相应的制动力：按照公预规4.3.6条规定公路级汽车制动力不小于165，故取制动力165KN(2) 公路级双孔荷载单列车时：KN 相应的制动力：小于165KN，故制动力取165KN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矩，即产生最大墩柱低弯矩。(3) 双柱反力横向分布系数计算（汽车荷载位置见图3-8）:图3-8：尺寸单位cm单列车时：，双列车时：，3 荷载组合(1) 最大最小垂直反力计算，见下表表3-10：可变荷载组合垂直反力计算（双孔）编号荷载状况最大垂直反力(KN)

23、最小垂直反力(KN)1公路级单列车1.0263557.996-0.0263-20.6732双列车0.7632414.9490.2368128.747表中汽车荷载已经乘以冲击系数（1+=1.228）(2) 最大弯矩时计算（单孔）表3-11：可变荷载组合最大弯矩计算（单孔）编号荷载情况墩柱顶反力计算式垂直力（KN）水平力H（KN）对柱顶中心弯矩（）1上部与盖梁1703.720.000.002单孔双列车387.551.02631.228488.430.00488.43165/2=82.5122.11127.88表内水平力由两墩柱平均分配。4 截面配筋计算及应力验算作用于墩柱顶的外力（图3-9）(1)

24、 垂直力：最大垂直力： k N最小垂直力：k N(2) 弯矩：k Nm (3) 水平力：图3-9：尺寸单位cm(4) 作用于墩柱底的外力(5) 截面配筋计算已知墩柱选用C25混凝土，采用2016R235钢筋，=40.22,则纵向钢筋配筋率，由于，故不计偏心增大系数：取.0；a 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： k N满足规范要求。b 单孔荷载，最大弯矩时，墩柱顶按小偏心受压构件验算：故.0，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,代入=11.5、=195、=0.003556后，经整理得=按公预规提供的附录C表C.0

25、.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。经试算查的各系数A、B、C、D为设=1.0，A=2.6943 ,B=0.3413 ,C=2.3082, D=0.6692代入后 =则=墩柱承载力满足规范要求。第四节 钻孔灌注桩的设计计算钻孔灌注桩的直径为1.40m，用C30混凝土，HRB335级钢筋。由地质资料分析设计宜采用钻孔灌注桩基础。灌注桩按m法计算，设m值为5103kN/m4,桩身混凝土受压弹性模量=3.0104MPa1 荷载计算每一根桩承受的荷载为：(1) 一孔恒载反力（图3-10）(2) 盖梁恒重反力（半根梁重）：(3) 系梁恒重反力(4) 一根墩柱恒重(5) 作用于桩

26、顶的恒载反力为：(6) 灌注桩每延米自重，已扣除浮力(7) 可变荷载反力两跨可变荷载反力：（公路-I级）(已计入冲击系数)单跨可变荷载反力：（公路-I级）(已计入冲击系数)制动力：作用点在支座中心，距桩顶距离为(8) 纵向风力盖梁引起的风力：对桩顶的力臂为：7.07m 墩柱引起的风力：对桩顶的力臂为：3.26m 横向风因墩柱横向刚度较大，可不予考虑。(9) 作用于桩顶的外力图3-10：尺寸单位m图3-11（双孔）（单孔）KN单跨可变荷载时：(10) 作用与地面处桩顶上的外力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式初步计算桩长。灌注桩最大冲刷线以下的桩长为h，则：式中：

27、u-桩周长，考虑用旋钻机，成孔直径增大5cm，则u=1.45=4.555（m）； -桩壁极限摩阻力，按表值取为50kPa,即50；li-土层厚度（m）； -考虑桩入土深度影响的修正系数，取为0.7；-考虑孔底沉淀厚度影响的清底系数，取为0.80；-桩底截面积，=1.539； -桩底土层容许承载力，取=300KPa；-深度修正系数，取=1.5； -土层的重度，取=10.0KN/m3(已扣除浮力)； -一般冲刷线以下深度（m）。 代入得： =1/24.555h40+0.70.81.539300+1.510(h-3) =91.1h+0.862(219.769+12.9276h)=189.44+102

28、.243桩底最大垂直力为：=2517.482+1/2qh=2517.482+11.5h 即：2517.482+11.5h=189.44+102.243h 故：h=(2517.482-189.44)（102.243-11.5）=25.66m 取h=26m，即地面以下桩长为26m，桩总长27.2m。由上式反求： =189.44+102.24326=2847.758kN =2517.482+11.526=2816.482kN 可知桩的轴向承载力能满足要求 3 桩的内力计算（m法）(1) 桩的计算宽度：(2) 桩的变形系数： 式中：，受弯构件： 故：，可按弹性桩计算。(3) 地面以下深度Z处桩身截面上

29、的弯矩MZ与水平压应力ZX的计算已知作用于地面处桩顶上的外力为：，(4) 桩身弯矩 =式中的无量纲系数可由表格查得，计算见表3-12,分布图见图3-12表3-12：桩身弯矩Mz计算（单位：KMm）Z 0.330.140.09960.9997427.1775532755.6274858782.8050390.660.240.196960.9980653.74388432754.3577014808.10158581.320.440.377390.98617102.9772771745.3709541848.34823121.970.640.529380.95861144.4503325724.5

30、404446868.99077712.630.840.645610.91324176.1656639690.2487098866.41437363.29140.723050.85089197.2964844643.1230834840.41956774.281.340.767610.73161209.4554379552.9683966762.42383454.931.540.754660.68694205.9218102519.2057386725.12754886.58240.614130.40658167.5758107307.3029219474.87873268.222.540.39

31、8960.14763108.8630183111.5822971220.44531549.87340.193050.0759552.6769743557.4048328110.081807211.513.540.050810.0135413.8643722710.2338569624.0982292313.16440.000050.000090.013643350.068024160.08166751桩身最大弯矩及最大弯矩位置计算：由得：由及，查表得：，故同样可得，(5) 桩身水平压应力=式中无量纲系数可由表格查得，为换算深度，=z.计算见表3-13，桩身的水平压应力分布示于图3-12.图3-

32、12表3-13：水平压力计算（单位：KMm2）Z 002.440661.6210000.660.22.117791.290885.1303886318.66490291213.795291541.320.41.802731.000648.73429895913.4333918722.167690832.30.71.360240.6388511.5332301215.0087585926.541988712.960.91.093610.4448111.9218144413.435841925.357656343.621.10.854410.2860611.3840392210.560820292

33、1.944859514.931.50.466140.062888.4692510463.1655678411.634818896.5820.14696-0.075723.560135392-5.08262928-1.5224938889.873-0.08741-0.09471-3.176287098-9.53597106-12.7122581613.164-0.10788-0.01487-5.226829152-1.99626776-7.2230969124 桩身截面配筋与承载力验算：图3-13 桩身截面配筋图验算最大弯矩值处的截面强度，该处内力值为：桩内竖向钢筋按0.2%配置，则 选用， ，

34、桩的换算面积为：桩的换算截面模量为： 取根据公预规5.3.9条和5.3.10条相关规定： ，取偏心增大系数： 则 。按桥墩墩柱的计算方法，查公预规附录C相关表格，可得到相关系数。经试算，当=0.65时，从表格中查得:A=1.6508,B=0.6651,C=0.8080,D=1.6343另设g=0.88，因=0.261%，=13.8Pa,=280MPa,代入下式： 则： 钻孔桩的正截面受压承载力满足要求。5 墩顶纵向水平位移验算(1) 桩在地面处的水平位移和转角（）计算 当，z=0时，查表得到： 故： (符合m法计算要求) 同上查表得到： 代入得：(2) 墩顶纵向水平位移验算(图3-14)图3-14 墩顶纵向水平位移上部墩顶截面抗弯刚度为（直径d1=1.2m）,下部桩截面抗弯刚度为EI（直径d=1.4m）,假设n=,，则墩顶的水平位移公式为：式中： 由于，所以，已知： ，故： 墩顶容许的纵向水平位移为： = 符合规范要求。