橋梁工程重力式橋墩課程設計總結

1、北京交通大學橋梁工程墩臺設計任務書第一章 工程設計概況一、 線路、水文、地質情況線路為級鐵路，單線，直線，平坡?；氐刭|粘土，液性指數(shù)0.13，孔隙比0.69基本承載力400kPa，土的容重19.5kN/m³。水文、氣象：無流水、無冰凍。二、 設計活載及建筑材料概述設計活載為中活載，且乘以荷載系數(shù)1.3。圖11 中活載圖示墩帽采用標號C30，鋼筋混凝土，托盤及縮頸以下40cm墩身采用C30號混凝土，墩身及基礎采用C20號混凝土。三、 橋梁跨度、樣式、尺寸說明跨度24m單線鐵路先張法預應力混凝土簡支梁。梁全長24.6m，梁縫0.1m，梁高2.1m，支座鉸中心至支撐墊石頂面為0.325m

2、，軌底至梁底2.6m，軌底至支撐墊石頂高度3.0m，墊石高度為0.2m，支座底板尺寸為，支座全高0.4m，每孔梁重1568kN。橋上設雙側人行道及欄桿。四、 橋墩形式及尺寸頂帽及托盤尺寸見附圖一。墩身及基礎尺寸見附圖二。各部分尺寸確定依據(jù)及最終取值如下：（1） 墩帽厚度墩帽直接支撐橋跨結構承受較大的支座反力，為了把支座反力均勻地傳遞給墩身，鐵路規(guī)范規(guī)定，墩帽的厚度不小于40cm，并應采用不低于C30的混凝土，一般要設置鋼筋。依據(jù)以上規(guī)范規(guī)定，設置墩帽厚度為40cm，采用C30混凝土，并設置鋼筋。（2） 墩帽平面尺寸當相鄰跨度相等時，相鄰支座間的順橋方向中心距離為梁支座底板縱向尺寸梁端至支座中心

3、線的距離（）為相鄰兩梁之間應留的縫隙（）支座底板尺寸給定，經(jīng)過驗算：滿足規(guī)范要求。為了提高局部承壓力，并考慮施工誤差及預留錨栓孔的要求，支撐墊石邊緣至支座底板邊緣應保持一定的距離b，其值為1520cm。依據(jù)以上規(guī)范規(guī)定，取b=20cm。支撐墊石邊緣至頂帽邊緣的距離c，為了滿足架梁時或養(yǎng)護時安放移梁及頂梁設備的需要，應符合以下規(guī)定：a順橋方向（縱向）：跨度時，c不應小于15cm；時，c不應小于25cm；時，c不應小于40cm。b橫橋方向（橫向）：當頂帽為圓弧形時，支撐墊石角至頂帽最近邊緣的最小距離與順橋方向相同。當頂帽為矩形時，支撐墊石角至頂帽邊緣的最小距離為50cm。這樣等跨度直線橋頂帽縱向尺

4、寸為：考慮到一般架橋機架設分片式梁時，每片梁不能直接落在設計位置，需在墩頂上作橫向移動，為了給出一定的工作位置，確保操作安全，鐵路規(guī)范規(guī)定，頂帽橫向寬度B還應滿足下列要求：當跨度時，;時，;時，。依據(jù)以上規(guī)范規(guī)定，取c=80cm，取B=8m。（3） 托盤尺寸為了保證懸出部分的安全，根據(jù)設計經(jīng)驗，試驗資料和構造要求，規(guī)定墩帽下四周設1020cm寬的飛檐，托盤底面橫向寬度B不宜小于支座底板外緣的距離b；托盤側面與豎直線間的夾角；支撐墊石橫向邊緣外側50cm處的頂帽底緣點豎直線與該底緣點至托盤底部邊緣處的連線的夾角，如圖12所示。圖12 橋墩托盤尺寸（單位cm）（4） 墩身尺寸鐵路橋墩的側坡不應小于

5、20:1，更多情況下采用30:140:1。設計中橋墩的縱向、橫向傾斜度均采用35:1。（5） 明挖基礎尺寸 明挖基礎可采用單層式或多層式，每一層的厚度不宜小于1.0m。雙向受力矩形墩臺的明挖基礎，其最上一層基礎臺階兩正交方向的破線與豎直線所成的夾角，對于混凝土基礎不應大于35°；其下各層臺階正交方向的夾角不應大于45°，如圖13所示圖13 橋墩托盤尺寸（單位cm）第二章 荷載計算一、 主力（一） 垂直荷載1、 梁及橋面重（按木枕橋面計）2、 橋墩圬工重（1） 頂帽C30號鋼筋混凝土（2） 托盤C30號混凝土（3） 墩身圬工重圬工體積當，時，計算結果見表21表21565.41

6、1504.3710141.773260.8115229.925288.0820330.657604.9622.2379.178720.97（二） 垂直荷載1、單孔輕載（圖21）圖21 單孔輕載（單位m）2、 單孔重載（圖22）圖22 單孔重載（單位m）3、 雙孔重載（圖24）由結構力學原理可知，如果相鄰兩孔梁的跨度分別為和，兩孔梁上靜活載分別為和，則當時，簡算墩的支座反力之和為最大，因為是等跨梁，所以公式簡化成，計算x值：圖23 x計算簡圖（單位m）由此可以得出雙孔重載圖示：圖24 雙孔重載（單位m）4、 雙孔空載（圖25）圖25 雙孔空載（單位m）二、 附加力（一） 順橋方向水平力1、 制動

7、力（牽引力與制動力大小相等，方向相反）（1） 單孔輕載和單孔重載對墩身任意截面的力矩：見表22表22510152022.22763.564507.126250.687994.248761.41（2） 雙孔重載因為均小于一孔梁跨的固定支座的水平力，故仍采用單孔梁跨制動力。2、 風力風壓強度按計算。（1） 頂帽及托盤風力（縱向）見表23表23510152022.2118.294210.144301.994393.844434.258（2） 墩身風力（計算結果見表24）風壓強度按計算。受風面積風力力臂力矩（對計算截面）力矩（對基頂截面）表24510152022.224.4450.4478.02107

8、.17120.5(對計算截面)60.43246.98567.481029.811280.19(對基頂截面)480.72862.381129.231265.591280.19（二） 橫橋方向水平力1、梁及列車風力鋼軌高度采用軌底至梁底軌底至支撐墊石頂軌頂至梁底高度列車風力力臂梁上受風面積一孔列車受風面積（1）橋上無車（2）橋上有車單孔活載（3）橋上有車雙孔活載以上力矩為對支撐墊石頂面力矩，對墩身截面再增加：，計算結果見表25表255+2.610+2.615+2.620+2.622.2+2.6橋上無車74.9974.9974.9974.9974.99703.4041078.3541453.3041

9、828.2541993.232單孔活載115.74115.74115.74115.74115.741223.4041802.1042380.8042959.5043214.132雙孔活載156.5156.5156.5156.5156.51743.472525.973308.474090.974435.272、頂帽及托盤風力（表26）表26510152022.252.3893.74135.1176.46194.663、墩身風力（表27）風壓強度按計算。受風面積風力力臂力矩（對計算截面）力矩（對基頂截面）表27510152022.216.1933.9453.2774.1783.87 (對計算截面)

10、39.81164.48381.86699.81873.59(對基頂截面)318.2578.58765.41862.98873.593、列車橫向搖擺力（表28）510152022.22360.84050.85740.87430.88174.4第三章 墩身計算墩身截面幾何與力學性質計算矩形截面如圖31。圖31 矩形截面計算圖示（單位m）計算公式：截面面積 截面慣性矩 截面抵抗矩 各截面計算結果如表31表3154.593.0914.183111.28517.304324.900910.8501104.873.3716.411915.53249.218032.436613.3210155.163.66

11、18.885621.082011.520241.903416.2416205.443.9421.433627.727214.074752.858119.433122.25.574.0722.669931.293715.377758.610921.0452一、 截面偏心檢算（一）縱向偏心檢算截面偏心應按各種荷載最不利組合，對墩身各截面進行檢算，一般系單孔輕載（主加附）控制縱向偏心，按單孔輕載時列出截面計算結果如表32。 單孔輕載（主+附）縱向偏心檢算 表32截面位置510152022.2恒載5161.336917.778945.0411261.9212377.93活載1507.881507.88

12、1507.881507.881507.88垂直力合計6669.218425.6510452.9212769.813885.81制動力348.712348.712348.712348.712348.712風力42.8168.8196.39125.54138.87水平力合計391.522417.522445.102474.252487.582垂直力力矩527.758527.758527.758527.758527.758水平力力矩2942.2844964.2447120.1549417.89410475.86力矩合計3470.0425492.0027647.9129945.65211003.62偏

13、心0.5200.6520.7320.7790.792容許偏心0.9271.0111.0981.1821.221（二）橫向偏心檢算1、橋上無車，墩身橫向偏心檢算（表33）表33截面位置510152022.25161.336917.778945.0411261.9212377.9399.452117.202136.532157.432167.132795.5941336.5741970.2642704.5243061.4820.1540.1930.2200.2400.2471.3771.4611.5481.6321.6712、雙孔空載，墩身橫向偏心檢算（表34）表34截面位置510152022.2

14、5482.437238.879266.1411583.0212699.03180.962198.712218.042238.942248.6421835.662784.193825.434967.245503.520.3350.3850.4130.4290.4331.3771.4611.5481.6321.6713、雙孔空載列車橫向搖擺力，墩身橫向偏心檢算（表35）表35截面位置510152022.25482.437238.879266.1411583.0212699.031301301301301302360.84050.85740.87430.88174.40.4310.5600.6200

15、.6420.6441.3771.4611.5481.6321.671二、 穩(wěn)定性和強度檢算（一）整體縱向穩(wěn)定性驗算查表內插計算變截面影響系數(shù) 計算臨界荷載，計算結果見表36表36項目單孔重載雙孔重載2506.62506.6或1979.243029.27墩頂垂直力4485.845535.87墩頂水平力348.712348.712支點反力力矩692.73435.105制動力或牽引力力矩113.33113.33墩頂外力力矩806.064148.4350.0520.0078剛度修正系數(shù)0.5570.64112775931470265臨界荷載6520065639主力+附加力時安全系數(shù)0.0570.051

16、（二）強度檢算1、計算彎矩增大系數(shù)，計算結果見表37表37項目單孔重載雙孔重載（主+附）0.110.135 1.00191.0021 1.00321.00351.00451.00501.00571.00631.00631.00692、墩身強度檢算（1）單孔重載（主+附）（表38）表38510152022.27140.578897.0110924.2813241.1614357.173635.0185656.9787812.88810110.6311168.591.00191.00321.00451.00571.00631002.0561157.7591259.6871340.2251364.1

17、754.85615-73.5448-102.797-104.674-97.5462（2）雙孔重載（主+附）（表39）表39510152022.28190.69947.0411974.3114291.1915407.22977.3894999.3497155.2599452.99910510.961.00211.00351.0051.00631.0069985.96751150.3321258.2551342.6281367.868169.012761.842459.83348-9.09613-8.60346（3） 計算最大壓應力 從以上計算結果可以看出，墩身單孔重載較雙孔重載應力大，因為截面出

18、現(xiàn)拉應力故按單孔重載作應力重分布計算，計算結果見表310表310510152022.23.093.373.663.944.0714.183116.411918.885621.433622.66990.51000.63790.71840.76790.78280.1650.1890.1960.1950.1922.002.142.192.192.16墩身C20號混凝土容許壓應力，計算主力加附加應力時容許壓應力可以提高30%，即，以上計算最大壓應力均在容許范圍以內。從前面荷載計算和墩身截面模量計算可以看出，順橋方向垂直力以及彎矩均比橫橋向的大，截面模量則順橋向比橫橋向的小，所以墩身強度判定順橋向作為控制設計，橫橋向不再計算。三、 墩頂彈性水平位移檢算 沿墩身高度H等分為若干段，采用3m分一段，墩身分段及編號見圖32。圖32 墩身分段（單位cm） 用虛功原理數(shù)積法計算橋墩墩頂縱向水平位移，計算結果見表311。311墩身分段序列數(shù)分段截面至墩頂距離分段截面慣性矩分段截面彎矩墩頂偏心彎矩墩頂水平力產(chǎn)生的彎矩墩身縱向風力矩彎矩總計008.17806.06500806.098.661013.18.171081.007