重力式桥台桥墩设计

1攀枝花学院重力式桥台、桥墩设计1.1设计资料1.1.1桥梁跨径及桥宽标准跨径：30m；主梁全长：29.96m；计算跨径：29.16m；桥面净空：净—7+2×1m（人行道）；桥面坡度：不设纵坡，车行道双向横坡为2%，人行道单向坡为1.5%。1.1.2设计荷载：公路—Ⅰ级1.1.3材料及施工工艺混凝土：主梁C50，人行道、栏杆、桥面铺装及混凝土三角垫层用C30；预应力钢筋：采用《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁设计规范》（JTGD62—2004）的2.15s钢绞线，每束7根，全梁配6束，pkf=1860MPa。按后张法工艺制作主梁，采用70mm金属波纹管成孔，预留孔道直径为75mm和OVM锚。1.1.4设计依据（1）《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60—2004）简称《桥规》（2）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62—2004）（3）《桥梁工程》（人民交通出版社，姚铃森编）1.2.1主梁间距与主梁片数2主梁间距通常应随着梁高与跨径的增加而加宽为经济，由此可提高主梁截面效率指标值，采用主梁间距2.3m，考虑人行道可以适当挑出，考虑设计资料给定的桥面净宽选用7片主梁，其横截面布置形式图1.2.1。图1.2.11.2.2主梁尺寸拟定1.2.2.1主梁高度预应力混凝土简支梁桥的主梁高度与其跨径之比在1/15～1/25之间，标准设计中一般取为1/16～1/18。所以梁高取用175cm。1.2.2.2主梁腹板的厚度在预应力混凝土梁中，梁中腹板内主拉应力较小，腹板厚度翼板由布置预制孔管的构造决定，同时从腹板本身的稳定要求出发，腹板厚度一般不宜小于其高度的1/15。本设计采用16cm.在跨中区段梁腹板下部设置马蹄，设计实践表明马蹄面积与截面面积以10%-20%为宜，马蹄宽：36cm，高：30cm。1.2.3翼板尺寸拟定在接近梁的两端的区段内，为满足预应力束筋布置锚具的需要，肋厚应逐渐扩展加厚，其过渡段长度不宜小于12倍肋板的增加厚度。预应力混凝土T梁的下缘，为了满足布置预应力束筋的要求，要扩大成马蹄形，马蹄的尺寸应该满足预应力各个阶段的强度要求。由于马蹄形部分承受预应力锚具的局部荷载作用，其尺寸不宜过小，否则在施工中易形成水平纵向裂缝，3因此马蹄面积一般应占截面总面积的10%-20%。拟定马蹄宽度为40cm，高度为26cm。第一章设计任务书1.1基本设计资料1.1.1跨度和桥面宽度1)标准跨径：20.00m（墩中心距离）2)计算跨径：19.50m（支座中心距离）3)主梁全长：19.96m（主梁预制长度）4）桥面净空：净7m（行车道）＋2×1m人行道1.1.2技术标准1)设计荷载标准：公路－Ⅱ级，人行道和栏杆自重线密度按单侧6kN/m计算，人群荷载3kN/m22)环境标准：Ⅰ类环境3）设计安全等级：二级1.1.3主要材料1)混凝土：混凝土简支T梁及横梁采用C40混凝土；桥面铺装上层采用0.03m沥青混凝土，下层为0.06～0.13m的C30混凝土，沥青混凝土重度按23kN/m3,混凝土重度按25kN/m3计。2）钢筋：主筋用HRB335，其它用R2351.1.4构造形式及截面尺寸4100700100110101618180181401996/21403cm厚沥青混凝土6～13cmC30混凝土1234523487.5487.52%图1桥梁横断面和主梁纵断面图（单位：cm）如图1所示，全桥共由5片T形梁组成，单片T形梁高为1.4m，宽1.8m；桥上的横坡为双向2%，坡度由C30混凝土混凝土桥面铺装控制；设有5根横梁。第二章主梁的荷载横向分布系数计算2.1主梁荷载横向分布系数的计算2.1.1刚性横梁法计算横向分布系数因为每一片T型梁的截面形式完全一样，所以：512//1iiiijaean式中，n=5，512iia=2×（3.6228.1）m2=32.4m2表1ij值计算表梁号1i2i3i4i5i10.60.40.20-0.220.40.30.20.1030.20.20.20.20.2计算横向分布系数：5根据最不利荷载位置分别布置荷载。布置荷载时，汽车荷载距人行道边缘距离不小于0.5m，人群荷载取3KN/m2,栏杆及人行道板每延米重取6.0KN/m，人行道板重以横向分布系数的方式分配到各主梁上。180018001800180010801080q人q人q板q板5001800130018001号梁2号梁3号梁0.64920.64480.60000.53550.40000.33870.20000.19000.0000-0.0100-0.2000-0.2455-0.25000.42470.42250.40000.36760.30000.26890.20000.19260.10000.09500.0000-0.0228-0.02500.20000.20000.20000.20006图2横向分布系数计算图式（单位：mm）从而可以各梁在不同荷载作用下的分布系数：汽车荷载：m汽1=0.5×(0.5355+0.3387+0.1900-0.0100)=0.5271m汽2=0.5×(0.3637+0.2689+0.1926+0.095)=0.4601m汽3=0.5×(0.2+0.2+0.2+0.2)=0.4人群荷载：m人1=0.6448m人2=0.4225m人3=0.2×2=0.4人行道板：m板1=0.6492-0.25=0.3992m板2=0.4247-0.025=03997m板3=0.2+0.2=0.42.1.2杠杆原理法计算梁端剪力横向分布系数7q人q人500180018001000160018001300180050010001.22220.6475-0.22221.000.94440.33331.001号梁2号梁3号梁图3梁端剪力横向分布系数计算图式（尺寸单位：mm）汽车荷载：m/1汽=0.5×0.6475=0.3238m/2汽=0.5×1.0=0.5m/3汽=0.5×(0.9444+0.3333)=0.6389人群荷载：m/1人=1.2222m/2人=-0.2222m/3人=0一、设计资料、桥墩尺寸标准跨径预制板长计算跨径桥面净宽汽车荷载挂车荷载净空mmmm汽-20级挂-100m87.967.651202504墩帽厚墩帽宽墩帽顶部全长挡块高墩顶宽mm直线段长m半径m全长mmm80.317.70.58.70.3埋深基础厚基础层数基础上层平面尺寸基础下层平面尺寸mm个mmmm20.7522.089.592.8810.39墩身顶部全长（m）墩身侧面坡桥墩高墩底宽墩身底部全长直线段长m半径m全长mmmm7.510.58.5130.004.201.288.79二、荷载计算1、恒载计算:a、上部构造恒载计算：2、墩身自重计算：桥墩共分为5段，其中墩帽为一段（S1），墩身分为四段（S2、S3、S4、S5）a、墩帽重力：b、墩身重力计算：c、基础重力及基础禁边上的土重力：2、活载计算:a、汽车荷载计算：1）、双孔荷载、单列车布置：2）、单孔荷载、单列车布置：3）、汽车横向排列：b、挂车荷载计算：1）、双孔荷载2）、单孔荷载3）、挂车横向排列：2、水平荷载计算:a、汽车制动力按一行车队的10％，不小于一辆重车的30％。b、汽车制动力对墩身各截面产生的弯矩（按汽车制动力作用点在橡胶支座顶面计算）1——1截面M1-1=29.88KN.m5——5截面M5-5=353.88KN.m基础底面M基=488.88KN.m三、内力汇总及组合1、顺桥向内力汇总及组合9编号项目1——1截面5——5截面基底截面PHMPHMPHM（KN）(KN)(KN.m)（KN）(KN)(KN.m)（KN）(KN)(KN.m)1上部结构644.490644.490644.490.002桥墩72.310884.5302213.760.003汽车-20级单跨布载243.1248.62243.1248.62243.1248.624汽车-20级双跨布载254.1710.41254.1710.41254.1710.415挂车-100级单跨布载605.18121.04605.18121.04605.18121.046挂车-100级双跨布载683.350683.350683.350.007汽车制动力9029.8890353.8890488.88内力组合（Ⅰ）1+2+31200.53068.072175.19068.072912.79048.62（Ⅰ）1+2+41216.00014.582190.664014.579043474.492007010.41（Ⅱ）1+2+3+7960.4100.887.921740.15100.8450.82481.172.0430.00（Ⅱ）1+2+4+7972.8100.845.11752.5100.8408.02489.972399.43（Ⅲ）1+2+51365.920135.562145.650135.562770.74096.83（Ⅲ）1+2+61453.48002233.2100283300.00编号项目5——5截面基底截面PHMPHM（KN）(KN)(KN.m)（KN）(KN)(KN.m)1上部结构644.490644.4902桥墩884.5302213.7603汽车-20级单跨布载243.12571.33243.12571.334汽车-20级双跨布载254.17597.30254.17597.305挂车-100级683.35956.69605.18956.6910内力组合（Ⅰ）1+2+32205.80799.93770.30571.3（Ⅰ）1+2+42190.70836.22928.30597.3（Ⅳ）1+2+52233.201071.52770.70765.4四、正截面强度计算：横桥向内力不控制，故不计算横桥向截面强度。1.偏心距计算：a、1——1截面（组合Ⅱ控制）e0=0.0915m0.6y0.3mb、5——5截面（组合Ⅱ控制）e0=0.2591m0.6y0.384m以上满足规范要求2.强度计算：Raj=17500KN/m2γm---材料安全系数,γm=1.54a、1——1截面（组合Ⅱ）rw=（I/F）^0.5=0.29mI=0.69m4F=A=8.30m2α=(1-(e0/y)^m)/(1+(e0/rw)^2)=0.91m--截面形状系数,对圆形截面取2.5；对T形或双曲拱截面取3.5；对箱形或矩形截面取8。P=α*A*Raj/rm=85645.64KN/m2Njb、5——5截面（组合Ⅱ）rw=（I/F）^0.5=0.37mI=1.48m4F=A=10.90m2α=(1-(e0/y)^m)/(1+(e0/rw)^2)=0.67m--截面形状系数,对圆形截面取2.5；对T形或双曲拱截面取3.5；对箱形或矩形截面取8。P=α*A*Raj/rm=82412.51KN/m2Nj11五、基底应力验算：1.偏心距计算：w=14.36m3ρ=W/A=0.48m1.5ρ=0.72m组合Ⅱe0=Mj/Pj=0.17m1.5ρ=0.72m偏心矩满足规范要求2.基底应力计算：σσmax=N/A+M/Wσmin=N/A-M/W组合Ⅱσσmax=112.9KN/m2σmin=53.0KN/m2地基土基本承载力σ=250KPa六、抗倾覆稳定性验算：1.抗倾覆验算：组合ⅡK0=y/e08.31.3(安全）y=1.44e0=0.17332.抗滑动验算：K0=μ*P/Tμ=0.6组合ⅡK0=20.681.3(安全）2.1行车道板内力计算荷载为公路-Ⅰ级。桥面铺装为8cm沥青混凝土（重度为233/mkN）和9cm厚的C30混凝土垫层（重度为243/mkN），T梁翼板材料的重度为253/mkN。（一）恒载及其内力（以纵向1m宽的板条进行计算）1.、每一米板上的恒载g：沥青混凝土面层1g：mkN/84.1230.108.0C30混凝土垫层2g：mkN/16.2240.109.012T梁翼板自重3g：mkN/875.3250.