雙柱式橋墩設(shè)計(jì)算例(共29頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上橋梁工程課程設(shè)計(jì)班 級(jí)：姓 名：學(xué) 號(hào)：指導(dǎo)老師： 2013年6月目錄公路鋼筋混凝土橋墩設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)資料1. 以一座3孔預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁橋（面布置如圖1）為設(shè)計(jì)背景，進(jìn)行公路鋼筋混凝土橋墩設(shè)計(jì)。圖1 橋梁立面布置圖2. 橋梁上部結(jié)構(gòu)：標(biāo)準(zhǔn)跨徑13m,計(jì)算跨徑12.6m，梁全長12.96m。3. 橋面凈寬：凈7+20.75m人行道，橫斷面布置：見圖2（單位：厘米）。圖2 橋梁橫斷面布置圖4.上部結(jié)構(gòu)附屬設(shè)施恒載：單側(cè)人行道5 kN/m，橋面鋪裝自己根據(jù)鋪裝厚度計(jì)算。5. 設(shè)計(jì)活載：公路級(jí)6. 人群荷載：3 kN/m27.主要材料：主筋用HRB335鋼筋,其他用R235

2、鋼筋混凝土：混凝土為C40 8. 支座板式橡膠支座，摩擦系數(shù)f=0.059. 地質(zhì)水文資料（1）無流水，無冰凍。（2）土質(zhì)情況：考慮墩底與基礎(chǔ)固結(jié)，基礎(chǔ)承載能力良好。二、設(shè)計(jì)內(nèi)容（一）橋墩尺寸擬定（二）橋墩荷載及荷載組合計(jì)算（三）橋墩配筋（四）橋墩檢算三、具體設(shè)計(jì)1、墩柱尺寸擬定2、蓋板設(shè)計(jì)2.1永久荷載計(jì)算1.上部結(jié)構(gòu)永久荷載：人行道：5 kN/m橋面鋪裝：為簡化計(jì)算三角形區(qū)域取平均值。混凝土墊層平均高度： 鋪裝總高度12cm鋪裝重量：T型梁：每片梁面積：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(gè)支座恒載反力(kN)1 5號(hào)2、3、4號(hào)1119kN1、5號(hào)

3、2.3.4號(hào)20.0316.26126.2102.42、蓋梁自重及作用效應(yīng)計(jì)算 (1/2蓋梁長度) 蓋梁自重產(chǎn)生的彎矩、剪力效應(yīng)計(jì)算截面編號(hào)分塊自重 (kN)彎矩 (kNm)剪力 (kN)V左V右0-0-11.25-11.251-1-27-272-2-48.675.63-357.657.64-400橋墩中心支反力F=69.3+43.8=124.2kN2.2可變荷載計(jì)算a可變荷載橫向分布系數(shù)計(jì)算：荷載對稱布置時(shí)用杠桿發(fā)，非對稱布置時(shí)用偏心受壓法。公路I級(jí)a.單車列，對稱布置（圖3）時(shí)：b.雙車列。對稱布置（圖4）時(shí)：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）

4、時(shí)圖5（尺寸單位：cm）由，已知 則d. 雙車列，非對稱布置（圖5）時(shí)：已知： ， ， ，則：人群荷載a. 兩側(cè)有人群，對稱布置時(shí)（圖6）：b. 單側(cè)有人群，對稱布置時(shí)（圖6）：已知： ， ，圖6（尺寸單位：cm）則：按順橋向可變荷載移動(dòng)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(jí)雙孔布載單列車時(shí)：雙孔布載雙列車時(shí)：單孔布置單列車時(shí)：單孔布載雙列車時(shí)： 人群荷載（圖 8）單孔滿載時(shí)：(一側(cè))雙孔滿載時(shí)(一側(cè))：圖8（尺寸單位：cm）b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），見表3 各梁支點(diǎn)反力計(jì)算 表3荷載橫向分布情況公路-級(jí)荷載（KN）人群荷載（KN）

5、計(jì)算方法荷載布置橫向分布系數(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(jí)1=04=0.2813=0.4382=0.2815=0276.6077.7121.277.70342.7096.3150.196.30雙列行車公路-I級(jí)1=0.2662=0.4383=0.5944=0.4385=0.266553.1147.1242.3328.5242.3147.1685.4182.3300.2407.1300.2182.3人群荷載1=1.4222=-0.4223=04=-0.4225=1.42214.320.3-60-620.328.640.6-120-1240.6非對稱布

6、置按杠桿法算單列行車公路-I級(jí)1=0.4634=0.3313=0.2002=0.0695=-0.063276.6128.191.655.319.1-17.4342.7158.7113.468.523.6-21.6雙列行車公I(xiàn)級(jí)1=0.2692=0.2343=0.2004=0.1665=0.131553.11488129.4110.691.872.4685.4184.4160.4137.7113.889.8人群荷載1=0.6842=0.4223=0.2004=-0.0425=-0.28414.39.862.9-0.6-4.128.619.6125.8-1.2-8.2c各梁永久荷載、可變荷載反力組

7、合：計(jì)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+0.3=1.3各梁永久荷載、可變荷載基本組合計(jì)算表（單位：kN） 表4編號(hào)荷載情況1號(hào)梁R12號(hào)梁R23號(hào)梁R34號(hào)梁R45號(hào)梁R5恒載252.4204.8204.8204.8252.4公路-I級(jí)雙列對稱237390.3529.2390.3237公路-I雙列非對稱239.7208.5179148116.7人群對稱40.6-120-1240.6人群非對稱19.6125.8-1.2-8.2 +530583.1734583.1530 +509607.1739.8593.9481.2 +532.7401.3383.8340.8409.7

8、 +518425.3389.6351.6360.9d雙柱反力G計(jì)算（圖9），所引用的各梁反力見表5由上表可知對稱荷載作用下兩柱反力一致，非對稱作用下左邊柱子反力大。 雙柱反力G計(jì)算 表5荷載組合情況計(jì) 算 式反力（KN）組合公路I級(jí)雙列對稱人群對稱（5305.3+583.13.7+7342.1+583.10.55301.1）=1480.11480.1組合公路I級(jí)雙列對稱人群非對稱（5095.3+6073.7+7402.1+5940.5481.21.1）=1491.71491.7組合公路I級(jí)雙列非對稱人群對稱（532.75.3+401.33.7+383.82.1+340.80.5409.71.1

9、）=1150.91150.9組合公路I級(jí)雙列非對稱人群非對稱（5185.3+425.33.7+389.62.1+351.60.5360.91.1）=1170.51170.5由表5可知，偏載左邊的立柱反力最大（GG），并由荷載組合時(shí)（公路I級(jí)、雙列非對稱布置與人群對稱組合）控制設(shè)計(jì)。此時(shí)G=1491.7kN，G=1439.3kN。2.3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示。為求得最大彎矩值，支點(diǎn)負(fù)彎矩取用非對稱布置時(shí)數(shù)值，跨中彎矩取用對稱布置時(shí)數(shù)值。按圖9給出的截面位置，各截面彎矩計(jì)算式為： M-=0 M-=-R0.50 M-=-R1.10 M-=-

10、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(jì)算見表6，注意的是，表中內(nèi)力計(jì)算未考慮施工荷載的影響。各截面彎矩計(jì)算 表3-24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1-1截面2-2截面3-3截面4-4組合公路-級(jí)雙列對稱1480.1530583.1-265-583-107.9479.3組合公路-級(jí)雙列對稱1491.7509607.1-254.5-559.9-68.55532.4組合公路-級(jí)雙列非對稱1150.9532.7401.3-266.4-586-276.970.2組合公路-級(jí)雙列非對

11、稱1170.5518425.3-259-569.8-243.6120（2）相當(dāng)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：V左=0, V右=-R1截面2-2：V左=V右=-R1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(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G1kN梁支座反力（KN）各截面剪力（KN）截面0-0截面1-1截面2-2截面3-3截面4-4R1R2R3V左V右V左V右V左V右V左V右V左V右組合公路-級(jí)1480530-5

12、30-530-530950.1950367367-367組合公路-級(jí)1491.75096077400-509-509-509-509982.7983376376-364組合公路-級(jí)1150.95334013840-533-533-533-533618.2618217217-167組合公路-級(jí)1170.55184253400-518-518-518-518652.5652227227-1622.蓋梁內(nèi)力匯總；表中各截面內(nèi)力均取表6和表7中的最大值。 蓋梁內(nèi)力匯總表 表8 截面號(hào) 內(nèi)力0-01-12-23-34-4彎矩（kN*m）M自重-2.62-10.50-34.7-1.3845M荷載0-266

13、.4-586-276.9532.4M計(jì)算-2.62-276.9-620.7-278.3577.4剪力（kN）V自重左-11.25-27.00-48.657.60右-11.25-27.0075.657.60V荷載左0-532.7-532.7982.7375.6右-532.7-532.7982.7375.6-367V計(jì)算左-11.25-559.7-581.31040.3375.6右-543.9-559.71058.3433.2-3672.4截面配筋設(shè)計(jì)與承載力校核采用C30混凝土，主筋選用HRB335，22，保護(hù)層5cm（鋼筋中心至混凝土邊緣）。fcd=18.4MPa，fsd=280MPa。1.正

14、截面抗彎承載能力驗(yàn)算以下取3-3截面作配筋設(shè)計(jì)計(jì)算。已知：bh=120cm120cm頂部負(fù)彎矩kN.m取0=1.0，=120-5=115（cm）。即：化簡后為：解方程得到x=34.5mm，用22鋼筋，其根數(shù)根，實(shí)際選用10根，配筋率：。該截面實(shí)際承載力Mu為：正彎矩以5-5截面驗(yàn)算：kNm即：X=32mm同理求得n=6.6，實(shí)際選用8根，配筋率：實(shí)際承載力Mu= 965kN.m2. 斜截面抗剪承載能力驗(yàn)算按公路預(yù)應(yīng)力橋梁規(guī)范要求，當(dāng)截面符合： （KN） 可不進(jìn)行斜截面抗剪承載力計(jì)算，僅需按構(gòu)造要求配置箍筋。式中：a預(yù)應(yīng)力提高系數(shù)，本設(shè)計(jì)取a=1.0； 混凝土抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度，本設(shè)計(jì)取=1.65MP

15、a。對于-截面： 0.510 MPa對于-截面-截面： 0.510 MPa按公路預(yù)應(yīng)力橋梁規(guī)范 5.2.9條規(guī)定：2.5按構(gòu)造要求設(shè)置斜筋與箍筋見圖所示。從左往右80cm布置。80180cm布置；180跨中布置截面彎矩布置圖：圖10尺寸單位：cm）3、橋墩墩柱設(shè)計(jì) 墩柱一般尺寸見圖1 所示，墩柱直徑為100cm，用C40混凝土， HRB335鋼筋。3.1荷載計(jì)算a恒載計(jì)算由前式計(jì)算得：（1） 上部構(gòu)造恒載，一孔重1119KN（2） 梁蓋自重（半根梁蓋）103.5KN（3） 墩柱自重 3.14160.57.825=153（KN）作用墩柱底面的恒載垂直力為： N恒=1/21119+103.5+15

16、3=816(KN)b汽車荷載計(jì)算 荷載布置及行駛情況見前述圖3圖4，由蓋梁計(jì)算得知：（1） 公路-I級(jí)單孔荷載單列車時(shí)： 相應(yīng)的制動(dòng)力：T=276.620.1=55.3（KN）按公預(yù)規(guī)制動(dòng)力不小于90KN，故取制動(dòng)力為90KN。雙孔荷載單列車時(shí)：B=66.15KN B=276.6KN相應(yīng)的制動(dòng)力：B+B=342.75KNT=342.7520.1=68.55KN90（KN），取制動(dòng)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(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)生最大偏心彎距，即產(chǎn)生最大墩柱底彎矩。c雙柱反力橫向

17、分布計(jì)算（汽車荷載位置見圖12）單列車時(shí)：雙列車時(shí)：人群荷載單側(cè)時(shí)： 雙側(cè)時(shí)：d荷載組合（1）最大最小垂直反力時(shí)，計(jì)算見表10可變荷載組合垂直反力計(jì)算 （雙孔） 表10編號(hào)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(jí)單列車1.000445.6002雙列車0.631562.20.369328.83人群荷載單側(cè)行人1.42340.7-0.423-12.14雙側(cè)行人0.50028.60.50028.6表中汽車-I級(jí)已乘以沖擊系數(shù)1+=1.3,人群荷載不用考慮。（2）最大彎矩時(shí)，計(jì)算見表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 B1（1

18、+）垂直力（kN）水平力對柱頂中心彎矩（kNm）B1B2B1+B2H（KN）0.25(B1-B)1.28H1上部構(gòu)造與蓋梁計(jì)算663002單孔雙列車276.620.6311.3453.80453.890/2=45113.4557.63人群單孔雙側(cè)28.620.50028.628.67.15表10內(nèi)水平力由兩墩柱平均分配。3.2截面配筋計(jì)算及應(yīng)力驗(yàn)算1作用于墩柱頂?shù)耐饬Γ▓D13）（1） 垂直力最大垂直力： Nmax汽=663+562.2+40.7=1266（kN）（汽車）最小垂直力：（需考慮與最大彎矩值相適應(yīng)）由表11得到： Nmin=663+453.8+28.6=1145.4(kN)（2）水平

19、力 H=45kN（3） 彎矩 Mmax=113.45+57.6+7.15=178.2（kNm)1. 作用于墩柱底的外力Nmax=1266+153=1419（kN）Nmin=1145.4+153=1298.4（kN） Mmax=178.2+457.8=529.2（kNm） 圖13（尺寸單位：cm）2. 截面配筋計(jì)算 已知墩柱頂用C40混凝土，采用820 HRB335鋼筋，Ag=25.13cm，則縱向鋼筋配筋率=。由于/（2r）=27.8/（20.5）=15.67，要計(jì)算偏心增大系數(shù) （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： =0.91（18.4785

20、103+28025.1310） =15147.6（kN）=1500.49（kN）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：=1145kN =178.2kNm 。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，按公預(yù)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(jì)算系數(shù)”表，經(jīng)試算查得各系數(shù)A，B，C，D為：設(shè)，A=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(jì)算鉆孔灌注樁直徑為1.20m，用C40混凝土，16R235級(jí)鋼筋。灌注樁按m法計(jì)算，m值為

21、樁身混凝土受壓彈性模量。4.1荷載計(jì)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3.一根墩柱恒重4.作用于樁頂?shù)暮爿d反力N恒 為5灌注樁每延米自重 q= /41.2（25-10）=17（KN） （括號(hào)為扣除水浮力）6可變荷載反力（1）.兩跨可變荷載反力： N=562.2kN（公路-I級(jí)） （人群荷載、單側(cè)）（2）.單跨可變荷載反力： （公路-I級(jí)） （人群荷載、雙側(cè)） ( 3) .制動(dòng)力T=45kN,作用點(diǎn)在支座中心，距樁頂距離為： 1.2+7.8=9m（4）.縱向風(fēng)力：風(fēng)壓取0.7442=309.4Pa由蓋梁引起的風(fēng)力：對樁頂?shù)牧Ρ蹫椋?.21/27.8=8.4m墩柱引起的風(fēng)力：=0.85kN對樁頂?shù)牧Ρ蹫椋?/27.8=3.9m橫向風(fēng)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=816+562.2+51.97=1430kN （雙孔）=816+453.8+28.6=1298.4kN （單孔）H=45+1.157+0.85=47.01 kNM=N60.25+T3.201+W12.45+W20.95+0.25（單跨可變荷載時(shí)） =113.45+405+9.8+3.3+7.1