某橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說明書

1、課程設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)題目 某橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程名稱 墩臺(tái)工程課程設(shè)計(jì)某橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)資料3 1、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及上部構(gòu)造3 2、水文地質(zhì)條件3 3、材料34、橋墩尺寸45、設(shè)計(jì)依據(jù)4二、蓋梁計(jì)算4（一） 荷載計(jì)算41、上部結(jié)構(gòu)永久荷載 42、蓋梁自重及作用效應(yīng)計(jì)算 53、可變荷載計(jì)算64、雙柱反力計(jì)算所引起的各梁反力 14（二）內(nèi)力計(jì)算151、恒載加活載作用下各截面的內(nèi)力152、蓋梁內(nèi)力匯總17（三）截面配筋設(shè)計(jì)與承載力核算171.正截面抗彎承載力驗(yàn)算172.斜截面抗剪承載能力驗(yàn)算183全梁承載力校核19三 橋墩墩柱計(jì)算19（一）荷載計(jì)算191恒載計(jì)算:192汽車荷載計(jì)算203、雙柱反力橫

2、向分布系數(shù)計(jì)算214. 荷載組合22（二）截面配筋計(jì)算及應(yīng)力驗(yàn)算231作用于墩柱頂?shù)耐饬?32、作用于墩柱底的外力233、截面配筋計(jì)算24四、 鉆孔灌注樁的設(shè)計(jì)計(jì)算25（一）荷載計(jì)算251、一孔恒載反力（圖12）252、蓋梁恒重反力253、系梁恒重反力264、一根墩柱恒重265、灌注樁每延米自重266.可變荷載反力267、作用于樁頂?shù)耐饬?，圖1327（二）樁長(zhǎng)計(jì)算27（三）樁的內(nèi)力計(jì)算（m法）281，樁的計(jì)算寬度b：282. 樁的變形系數(shù)：293 地面以下深度Z處樁截面的彎矩Mz與水平壓應(yīng)力z的計(jì)算：29 (四) 樁身配筋計(jì)算及樁身材料截面強(qiáng)度驗(yàn)算30（五）墩頂縱向水平位移驗(yàn)算321. 樁在地

3、面處的水平位移和轉(zhuǎn)角（）計(jì)算322. 墩頂縱向水平位移驗(yàn)算34某橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)資料1、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及上部構(gòu)造(1) 設(shè)計(jì)荷載：公路-級(jí)；人群荷載：3.0kN/m2(2) 橋面凈空：凈7+20.75(人行道)(3) 跨徑：標(biāo)準(zhǔn)跨徑：16m；主梁全長(zhǎng)：15.96m；計(jì)算跨徑：15.5m(4) 上部結(jié)構(gòu)：圖2(5) 橋面鋪裝：橋梁橋面鋪裝由上至下為：瀝青混凝土厚2cm，25號(hào)混凝土墊層（612cm），橋面橫坡為：1.5%。(6) 人行道和欄桿荷載：人行道寬為0.75m時(shí)取5kN/m，人行道寬為1.5m時(shí)取8.5kN/m。(7) 橫隔梁設(shè)置：跨徑13m橋梁以下，橫隔梁設(shè)置3道，跨徑13m橋梁以上

4、，橫梁設(shè)置5道，橫梁寬度為15cm，高為100cm。平均布設(shè)。2、水文地質(zhì)條件沖刷深度：2.5m地質(zhì)條件：密實(shí)細(xì)砂夾礫石：地基承載力400kPa按無橫橋向水平推力（漂流物、沖擊力、水流壓力等）及縱橋向風(fēng)荷載3、材料鋼筋：蓋梁主筋用HRB335鋼筋，其它均用R235鋼筋；混凝土：混凝土、墩柱用C30，系梁及鉆孔灌注樁用C25；4、橋墩尺寸：如下圖 （尺寸單位：cm）5、設(shè)計(jì)依據(jù)公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范（JTG D60-2004）公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG D60-2004）公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG D63-2007）基礎(chǔ)工程王曉謀主編 人民交通出版社結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理（第二

5、版）葉見曙主編 人民交通出版社橋梁工程（第二版）邵旭東主編 人民交通出版社二、蓋梁計(jì)算（一） 荷載計(jì)算1、上部結(jié)構(gòu)永久荷載 見表1. 表1每片邊梁自重 （kN/m）每片中梁自重（kN/m）一孔上部結(jié)構(gòu)自重（kN）每一個(gè)支座恒載反力（kN） 1、5號(hào)2、4號(hào)3號(hào)1、5號(hào)2、4號(hào)3號(hào)16.24517.02517.0251295.26349.483125.89131.942、蓋梁自重及作用效應(yīng)計(jì)算 見表2。（1/2蓋梁長(zhǎng)度） 圖1（尺寸單位：cm） 蓋梁自重產(chǎn)生的彎矩、剪力效應(yīng)計(jì)算 表2 截面編號(hào)自重（kN）彎矩（kN/m）剪力（kN）V左V右 1-1=0.50.51.225+0.50.51.225

6、=9.75=-7.5-2.25 =-2.25-9.75-9.752-2=（0.8+1.1）0.51.225=14.25=-0.511.2250.5-0.61.225=-10.50-24.00-24.003-3=0.61.11.225=19.80=-0.51.01.2251.1-120.61.01.225（13+0.6）-19.80.62=-30.84-43.8069.304-4=0.51.11.225=16.50=131.10.5-（19.8+16.5）1.12-151.6-9（+1.1）=-0.3152.8052.805-5=1.61.11.225=52.80=131.121-（19.8+1

7、6.5+52.8）2.72-153.2-9（+27）=41.9600 則：+=113.10kN3、可變荷載計(jì)算（1）可變荷載橫向分布系數(shù)計(jì)算：荷載對(duì)稱布置時(shí)用杠桿法，非對(duì)稱布置用偏心受壓法。公路-級(jí)a、單車列，對(duì)稱布置（圖3）時(shí)： b、雙車列，對(duì)稱布置（圖4）時(shí)： 圖3 c、單車列，非對(duì)稱布置（圖5）時(shí)：由，已知， 則 圖4d、雙車列，非對(duì)稱布置（圖5）時(shí)：已知：， 圖5 人群荷載 a兩側(cè)有人群，堆成布置時(shí)：（圖6） 圖6b，單側(cè)有人群，對(duì)稱布置時(shí)，圖6.已知：n=5，e=3.875，則： （2） 按順橋向可變荷載移動(dòng)情況，求得支座可變荷載反力的最大值（圖7） 圖7公路-級(jí)雙孔布載單列車時(shí)：雙

8、孔布載雙列車時(shí)：?jiǎn)慰撞贾脝瘟熊嚂r(shí)：?jiǎn)慰撞驾d雙列車時(shí)：人群荷載，圖8 圖8單孔滿載時(shí):雙孔滿載時(shí): （3） 可變荷載橫向分布后各梁支點(diǎn)反力（計(jì)算的一般公式為） 各梁支點(diǎn)反力計(jì)算 表3荷載橫向分布情況 公路-I級(jí)荷載（kN） 人群荷載（kN）計(jì)算方法荷載布置橫向分布系數(shù) 單孔 雙孔 單孔 雙孔BR1BR2BR1BR2對(duì)稱布置單列行車229.031064.36100.2064.360290.063081.51126.9081.500雙列行車458.062121.66200.40272.00200.40121.661179.5312.68514.86700.62514.86312.68人群荷載17.4

9、424.80-7.36 0-7.3624.8034.8849.60-14.70-14.749.60非對(duì)稱布置單列行車229.031106.0475.8145.8115.80-14.43290.06143.3096.0158.0120.01-18.27雙列行車458.062246.44214.37183.22152.08120.01580.126312.11271.50232.05192.60151.99人群荷載17.4411.937.713.49-0.73-4.9534.8860.5337.3417.70-3.7325.13（4） 各板永久荷載、可變荷載反力組合：計(jì)算見表4，表中均取用各板的最

10、大值，沖擊系數(shù)計(jì)算： h=14+82=11cm=0.11max=1.6-0.180.110.112+0.181.31.321.6-0.180.11+0.181.3=0.4118mIx=1121.6-0.180.113+1.6-0.180.110.4118-0.1122+112 0.181.33+0.181.31.32-0.41182=0.0663mc=Gg=16.2451039.81=1655.97kNm其中C30混凝土的E=3.01010Pa則f=2l2EIcmc=215.523.010100.97=7.16HZ1.5HZf14HZ，=0.1767f-0.0157=0.332 即沖擊系數(shù) 各

11、梁永久荷載，可變荷載基本組合計(jì)算表 表4編號(hào)荷載情況1號(hào)梁R2號(hào)梁R3號(hào)梁R4號(hào)梁R5號(hào)梁R恒載251.80263.89263.89263.89251.80雙列對(duì)稱205.85339.09460.23339.09205.85雙列非對(duì)稱415.73361.64309.09256.55202.45人群對(duì)稱49.60-14.720-14.7249.60人群非對(duì)稱23.8615.426.98-1.46-9.91.2+1.4+0.8630.03779.62960.99779.62630.031.2+1.4+0.8609.44803.73966.57790.23582.431.2+1.4+0.8923.8

12、6811.19749.39664.06625.271.2+1.4+0.8903.27835.30754.98674.67577.674、雙柱反力計(jì)算（圖9）所引起的各梁反力 表5： 雙柱反力G1計(jì)算 表5荷載組合情況計(jì)算式反力G1（kN）組合公路-級(jí) 雙列對(duì)稱 人群對(duì)稱1890.14組合公路-級(jí) 雙列對(duì)稱 人群非對(duì)稱1901.92組合公路-級(jí) 雙列非對(duì)稱 人群對(duì)稱2170.44組合公路-級(jí) 雙列非對(duì)稱 人群非對(duì)稱2182.21圖9，即偏載左邊的立柱反力最大（G1G2），并由荷載組合時(shí)控制設(shè)計(jì)。此時(shí)（二）內(nèi)力計(jì)算1、恒載加活載作用下各截面的內(nèi)力（1）彎矩計(jì)算（圖9）截面位置見圖9，為求得最大彎矩

13、值，支點(diǎn)負(fù)彎矩取用非對(duì)稱布置時(shí)的數(shù)值，跨中彎矩取用對(duì)稱布置時(shí)數(shù)值。各截面彎矩計(jì)算式為：各種荷載組合下的各截面彎矩計(jì)算見表6 各截面彎矩計(jì)算 表6荷載組合情況墩柱反力（kN）梁支座反力（kN）各截面彎矩G1R1R2截面2-2截面3-3截面4-4截面5-5組合雙列對(duì)稱1890.14630.03779.62-315.02-693.03-62.98705.81組合雙列對(duì)稱1901.92609.44803.73-301.72-670.38-24.14757.86組合雙列非對(duì)稱2170.44923.86811.20-461.93-1016.25-392.96303.65組合雙列非對(duì)稱2182.21903.

14、27835.30-451.64-993.60-354.13355.70（2）相應(yīng)于最大彎矩時(shí)的剪力計(jì)算一般計(jì)算公式為：截面1-1：，；截面2-2：；截面3-3：，；截面4-4：V左，；截面5-5：V左 ， 。計(jì)算值見表7： 各截面剪力計(jì)算 表7荷載組合情況墩柱反力(kN)梁支座反力（kN）各截面剪力（kN）- - - - -R1R2R3V左V右V左V右V左V右V左V右V左V右組合1890.14630.03779.62960.990-630.03-630.03-630.03-630.031260.111260.11480.49480.49-480.5組合1901.92609.44803.7396

15、6.570-609.44-609.44-609.44-609.441292.481292.48488.75488.75-477.82組合2170.44923.86811.26749.390-923.86-923.86-923.86-923.861246.581246.58435.38435.38-314.01組合2182.21903.27835.30754.980-903.27-903.27-903.27-903.271278.941278.94443.64443.64-311.34 蓋梁內(nèi)力匯總表 表8內(nèi)力 截面號(hào) - - - -彎矩（kN/M）M自重-2.25-10.50-30.84-0.

16、3141.96M荷載0-461.93-1016.25-392.96757.86M計(jì)算-2.25-472.43-1047.09-393.27799.82剪力（kN）V自重左-9.75-24.00-43.8052.800右-9.75-24.0069.3052.800V荷載左0-923.86-923.861246.58435.38右-923.86-923.861246.58435.38-314.01V計(jì)算左-9.75-947.86-967.661299.38435.38右-933.61-947.861315.88488.18-314.012、蓋梁內(nèi)力匯總（表8）表中各截面內(nèi)力取表6和表7中的最大值，

17、按表8可繪制內(nèi)力計(jì)算的包絡(luò)圖（三）截面配筋設(shè)計(jì)與承載力核算采用C30混凝土，主筋選用HRB335，22，保護(hù)層50mm（鋼筋中心至混凝土邊緣）。， 1.正截面抗彎承載力驗(yàn)算 以下取-截面作配筋設(shè)計(jì)，其它截面雷同。已知：cm2，取，即： 化簡(jiǎn)后為： 8.28 解方程得用1222鋼筋，其根數(shù)，實(shí)際選用12根，配筋率：45ftdfsd=451.39280=0.223即45ftdfsd該截面實(shí)際承載力為： 就正截面承載能力與配筋率而言，配筋設(shè)計(jì)滿足公預(yù)規(guī)要求。其它截面的配筋設(shè)計(jì)如表9所示。各截面配筋量計(jì)算表 （表9）截面號(hào)M(kN.m)所需鋼筋面積As(mm2)所需鋼筋（根數(shù)）實(shí)際選用含筋率（%）根數(shù)

18、As(mm2- -2.25 -830410.241-472.431628.174.28830410.241- -1047.093669.819.651245610.346-393.271352.313.56830410.241-779.822711.657.131038010.3022.斜截面抗剪承載能力驗(yàn)算按公預(yù)規(guī)5.2.10條要求，當(dāng)截面符合：可不進(jìn)行斜截面抗剪承載力計(jì)算，僅需按公預(yù)規(guī)9.3.13條構(gòu)造要求配置箍筋。式中：預(yù)應(yīng)力提高系數(shù)，本例取=1.0； 混凝土抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度，本例取=1.39MPa。對(duì)于-截面： 對(duì)于-截面-截面： 按公預(yù)規(guī)規(guī)定： 故按構(gòu)造配置箍筋和斜筋。3全梁承載力校核已

19、知，一根主筋22所能承受的彎矩值為：，其中，代入后得據(jù)此繪制彎矩包絡(luò)圖和全梁承載力校核圖，如下圖所示。四 橋墩墩柱計(jì)算墩柱一般尺寸見圖2，墩柱直徑為100，用30號(hào)混凝土，R235級(jí)鋼筋。（一）荷載計(jì)算1恒載計(jì)算:（1）上部構(gòu)造恒載，一孔總重：1295.26kN（2）蓋梁自重（半根梁重）：113.10kN（3）橫系梁重：1.00.73.225=56kN（4）一根墩柱自重：3.14160.53.525=68.72kN作用墩柱底面的恒載垂直力為：kN2汽車荷載計(jì)算荷載布置及行駛情況見前述圖，由蓋梁計(jì)算得知：（1）公路-級(jí)單孔荷載單列車時(shí)：相應(yīng)的制動(dòng)力：按照公預(yù)規(guī)4.3.6條規(guī)定公路-級(jí)汽車制動(dòng)力不

20、小于90kN，故取制動(dòng)力90kN雙孔荷載單列車時(shí)： 相應(yīng)的制動(dòng)力：，故制動(dòng)力取90kN(2) 人群荷載單孔行人（單側(cè)） KN雙孔行人（單側(cè)） 汽車荷載中雙孔荷載產(chǎn)生支點(diǎn)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(jì)算（汽車荷載位置見圖10）: 圖10（1）單列車時(shí)： 雙列車時(shí)：（2） 人群荷載 單側(cè)： 雙側(cè)： 4. 荷載組合（1）最大最小垂直反力計(jì)算，見下表10 可變荷載組合垂直反力計(jì)算 表10 編號(hào)荷載狀況最大垂直反力（KN）最小垂直反力（KN）1公路-級(jí)單列車1.0386.36002雙列車0.631487.590.3

21、69285.133人群荷載單側(cè)1.42339.17-0.423-14.754雙側(cè)0.534.880.534.88表中汽車荷載已經(jīng)乘以沖擊系數(shù)（1+=1332）（2）最大彎矩時(shí)計(jì)算（單孔）見表11 可變荷載組合最大彎矩計(jì)算（單孔） 表11 編號(hào)荷載情況墩柱頂反力計(jì)算式垂直力（KN）水平力H（KN）對(duì)柱頂中心彎矩（）0.25（B1-B2）1.1H1上部與蓋梁-436.92002單孔雙列車458.060.6311.332385.000385.004596.2549.53人群?jiǎn)慰纂p側(cè)69.760.534.88-34.88-8.72-表內(nèi)水平力由兩墩柱平均分配。（二）截面配筋計(jì)算及應(yīng)力驗(yàn)算1作用于墩柱頂

22、的外力（圖11）（1）垂直力：最大垂直力：最小垂直力：(需要考慮與最大彎矩值相適應(yīng)) （2）彎矩： （3）水平力： H=45kN圖112、作用于墩柱底的外力3、截面配筋計(jì)算已知墩柱選用C30混凝土，采用1216R235鋼筋，=24.13,則縱向鋼筋配筋率，由于，故不計(jì)偏心增大系數(shù)：取.0；（1）雙孔荷載，按最大垂直力時(shí)，墩柱頂按軸心受壓構(gòu)件驗(yàn)算，根據(jù)公預(yù)規(guī)5.3.1條： 滿足規(guī)范要求。（2）單孔荷載，最大彎矩時(shí)，墩柱頂按小偏心受壓構(gòu)件驗(yàn)算： =1.0，根據(jù)公預(yù)規(guī)5.3.9條偏心受壓構(gòu)件承載力計(jì)算應(yīng)符合下列規(guī)定：設(shè)g=0.88,代入=13.8、=280后，經(jīng)整理得 =按公預(yù)規(guī)提供的附錄C表C.0

23、.2“圓形截面鋼筋混凝土偏壓構(gòu)件正截面抗壓承載力計(jì)算系數(shù)”表。經(jīng)試算查的各系數(shù)A、B、C、D為設(shè)=0.8，A=2.1234 ,B=0.5898,C=1.6381, D=1.1212代入后 當(dāng)=0.7，A=1.8102 ,B=0.6559,C=1.0692, D=1.4769代入后 當(dāng)=0.73，A=1.9052 ,B=0.6386,C=1.2987, D=1.3358代入后 則取=0.73， 即 墩柱承載力滿足規(guī)范要求。五 鉆孔灌注樁的設(shè)計(jì)計(jì)算鉆孔灌注樁的直徑為1.20m，用C25混凝土，16R235鋼筋。由地質(zhì)資料分析設(shè)計(jì)宜采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。灌注樁按m法計(jì)算，設(shè)m值為10104kN/m4(

24、密實(shí)細(xì)沙夾礫石)樁身混凝土受壓彈性模量=2.60104MPa（一）荷載計(jì)算每一根樁承受的荷載為：1、一孔恒載反力（圖12）2、蓋梁恒重反力3、系梁恒重反力4、一根墩柱恒重 作用于樁頂?shù)暮爿d反力為：5、灌注樁每延米自重 （已扣除浮力）6.可變荷載反力（1）兩跨可變荷載反力（公路-級(jí)）（人群荷載）（2）單跨可變荷載反力（公路-級(jí)）（人群荷載）（3） 制動(dòng)力T=45kN,作用點(diǎn)在支座中心，距樁頂距離為（4） 縱向風(fēng)力：無橫橋向水平推力及縱橋向風(fēng)荷載，可不予考慮風(fēng)力。7、作用于樁頂?shù)耐饬?，圖13 圖12 圖13 （雙孔） （單孔） 單跨可變荷載時(shí)： 8.作用與地面處樁頂上的外力（二）樁長(zhǎng)計(jì)算由于地基土

25、層單一，用公路橋規(guī)確定單樁軸向受壓承載力容許值經(jīng)驗(yàn)公式反算樁長(zhǎng)，該樁埋入局部沖刷線以下深度為h，一般沖刷線以下深度為h3，則式中：U樁周長(zhǎng)，考慮用沖抓錐鉆孔灌注，成孔直徑不變，則 樁壁摩阻力，按表值取為70kpa 帶入得：樁底最大垂直力為：N=1384.21+2.516.95+0.516.95h=1426.59+8.48h即1426.59+8.48h=603.9+166.31h故 h=1426.59-603.9166.31-8.48=5.21（m） 取h=6m，即地面以下樁長(zhǎng)為8.5m，由上式反求：可知，樁的軸向承載力滿足要求。（三）樁的內(nèi)力計(jì)算（m法）1，樁的計(jì)算寬度b：2. 樁的變形系數(shù)：

26、 式中： ，受彎構(gòu)件： 故： 可按彈性樁計(jì)算。3 地面以下深度Z處樁截面的彎矩Mz與水平壓應(yīng)力z的計(jì)算： 已知作用于地面處樁頂上的外力為 N0=1401.16kN, H0=45kN, M0285.92(kN.m) 局部沖刷線下深度z處樁截面的彎矩Mz =查表得，Mz計(jì)算列表如表12，樁身彎矩分布圖14 MZ計(jì)算列表 表12ZZ=ZH、=hAmBmHOAm/MOBmMZ00.25 0.51 1.02 1.53 2.04 2.54 3.31 3.82 5.09 6.36 7.63 8.91 10.18 00.10 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.30 1.50 2.00 2.

27、50 3.00 3.50 4.00 3.343.34 3.34 3.34 3.34 3.34 3.34 3.34 3.34 3.34 3.34 3.34 3.34 3.34 0.00000 0.09959 0.19670 0.37565 0.52348 0.63264 0.69724 0.72678 0.68746 0.58247 0.31785 0.09511 0.00001 1.00000 0.99973 0.99797 0.98521 0.95613 0.90892 0.84108 0.71242 0.61347 0.34529 0.17468 0.02671 0.00002 0.00

28、11.40 22.52 43.01 59.94 72.44 79.83 83.22 78.71 66.69 36.39 10.89 0.00 0.00 285.92 285.84 285.34 281.69 273.38 259.88 240.48 203.70 175.40 98.73 49.94 7.64 0.01 0.00 285.92 297.25 307.86 324.70 333.32 332.32 320.32 286.91 254.12 165.42 86.34 18.53 0.01 圖14 樁身水平應(yīng)力 查表計(jì)算各值，計(jì)算見表13，樁身水平應(yīng)力分布見圖14。 水平壓應(yīng)力計(jì)算 表13zZ=ZH、=h0.00 0.51 1.02 1.78 2.29 2.80 3.82 5.09 7.63 10.18 0.00 0.20 0.40 0.70 0.90 1.10 1.50 2.00