U型桥台设计说明书

第1页1重力式U型桥台设计1.1原始数据1.1.1地质资料地基土分为五层，天然路面依次向下为亚砂土、亚粘土、粘土、亚砂土、粉砂，各种土质的重度γ为19kN/m3、19.8kN/m3、19.5kN/m3、18.5kN/m3、19.6kN/m3，压缩模量Es为15MPa、14.6MPa、14.5MPa、15.1MPa、15MPa，承载力基本容许值为[fao]=420kPa，空隙比e在0.55~0.60之间，台内填土重度γ=18kN/m3，内摩擦角=35°。1.1.2桥梁结构资料上部结构采用单箱双室空心梁，标准跨径20.00m，计算跨径19.50m，梁长19.92m,桥面净宽7+2×1.5m，其中车道两边分隔带宽0.5m。桥台采用板式橡胶支座，支座高40cm，空心板为C40钢筋混凝土，容重2500kg/m3。桥梁上部断面图1-1，桥梁上部铺设6cm厚的沥青混凝土铺装层，容重2300kg/m3，6~13cm厚的40﹟现浇混泥土调平层，容重2400kg/m3，空心梁截面积为5m2。图1-1桥梁断面图（尺寸单位：m）1.2几何设计1.2.1设计荷载公路Ⅰ级，人群荷载3kN/m2。1.2.2设计材料台帽用C30钢筋混泥土，密度γ=25kN/m3，台身采用C20混凝土，重度γ=25kN/m3，轴心抗压强度fcd=7.82MPa，基础采用15号混凝土砌块石，重度γ=23kN/m3，轴心抗压强度fcd=5.17MPa，人行道板按标准值5.0kN/m2计算。第2页1.2.3设计依据《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60—2004）《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63—2007）1.2.4设计高程桥面高程为76.648m；设计水位高程73.748m；河床高程为69.10m。1.2.5拟定桥台尺寸（1）基础采用两个台阶，每层台阶厚0.85m，襟边宽0.2m。基础采用块石砌体，其容许最大刚性角为αmax=30°，基础的扩散角为：3013.23=.71.40tan=α1-（满足规范要求）则桥台高度为：7.748(m)=0.2+69.1076.648=H（2）顺桥向台帽宽度，图1-2。图1-2台帽顺桥向尺寸图台帽宽度21101C+C+2a+e+eb(1.2.1)式中：e0——伸缩缝宽度，取e0=2cm；e1——支座中心至梁端距离，取e1=18cm；a——支座顺桥向宽度，a=20cm；C1——支座边缘到台身顶边缘距离，C1=20cm；C2——台帽檐口宽度，C2=10cm。计算得：60=10+20+20/2+18+2=b1(cm)（3）横桥向台帽宽度第3页桥面宽为B=10m，台帽一般设置10cm的檐口，故取B0=10.2m。（4）桥台侧墙长度锥坡高度h=7.548m，按1:1放坡，按规定要求，桥台侧墙后端应伸入桥头锥坡定点以内长度75cm，则桥台侧墙长度为：7.180.75)0.10.6(/10)0.417.548(7.548b(m)（5）前墙底宽度按规范要求，取前墙顶宽b2=1m，则前墙底宽为：b3=3.110.4H=3.10m(满足规范要求)（6）侧墙底宽度按规范要求，取侧墙顶宽b5=0.8m，侧墙底宽为：b6=0.8+7.748/4=2.7370.35H=2.71m(满足规范要求)桥台与基础的其他细部尺寸见图1-3。第4页图1-3桥台与基础细部尺寸图(尺寸单位：m)第5页2荷载计算2.1结构重力计算2.1.1上部结构重力沥青混凝土桥面铺装层为：9.66=23×7×0.06(kN/m)现浇混凝土调平层为：15.96=24×7×/2)0.13+0.06((kN/m)人行道：10=21×5(kN/m)桥梁：125=25×5(kN/m)一孔上部结构重力：77.15992/]92.19)1251096.1566.9[(PR(kN)2.1.2台身、侧墙及填土重力桥台台帽、前墙、侧墙及填土重力计算见表2-1。2.1.3基础及襟边上土重对于基础自重及襟边上土重，两台阶基础近似采用单台阶基础计算，差别不大。基础重：3184.84=23×1.710.87.542=P(kN)力臂：3.3710.47.542/2(m)对O1——O1的弯矩：10736.103.3713184.84(kN·m)台边襟边土重，由河床线计起，则：16.848=19.50.2×10.80.4=P1(kN)力臂：0.2=0.4/2(m)对O1——O1的弯矩：3.34)0.2(16.848(kN·m)台侧襟边土重，由河床线计起，则：21.04=2×19.50.2×6.742×0.4=P2(kN)力臂:3.3716.742/2(m)对O1——O1的弯矩：70.93=3.37121.04(kN·m)2.1.4台身底截面以上自重的重心全部自重合计为11565.38kN，对O1——O1的弯矩合计为43101.45kN·m，全部自重作用点距O1——O1为3.727m；则其对台身底截面形心偏心距e=3.727-3.371=0.356m（靠台背一侧）。第6页台身、侧墙及填土重力及对O1—O1重心矩的计算表表2-1图中序号自重力/力臂计算式自重力力臂弯矩kNmkN·m10.7×0.4×10.2×2571.400.8963.550.64＋0.5／221×1×10×25250.001.64410.001／2＋0.5＋0.6430.9×0.4×10×2590.001.59143.100.9／2＋0.5＋0.6440.64×6.348×10×25×1／2507.840.36182.822/3×0.5451.5×6.348×10×252380.501.393308.900.64＋1.5/260.97×7.748×10×25×1/2939.452.462314.170.97／3＋1.5＋0.647墙重：[1/2×0.97×7.748×0.8＋1/2×0.97×7.748×﹙2.737-0.8﹚×1/3]×2×25271.622.79756.913.11-0.97/3土重：[1/2×0.97×7.748×﹙10-5.474﹚＋1/3×0.97×7.748×﹙2.737-0.8﹚]×18393.482.791096.503.11－0.97／38墙重：1／2×﹙0.8＋2.737﹚×7.748×3.632×25×22488.344.9312257.593.11＋1/2×3.632土重：1/2×﹙10-2.737×2＋10－1.6﹚×7.748×18×3.6323273.724.9316126.373.11＋1／2×3.6329墙重：1/2×﹙0.8＋1.15﹚×1.4×1.578×50107.707.53811.083.11＋3.632＋1.578／2土重：1／2×﹙10-1.6＋10-2.3﹚×1.578×0.4×1891.466.94634.923.11＋3.632＋0.4／2第7页2.1.5基础底截面以上自重的重心全部自重合计为14788.11kN，对O1——O1的弯矩合计为53905.14kN·m，全部自重作用点距O1——O1为3.645m，则其对台身底截面形心偏心距e=3.645-3.371=0.274m。2.2荷载布置、支座反力和土压力计算2.2.1台后无荷载，车道荷载作用在桥上（1）根据《公路桥涵设计通用规范》集中荷载标准值有以下规定：①公路—Ⅰ级车道荷载的均布荷载标准值为qK＝10.5kN/m；②集中荷载标准值按以下规定选取：桥梁计算跨径小于或等于5m时，PK＝180kN；桥梁计算跨径等于或大于50m时，PK＝360kN；③桥梁计算跨径在5m～50m之间时，PK值采用直线内插求得。计算剪力效应时，上述集中荷载标准值PK应乘以1.2的系数。桥梁跨径为19.5m，采用直线内插得PK=238kN。车道荷载的均布荷载标准值应满布于使结构产生最不利效应的同号影响线上，集中荷载标准值只作用于相应影响线中一个最大影响线峰值处，也就是作用在最不利的位置上。荷载布置见图2-1。图2-1仅桥上布置荷载图10墙重：[1／2×1.578×6.348×1.15＋1／2×1.578×6.348×﹙2.737－1.15﹚×1／3]×25×2420.477.273055.973.11＋3.632＋1.578／3第8页计算剪力效应时，285.6kN=.21238=Pk，则：775.95kN=2×)10.519.51/2＋285.6×(1=R1（2）相应土压力计算作如下考虑：①计算桥台地基承载力时，仅计算基础顶面范围的土压力，基础高度内的主动土压力和被动土压力均不考虑；②验算桥台滑动稳定性时，主动土压力按整个桥台高度（基础底面到桥台顶面）计算。根据《公路桥涵设计通用规范》：总的主动土压力：21E2HB(2.2.1)])cos()cos()sin()sin(1)[cos(cos-cosu22）（(2.2.2)式中：E——主动土压力标准值（kN）；——土的重度（kN/m3）；B——桥台的计算宽度（m）；H——计算土层高度（m）；——填土表面与水平面的夹角；——桥台台背与竖直面的夹角；——台背与填土间的摩擦角，取=/2。根据资料：35，5.172/，0，0.97/7.748=tan，故=7.13°，则：10.50]3.17cos).5173.17cos(35sin).51735sin(1)[5.173.17cos(13.7cos3.1735cosu22）（所以：2755.45=0.510×7.748101821=E2(kN)E的着力点自计算土层底面算起为：83.52348.773HC(m)水平向分力：5.72504)3.175.17cos(45.2755)cos(EEH(kN)第9页离基础底面的距离：2.583=CH(m)对基底形心轴的力矩：6469.77=2.583×2504.75=CE=MHHH(kN·m)竖直向分力：35.1148)3.175.17sin(45.2755)cos(EEV(kN)作用点离基础形心轴的距离：0.584=CV(m)对基底形心轴的力矩：670.64)0.584(148.351CEMVVV(kN·m)2.2.2台后桥上均有布载，车辆荷载在台后，车道荷载在桥上车辆荷载布置如图2-2所示。图2-2台后和桥上均布置荷载图此时车道荷载仅考虑均布荷载，则台后布载长度确定可作如下考虑：（1）土破坏棱体长度由侧墙根算起；（2）侧墙端部的折线近似作直线处理。根据《公路桥涵设计通用规范》，布载长度：Htan.304.60bl3)tan)(tantan(costantan其中，355.172/，3.17，3.659920.20)3.17tan3.659)(tan3.659tan35(cos3.659tantan8.064=0.292×7.748+3.632+0.30.643.11=l(m)此时支反力为：5.72042.510.51921R1(kN)第10页土压力车辆荷载等代布土层厚度计算式为：0hBlG(2.2.3)破坏棱体长度l0由前墙后缘算起：6.864=10.28.064=l0(m)等代布土层厚度：53.401864.8610)140140(2h(m)土压力为：21E)53.402248.77(48.771821)2H(BhH10.50103077.65=(kN)hh2H3H3HC17.72453.02748.7453.03748.73748.7(m)其水平分力：4.62797)3.175.17(cos5.63077)(cosEEH