下部结构设计计算算例(样例).doc

任务书目录151 设计资料1.1 地质资料按任务书填1.2 桩、墩尺寸与材料按任务书填本设计下部结构采用桩柱式墩台基础。根据该桥梁设计跨径*，桥墩型式采用单排双柱式。桥墩帽梁高度取*m，系梁高度取*m，宽度取*，位于地面线以上，墩径取*m，桩径取*m。具体尺寸参见图11：图11 桥墩构造图2内力计算 ：2.1恒载反力：（1）上部结构恒载反力(见表21)： 表21 上部结构荷载情况梁号荷载集度 ()单孔重()合计()边主梁1、7号24.56491.23671.4中主梁26号26.89537.82、盖梁自重反力：14.21.50.5+0.5(14.2+9.1)0.61.525=528.38kN3、系梁自重反力：4.311.025=107.75kN4、墩柱自重每延米：5、桩自重每延米： 2.1活载反力：（1）各主梁荷载横向分布系数计算：本设计计算各主梁荷载横向分布系数应用杠杆原理法，采用两种布载形式，即偏心布载和对中布载。偏心布载(图21)：公路级: 图2-1偏心布载时各主梁荷载横向分布系数根据上述计算，将各主梁荷载横向分布系数汇总在表22中： 表2-2 各主梁荷载横向分布系数汇总(偏载时) 梁号荷载1号梁2号梁3号梁4号梁5号梁6号梁7号梁公路级0.5460.7270.6590.7280.7050.5910.046对中布载(图2-2)：图2-2 对中布载时各主梁荷载横向分布系数公路级: 根据上述计算，将各主梁荷载横向分布系数汇总在表2-3中： 表2-3各主梁荷载横向分布系数汇总(对中布载时) 梁号荷载1号梁2号梁3号梁4号梁5号梁6号梁7号梁公路级0.2620.6480.7380.7050.7380.6480.262（2）按顺桥方向布置活载(图2-3)，求得支座活载反力的最大值：公路级:考虑到支点外布置荷载，布置长度为：。单车道一跨活载：单车道两跨活载： 图2-3 顺桥向活载布置（3）计算各主梁活载反力，考虑各梁冲击系数影响，现将结果列于表24： 表24 各主梁恒载反力(两种布载形式) 荷载情况一跨活载两跨活载梁号1#2#3#4#5#6#7#1#2#3#4#5#6#7#m值(偏载)0.5460.7270.6590.7280.7050.5910.0460.5460.7270.6590.7280.7050.5910.046(kN)178.13 238.69 216.37 239.02 231.47 194.04 15.01 232.19 311.13 282.02 311.55 301.71 252.92 19.56 m值(对中)0.2620.6480.7380.7050.7380.6480.2620.2620.6480.7380.7050.7380.6480.262(kN)85.48 212.75 242.30 231.47 242.30 212.75 85.48 111.42 277.32 315.83 301.71 315.83 277.32 111.42 计算单桩承受活载时，计算简图如图24所示，其中、为每根桩所承受活载。求反力时，首先做出其反力影响线，根据影响线系数及值即可求出。现根据两种布载形式所得出的值分别计算反力，并取较大值作为控制设计值。 图24桩活载计算简图 现将结果列于表25： 表25 两种布载形式单桩活载反力汇总 荷载情况一跨活载两跨活载系数1.3681.0790.7890.5000.211-0.079-0.3681.3681.0790.7890.5000.211-0.079-0.368(kN)178.13 238.69 216.37 239.02 231.47 194.04 15.01 232.19 311.13 282.02 311.55 301.71 252.92 19.56 243.69 257.55 170.71 119.51 48.84 -15.33 -5.52 317.63 335.70 222.52 155.78 63.66 -19.98 -7.20 819.441068.12(kN)85.48 212.75 242.30 231.47 242.30 212.75 85.48 111.42 277.32 315.83 301.71 315.83 277.32 111.42 116.93 229.56 191.18 115.73 51.13 -16.81 -31.46 152.42 299.23 249.19 150.86 66.64 -21.91 -41.00 656.27855.42根据上表计算情况可知：当偏心布置活载时所得出的单桩活载反力值较大。故应按偏心布置活载时所得出的值控制下部结构设计。即每根桩所承受的活载反力为：一跨活载：；两跨活载：。3桥墩桩长计算3.1各墩墩柱自重计算各墩盖梁顶面标高计算式为（已考虑支座高度及桥面纵坡影响）：=-0.09(1+1.5%)+1.5+ 20n 1.5%-0.12其中：桥面标高，=361.60m；n墩号，n=110，其余对称。根据上面计算式，现将各墩盖梁顶面标高列于表31： 表31 各墩盖梁顶面标高 墩号n1#、19#2#、18#3#、17#4#、16#5#、15#6#、14#7#、13#8#、12#9#、11#10#(m)360.20360.50360.80361.10361.40361.70362.00362.30362.60362.90各墩桩顶面基本高于地面1.0m，根据桥位地形情况，可求得各墩墩柱长度及自重，见表32所列：墩柱长度计算式为：其中：桩顶标高，（为地面标高）；一根墩柱自重计算式为：。3.2每根桩所承受荷载情况：两跨恒载反力N1=1835.70kN；盖梁自重反力N2=264.19kN；系梁自重反力N3=53.88kN；一根墩柱自重反力N4（见表47）；桩自重每延米；两跨活载反力：N5=1068.12kN； 表32 各墩墩柱长度及自重墩号n1#墩2#墩3#墩4#墩5#墩6#墩7#墩8#墩9#墩10#墩(m)355.70 355.30 356.50 356.50 356.40 356.40 356.10 355.40 354.60 353.30 (m)356.70 356.30 357.50 357.50 357.40 357.40 357.10 356.40 355.60 354.30 (m)2.403.102.202.502.903.203.804.805.907.50(kN)79.61 102.83 72.97 82.93 96.19 106.14 126.05 159.22 195.70 248.77 墩号n11#墩12#墩13#墩14#墩15#墩16#墩17#墩18#墩19#墩(m)354.20 354.70 354.90 354.50 354.10 353.60 353.30 353.40 353.80 (m)355.20 355.70 355.90 355.50 355.10 354.60 354.30 354.40 354.80 (m)6.305.505.005.105.205.405.405.004.30(kN)208.97 182.44 165.85 169.17 172.48 179.12 179.12 165.85 142.63 3.3各墩桩长计算：按地基土层单一考虑，根据公路桥涵地基与基础设计规范确定单桩容许承载力经验公式初步反算桩长。设各桩桩埋入最大冲刷线以下深度为，一般冲刷线以下深度为，则：式中：一根桩受到全部竖直荷载(kN)，最大冲刷线以自下(入土深度)的桩重的一半做外荷计算。当两跨活载时，将有关数据代入上式，可得到各桥墩计算式，列于表33：表33各桥墩1#墩Nh=3509.97+13.25h2#墩Nh=3552.60+13.25h3#墩Nh=3524.53+13.25h4#墩Nh=3534.48+13.25h5#墩Nh=3545.10+13.25h6#墩Nh=3555.05+13.25h7#墩Nh=3567.01+13.25h8#墩Nh=3581.64+13.25h9#墩Nh=3596.93+13.25h10#墩Nh=3615.57+13.25h11#墩Nh=3599.60+13.25h12#墩Nh=3586.31+13.25h13#墩Nh=3575.02+13.25h14#墩Nh=3567.75+13.25h15#墩Nh=3560.47+13.25h16#墩Nh=3553.86+13.25h17#墩Nh=3545.91+13.25h18#墩Nh=3535.29+13.25h19#墩Nh=3522.67+13.25h计算各桩P时取以下数据：桩的设计直径1.50m，采用冲击式钻机，成孔直径增大5cm，桩周长，（已扣除浮力），=60kPa，所以得：由，即可求出各墩值。计算各墩桩长时可按式：计算桩长=-348.83+(其中348.83为最大冲刷线标高)；各墩实取桩长可根据计算桩长的情况，偏安全取整值。现将计算所得结果列表于表34：表34 各墩桩长墩号值计算桩长实取桩长墩号值计算桩长实取桩长1#墩17.3825.2525.502#墩17.4524.9225.003#墩17.4626.1326.504#墩17.5226.1926.505#墩17.5826.1526.506#墩17.6326.2026.507#墩17.7025.9726.008#墩17.7825.3525.509#墩17.8624.6324.5010#墩17.9623.4323.5011#墩17.8824.2524.5012#墩17.8024.6724.5013#墩17.7424.8125.0014#墩17.7024.3724.5015#墩17.6623.9324.0016#墩17.6223.3923.5017#墩17.5823.0523.0018#墩17.5223.0923.0019#墩17.4523.4223.50单位：()4桥墩配筋计算4.1 水平制动力计算：当橡胶支座的桩柱式墩(台)承受纵向水平力(如制动力、地震力等)时，由于墩(台)身的水平位移与支座的剪切变形，将使水平力在联内(乃至全桥)各墩(台)面之间传递分配，其作用机理与刚性墩(台)者有所不同，故公路桥涵设计通用规范(JTG D602004)4.3.6(3)对此作了专门规定，通常按“集成刚度法”进行分配计算。本计算按3孔一联平均分配水平力。由于计算跨径，故纵向折减系数；该桥按四车道进行设计。车道荷载制动力按同向行驶时的车道荷载(不计入冲击力)计算，故计算制动力时按两个车道计算，一个车道上由车道荷载产生的制动力为在加载长度上的车道荷载标准值的总重力的10%，故本设计的制动力为：由于公路级汽车荷载的制动力标准值不得小于90kN，故取：一联内(4排桩)一排桩的总制动力：90kN/4=4.2 温变力分配：不考虑温变力分配4.3桥墩钻孔灌注桩配筋计算4.3.1设计墩位选择及承载情况：根据前文计算可知，4#桥墩的纵向水平力最大且实取桩长最长，因此选取4#桥墩进行设计计算。4#桥墩的计算桩长为26.19m，实取桩长26.50m，故轴向承载力符合要求。4#墩墩帽顶标高为361.10m，桩顶标高为357.50m，墩柱顶标高为360.00m。墩柱直径1.30m，混凝土强度等级为C25；桩身直径1.50m，混凝土强度等级为C25。每一根桩承受荷载为：两跨恒载反力：N1=1835.70kN；盖梁自重反力：N2=264.19kN；系梁自重反力：N3=53.88kN；一根墩柱自重反力：N4=82.93kN；桩自重每延米：；两跨活载反力：N5=1068.12kN；单跨活载反力：N6=819.44kN；N6在顺桥向引起的弯矩：；纵向水平力：(因风荷载影响不大，未考虑)；4.3.2桩的内力及位移计算：（1）桩的计算宽度：( 取值可由附录2查得)；（2）桩的变形系数：；桩的换算深度，所以按弹性桩计算。（3）计算墩柱顶上外力、及最大冲刷线上的外力、：桩帽顶的外力（按一跨活载计算）：换算到最大冲刷线处：（4）最大冲刷线下深度Z处桩截面上的弯矩Mz及水平压应力：1）桩身弯矩： 式中无量纲系数可由基础工程附表3、7查得，值计算列表如下，其结果以图41表示之： 表41 桩身弯矩计算表（单位：） Z0.00 0.004.00.000001.000000.00 563.56 563.56 0.42 0.204.00.196960.9980612.68 562.47 575.14 0.84 0.404.00.377390.9861724.29 555.77 580.05 1.26 0.604.00.529380.9586134.07 540.23 574.30 1.68 0.804.00.645610.9132441.55 514.67 556.22 2.11 1.004.00.723050.8508946.53 479.53 526.06 2.95 1.404.00.764980.6869449.23 387.13 436.36 3.79 1.804.00.684880.4988944.08 281.15 325.23 4.63 2.204.00.531600.3202534.21 180.48 214.69 5.47 2.604.00.354580.1754622.82 98.88 121.70 6.32 3.004.00.193050.0759512.42 42.80 55.23 7.37 3.504.00.050810.013543.27 7.63 10.90 8.42 4.004.00.000050.000090.00 0.05 0.05 图41 M-Z图 2）桩身最大弯矩由表4-1得：Z=0.84,MMAX=580.05k