橋梁工程重力式橋墩課程設(shè)計(jì)總結(jié)

1、北京交通大學(xué)橋梁工程墩臺(tái)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)第一章 工程設(shè)計(jì)概況一、 線路、水文、地質(zhì)情況線路為級(jí)鐵路，單線，直線，平坡?；氐刭|(zhì)粘土，液性指數(shù)0.13，孔隙比0.69基本承載力400kPa，土的容重19.5kN/m³。水文、氣象：無(wú)流水、無(wú)冰凍。二、 設(shè)計(jì)活載及建筑材料概述設(shè)計(jì)活載為中活載，且乘以荷載系數(shù)1.3。圖11 中活載圖示墩帽采用標(biāo)號(hào)C30，鋼筋混凝土，托盤(pán)及縮頸以下40cm墩身采用C30號(hào)混凝土，墩身及基礎(chǔ)采用C20號(hào)混凝土。三、 橋梁跨度、樣式、尺寸說(shuō)明跨度24m單線鐵路先張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁。梁全長(zhǎng)24.6m，梁縫0.1m，梁高2.1m，支座鉸中心至支撐墊石頂面為0.325m

2、，軌底至梁底2.6m，軌底至支撐墊石頂高度3.0m，墊石高度為0.2m，支座底板尺寸為，支座全高0.4m，每孔梁重1568kN。橋上設(shè)雙側(cè)人行道及欄桿。四、 橋墩形式及尺寸頂帽及托盤(pán)尺寸見(jiàn)附圖一。墩身及基礎(chǔ)尺寸見(jiàn)附圖二。各部分尺寸確定依據(jù)及最終取值如下：（1） 墩帽厚度墩帽直接支撐橋跨結(jié)構(gòu)承受較大的支座反力，為了把支座反力均勻地傳遞給墩身，鐵路規(guī)范規(guī)定，墩帽的厚度不小于40cm，并應(yīng)采用不低于C30的混凝土，一般要設(shè)置鋼筋。依據(jù)以上規(guī)范規(guī)定，設(shè)置墩帽厚度為40cm，采用C30混凝土，并設(shè)置鋼筋。（2） 墩帽平面尺寸當(dāng)相鄰跨度相等時(shí)，相鄰支座間的順橋方向中心距離為梁支座底板縱向尺寸梁端至支座中心

3、線的距離（）為相鄰兩梁之間應(yīng)留的縫隙（）支座底板尺寸給定，經(jīng)過(guò)驗(yàn)算：滿足規(guī)范要求。為了提高局部承壓力，并考慮施工誤差及預(yù)留錨栓孔的要求，支撐墊石邊緣至支座底板邊緣應(yīng)保持一定的距離b，其值為1520cm。依據(jù)以上規(guī)范規(guī)定，取b=20cm。支撐墊石邊緣至頂帽邊緣的距離c，為了滿足架梁時(shí)或養(yǎng)護(hù)時(shí)安放移梁及頂梁設(shè)備的需要，應(yīng)符合以下規(guī)定：a順橋方向（縱向）：跨度時(shí)，c不應(yīng)小于15cm；時(shí)，c不應(yīng)小于25cm；時(shí)，c不應(yīng)小于40cm。b橫橋方向（橫向）：當(dāng)頂帽為圓弧形時(shí)，支撐墊石角至頂帽最近邊緣的最小距離與順橋方向相同。當(dāng)頂帽為矩形時(shí)，支撐墊石角至頂帽邊緣的最小距離為50cm。這樣等跨度直線橋頂帽縱向尺

4、寸為：考慮到一般架橋機(jī)架設(shè)分片式梁時(shí)，每片梁不能直接落在設(shè)計(jì)位置，需在墩頂上作橫向移動(dòng)，為了給出一定的工作位置，確保操作安全，鐵路規(guī)范規(guī)定，頂帽橫向?qū)挾菳還應(yīng)滿足下列要求：當(dāng)跨度時(shí)，;時(shí)，;時(shí)，。依據(jù)以上規(guī)范規(guī)定，取c=80cm，取B=8m。（3） 托盤(pán)尺寸為了保證懸出部分的安全，根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，試驗(yàn)資料和構(gòu)造要求，規(guī)定墩帽下四周設(shè)1020cm寬的飛檐，托盤(pán)底面橫向?qū)挾菳不宜小于支座底板外緣的距離b；托盤(pán)側(cè)面與豎直線間的夾角；支撐墊石橫向邊緣外側(cè)50cm處的頂帽底緣點(diǎn)豎直線與該底緣點(diǎn)至托盤(pán)底部邊緣處的連線的夾角，如圖12所示。圖12 橋墩托盤(pán)尺寸（單位cm）（4） 墩身尺寸鐵路橋墩的側(cè)坡不應(yīng)小于

5、20:1，更多情況下采用30:140:1。設(shè)計(jì)中橋墩的縱向、橫向傾斜度均采用35:1。（5） 明挖基礎(chǔ)尺寸 明挖基礎(chǔ)可采用單層式或多層式，每一層的厚度不宜小于1.0m。雙向受力矩形墩臺(tái)的明挖基礎(chǔ)，其最上一層基礎(chǔ)臺(tái)階兩正交方向的破線與豎直線所成的夾角，對(duì)于混凝土基礎(chǔ)不應(yīng)大于35°；其下各層臺(tái)階正交方向的夾角不應(yīng)大于45°，如圖13所示圖13 橋墩托盤(pán)尺寸（單位cm）第二章 荷載計(jì)算一、 主力（一） 垂直荷載1、 梁及橋面重（按木枕橋面計(jì)）2、 橋墩圬工重（1） 頂帽C30號(hào)鋼筋混凝土（2） 托盤(pán)C30號(hào)混凝土（3） 墩身圬工重圬工體積當(dāng)，時(shí)，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表21表21565.41

6、1504.3710141.773260.8115229.925288.0820330.657604.9622.2379.178720.97（二） 垂直荷載1、單孔輕載（圖21）圖21 單孔輕載（單位m）2、 單孔重載（圖22）圖22 單孔重載（單位m）3、 雙孔重載（圖24）由結(jié)構(gòu)力學(xué)原理可知，如果相鄰兩孔梁的跨度分別為和，兩孔梁上靜活載分別為和，則當(dāng)時(shí)，簡(jiǎn)算墩的支座反力之和為最大，因?yàn)槭堑瓤缌?，所以公式?jiǎn)化成，計(jì)算x值：圖23 x計(jì)算簡(jiǎn)圖（單位m）由此可以得出雙孔重載圖示：圖24 雙孔重載（單位m）4、 雙孔空載（圖25）圖25 雙孔空載（單位m）二、 附加力（一） 順橋方向水平力1、 制動(dòng)

7、力（牽引力與制動(dòng)力大小相等，方向相反）（1） 單孔輕載和單孔重載對(duì)墩身任意截面的力矩：見(jiàn)表22表22510152022.22763.564507.126250.687994.248761.41（2） 雙孔重載因?yàn)榫∮谝豢琢嚎绲墓潭ㄖё乃搅Γ嗜圆捎脝慰琢嚎缰苿?dòng)力。2、 風(fēng)力風(fēng)壓強(qiáng)度按計(jì)算。（1） 頂帽及托盤(pán)風(fēng)力（縱向）見(jiàn)表23表23510152022.2118.294210.144301.994393.844434.258（2） 墩身風(fēng)力（計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表24）風(fēng)壓強(qiáng)度按計(jì)算。受風(fēng)面積風(fēng)力力臂力矩（對(duì)計(jì)算截面）力矩（對(duì)基頂截面）表24510152022.224.4450.4478.02107

8、.17120.5(對(duì)計(jì)算截面)60.43246.98567.481029.811280.19(對(duì)基頂截面)480.72862.381129.231265.591280.19（二） 橫橋方向水平力1、梁及列車(chē)風(fēng)力鋼軌高度采用軌底至梁底軌底至支撐墊石頂軌頂至梁底高度列車(chē)風(fēng)力力臂梁上受風(fēng)面積一孔列車(chē)受風(fēng)面積（1）橋上無(wú)車(chē)（2）橋上有車(chē)單孔活載（3）橋上有車(chē)雙孔活載以上力矩為對(duì)支撐墊石頂面力矩，對(duì)墩身截面再增加：，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表25表255+2.610+2.615+2.620+2.622.2+2.6橋上無(wú)車(chē)74.9974.9974.9974.9974.99703.4041078.3541453.3041

9、828.2541993.232單孔活載115.74115.74115.74115.74115.741223.4041802.1042380.8042959.5043214.132雙孔活載156.5156.5156.5156.5156.51743.472525.973308.474090.974435.272、頂帽及托盤(pán)風(fēng)力（表26）表26510152022.252.3893.74135.1176.46194.663、墩身風(fēng)力（表27）風(fēng)壓強(qiáng)度按計(jì)算。受風(fēng)面積風(fēng)力力臂力矩（對(duì)計(jì)算截面）力矩（對(duì)基頂截面）表27510152022.216.1933.9453.2774.1783.87 (對(duì)計(jì)算截面)

10、39.81164.48381.86699.81873.59(對(duì)基頂截面)318.2578.58765.41862.98873.593、列車(chē)橫向搖擺力（表28）510152022.22360.84050.85740.87430.88174.4第三章 墩身計(jì)算墩身截面幾何與力學(xué)性質(zhì)計(jì)算矩形截面如圖31。圖31 矩形截面計(jì)算圖示（單位m）計(jì)算公式：截面面積 截面慣性矩 截面抵抗矩 各截面計(jì)算結(jié)果如表31表3154.593.0914.183111.28517.304324.900910.8501104.873.3716.411915.53249.218032.436613.3210155.163.66

11、18.885621.082011.520241.903416.2416205.443.9421.433627.727214.074752.858119.433122.25.574.0722.669931.293715.377758.610921.0452一、 截面偏心檢算（一）縱向偏心檢算截面偏心應(yīng)按各種荷載最不利組合，對(duì)墩身各截面進(jìn)行檢算，一般系單孔輕載（主加附）控制縱向偏心，按單孔輕載時(shí)列出截面計(jì)算結(jié)果如表32。 單孔輕載（主+附）縱向偏心檢算 表32截面位置510152022.2恒載5161.336917.778945.0411261.9212377.93活載1507.881507.88

12、1507.881507.881507.88垂直力合計(jì)6669.218425.6510452.9212769.813885.81制動(dòng)力348.712348.712348.712348.712348.712風(fēng)力42.8168.8196.39125.54138.87水平力合計(jì)391.522417.522445.102474.252487.582垂直力力矩527.758527.758527.758527.758527.758水平力力矩2942.2844964.2447120.1549417.89410475.86力矩合計(jì)3470.0425492.0027647.9129945.65211003.62偏

13、心0.5200.6520.7320.7790.792容許偏心0.9271.0111.0981.1821.221（二）橫向偏心檢算1、橋上無(wú)車(chē)，墩身橫向偏心檢算（表33）表33截面位置510152022.25161.336917.778945.0411261.9212377.9399.452117.202136.532157.432167.132795.5941336.5741970.2642704.5243061.4820.1540.1930.2200.2400.2471.3771.4611.5481.6321.6712、雙孔空載，墩身橫向偏心檢算（表34）表34截面位置510152022.2

14、5482.437238.879266.1411583.0212699.03180.962198.712218.042238.942248.6421835.662784.193825.434967.245503.520.3350.3850.4130.4290.4331.3771.4611.5481.6321.6713、雙孔空載列車(chē)橫向搖擺力，墩身橫向偏心檢算（表35）表35截面位置510152022.25482.437238.879266.1411583.0212699.031301301301301302360.84050.85740.87430.88174.40.4310.5600.6200

15、.6420.6441.3771.4611.5481.6321.671二、 穩(wěn)定性和強(qiáng)度檢算（一）整體縱向穩(wěn)定性驗(yàn)算查表內(nèi)插計(jì)算變截面影響系數(shù) 計(jì)算臨界荷載，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表36表36項(xiàng)目單孔重載雙孔重載2506.62506.6或1979.243029.27墩頂垂直力4485.845535.87墩頂水平力348.712348.712支點(diǎn)反力力矩692.73435.105制動(dòng)力或牽引力力矩113.33113.33墩頂外力力矩806.064148.4350.0520.0078剛度修正系數(shù)0.5570.64112775931470265臨界荷載6520065639主力+附加力時(shí)安全系數(shù)0.0570.051

16、（二）強(qiáng)度檢算1、計(jì)算彎矩增大系數(shù)，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表37表37項(xiàng)目單孔重載雙孔重載（主+附）0.110.135 1.00191.0021 1.00321.00351.00451.00501.00571.00631.00631.00692、墩身強(qiáng)度檢算（1）單孔重載（主+附）（表38）表38510152022.27140.578897.0110924.2813241.1614357.173635.0185656.9787812.88810110.6311168.591.00191.00321.00451.00571.00631002.0561157.7591259.6871340.2251364.1

17、754.85615-73.5448-102.797-104.674-97.5462（2）雙孔重載（主+附）（表39）表39510152022.28190.69947.0411974.3114291.1915407.22977.3894999.3497155.2599452.99910510.961.00211.00351.0051.00631.0069985.96751150.3321258.2551342.6281367.868169.012761.842459.83348-9.09613-8.60346（3） 計(jì)算最大壓應(yīng)力 從以上計(jì)算結(jié)果可以看出，墩身單孔重載較雙孔重載應(yīng)力大，因?yàn)榻孛娉?/p>

18、現(xiàn)拉應(yīng)力故按單孔重載作應(yīng)力重分布計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表310表310510152022.23.093.373.663.944.0714.183116.411918.885621.433622.66990.51000.63790.71840.76790.78280.1650.1890.1960.1950.1922.002.142.192.192.16墩身C20號(hào)混凝土容許壓應(yīng)力，計(jì)算主力加附加應(yīng)力時(shí)容許壓應(yīng)力可以提高30%，即，以上計(jì)算最大壓應(yīng)力均在容許范圍以內(nèi)。從前面荷載計(jì)算和墩身截面模量計(jì)算可以看出，順橋方向垂直力以及彎矩均比橫橋向的大，截面模量則順橋向比橫橋向的小，所以墩身強(qiáng)度判定順橋向作為控制設(shè)計(jì)，橫橋向不再計(jì)算。三、 墩頂彈性水平位移檢算 沿墩身高度H等分為若干段，采用3m分一段，墩身分段及編號(hào)見(jiàn)圖32。圖32 墩身分段（單位cm） 用虛功原理數(shù)積法計(jì)算橋墩墩頂縱向水平位移，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表311。311墩身分段序列數(shù)分段截面至墩頂距離分段截面慣性矩分段截面彎矩墩頂偏心彎矩墩頂水平力產(chǎn)生的彎矩墩身縱向風(fēng)力矩彎矩總計(jì)008.17806.06500806.098.661013.18.171081.007