墩台课程设计.doc

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墩台与基础工程课程设计班级：学生姓名：学号：指导教师：24 （一）设计资料21.上部构造22.荷载等级23.上部恒载24.主要材料25.支座36.桥墩37.使用规范：38.地质水文资料3（二）盖梁计算51.垂直荷载计算52.恒载与活载反力汇总10（三）墩柱计算17⒈恒载计算18⒉活载计算18⒊墩柱配筋设计18（四）桩基设计2224 （一）设计资料1.上部构造预应力混凝土简支梁桥，跨径25m，梁长24.94m，计算跨径24.30m，五梁式五孔桥面连续。一联中间各墩设平板橡胶支座，端部桥台设滑板橡胶支座。桥面净宽１１ｍ＋１.０ｍ＋０.５ｍ，单向３车道。2.荷载等级公路Ⅰ级，车道荷载中qk=10.5kN/m，Pk=260kN/m（按内插法求得）3.上部恒载上部结构恒载见表1表1各梁恒载反力表每片边梁（kN/m）每片中梁（kN/m）一孔上部构造（kN）各梁支座反力（kN）边梁中梁30.4231.823898.12379.34396.804.主要材料预应力混凝土梁采用C40混凝土，EC=3.25×104MPa；盖梁与墩身均采用C25混凝土，EC=2.80×104MPa；承台与桩基均采用C20混凝土，EC=2.55×104MPa；主筋采用HRB335级钢筋，Es=2.1×105MPa；箍筋采用R235级钢筋，Es=2.0×105MPa。5.支座板式橡胶支座摩阻系数f=0.05；滑板支座最小摩阻系数f=0.03，一般情况为0.05。6.桥墩一般构造图见图1，桥面连续布置见图3.h0=h5=5m；h1=h4=7m；h2=h3=9m；7.使用规范：《公路桥涵设计通用规范》、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》。8.地质水文资料（1）、无流水，无冰冻。（2）、土质情况：第一层杂填土，基本承载力σ0=130σ0=130kPa，土的容重γ=16kN/m3。第二层沙黏土，液化指数IL=0.667,空隙比e=0.88，基本承载力σ0=190kPa，极限摩擦力f=80kPa，地基系数的比例系数m=10000kN/m4，土的容重γ=18kN/m3。第三层卵石，中密，基本承载力σ0=500kPa，极限摩擦力f=120kPa，地基系数的比例系数m=30000kN/m4。24 注：图中桩根数要根据荷载的大小和地质条件确定。24 图3.桥面连续布置（二）盖梁计算1.垂直荷载计算（1）盖梁自重及内力计算（见图2和表2）截面编号自重（kN）弯矩（kN·m）剪力（kN）Q左Q右1-148.08-26.44-48.08-48.082-234.55-65.31-82.63-82.633-357.38-165.50-140.01223.134-463.7525.76159.38159.385-5159.38224.9800（2）活载计算①活载横向分布系数荷载对称布置用杠杆法，非对称布置用偏心压力法。单列汽车对称布置（图4）K1=K5=0，,,图4.单列车对称布置（单位：cm）b.双列汽车对称布置（图5）K1=K5=0，,24 图5.双列车对称布置（单位：cm）C.三列汽车对称布置（图6）K1=K5=0.3，,图6.三列车对称布置（单位：cm）d.单列汽车非对称布置（图7）,图7.单列车非对称布置（单位：cm）24 d.双列汽车非对称布置（图8）n=5，e=280，图8.双列车非对称布置（单位：cm）f.三列汽车非对称布置（图9）n=5，e=125，图9.三列车非对称布置（单位：cm）汽车顺桥行驶单孔单列车（图10）24 图10.顺桥向单孔车布置（单位：cm）b.双孔单列车（图11）图11.顺桥向双孔车布置（单位：cm）③活载横向分配后各梁支点反力计算式为：，计算结果见表3按照《公路桥涵设计通用规范》4.3.2条，冲击系数表3.各梁活载反力汇总表荷载横向分配情况汽车荷载计算方法荷载布置横向分布系数单孔荷载双孔荷载B(kN)(kN)B(kN)(kN)按杠杆法计算单列车对称布置K1=0.000387.60.00515.20.00K2=0.18067.77515.292.74K3=0.640248.06515.2329.73K4=0.18069.77515.292.74K5=0.0000.00515.20.0024 双列车对称布置K1=0.000387.60.00515.20.00K2=0.620240.31515.2319.42K3=0.760294.58515.2391.55K4=0.620240.31515.2319.42K5=0.0000.00515.20.00三列车对称布置K1=0.000387.690.7515.2120.56K2=0.620247.91515.2329.53K3=0.760229.77515.2305.42K4=0.620247.91515.2329.53K5=0.00090.7515.2120.56按偏心受压法计算单列车非对称布置K1=0.548387.6212.40515.2282.33K2=0.374144.96515.2192.68K3=0.20077.52515.2103.04K4=0.02610.08515.213.40K5=-0.148-57.36515.2-76.25双列车非对称布置K1=0.424775.2328.681030.4436.89K2=0.312241.861030.4321.48K3=0.200155.041030.4206.08K4=0.08868.221030.490.68K5=-0.024-18.601030.4-24.73三列车非对称布置K1=0.300907272.101205.6361.68K2=0.250226.751205.6301.40K3=0.200181.401205.6241012K4=0.150136.051205.6180.84K5=0.10090.701205.6120.562.恒载与活载反力汇总恒载与活载反力汇总见表4结构基频式中—结构的计算跨径，；—结构材料的弹性模量（），；—结构跨中截面的截面惯性矩（），=0.1058；24 —结构跨中处的单位长度质量（）。，G为结构跨中处延米结构重力（），G=26750,g为重力加速度，g=9.81。表4.各梁反力汇总荷载情况1号梁2号梁3号梁4号梁5号梁上部恒载758.68793.60793.60793.60758.68双孔双列对称布置×（）0.0022540411.13335.400.00双孔双列非对称布置×（）458.73337.56216.3895.21-25.97双孔三列对称布置×（1+）0.00443.59411.13443.590.00双孔三列非对称布置×（）379.76316.47253.18189.881236.59双柱反力计算（图12）计算结果见表5图12.双柱反力计算（单位：cm）24 表5墩柱反力计算表荷载情况上部恒载1949.08双孔双列对称布置×（1+）540.97双孔双列非对称布置×（1+）973.72双孔三列对称布置×（1+）649.16双孔三列非对称布置×（1+）858.99盖梁各截面内力计算弯矩计算支点弯矩采用非对称布置时计算值，跨中弯矩采用对称布置时的弯矩值。计算结果见表6表6弯矩计算表荷载情况墩柱反力（kN）梁的反力（kN）各截面弯矩（kN·m）1-12-23-34-45-5上部恒载1949.08758.68793.60-455.21-1138.0252.381044.38汽车对称649.20443.6000649.161163.07汽车非对称973.7458.73337.560-275.24-688.10-173.10270.48相应最大弯矩时的剪力计算剪力计算结果见表7表7剪力计算表荷载情况墩柱反力（kN）梁的反力（kN）各截面剪力（kN）1-12-2上部恒载1949.08758.68793.60793.600-785.68-785.68-785.68汽车荷载对称649.20443.6411.130000非对称973.7458.73337.56216.380-458.73-458.73-458.73荷载情况各截面剪力（kN）3-34-45-524 上部恒载-785.681190.401190.40396.80396.80-396.80汽车荷载对称0649.2649.2205.6205.6-205.6非对称-458.73514.97514.97177.41177.41-38.97①弯矩组合见表8；表8弯矩组合表内力组合值（kN·m）截面号1-12-23-34-45-51上部恒载0.00-455.21-1138.0252.381044.382盖梁自重-26.44-65.31-165.5025.76224.983汽车对称布置0.000.000.00649.161163.074汽车非对称布置0.00-275.24-688.10-173.10270.4851+2+3-31.728-624.622-1564.2241002.5853151.52761+2+4-31.728-1009.95-2527.557-148.5751901.904②剪力组合见表9.表9剪力组合表内力组合值（kN）截面号1-12-23-34-45-51上部恒载0-785.68-785.681190.40396.80-785.68-785.681190.40396.80-396.802盖梁自重-48.08-82.63-140.01159.380-48.08-82.63-140.01159.3803汽车对称布置000649.2205.600649.2205.6-205.64汽车非对称布置0-458.73-458.73514.97177.41-458.73-458.73514.97177.41-38.9751+2+3-57.70-1041.97-110.832528.62764.00-1000.51-1041.97-1041.972169.35-764.0061+2+4-57.70-1684.19-1753.052340.69724.53-1642.73-1684.191981.43915.79-530.7224 各墩水平力计算采用集成刚度法进行水平力分配上部构造每片边梁支点反力为379.34kN，每片中梁支点反力为396.80kN。中墩橡胶支座中钢板总厚度为10mm，剪切模量G=1200kN/m2，每跨梁一端设有5个支座，每排支座抗推刚度为式中F—橡胶板支座平面面积；G—橡胶板支座剪切模量；h—支座橡胶板厚度；n—墩上支座设置数目。每个墩上设有两排橡胶支座，则支座刚度为取桥台及两联间桥墩的滑板支座的摩阻系数，其中最小摩阻系数=0.03.桥墩（台）刚度计算桥墩（台）采用C25混凝土，其中弹性模量EC=2.80×104MPa。各墩（台）悬臂刚度K0~K5计算h0=h5=5m；h1=h4=7m；h2=h3=9m；一墩两柱：则，对侨台：=257969.37kN/m2②墩（台）与支座串联，串联后各刚度Ki为对桥墩：对侨台：24 制动力分配①制动力计算先计算一个设计车道上的制动力。车道荷载中qk=10.5kN/m，Pk=260kN/m，加载长度为125m作用在其上的车道荷载标准值的总重力为<165kN故一个车道上的制动力取165KN，同向行驶3车道的制动力为一个设计车道的2.34倍，其值为165×2.34=368.1KN。②制动力分配则各墩台分配的制动力为0.0122275×3401.36=41.59kN0.0122275×6422.67=78.53kN0.0122275×5964.13=72.93kN③0号及5号台的最小摩阻力为,其中：∑N=379.34×2+396.80×3=1949.08KN。则=0.03×1949.08=58.47KN因大于0号台(41.59kN)及5号台(41.59kN),两台处支座均无滑移的可能性，故制动力不再进行重分配。④桥台滑板支座的水平力取摩阻系数，则滑板支座产生的摩阻力F=0.05×1949.08=97.45kN。F大于0号台（41.59kN）及5号台(41.59kN），故取kN，5号台kN。⑶温度影响力的分配（设温度上升20℃）①对一联中间各墩设橡胶支座的情况求温度变化临界点距0号台的距离则24 =51.73mb.计算各墩台温度影响力式中：α=0.00001，t=20℃。故临界点以左：临界点以右：②对侨台及两台间桥墩设滑板支座的情况0号台及5号台最小摩阻力==58.47kN，大于温度影响力，故温度影响力0号台为35.19kN，5号台为49.84kN。⑷各墩台水平力汇总相应于双孔布载时的水平力见表10.表10双孔布载水平力汇总荷载名称墩（台）号0123451制动力41.5978.5372.9372.9378.5341.592温度影响力35.1934.342.0627.7662.0149.843制动力+温度影响力76.78112.8774.99100.69140.5491.43单孔布载时，三车道最大制动力仍为386.1kN。其水平力计算汇总情况同双孔布载的情况。盖梁配筋设计盖梁材料选用C30级混凝土，HRB335级钢筋，，保护层厚度为20mm，，梁的有效高度为为，截面受压区高度24 得受拉纵向钢筋截面面积为钢筋选用1625,mm2。取混凝土保护层厚度为30mm，箍筋直径为10mm，则钢筋间距为：支点处截面受负弯矩，截面受压区高度为得受拉纵向钢筋截面面积为取梁底10根受力钢筋做弯起钢筋，则支座处梁顶另配420即可配筋图为图13所示图13.抵抗弯矩图24 跨中截面配筋图（三）墩柱计算（选取4号墩进行计算）⒈恒载计算⑴一孔上部构造恒载：3898.12kN。⑵盖梁自重（半边）：363.14kN。⑶一根墩柱自重（当=7m时）：⑷承台自重⑸桩身每米自重⒉活载计算⑴水平荷载①当汽车荷载为单孔布置时，制动力与温度影响力总和为：H=140.54kN②当汽车荷载为双孔布置时，制动力与温度影响力总和为：H=140.54kN⑵垂直荷载①汽车荷载单孔单列车布置24 ②汽车荷载单孔单列车布置⒊墩柱配筋设计⑴双柱反力横向分布计算①汽车单列布载②汽车双列布载③汽车三列布载⑵活载内力计算汽车双孔荷载产生的支点反力最大，单孔荷载产生的偏心弯矩最大。①最大最小垂直力计算见表11表11最大最小垂直力计算表荷载情况B1(kN)B2(kN)B(kN)最大垂直反力(kN)最小垂直反力(kN)双孔单列127.6387.6515.21.121606.4-0.121-65.5双孔双列255.2775.21030.40.900973.70.100108.2双孔三列298.6907.01205.60.679859.50.321406.3②相应于最大最小垂直力时的弯矩计算见表12表12相应于最大最小垂直力时的弯矩计算表荷载情况H(kN)B1(kN)B2(kN)1号柱底弯矩（kN·m）2号柱底弯矩（kN·m）0.35(1+μ)(B2-B1)K10.35(1+μ)(B2-B1)K2双孔单列127.6387.61.121-0.121107.1-11.6双孔双列255.2775.20.9000.100172.019.1双孔三列298.6907.00.6790.321151.871.8制动力78.53333.8333.8温度影响力62.01263.5263.524 ③墩柱弯矩计算表见表13表13最大弯矩计算表荷载情况H(kN)B1(kN)B2(kN)垂直力(kN)1号柱底弯矩（kN·m）2号柱底弯矩（kN·m）(1+μ)(B2+B1)K1(1+μ)(B2+B1)K20.35(1+μ)(B2-B1)K10.35(1+μ)(B2-B1)K2单孔单列0387.61.121-0.121456.2-49.2159.7-17.2单孔双列0775.20.9000.100732.681.4256.428.5单孔三列0907.00.6790.321646.6305.7226.3107.0制动力78.53333.8333.8温度影响力62.01263.5263.5⑶墩底截面内力组合（见表14）内力名称截面位置1号柱底截面2号柱底截面N（kN)H（kN)M（kN·m）N（kN)H（kN)M（kN·m）1上部恒载1949.11949.12盖梁重363.1363.13墩柱自重269.4269.394单孔单列456.2159.7-49.2-17.25单孔双列732.6256.481.428.56单孔三列646.6226.3305.7107.07双孔单列606.4107.1-65.5-11.68双孔双列973.7172.0108.219.19双孔三列859.5151.8406.371.810制动力78.53333.878.53333.811温度力62.01263.562.01263.524 121+2+3+4+10+113037.8140.54757.02532.4140.54580.1131+2+3+5+10+113314.2140.54853.72663.0140.54625.8141+2+3+6+10+113228.2140.54823.62887.3140.54704.3151+2+3+7+10+113188.0140.54704.42516.1140.54585.7161+2+3+8+10+113555.3140.54769.32689.8140.54616.4171+2+3+9+10+113441.1140.54749.12987.9140.54669.1⑷墩柱强度验算有内力组合表知，以下组合控制设计：①恒载+单孔三列汽车荷载+制动力+温度力Nj=3228.2kN,Mj=853.7（kN·m）②恒载+双孔双列汽车荷载+制动力+温度力Nj=3555.3kN,Mj=769.3（kN·m）（四）桩基设计（1）承台底荷载计算∑N=N1+N2=3441.1+2987.9=6429kN∑P=140.54+140.54=281.08kN∑M=749.1+669.1+281.08×2=1980.36kN·m⑵承台前侧的土抗力计算①计算宽度b024 桩的计算宽度为：，由于故取计算宽度为；②换算多层土的m值假定αh＞2.5，则在桩底一下4.6m土的深度范围内有一层土，则地基系数的比例系数m=10000kN/m4。由于，故取k=1.0。③桩的变形系数α⑶计算、、、令区桩身入土深度为h=20m，，按查取函数值。⑷计算桩顶柔度系数、、得：24 ⑸计算桩顶刚度系数、、、，，h=20m，A=1.327m2，，⑹计算低桩承台对称竖直桩总刚度系数承台前侧地基系数C图形的面积：承台前侧地基系数C图形对底边的面积矩：承台前侧地基系数C图形对底边的惯性矩：低桩承台对称竖直桩总刚度系数为：⑺计算承台底部中心处位移b、a、β24 ⑻桩顶内力计算⑼土面以下桩身弯矩⑽桩身检算①检算单桩轴向承载力采用经验公式可得钻孔桩轴向容许承载力为：②检算桩身材料强度桩身材料为C20混凝土，单桩极限承载力为③桩基承载力计算24 桩基底面地基的应力检算④墩台顶面水平位移检算24