雙柱橋墩課程設計

1、第部分 鉆孔灌注樁、雙柱式橋墩的計算一、 設計資料1. 設計標準及上部構(gòu)造設計荷載:公路級;橋面凈空:凈7m+2×0.75m;計算跨徑16.10m;上部構(gòu)造:鋼筋混凝土T形梁。2. 水文地質(zhì)條件(本設計系假設條件)沖刷深度:最大沖刷線為河床線下2.3m處;地質(zhì)條件:軟塑黏性土;按無橫橋向的水平力(漂流物、沖擊力、水流壓力等)計算。3. 材料鋼筋:蓋梁主筋用HRB335鋼筋,其它均用R235鋼筋;混凝土:蓋梁、墩柱用C30,系梁及鉆孔灌注樁用C25。4.橋梁尺寸考慮原有標準圖,選用如圖1所示結(jié)構(gòu)尺寸。圖1 (尺寸單位:cm)5.設計依據(jù)<<公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范>

2、> (JTG D63-2021 )。二、 蓋梁計算(一)荷載計算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)一孔上部構(gòu)造自重(kN)每一個支座恒載反力(kN)1、5號2、4號3號16.7717.0916.901362.38邊梁1、5中梁2、4中梁3135.00137.57136.052.蓋梁自重及作用效應計算 (1/2蓋梁長度) (圖2)圖 2(尺寸單位:cm)見表2。蓋梁自重產(chǎn)生的彎矩、剪力效應計算表2截面編號自重 (kN)彎矩 (kN·m)剪力 (kN)V左V右1-1q1=0.5×0.5×1.2×25+(0

3、.5/2)×0.3×1.2×25 =7.5+2.25=9.75M1=7.5×(0.5/2)2.25×(0.5/3)=1.8750.375=2.259.759.752-2q2=(1/2) ×(0.8+1.1) ×0.5×1.2×25=14.25M2=0.5×1.0×1.2×25×0.5(1/2) ×0.6×1.0×1.2×25×(1/3)=7.53.0=10.5024.0024.003-3q3=1.1×0.6

4、×1.2×25 =19.80M3=0.5×1.0×1.2×25×1.1(1/2) ×0.6×1.0×1.2×2.5×(1/3)+0.619.8×(0.6/2)=16.58.45.94=30.8443.8069.304-4q4=1.1×0.5×1.2×25 =16.50M4=113.1×0.5(19.8+16.5) ×(1.1/2)15×1.69×(1/3)+1.1=56.5519.96524.0012.89

5、7=0.3152.8052.805-5q5=1.1×1.6×1.2×25 =52.80M5=113.1×21(19.8+16.5+52.8) ×(2.7/2)15×3.29×(1/3)+27=237.51120.2854827.27=41.9600kN3. 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發(fā)，非對稱布置時用偏心受壓法。公路I級a.單車列，對稱布置（圖3）時：B.雙車列。對稱布置（圖4）時： 圖 3（尺寸單位：cm） 圖4 （尺寸單位：cm）C.單車列，非對稱布置（圖5）時圖5（尺寸單位：cm

6、）由，已知 則d. 雙車列，非對稱布置（圖5）時：已知： ， ， ，則：人群荷載a. 兩側(cè)有人群，對稱布置時（圖6）：b. 單側(cè)有人群，對稱布置時（圖6）：已知： ， ，圖6（尺寸單位：cm）則：(2)按順橋向可變荷載移動情況，求得支座可變荷載的反力值(圖7)圖7（尺寸單位：cm） 公路-I級雙孔布載單列車時：雙孔布載雙列車時：單孔布置單列車時：單孔布載雙列車時： 人群荷載（圖 8）單孔滿載時：(一側(cè))雙孔滿載時(一側(cè))：圖8（尺寸單位：cm）(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 各梁支點反力計算 表3荷載橫向分布情況公路-級荷載（KN）人群荷載（KN）計算方法荷載

7、布置橫向分布系數(shù)單孔雙孔單孔雙孔BR1BR1BR1BR1對稱布置按杠桿法算單列行車公路-I級1=04=0.2813=0.4382=0.2815=0308.93086.81135.3186.810393.450110.56172.33110.560雙列行車公路-I級1=0.2662=0.4383=0.5944=0.4385=0.266617.85164.35270.62367.00270.62164.35786.90209.32344.66467.42344.66209.32人群荷載1=1.4222=-0.4223=04=-0.4225=1.42218.2625.97-7.710-7.7125.

8、9736.5251.94-15.420-15.4251.94非對稱布置按杠桿法算單列行車公路-I級1=0.4634=0.3313=0.2002=0.0695=-0.063308.93143.03102.2661.7921.32-19.46393.45182.17130.2378.6927.15-24.79雙列行車公I級 1=0.2692=0.2343=0.2004=0.1665=0.131617.85166.20144.58123.57102.5680.94786.90211.68184.13157.38130.63103.08人群荷載1=0.6842=0.4223=0.2004=-0.042

9、5=-0.28418.2612.497.713.65-0.77-5.1936.5224.9815.427.30-1.54-10.37(4)各梁永久荷載、可變荷載反力組合：計算見表4，表中均取用各梁的最大值，其中沖擊系數(shù)為：1+=1+0.3176=1.3176各梁永久荷載、可變荷載基本組合計算表（單位：kN） 表4編號荷載情況1號梁R12號梁R23號梁R34號梁R45號梁R5恒載270.00275.14272.10275.14270.00公路-I級雙列對稱287.10472.74641.11472.74287.10公路-I級雙列對稱290.34252.55215.86179.17141.38人群

10、對稱51.94-15.420-15.4251.94人群非對稱24.9815.427.30-1.54-10.37+609.04732.46913.21732.46609.04+582.08763.3920.51746.34546.73+612.28512.27487.96438.89463.32+585.32543.11495.26452.77401.014. 雙柱反力G計算（圖9），所引用的各梁反力見表5 雙柱反力G計算 表5荷載組合情況計 算 式反力（KN）組合公路I級雙列對稱 人群對稱（609.045.3+732.463.7+913.212.1+732.460.5609.041.1）=17

11、98.111798.11組合公路I級雙列對稱 人群非對稱（582.085.3+763.303.7+920.512.1+746.340.5546.731.1）=1812.871812.87組合公路I級雙列非對稱 人群對稱（612.285.3+512.273.7+487.962.1+438.890.5463.321.1）=1398.811398.81組合公路I級雙列非對稱 人群非對稱（585.325.3+543.113.7+495.262.1+452.770.5401.011.1）=1413.581413.58由表5可知，偏載左邊的立柱反力最大（G>G），并由荷載組合時（公路I級、雙列非對稱

12、布置與人群對稱組合）控制設計。此時G=1812.87kN，G=1746.09kN。（二）內(nèi)力計算1. 恒載加活載作用下各截面的內(nèi)力（1） 彎矩計算（圖9）截面位置見圖9示。為求得最大彎矩值，支點負彎矩取用非對稱布置時數(shù)值，跨中玩具取用對稱布置時數(shù)值。按圖9給出的截面位置，各截面彎矩計算式為： M-=0 M-=-R0.60 M-=-R1.10 M-=-R1.60+ G0.50 M-=-R3.20+ G2.10R1.60 圖9（尺寸單位：m）各種荷載組合下的各截面彎矩計算見表6，注意的是，表中內(nèi)力計算未考慮施工荷載的影響。各截面彎矩計算 表3-24荷載組合情況墩柱反力（kN）梁支座反力（kN）各截

13、面彎矩G1R1R2截面-截面-截面-截面-組合公路-級雙列對稱1798.11609.04732.46-365.42-669.94-75.41655.17組合公路-級雙列對稱1812.87582.08763.3-349.25-640.29-24.89723.10組合公路-級雙列非對稱1398.81612.28512.27-367.37-673.51-280.24158.57組合公路-級雙列非對稱1413.58585.32543.11-351.19-643.85-229.72226.51（2）相當于最大彎矩時的剪力計算一般計算公式為：截面1-1：V左=0, V右=-R1截面2-2：V左=V右=-R

14、1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計算值見表7各截面剪力計算 表7荷載組合情況墩柱反力G1（KN）梁支座反力（KN）各截面剪力（KN）截面-截面-截面-截面-截面-R1R2R3V左V右V左V右V左V右V左V右V左V右組合公路-級1798.11609.04732.46913.210-609.04-609.04-609.04-609.041189.071189.07456.61456.61-456.61組合公路-級1812.87582.08763.3920.510-5

15、82.08-582.08-582.08-582.081230.791230.79467.49467.49-453.02組合公路-級1398.81612.28512.27487.960-612.28-612.28-612.28-612.28786.53786.53274.26274.26-213.70組合公路-級1413.58585.32543.11495.260-585.32-585.32-585.32-585.32828.26828.26285.15285.15-210.112.蓋梁內(nèi)力匯總（表8）表中各截面內(nèi)力均取表6和表7中的最大值。按表8可繪制內(nèi)力計算的包絡圖。 蓋梁內(nèi)力匯總表 表8

16、截面號 內(nèi)力-彎矩（kN*m）M自重-2.25-10.50-30.84-0.3141.96M荷載0-367.37-673.51-280.24723.10M計算-2.25-377.87-704.25-280.55765.06剪力（kN）V自重左-9.75-24.00-43.8052.800右-9.75-24.0069.3052.800V荷載左0-612.28-612.281230.79467.49右-612.28-612.281230.79467.49-456.61V計算左-9.75-636.28-656.081283.59467.49右622.03-636.281300.09520.29-45

17、6.61（三）截面配筋設計與承載力校核采用C30混凝土，主筋選用HRB335，22，保護層5cm（鋼筋中心至混凝土邊緣）。fcd=13.8MPa，fsd=280MPa。1.正截面抗彎承載能力驗算以下取-截面作配筋設計，其他截面雷同，在此不做詳細計算。已知：bh=120cm110cm，Md=765.06kN*m，取0=1.0，=110-5=105（cm）。即：化簡后為：解方程得到x=44.96mm，用22鋼筋，其根數(shù)根，實際選用10根，配筋率：。該截面實際承載力Mu為：就正截面承載能力與配筋率而言，配筋設計滿足公預規(guī)要求。其他截面的配筋設計如表9所示。 各截面鋼筋量計算表 表9截面號M （KN&

18、#183;m）所需鋼筋面積As （cm²）所需22（根數(shù)）實際選用含筋率（%）根數(shù)As（cm²）-2.25622.810.266-377.8712.993.42830.410.241-704.2524.436.431038.010.302-280.559.622.53830.410.241-765.0626.597.001038.010.302對此可知，原標準圖的配筋是適合的，均大于計算值。2. 斜截面抗剪承載能力驗算按公預規(guī) 5.2.10條要求，當截面符合： （KN） 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(gòu)造要求配置箍筋。式中：a預應力提高系數(shù)，本

19、設計取a=1.0； f混凝土抗拉設計強度，本設計取f=1.39MPa。對于-截面： 0.5×10對于-截面-截面： 0.5×10按公預規(guī) 5.2.9條規(guī)定：對照表8Vj值，本例可按構(gòu)造要求設置斜筋與箍筋，見圖10所示。圖10尺寸單位：cm）3. 全梁承載力校核已知h，一根主筋22所能承受的彎矩值為：， 其中z=0.92h=966mm，代入后得（kN·m)，據(jù)此繪制彎矩包絡圖和全梁承載力校核圖。如圖11所示圖113、 橋墩墩柱設計 墩柱一般尺寸見圖1 所示，墩柱直徑為100cm，用C30混凝土，R235鋼筋。（1） 荷載計算1. 恒載計算由前式計算得：（1） 上部構(gòu)

20、造恒載，一孔重1362.38KN（2） 梁蓋自重（半根梁蓋）113.10KN（3） 橫系梁重 （1.00×0.7×3.2×25）=56（KN）（4） 墩柱自重 3.1416×0.5²×1.9×25=37.31（KN）作用墩柱底面的恒載垂直力為： N恒=1/2×1362.38+37.31=718.50(KN)2. 汽車荷載計算 荷載布置及行駛情況見前述圖3圖4，由蓋梁計算得知：（1） 公路-I級單孔荷載單列車時： 相應的制動力：T=308.93×2×0.1=61.79（KN）按公預規(guī)制動力不小于9

21、0KN，故取制動力為90KN。雙孔荷載單列車時：B=84.52KN B=308.93KN相應的制動力：B+B=393.45KNT=393.45×2×0.1=78.69KN90（KN），取制動力為90KN。人群荷載：單孔行人（單側(cè)） 雙孔行人（單側(cè)） 圖12（尺寸單位：cm）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)生最大偏心彎距，即產(chǎn)生最大墩柱底彎矩。3雙柱反力橫向分布計算（汽車荷載位置見圖12）單列車時：雙列車時：人群荷載單側(cè)時： 雙側(cè)時：4荷載組合（1）最大最小垂直反力時，計算見表10可變荷載組合垂直反力計算 （雙孔） 表10編號

22、荷載狀況最大垂直反力（KN)最小垂直反力（KN）橫向分布橫向分布1公路-I級單列車1.000518.41002雙列車0.631654.230.369382.593人群荷載單側(cè)行人1.42351.97-0.423-15.454雙側(cè)行人0.50036.520.50036.52表中汽車-I級已乘以沖擊系數(shù)1+=1.3176,人群荷載不乘。（2）最大彎矩時，計算見表11可變荷載組合最大彎矩計算（單孔） 表 11編號荷載情況墩柱頂反力計算式 B1（1+µ）垂直力（kN）水平力對柱頂中心彎矩（kN·m）B1B2B1+B2H（KN）0.25(B1-B)1.14H1上部構(gòu)造與蓋梁計算794

23、.29002單孔雙列車308.932×0.631×1.3176513.690513.6990/2=45128.4251.303人群單孔雙側(cè)36.52×2×0.50036.5236.529.13表10內(nèi)水平力由兩墩柱平均分配。（二）截面配筋計算及應力驗算1作用于墩柱頂?shù)耐饬Γ▓D13）（1） 垂直力最大垂直力： Nmax汽=794.29+654.23+51.97=1500.49（kN）（汽車）最小垂直力：（需考慮與最大彎矩值相適應）由表11得到： Nmin=794.29+513.69+36.52=1344.50(kN)（2）水平力 H=45kN（3） 彎矩

24、Mmax=128.42+51.30+9.13=188.85（kN·m)2. 作用于墩柱底的外力Nmax=1500.49+37.31=1537.80（kN）Nmin=1344.50+37.31=1381.81（kN） Mmax=188.85+45×1.9=274.35（kN·m） 圖11（尺寸單位：cm）3. 截面配筋計算 已知墩柱頂用C30混凝土，采用1216 HRB235鋼筋，Ag=24.13cm²，則縱向鋼筋配筋率=。由于/（2r）=2×1.9/（2×0.5）=3.87，故不計偏心增大系數(shù)，取=1.0； （1） 雙孔荷載，按最大垂

25、直力時，墩柱頂按軸心受壓構(gòu)件驗算，根據(jù)公預規(guī) 5.3.1條： =0.9×1×（13.8×0.785×10+280×24.13×10） =11508.64（kN）=1500.49（kN）滿足規(guī)范要求。 (2)單孔荷載，最大彎矩時，墩柱頂按小偏心受壓構(gòu)件驗算：=1344.50kN =188.85kN·m 故。根據(jù)公預規(guī)5.3.9條偏心受壓構(gòu)件承載力計算應符合下列規(guī)定：設g=0.88，代入后，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(gòu)件正截面抗壓承載力計算系數(shù)”表，經(jīng)試算查得各系數(shù)A，B，C，D為：設，A

26、=2.1540，B=0.5810，C=1.6811，D=1.0934，代入后則墩柱承載力滿足規(guī)范要求。4、 鉆孔樁計算鉆孔灌注樁直徑為1.20m，用C25混凝土，16R235級鋼筋。灌注樁按m法計算，m值為（軟塑粘性土）。樁身混凝土受壓彈性模量。（一） 荷載計算每一根樁承受的荷載為：（1）一孔恒載反力（圖14）（2） 蓋梁恒重反力（3） 系梁恒重反力（4） 一根墩柱恒重 5灌注樁每延米自重 q= /4×1.2²×15=16.95（KN） （已扣除浮力）6可變荷載反力（1）.兩跨可變荷載反力： N=654.23kN（公路-I級） （人群荷載、單側(cè)）（2）.單跨可變荷

27、載反力： （公路-I級） （人群荷載、雙側(cè)） ( 3) .制動力T=45kN,作用點在支座中心，距樁頂距離為： （4）.縱向風力：風壓取0.7×442=309.4（Pa），由蓋梁引起的風力：對樁頂?shù)牧Ρ蹫椋?.10×1/21.9=2.45（m）墩柱引起的風力：=0.85(kN)對樁頂?shù)牧Ρ蹫椋?/2×1.9=0.95（m）橫向風因墩柱橫向剛度較大，可不予考慮。7.作用于樁頂?shù)耐饬Γ▓D15） 圖14 圖15=859.60+654.23+51.97=1565.80（kN） （雙孔）=859.60+513.69+36.52=1409.81（kN） （單孔）H=45+1.

28、157+0.85=47.01 （kN）M=N6×0.25+T×3.201+W1×2.45+W2×0.95+×0.25（單跨可變荷載時） =128.42+135.95+2.83+0.81+9.13 =277.14（kN·m）8.作用于地面處樁頂上的外力 Nmax=1565.80+16.96=1582.76（kN） Nmin=1409.81+16.96=1426.77(kN) H0=45+1.157+0.85=47.01(kN) M0=277.14+47.01×1.0=324.15（kN·m）（二）樁長計算 由于假定土

29、層是單一的，可由確定單樁容許承載力的經(jīng)驗公示初步計算樁長。灌注樁最大沖刷線以下的樁長為h，則： N=1/2Ulii+m0A0+k22（h3-3） 式中：U-樁周長，考慮用旋鉆機，成孔直徑增大5cm，則U=×1.25=3.93（m）; i -樁壁極限摩阻力，按表值取為40KPa,即40KN/m2; li-土層厚度（m）；-考慮樁入土深度影響的修正系數(shù)，取為0.75；m0-考慮孔底沉淀厚度影響的清底系數(shù)，取為0.80；A-樁底截面積，A=R2=1.13m2；0-樁底土層容許承載力，取0=220KPa; k2-深度修正系數(shù)，取k2=1.5；2-土層的厚度，取2=8.0KN/m3(已扣除浮力

30、)；h3-一般沖刷線以下深度（m）.代入得： N=1/23.93×（2.3+h）×40+0.75×0.8×1.13220+1.5×8×（2.3+h-3） =180.78+78.6h+0.678×（211.6+12h） =324.24+86.74h樁底最大垂直力為： Nmax=1582.76+2.3×16.96+1/2qh=1621.77+8.48h即： 1621.77+8.48h=324.24+86.74h故： h=(1621.77-324.24)÷（86.74-8.48）=16.58（m）取h=20m，

31、即地面以下樁長為22.3m，由上式反求： N=324.24+86.74×20=2059.04（kN） Nmax=1621.77+8.48×20=1791.37(kN)可知樁的軸向承載力能滿足要求。（三）樁的內(nèi)力計算 （m法）1樁的計算寬度b2.樁的變形系數(shù) 式中：，。受彎構(gòu)件：故：h =0.35422.30=7.8942.5可按彈性樁計算3地面以下深度z處樁身截面上的彎矩 與水平壓應力的計算已知作用于地下處樁頂上的外力為：N0=1582.76kN ，H0=47.01kN， M0=324.15kN·m（1） 樁身彎矩 式中的無綱量系數(shù)Am ，Bm 可由表格查得，計算

32、見表12， 樁身的彎矩分布示于圖16。樁身彎矩計算 表120.280.561.131.692.262.823.674.245.657.068.479.8911.300.10.20.40.60.81.01.31.52.02.53.03.54.04.04.04.04.04.04.04.04.04.04.04.04.04.00.099600.196960.377390.529380.645610.723050.767610.754660.614130.398960.193050.050810.000050.999740.998060.986170.958610.913250.850890.73161

33、0.686940.406580.147630.075950.013540.0000913.2326.1650.1270.3085.7496.02101.94100.2281.5652.9825.646.750.007324.07323.52319.67310.73296.03275.82237.15222.67131.7947.8524.624.390.03337.29349.68369.78381.03381.76371.83339.09322.89213.34100.8350.2611.140.04（2）樁身水平壓應力zx式中無綱量系數(shù) ， 可由表格查得，z為換算深度，。計算見表13，樁身

34、的水平壓應力分布示于圖16 圖16水平壓力zx計算 （單位： kN/m2） 表13AxBxzx0.280.561.131.982.543.114.245.658.4711.3000.20.40.70.91.11.52.03.04.02.117991.802731.360241.093610.854410.466140.14696-0.08741-0.107881.290881.000640.638850.444810.286060.06288-0.07572-0.09471-0.0148703.566.068.008.277.895.872.47-2.20-3.6205.308.219.188

35、.216.461.94-3.11-5.83-1.2208.8614.2717.1816.4814.357.81-0.64-8.03-4.84（四） 樁身截面配鏡與承載力驗算（圖 17）驗算最大彎矩z=2.26m處的截面強度，該處的內(nèi)力值為： M=381.76kN·m N=1582.76kN樁內(nèi)豎向鋼筋按0.2%配置，則 選用1216，As=24.13cm2，=0.21%。樁的換算面積為：A0=Ah+nAs=×+10×24.13×=1.155（m2）樁的換算截面模量W0為： W0=×R3+nAsr2s/2R=0.175m3 圖17 lp為樁額計算

36、長度，當ah4時，取lp=0.7（l0+4.0/）=7.19（m）。根據(jù)公預規(guī)5.3.9調(diào)和5.3.10條相關(guān)規(guī)定：1=0.2+2.7e0/（r0+rs）=0.768,2=1.15-0.01l0/2r=1.07091，取2=1。偏心增大技術(shù)： e0=M0/N0=241.20mm則e0=268.2mm270mm。按橋墩墩柱一節(jié)所示方法，查公預規(guī)附錄C相關(guān)表格，可得到相關(guān)系數(shù)。經(jīng)試算：當=0.6386時，從表中查得A=1.6144，B=0.6662，C=0.7250，D=1.7132。另設g=0.88,=0.21%，fcd=11.5MPa,fsd=195MPa,代入下式： 則： r0Nd=1582.76kNAr2fcd+Cr2fsd=(Afcd+cfsd)r2 =18.86×6002=6790（kN） r0Nde0=381.76KN.mBr3fcd+Dgr3fsd=(Bfcd+Dgr3fsd=(Bfcd+Dgfsd)r3=8.28×6003=1788.48（kN.m）鉆孔樁的正截面受壓承載力滿足要求。（五）墩頂縱向水平位移驗算1.樁在地面處的水平位移和轉(zhuǎn)角（x0，0）計算 當ah4，z=0時，查表得： Ax=2.44066,Bx=1.621 a3EI=(0.354)3&#