橋墩設計計算

1、.摘 要隨著我國社會的發(fā)展與進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們的廣泛關注，橋梁又是現(xiàn)代交通中不可缺少的組成部分，我國橋梁工程無論在建設規(guī)模上，還是在科技水平上，均已躋身世界先進行列。本設計為S17線金昌至永昌高速公路河東莊大橋（兩聯(lián)425m預應力混凝土連續(xù)箱梁）下部結構設計，在設計過程中，參考了諸如橋梁工程、土力學、橋涵水文、材料力學、專業(yè)英語等相關書籍和文獻，根據(jù)公路橋涵設計手冊系列叢書，依照交通部頒發(fā)的有關公路橋涵設計規(guī)范（JTG系列）擬定設計而成。設計中考慮了各種尺寸與材料的選用符合規(guī)范中對強度、應力、局部承壓強度的要求，并且產(chǎn)生在規(guī)范容許范圍內(nèi)的變形，使橋

2、梁在正常使用的情況下能夠達到安全，穩(wěn)定和耐久的標準。在可預期偶然荷載下仍能達到基本正常使用的標準。設計時還充分考慮河東莊大橋所處區(qū)域的地質(zhì)和水文條件，既保證符合規(guī)范要求，同時保證因地制宜并且便于施工和維護，并且兼顧橋梁本身的美觀性與社會經(jīng)濟性，既要設計合理，又要起到良好的社會經(jīng)濟效益。關鍵詞：河東莊大橋 下部結構 橋墩 橋臺 美觀性 經(jīng)濟性AbstractWith the development and progress of our society and peoples rising living standards, transportation convenience and safe

3、ty to get the wide attention of people, the bridge is also an indispensable part of modern transportation, bridge works in China in terms of construction scale, or in the level of science and technology, have been among the advanced ranks in the world.The design for the S17line of Jinchang to Yongch

4、ang Expressway East Village Bridge ( double4 25m prestressed concrete continuous box girder ) substructure design, during the design process, the reference such as bridge engineering, soil mechanics, material mechanics, hydrology of bridge and culvert, English and other related books and literature,

5、 according to the manual design of highway bridges and culverts series, in accordance with the Ministry of Communications issued by the relevant design specifications for highway bridges and culverts ( JTG Series ) protocol is designed.Design consideration of senior high school entrance examination

6、of various sizes and material selection in conformity with the specifications of strength, stress, local bearing strength requirements, and produced in standard allowable deformation of the bridge in the normal use, can achieve the safety, stability and durability of the standard. In the expected ac

7、cidental loads can still achieve the basic normal use standard. The design also fully consider the Hedong Village Bridge where regional geological and hydrological conditions, both to ensure compliance with specifications, while ensuring that the suit ones measures to local conditions and easy const

8、ruction and maintenance, and take into account the bridge itself appearance and social economy should not only reasonable design, but also has good social and economic benefits.Key words: He dong zhuang bridge Substructure pier abutment beauty economy;.目 錄第一章 緒論1第二章 設計資料及方案比選2第一節(jié) 設計資料21 技術設計標準22 主要設

9、計依據(jù)23 工程地質(zhì)資料2第二節(jié) 墩臺比選21 橋墩比選22 比選結果33 橋臺比選34 比選結果3第三章 橋墩設計計算4第一節(jié) 橋墩材料及尺寸41 材料42 橋墩尺寸4第二節(jié) 蓋梁計算41 荷載計算42 可變荷載計算64 內(nèi)力計算115 截面配筋設計與承載力核算13第三節(jié) 橋墩墩柱計算151 恒載計算:152 汽車荷載計算163 荷載組合164 截面配筋計算及應力驗算17第四節(jié) 鉆孔灌注樁的設計計算201 荷載計算202 樁長計算223 樁的內(nèi)力計算（m法）224 樁身截面配筋與承載力驗算：245 墩頂縱向水平位移驗算26第四章 橋臺設計30第一節(jié) 橋臺材料及尺寸301 橋臺類型和主要材料3

10、02 橋臺尺寸30第二節(jié) 臺帽計算301 荷載計算302 內(nèi)力計算321 垂直荷載計算342 恒載對臺墻各截面所產(chǎn)生的彎矩343 活載對臺墻產(chǎn)生的反力364 活載對各截面所產(chǎn)生的彎矩36第五章 結論與展望371 結論372 展望37附錄 英文文獻翻譯39第一章 緒論隨著我國社會的發(fā)展與進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們的廣泛關注，橋梁又是現(xiàn)代交通中不可缺少的組成部分，于此同時，橋梁建設得到了迅猛發(fā)展，我國橋梁工程無論在建設規(guī)模上，還是在科技水平上，均已躋身世界先進行列。各種功能齊全、造型美觀橋梁開始頻繁的出現(xiàn)在人們的生活中，給人們帶來方便的同時很多橋梁也逐漸成為城

11、市的標志性建筑。本設計為S17線金昌至永昌高速公路河東莊大橋（兩聯(lián)425m預應力混凝土連續(xù)箱梁）下部結構設計，是根據(jù)公路橋涵設計手冊系列叢書，依照交通部頒發(fā)的有關公路橋涵設計規(guī)范（JTG系列）擬定設計而成。在設計過程中，參考了諸如橋梁工程、土力學、橋涵水文、材料力學、專業(yè)英語等相關書籍和文獻。設計中考慮了各種尺寸與材料的選用符合規(guī)范中對強度、應力、局部承壓強度的要求，并且產(chǎn)生在規(guī)范容許范圍內(nèi)的變形，使橋梁在正常使用的情況下能夠達到安全，穩(wěn)定和耐久的標準。在可預期偶然荷載下仍能達到基本正常使用的標準。設計時還充分考慮河東莊大橋所處區(qū)域的地質(zhì)和水文條件，既保證符合規(guī)范要求，同時保證因地制宜并且便于

12、施工和維護，并且兼顧橋梁本身的美觀性與社會經(jīng)濟性，既要設計合理，又要起到良好的社會經(jīng)濟效益。第二章 設計資料及方案比選第一節(jié) 設計資料河東莊大橋位于S17金昌至永昌線上，橋孔布置為兩聯(lián)425m預應力混凝土連續(xù)箱梁，橋梁全長165.4m。本橋上部為預應力混凝土箱型梁，下部結構為鉆孔灌注樁墩臺。1 技術設計標準(1) 設計荷載：公路-I級；(2) 橋面寬：11.5m+20.5m(3) 標準跨徑：25m(4) 計算跨徑：24.6m2 主要設計依據(jù)(1) 公路橋涵設計通用規(guī)范（JTG D60-2004）；(2) 公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范（JTG D62-2004）；(3) 公路橋涵地基

13、與基礎設計規(guī)范（JTG D63-2007）；(4) 公路橋涵設計手冊墩臺與基礎；(5) 公路橋梁墩臺設計與施工；3 工程地質(zhì)資料橋址位于部剝蝕山地區(qū)，金川河狹窄河谷區(qū)。地層巖性為黃土粉狀土（厚度一般小于2m）卵礫石（稍密-中密）下伏花崗巖。地質(zhì)條件較好，地層自上而下有亞粘土，砂礫，淺變質(zhì)石英砂巖夾板巖組成。第二節(jié) 墩臺比選1 橋墩比選方案一：雙柱式鉆孔灌注樁橋墩：它由分離的兩根樁柱所組成。外形美觀、圬工體積小、重量比較輕、施工便利、速度快、工程造價低。最重要的是它能減輕墩身重力節(jié)約圬工材料，還能配合各種基礎，設計靈活多樣。它也是目前運用最廣泛的橋墩結構之一。方案二：重力式橋墩：它是靠自身重量來

14、平衡外部作用、保持穩(wěn)定。墩身比較厚實，可以不用鋼筋，而用天然石材或片石混凝土砌筑。它適用于承受作用值較大的大、中型橋梁或流水、漂浮物較多的河流中，或在砂石方便的地區(qū)，小橋也可以采用。它的缺點就是圬工材料數(shù)量多、自重大，因而要求地基承載力高。另外，阻水面積也較大。2 比選結果綜上，著重從經(jīng)濟、安全的立足點出發(fā)，結合本設計聯(lián)系的相關地質(zhì)條件情況。方案二雖然有著承載能力強、配用鋼筋少的優(yōu)點，但是其所用的圬工材料巨大、地基承載力要求也高。不是很符合本設計的經(jīng)濟和安全的立足點原則，而方案一能夠節(jié)省材料，節(jié)約成本。所以，選擇方案一。3 橋臺比選方案一：重力式橋臺：適用于填土高度為4-10m的單孔及多孔橋。

15、它的結構簡單，基礎底承壓面積大，應力較小。但圬工體積較大，兩側墻間的填土容易積水，除增大土壓力外還易受凍脹而使側墻裂縫。方案二：輕型橋臺：輕型橋臺體積輕、自重小，它借助結構物的整體剛度和材料強度承受外力，從而可以節(jié)省材料，降低對地基強度的要求和擴大應用范圍。4 比選結果綜上，根據(jù)大橋的地質(zhì)條件，橋址周圍的材料以及經(jīng)濟、節(jié)約的角度進行比選。重力式橋臺體積較大，使用材料較多，不符合節(jié)約的原則，所以方案一不適用。而方案二對地基承載力的要求相對較小，節(jié)省材料降低成本。因此選擇方案二。第三章 橋墩設計計算第一節(jié) 橋墩材料及尺寸1 材料鋼筋：蓋梁主筋用HRB335鋼筋，其它均用R235鋼筋混凝土：蓋梁、墩

16、柱用C30，系梁及鉆孔灌注樁用C252 橋墩尺寸圖3-1：尺寸單位cm第二節(jié) 蓋梁計算1 荷載計算(1)上部結構永久荷載見表3-1：表3-1 上部結構永久荷載每片邊板自重(KN/m)每片中板自重(KN/m)一孔上部構造自重(KN)每一個支座恒載反力(KN)1,4號2,3號1,4號2,3號27.1025.082606.25291.36269.59(2) 蓋梁自重及作用效應計算（1/2蓋梁長度）圖3-2表3-2：蓋梁自重產(chǎn)生的彎矩、剪力效應計算截面編號自重（KN）彎矩（）剪力(KN)V左V右1-1=0.650.351.925+1.9/20.210.3525=12.56=-10.810.35/2-1

17、.750.35/3=-2.09-12.56-12.562-2=(0.86+1.4)0.9/21.925=48.31=-12.56(0.175+0.9)-48.310.45=-35.24-60.87-60.573-3=0.751.41.925=49.87=-12.560.165-48.311.2-49.870.75/2=-97.39-110.74222.784-4=0.851.41.925=56.53=333.52-12.562.675-48.312.95-49.871.225-56.530.85/2=72.29166.25166.255-5=2.51.41.925=166.25=333.52-

18、12.565.175-48.314.55-49.873.725-56.532.925-166.251.25=-510.20.000.00+=333.52KN2 可變荷載計算(1) 可變荷載橫向分布系數(shù)計算：荷載對稱布置時用杠桿法，非對稱布置用偏心受壓法。公路-I級a.單車列，對稱布置圖3-3 .單車列對稱布置分布系數(shù)圖b.雙車列，對稱布置圖3-4 雙車對稱分布系數(shù)圖c.單車列，非對稱布置由，已知n=4，e=4.35，則d.雙車列，非對稱布置時：已知：n=4，e=2.8，(2) 按順橋向可變荷載移動情況，求得支座可變荷載反力的最大值公路-I級：全橋計算跨徑：24.6m雙孔布載單列車時：雙孔布載雙

19、列車時：KN單孔布置單列車時：KN單孔布載雙列車時：KN(3) 可變荷載橫向分布后各梁支點反力(計算的一般公式為)，見表3-3表3-3：各梁支點反力計算荷載橫向分布情況公路-I級荷載（KN）計算方法荷載布置橫向分布系數(shù)單孔雙孔對稱布置按杠桿法算單列行車公路-I級=0.0000387.550.00516.700.00=0.187572.6796.88=0.3125121.10161.47=0.00000.000.00雙列行車公路-I級=0.0085775.106.591033.408.78=0.1354104.95139.92=0.3646282.60376.78=0.00856.598.78非

20、對稱布置按偏心受壓法算單列行車公路-I級=0.5930387.55229.82516.70306.40=0.4070157.73210.29=0.093036.0448.05=-0.0930-36.04-48.05雙列行車公路-I級=0.4710775.10365.071033.40486.73=0.3510272.06362.72=0.1490115.49153.98=0.029022.4829.97(4) 各梁永久荷載、可變荷載反力組合：計算見表3-4，表中均取用各板的最大值，其中沖擊系數(shù)為：表3-4：各板永久荷載、可變荷載基本組合計算表(單位：KN)編號荷載情況1號梁2號梁3號梁4號梁1

21、恒載666.75616.93616.93666.752公路-I級雙孔雙列對稱（1+）9.90157.83425.019.903公路-I級雙孔雙列非對稱（1+）549.03409.15173.6933.8141+2676.65774.761041.94676.6551+31215.781026.08790.62700.563 雙柱反力Gi計算：圖3-5：雙柱反力計算圖表3-5：雙柱反力計算荷載組合情況計算式反力(KN)組合6公路-I級雙列對稱1527.18組合7公路-I級雙列非對稱2251.90上部恒載1283.684 內(nèi)力計算(1) 彎矩計算（圖3-2）截面位置見圖3-2，為求得最大彎矩值，支

22、點負彎矩取用非對稱布置時的數(shù)值，跨中彎矩取用對稱布置時數(shù)值。各截面彎矩計算式為：各種荷載組合下的各截面彎矩計算見表3-6表3-6：各截面彎矩計算荷載組合情況墩柱反力(KN)梁的反力(KN)各截面彎矩()G1R1R2截面1-1截面2-2截面3-3截面4-4截面5-5上部恒載1283.68666.75616.930-166.69-666.75-790.14505.42汽車對稱1527.189.90157.830-2.48-9.901114.064844.13汽車非對稱2251.99549.03409.150-137.26-549.03468.87-729.56(2)剪力計算一般計算公式為：截面1-

23、1：，；截面2-2：；截面3-3：，；截面4-4：；截面5-5：。計算值見表3-7：表3-7：各截面剪力計算荷載組合情況墩柱反力(KN)梁的反力(KN)各截面剪力(KN)截面1-1截面2-2截面3-3截面4-4截面5-5上部恒載1283.68666.75616.930-666.75-666.75-666.75-666.75616.930000汽車對稱1527.189.90157.830-9.90-9.90-9.90-9.901517.281359.451359.451359.451359.45汽車非對稱2251.99549.03409.150-549.03-549.03-549.03-549.

24、031702.961293.811293.811293.811293.81 (3) 蓋梁內(nèi)力匯總（表3-8）表3-8：彎矩組合表內(nèi)力組合(KN)截面截面1-1截面2-2截面3-3截面4-4截面5-51.上部恒載0.00-166.69-666.75-790.14505.422.蓋梁自重-2.09-35.24-97.3972.29-510.203.汽車對稱布置0.00-2.48-9.901114.064844.134.汽車非對稱布置0.00-137.26-549.03468.87-729.565.1+2+3-2.09-204.41-774.04396.214839.356.1+2+4-2.09-3

25、39.19-1313.17-248.98-734.34表3-8：剪力組合表截面 內(nèi)力組合（KN）截面1-1截面2-2截面3-3截面4-4截面5-51.上部恒載0.00-666.75-666.750.000.00-666.75-666.75-616.930.000.002.蓋梁自重-12.56-60.87-110.74166.250.00-12.56-60.87222.78166.250.003.汽車對稱布置0.00-9.90-9.900.001359.45-9.90-9.901517.281359.451359.454.汽車非對稱布置0.00-549.03-549.031293.811293.

26、81-549.03-549.031702.961293.811293.815.1+2+3-12.56-737.52-787.39166.251359.45-689.21-737.521123.131525.701359.456.1+2+4-12.56-1276.65-1326.521460.061293.81-1228.34-1276.65-1276.701460.061293.815 截面配筋設計與承載力核算采用C30混凝土，主筋選用HRB335，28，保護層6（鋼筋中心至混凝土邊緣）。,28鋼筋截面面積：(1) 正截面抗彎承載力驗算以下取3-3截面作配筋設計，其它截面雷同。已知:,取，解方

27、程得:用28鋼筋，其根數(shù)選用12根，配筋率：。其它截面的配筋設計如表3-9表3-9：各截面鋼筋量計算表截面號實際選用含筋率（%）根數(shù)1-1-2.0914001340830410.1932-2-204.41140013401038010.2413-3-774.04140013401239080.2904-4396.21140013401038010.2415-54839.35140013401239080.290(2) 斜截面按公預規(guī)5.2.10條要求，當截面符合：可不進行斜截面抗剪承載力計算，僅需按公預規(guī)9.3.13條構造要求配置箍筋。式中：預應力提高系數(shù)，本例取=1.0；混凝土抗拉設計強度，

28、本例取=1.39MPa。對于1-1截面：對于2-2截面5-5截面：按公預規(guī)規(guī)定：對照表3-9，可按構造要求設置斜筋與箍筋，見圖3-6。圖3-6 蓋梁配筋第三節(jié) 橋墩墩柱計算墩柱直徑為130，用C30混凝土，R235級鋼筋。尺寸見圖3-8.1 恒載計算:(1) 上部構造恒載，一孔總重：2606.25KN(2) 蓋梁自重（半根梁重）：493.63KN(3) 橫系梁重：149.04KN(4) 一根墩柱自重：128.156KN(5) 作用墩柱底面的恒載垂直力為：KN2 汽車荷載計算荷載布置及行駛情況見前述圖3-3，3-4，由蓋梁計算得知：(1) 公路級單孔荷載單列車時：KN相應的制動力：按照公預規(guī)4.

29、3.6條規(guī)定公路級汽車制動力不小于165，故取制動力165KN(2) 公路級雙孔荷載單列車時：KN 相應的制動力：KN小于165KN，故制動力取165KN汽車荷載中雙孔荷載產(chǎn)生支點處最大反力值，即產(chǎn)生最大墩柱垂直力，汽車荷載中單孔荷載產(chǎn)生最大偏心彎矩，即產(chǎn)生最大墩柱低彎矩。(3) 雙柱反力橫向分布系數(shù)計算（汽車荷載位置見圖3-8）:圖3-8：尺寸單位cm單列車時：，雙列車時：，3 荷載組合(1) 最大最小垂直反力計算，見下表表3-10：可變荷載組合垂直反力計算（雙孔）編號荷載狀況最大垂直反力(KN)最小垂直反力(KN)1公路級單列車1.149763.96-0.149-99.072雙列車0.76

30、8510.640.232154.25表中汽車荷載已經(jīng)乘以沖擊系數(shù)（1+=1.2868）(2) 最大彎矩時計算（單孔）表3-11：可變荷載組合最大彎矩計算（單孔）編號荷載情況墩柱頂反力計算式垂直力（KN）水平力H（KN）對柱頂中心彎矩（）1上部與蓋梁-1431.280.000.002單孔雙列車775.11.1491.2868775.10.00775.1082.532.29127.88表內(nèi)水平力由兩墩柱平均分配。4 截面配筋計算及應力驗算作用于墩柱頂?shù)耐饬Γ▓D3-9）(1) 垂直力：最大垂直力：KN最小垂直力：KN(2) 彎矩：KNM (3) 水平力：圖3-9：尺寸單位cm(4) 作用于墩柱底的外

31、力(5) 截面配筋計算已知墩柱選用C30混凝土，采用2016HRB335鋼筋，=40.22,則縱向鋼筋配筋率，由于，故不計偏心增大系數(shù)：取.0；a 雙孔荷載，按最大垂直力時，墩柱頂按軸心受壓構件驗算，根據(jù)公預規(guī)5.3.1條：滿足規(guī)范要求。b 單孔荷載，最大彎矩時，墩柱頂按小偏心受壓構件驗算：故.0，根據(jù)公預規(guī)5.3.9條偏心受壓構件承載力計算應符合下列規(guī)定：設g=0.88,代入=13.8、=280、=0.003后，經(jīng)整理得=按公預規(guī)提供的附錄C表C.0.2“圓形截面鋼筋混凝土偏壓構件正截面抗壓承載力計算系數(shù)”表。經(jīng)試算查的各系數(shù)A、B、C、D為設=1.0，A=2.6943 ,B=0.3413

32、,C=2.3082, D=0.6692代入后 =則=墩柱承載力滿足規(guī)范要求。第四節(jié) 鉆孔灌注樁的設計計算鉆孔灌注樁的直徑為1.50m，用C25混凝土，10R235級鋼筋。由地質(zhì)資料分析設計宜采用鉆孔灌注樁基礎。灌注樁按m法計算，設m值為5103kN/m4,樁身混凝土受壓彈性模量=2.60104MPa1 荷載計算(1) 每一根樁承受的荷載為：(2) 一孔恒載反力（圖3-10）KN(3) 蓋梁恒重反力KN(4) 系梁恒重反力KN(5) 一根墩柱恒重KN(6) 作用于樁頂?shù)暮爿d反力為：KN(7) 灌注樁每延米自重,已扣除浮力(8) 可變荷載反力兩跨可變荷載反力：（公路-I級）單跨可變荷載反力：（公路

33、-I級）制動力：作用點在支座中心，距樁頂距離為(9) 縱向風力蓋梁引起的風力：對樁頂?shù)牧Ρ蹫椋?墩柱引起的風力：對樁頂?shù)牧Ρ蹫椋?橫向風因墩柱橫向剛度較大，可不予考慮。(10) 作用于樁頂?shù)耐饬D3-10：尺寸單位m圖3-11KN（雙孔）KN（單孔）KN單跨可變荷載時：(11) 作用與地面處樁頂上的外力KNKN2 樁長計算已知樁長3 樁的內(nèi)力計算（m法）(1) 樁的計算寬度b：(2) 樁的變形系數(shù)： 式中： ，受彎構件： 故：，可按彈性樁計算。(3) 地面以下深度Z處樁身截面上的彎矩MZ與水平壓應力ZX的計算已知作用于地面處樁頂上的外力為：，(4) 樁身彎矩 =式中的無量綱系數(shù)可由表格查得，計

34、算見表3-12,分布圖見圖3-12表3-12：樁身彎矩Mz計算（單位：KMm）Z0.330.104.000.09960.9997427.69910.96938.650.660.204.000.196960.9980654.75909.43964.181.320.404.000.377390.98617104.91898.601003.511.970.604.000.529380.95861147.16873.491020.642.630.804.000.645610.91324179.47832.141011.613.291.004.000.723050.85089201.00775.33976.334.281.304.000.767610.73161213.38666.64880.034.931.504.000.754660.68694209.78625.94835.7