某橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計課程設(shè)計說明書

1、課程設(shè)計說明書設(shè)計題目 某橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計課程名稱 墩臺工程課程設(shè)計某橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計一、設(shè)計資料3 1、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)及上部構(gòu)造3 2、水文地質(zhì)條件3 3、材料34、橋墩尺寸45、設(shè)計依據(jù)4二、蓋梁計算4（一） 荷載計算41、上部結(jié)構(gòu)永久荷載 42、蓋梁自重及作用效應(yīng)計算 53、可變荷載計算64、雙柱反力計算所引起的各梁反力 14（二）內(nèi)力計算151、恒載加活載作用下各截面的內(nèi)力152、蓋梁內(nèi)力匯總17（三）截面配筋設(shè)計與承載力核算171.正截面抗彎承載力驗算172.斜截面抗剪承載能力驗算183全梁承載力校核19三 橋墩墩柱計算19（一）荷載計算191恒載計算:192汽車荷載計算203、雙柱反力橫

2、向分布系數(shù)計算214. 荷載組合22（二）截面配筋計算及應(yīng)力驗算231作用于墩柱頂?shù)耐饬?32、作用于墩柱底的外力233、截面配筋計算24四、 鉆孔灌注樁的設(shè)計計算25（一）荷載計算251、一孔恒載反力（圖12）252、蓋梁恒重反力253、系梁恒重反力264、一根墩柱恒重265、灌注樁每延米自重266.可變荷載反力267、作用于樁頂?shù)耐饬?，圖1327（二）樁長計算27（三）樁的內(nèi)力計算（m法）281，樁的計算寬度b：282. 樁的變形系數(shù)：293 地面以下深度z處樁截面的彎矩mz與水平壓應(yīng)力z的計算：29 (四) 樁身配筋計算及樁身材料截面強(qiáng)度驗算30（五）墩頂縱向水平位移驗算321. 樁在地

3、面處的水平位移和轉(zhuǎn)角（）計算322. 墩頂縱向水平位移驗算34某橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計一、設(shè)計資料1、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)及上部構(gòu)造(1) 設(shè)計荷載：公路-級；人群荷載：3.0kn/m2(2) 橋面凈空：凈7+20.75(人行道)(3) 跨徑：標(biāo)準(zhǔn)跨徑：16m；主梁全長：15.96m；計算跨徑：15.5m(4) 上部結(jié)構(gòu)：圖2(5) 橋面鋪裝：橋梁橋面鋪裝由上至下為：瀝青混凝土厚2cm，25號混凝土墊層（612cm），橋面橫坡為：1.5%。(6) 人行道和欄桿荷載：人行道寬為0.75m時取5kn/m，人行道寬為1.5m時取8.5kn/m。(7) 橫隔梁設(shè)置：跨徑13m橋梁以下，橫隔梁設(shè)置3道，跨徑13m橋梁以上

4、，橫梁設(shè)置5道，橫梁寬度為15cm，高為100cm。平均布設(shè)。2、水文地質(zhì)條件沖刷深度：2.5m地質(zhì)條件：密實細(xì)砂夾礫石：地基承載力400kpa按無橫橋向水平推力（漂流物、沖擊力、水流壓力等）及縱橋向風(fēng)荷載3、材料鋼筋：蓋梁主筋用hrb335鋼筋，其它均用r235鋼筋；混凝土：混凝土、墩柱用c30，系梁及鉆孔灌注樁用c25；4、橋墩尺寸：如下圖 （尺寸單位：cm）5、設(shè)計依據(jù)公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范（jtg d60-2004）公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范（jtg d60-2004）公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范（jtg d63-2007）基礎(chǔ)工程王曉謀主編 人民交通出版社結(jié)構(gòu)設(shè)計原理（第二

5、版）葉見曙主編 人民交通出版社橋梁工程（第二版）邵旭東主編 人民交通出版社二、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）一孔上部結(jié)構(gòu)自重（kn）每一個支座恒載反力（kn） 1、5號2、4號3號1、5號2、4號3號16.24517.02517.0251295.26349.483125.89131.942、蓋梁自重及作用效應(yīng)計算 見表2。（1/2蓋梁長度） 圖1（尺寸單位：cm） 蓋梁自重產(chǎn)生的彎矩、剪力效應(yīng)計算 表2 截面編號自重（kn）彎矩（kn/m）剪力（kn）v左v右 1-1=0.50.51.225+0.50.51.225

6、=9.75=-7.5-2.25 =-2.25-9.75-9.752-2=（0.8+1.1）0.51.225=14.25=-0.511.2250.5-0.61.225=-10.50-24.00-24.003-3=0.61.11.225=19.80=-0.51.01.2251.1-120.61.01.225（13+0.6）-19.80.62=-30.84-43.8069.304-4=0.51.11.225=16.50=131.10.5-（19.8+16.5）1.12-151.6-9（+1.1）=-0.3152.8052.805-5=1.61.11.225=52.80=131.121-（19.8+1

7、6.5+52.8）2.72-153.2-9（+27）=41.9600 則：+=113.10kn3、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法，非對稱布置用偏心受壓法。公路-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 c、單車列，非對稱布置（圖5）時：由，已知， 則 圖4d、雙車列，非對稱布置（圖5）時：已知：， 圖5 人群荷載 a兩側(cè)有人群，堆成布置時：（圖6） 圖6b，單側(cè)有人群，對稱布置時，圖6.已知：n=5，e=3.875，則： （2） 按順橋向可變荷載移動情況，求得支座可變荷載反力的最大值（圖7） 圖7公路-級雙孔布載單列車時：雙

8、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 圖8單孔滿載時:雙孔滿載時: （3） 可變荷載橫向分布后各梁支點反力（計算的一般公式為） 各梁支點反力計算 表3荷載橫向分布情況 公路-i級荷載（kn） 人群荷載（kn）計算方法荷載布置橫向分布系數(shù) 單孔 雙孔 單孔 雙孔br1br2br1br2對稱布置單列行車229.031064.36100.2064.360290.063081.51126.9081.500雙列行車458.062121.66200.40272.00200.40121.661179.5312.68514.86700.62514.86312.68人群荷載17.4

9、424.80-7.36 0-7.3624.8034.8849.60-14.70-14.749.60非對稱布置單列行車229.031106.0475.8145.8115.80-14.43290.06143.3096.0158.0120.01-18.27雙列行車458.062246.44214.37183.22152.08120.01580.126312.11271.50232.05192.60151.99人群荷載17.4411.937.713.49-0.73-4.9534.8860.5337.3417.70-3.7325.13（4） 各板永久荷載、可變荷載反力組合：計算見表4，表中均取用各板的最

10、大值，沖擊系數(shù)計算： h=14+82=11cm=0.11max=1.6-0.180.110.112+0.181.31.321.6-0.180.11+0.181.3=0.4118mix=1121.6-0.180.113+1.6-0.180.110.4118-0.1122+112 0.181.33+0.181.31.32-0.41182=0.0663mc=gg=16.2451039.81=1655.97knm其中c30混凝土的e=3.01010pa則f=2l2eicmc=215.523.010100.06631655.97=7.16hz1.5hzf14hz，=0.1767f-0.0157=0.33

11、2 即沖擊系數(shù) 各梁永久荷載，可變荷載基本組合計算表 表4編號荷載情況1號梁r2號梁r3號梁r4號梁r5號梁r恒載251.80263.89263.89263.89251.80雙列對稱205.85339.09460.23339.09205.85雙列非對稱415.73361.64309.09256.55202.45人群對稱49.60-14.720-14.7249.60人群非對稱23.8615.426.98-1.46-9.91.2+1.4+0.8630.03779.62960.99779.62630.031.2+1.4+0.8609.44803.73966.57790.23582.431.2+1.4

12、+0.8923.86811.19749.39664.06625.271.2+1.4+0.8903.27835.30754.98674.67577.674、雙柱反力計算（圖9）所引起的各梁反力 表5： 雙柱反力g1計算 表5荷載組合情況計算式反力g1（kn）組合公路-級 雙列對稱 人群對稱1890.14組合公路-級 雙列對稱 人群非對稱1901.92組合公路-級 雙列非對稱 人群對稱2170.44組合公路-級 雙列非對稱 人群非對稱2182.21圖9，即偏載左邊的立柱反力最大（g1g2），并由荷載組合時控制設(shè)計。此時（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

13、9，為求得最大彎矩值，支點負(fù)彎矩取用非對稱布置時的數(shù)值，跨中彎矩取用對稱布置時數(shù)值。各截面彎矩計算式為：各種荷載組合下的各截面彎矩計算見表6 各截面彎矩計算 表6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2-2截面3-3截面4-4截面5-5組合雙列對稱1890.14630.03779.62-315.02-693.03-62.98705.81組合雙列對稱1901.92609.44803.73-301.72-670.38-24.14757.86組合雙列非對稱2170.44923.86811.20-461.93-1016.25-392.96303.65組合雙列非對稱21

14、82.21903.27835.30-451.64-993.60-354.13355.70（2）相應(yīng)于最大彎矩時的剪力計算一般計算公式為：截面1-1：，；截面2-2：；截面3-3：，；截面4-4：v左，；截面5-5：v左 ， 。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(kn)梁支座反力（kn）各截面剪力（kn）- - - - -r1r2r3v左v右v左v右v左v右v左v右v左v右組合1890.14630.03779.62960.990-630.03-630.03-630.03-630.031260.111260.11480.49480.49-480.5組合1901.92609.4

15、4803.73966.570-609.44-609.44-609.44-609.441292.481292.48488.75488.75-477.82組合2170.44923.86811.26749.390-923.86-923.86-923.86-923.861246.581246.58435.38435.38-314.01組合2182.21903.27835.30754.980-903.27-903.27-903.27-903.271278.941278.94443.64443.64-311.34 蓋梁內(nèi)力匯總表 表8內(nèi)力 截面號 - - - -彎矩（kn/m）m自重-2.25-10.50

16、-30.84-0.3141.96m荷載0-461.93-1016.25-392.96757.86m計算-2.25-472.43-1047.09-393.27799.82剪力（kn）v自重左-9.75-24.00-43.8052.800右-9.75-24.0069.3052.800v荷載左0-923.86-923.861246.58435.38右-923.86-923.861246.58435.38-314.01v計算左-9.75-947.86-967.661299.38435.38右-933.61-947.861315.88488.18-314.012、蓋梁內(nèi)力匯總（表8）表中各截面內(nèi)力取表6

17、和表7中的最大值，按表8可繪制內(nèi)力計算的包絡(luò)圖（三）截面配筋設(shè)計與承載力核算采用c30混凝土，主筋選用hrb335，22，保護(hù)層50mm（鋼筋中心至混凝土邊緣）。， 1.正截面抗彎承載力驗算 以下取-截面作配筋設(shè)計，其它截面雷同。已知：cm2，取，即： 化簡后為： 8.28 解方程得用1222鋼筋，其根數(shù)，實際選用12根，配筋率：45ftdfsd=451.39280=0.223即45ftdfsd該截面實際承載力為： 就正截面承載能力與配筋率而言，配筋設(shè)計滿足公預(yù)規(guī)要求。其它截面的配筋設(shè)計如表9所示。各截面配筋量計算表 （表9）截面號m(kn.m)所需鋼筋面積as(mm2)所需鋼筋（根數(shù)）實際選

18、用含筋率（%）根數(shù)as(mm2- -2.25 -830410.241-472.431628.174.28830410.241- -1047.093669.819.651245610.346-393.271352.313.56830410.241-779.822711.657.131038010.3022.斜截面抗剪承載能力驗算按公預(yù)規(guī)5.2.10條要求，當(dāng)截面符合：可不進(jìn)行斜截面抗剪承載力計算，僅需按公預(yù)規(guī)9.3.13條構(gòu)造要求配置箍筋。式中：預(yù)應(yīng)力提高系數(shù)，本例取=1.0； 混凝土抗拉設(shè)計強(qiáng)度，本例取=1.39mpa。對于-截面： 對于-截面-截面： 按公預(yù)規(guī)規(guī)定： 故按構(gòu)造配置箍筋和斜筋。

19、3全梁承載力校核已知，一根主筋22所能承受的彎矩值為：，其中，代入后得據(jù)此繪制彎矩包絡(luò)圖和全梁承載力校核圖，如下圖所示。四 橋墩墩柱計算墩柱一般尺寸見圖2，墩柱直徑為100，用30號混凝土，r235級鋼筋。（一）荷載計算1恒載計算:（1）上部構(gòu)造恒載，一孔總重：1295.26kn（2）蓋梁自重（半根梁重）：113.10kn（3）橫系梁重：1.00.73.225=56kn（4）一根墩柱自重：3.14160.53.525=68.72kn作用墩柱底面的恒載垂直力為：kn2汽車荷載計算荷載布置及行駛情況見前述圖，由蓋梁計算得知：（1）公路-級單孔荷載單列車時：相應(yīng)的制動力：按照公預(yù)規(guī)4.3.6條規(guī)定公

20、路-級汽車制動力不小于90kn，故取制動力90kn雙孔荷載單列車時： 相應(yīng)的制動力：，故制動力取90kn(2) 人群荷載單孔行人（單側(cè)） kn雙孔行人（單側(cè)） 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)生最大偏心彎矩，即產(chǎn)生最大墩柱低彎矩。3、雙柱反力橫向分布系數(shù)計算（汽車荷載位置見圖10）: 圖10（1）單列車時： 雙列車時：（2） 人群荷載 單側(cè)： 雙側(cè)： 4. 荷載組合（1）最大最小垂直反力計算，見下表10 可變荷載組合垂直反力計算 表10 編號荷載狀況最大垂直反力（kn）最小垂直反力（kn）1公路-級單列車1.0386.36002雙列車0.631

21、487.590.369285.133人群荷載單側(cè)1.42339.17-0.423-14.754雙側(cè)0.534.880.534.88表中汽車荷載已經(jīng)乘以沖擊系數(shù)（1+=1332）（2）最大彎矩時計算（單孔）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垂直力（kn）水平力h（kn）對柱頂中心彎矩（）0.25（b1-b2）1.1h1上部與蓋梁-436.92002單孔雙列車458.060.6311.332385.000385.004596.2549.53人群單孔雙側(cè)69.760.534.88-34.88-8.72-表內(nèi)水平力由兩墩柱平均分配。（二）截面配筋計算及應(yīng)力

22、驗算1作用于墩柱頂?shù)耐饬Γ▓D11）（1）垂直力：最大垂直力：最小垂直力：(需要考慮與最大彎矩值相適應(yīng)) （2）彎矩： （3）水平力： h=45kn圖112、作用于墩柱底的外力3、截面配筋計算已知墩柱選用c30混凝土，采用1216r235鋼筋，=24.13,則縱向鋼筋配筋率，由于，故不計偏心增大系數(shù)：取.0；（1）雙孔荷載，按最大垂直力時，墩柱頂按軸心受壓構(gòu)件驗算，根據(jù)公預(yù)規(guī)5.3.1條： 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： =1.0，根據(jù)公預(yù)規(guī)5.3.9條偏心受壓構(gòu)件承載力計算應(yīng)符合下列規(guī)定：設(shè)g=0.88,代入=13.8、=280后，經(jīng)整理得 =按公預(yù)規(guī)提

23、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)試算查的各系數(shù)a、b、c、d為設(shè)=0.8，a=2.1234 ,b=0.5898,c=1.6381, d=1.1212代入后 當(dāng)=0.7，a=1.8102 ,b=0.6559,c=1.0692, d=1.4769代入后 當(dāng)=0.73，a=1.9052 ,b=0.6386,c=1.2987, d=1.3358代入后 則取=0.73， 即 墩柱承載力滿足規(guī)范要求。五 鉆孔灌注樁的設(shè)計計算鉆孔灌注樁的直徑為1.20m，用c25混凝土，16r235鋼筋。由地質(zhì)資料分析設(shè)計宜采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。灌注樁按m法計算，設(shè)m值為10

24、104kn/m4(密實細(xì)沙夾礫石)樁身混凝土受壓彈性模量=2.60104mpa（一）荷載計算每一根樁承受的荷載為：1、一孔恒載反力（圖12）2、蓋梁恒重反力3、系梁恒重反力4、一根墩柱恒重 作用于樁頂?shù)暮爿d反力為：5、灌注樁每延米自重 （已扣除浮力）6.可變荷載反力（1）兩跨可變荷載反力（公路-級）（人群荷載）（2）單跨可變荷載反力（公路-級）（人群荷載）（3） 制動力t=45kn,作用點在支座中心，距樁頂距離為（4） 縱向風(fēng)力：無橫橋向水平推力及縱橋向風(fēng)荷載，可不予考慮風(fēng)力。7、作用于樁頂?shù)耐饬Γ瑘D13 圖12 圖13 （雙孔） （單孔） 單跨可變荷載時： 8.作用與地面處樁頂上的外力（二）

25、樁長計算由于地基土層單一，用公路橋規(guī)確定單樁軸向受壓承載力容許值經(jīng)驗公式反算樁長，該樁埋入局部沖刷線以下深度為h，一般沖刷線以下深度為h3，則式中：u樁周長，考慮用沖抓錐鉆孔灌注，成孔直徑不變，則 樁壁摩阻力，按表值取為70kpa 帶入得：樁底最大垂直力為：n=1384.21+2.516.95+0.516.95h=1426.59+8.48h即1426.59+8.48h=603.9+166.31h故 h=1426.59-603.9166.31-8.48=5.21（m） 取h=6m，即地面以下樁長為8.5m，由上式反求：可知，樁的軸向承載力滿足要求。（三）樁的內(nèi)力計算（m法）1，樁的計算寬度b：2

26、. 樁的變形系數(shù)： 式中： ，受彎構(gòu)件： 故： 可按彈性樁計算。3 地面以下深度z處樁截面的彎矩mz與水平壓應(yīng)力z的計算： 已知作用于地面處樁頂上的外力為 n0=1401.16kn, h0=45kn, m0285.92(kn.m) 局部沖刷線下深度z處樁截面的彎矩mz =查表得，mz計算列表如表12，樁身彎矩分布圖14 mz計算列表 表12zz=zh、=hambmhoam/mobmmz00.25 0.51 1.02 1.53 2.04 2.54 3.31 3.82 5.09 6.36 7.63 8.91 10.18 00.10 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.30 1.5

27、0 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 3.343.34 3.34 3.34 3.34 3.34 3.34 3.34 3.34 3.34 3.34 3.34 3.34 3.34 0.00000 0.09959 0.19670 0.37565 0.52348 0.63264 0.69724 0.72678 0.68746 0.58247 0.31785 0.09511 0.00001 1.00000 0.99973 0.99797 0.98521 0.95613 0.90892 0.84108 0.71242 0.61347 0.34529 0.17468 0.02671 0.00

28、002 0.00 11.40 22.52 43.01 59.94 72.44 79.83 83.22 78.71 66.69 36.39 10.89 0.00 0.00 285.92 285.84 285.34 281.69 273.38 259.88 240.48 203.70 175.40 98.73 49.94 7.64 0.01 0.00 285.92 297.25 307.86 324.70 333.32 332.32 320.32 286.91 254.12 165.42 86.34 18.53 0.01 圖14 樁身水平應(yīng)力 查表計算各值，計算見表13，樁身水平應(yīng)力分布見圖14。 水平壓應(yīng)力計算 表13zz=zh、=h0.00 0.51 1.02 1.78 2.29 2.80 3.82 5.09 7.63 10.18 0.00 0.20 0.40 0.70 0.90 1.10 1.50 2.00 3