桥梁工程重力式桥墩课程设计总结

1、北京交通大学桥梁工程墩台设计任务书第一章 工程设计概况一、 线路、水文、地质情况线路为级铁路，单线，直线，平坡。基地地质粘土，液性指数0.13，孔隙比0.69基本承载力400kPa，土的容重19.5kN/m。水文、气象：无流水、无冰冻。二、 设计活载及建筑材料概述设计活载为中活载，且乘以荷载系数1.3。图11 中活载图示墩帽采用标号C30，钢筋混凝土，托盘及缩颈以下40cm墩身采用C30号混凝土，墩身及基础采用C20号混凝土。三、 桥梁跨度、样式、尺寸说明跨度24m单线铁路先张法预应力混凝土简支梁。梁全长24.6m，梁缝0.1m，梁高2.1m，支座铰中心至支撑垫石顶面为0.325m，轨底至梁底

2、2.6m，轨底至支撑垫石顶高度3.0m，垫石高度为0.2m，支座底板尺寸为，支座全高0.4m，每孔梁重1568kN。桥上设双侧人行道及栏杆。四、 桥墩形式及尺寸顶帽及托盘尺寸见附图一。墩身及基础尺寸见附图二。各部分尺寸确定依据及最终取值如下：（1） 墩帽厚度墩帽直接支撑桥跨结构承受较大的支座反力，为了把支座反力均匀地传递给墩身，铁路规范规定，墩帽的厚度不小于40cm，并应采用不低于C30的混凝土，一般要设置钢筋。依据以上规范规定，设置墩帽厚度为40cm，采用C30混凝土，并设置钢筋。（2） 墩帽平面尺寸当相邻跨度相等时，相邻支座间的顺桥方向中心距离为梁支座底板纵向尺寸梁端至支座中心线的距离（）

3、为相邻两梁之间应留的缝隙（）支座底板尺寸给定，经过验算：满足规范要求。为了提高局部承压力，并考虑施工误差及预留锚栓孔的要求，支撑垫石边缘至支座底板边缘应保持一定的距离b，其值为1520cm。依据以上规范规定，取b=20cm。支撑垫石边缘至顶帽边缘的距离c，为了满足架梁时或养护时安放移梁及顶梁设备的需要，应符合以下规定：a顺桥方向（纵向）：跨度时，c不应小于15cm；时，c不应小于25cm；时，c不应小于40cm。b横桥方向（横向）：当顶帽为圆弧形时，支撑垫石角至顶帽最近边缘的最小距离与顺桥方向相同。当顶帽为矩形时，支撑垫石角至顶帽边缘的最小距离为50cm。这样等跨度直线桥顶帽纵向尺寸为：考虑到

4、一般架桥机架设分片式梁时，每片梁不能直接落在设计位置，需在墩顶上作横向移动，为了给出一定的工作位置，确保操作安全，铁路规范规定，顶帽横向宽度B还应满足下列要求：当跨度时，;时，;时，。依据以上规范规定，取c=80cm，取B=8m。（3） 托盘尺寸为了保证悬出部分的安全，根据设计经验，试验资料和构造要求，规定墩帽下四周设1020cm宽的飞檐，托盘底面横向宽度B不宜小于支座底板外缘的距离b；托盘侧面与竖直线间的夹角；支撑垫石横向边缘外侧50cm处的顶帽底缘点竖直线与该底缘点至托盘底部边缘处的连线的夹角，如图12所示。图12 桥墩托盘尺寸（单位cm）（4） 墩身尺寸铁路桥墩的侧坡不应小于20:1，更

5、多情况下采用30:140:1。设计中桥墩的纵向、横向倾斜度均采用35:1。（5） 明挖基础尺寸 明挖基础可采用单层式或多层式，每一层的厚度不宜小于1.0m。双向受力矩形墩台的明挖基础，其最上一层基础台阶两正交方向的破线与竖直线所成的夹角，对于混凝土基础不应大于35；其下各层台阶正交方向的夹角不应大于45，如图13所示图13 桥墩托盘尺寸（单位cm）第二章 荷载计算一、 主力（一） 垂直荷载1、 梁及桥面重（按木枕桥面计）2、 桥墩圬工重（1） 顶帽C30号钢筋混凝土（2） 托盘C30号混凝土（3） 墩身圬工重圬工体积当，时，计算结果见表21表21565.411504.3710141.77326

6、0.8115229.925288.0820330.657604.9622.2379.178720.97（二） 垂直荷载1、单孔轻载（图21）图21 单孔轻载（单位m）2、 单孔重载（图22）图22 单孔重载（单位m）3、 双孔重载（图24）由结构力学原理可知，如果相邻两孔梁的跨度分别为和，两孔梁上静活载分别为和，则当时，简算墩的支座反力之和为最大，因为是等跨梁，所以公式简化成，计算x值：图23 x计算简图（单位m）由此可以得出双孔重载图示：图24 双孔重载（单位m）4、 双孔空载（图25）图25 双孔空载（单位m）二、 附加力（一） 顺桥方向水平力1、 制动力（牵引力与制动力大小相等，方向相反

7、）（1） 单孔轻载和单孔重载对墩身任意截面的力矩：见表22表22510152022.22763.564507.126250.687994.248761.41（2） 双孔重载因为均小于一孔梁跨的固定支座的水平力，故仍采用单孔梁跨制动力。2、 风力风压强度按计算。（1） 顶帽及托盘风力（纵向）见表23表23510152022.2118.294210.144301.994393.844434.258（2） 墩身风力（计算结果见表24）风压强度按计算。受风面积风力力臂力矩（对计算截面）力矩（对基顶截面）表24510152022.224.4450.4478.02107.17120.5(对计算截面)60.

8、43246.98567.481029.811280.19(对基顶截面)480.72862.381129.231265.591280.19（二） 横桥方向水平力1、梁及列车风力钢轨高度采用轨底至梁底轨底至支撑垫石顶轨顶至梁底高度列车风力力臂梁上受风面积一孔列车受风面积（1）桥上无车（2）桥上有车单孔活载（3）桥上有车双孔活载以上力矩为对支撑垫石顶面力矩，对墩身截面再增加：，计算结果见表25表255+2.610+2.615+2.620+2.622.2+2.6桥上无车74.9974.9974.9974.9974.99703.4041078.3541453.3041828.2541993.232单孔活

9、载115.74115.74115.74115.74115.741223.4041802.1042380.8042959.5043214.132双孔活载156.5156.5156.5156.5156.51743.472525.973308.474090.974435.272、顶帽及托盘风力（表26）表26510152022.252.3893.74135.1176.46194.663、墩身风力（表27）风压强度按计算。受风面积风力力臂力矩（对计算截面）力矩（对基顶截面）表27510152022.216.1933.9453.2774.1783.87 (对计算截面)39.81164.48381.866

10、99.81873.59(对基顶截面)318.2578.58765.41862.98873.593、列车横向摇摆力（表28）510152022.22360.84050.85740.87430.88174.4第三章 墩身计算墩身截面几何与力学性质计算矩形截面如图31。图31 矩形截面计算图示（单位m）计算公式：截面面积 截面惯性矩 截面抵抗矩 各截面计算结果如表31表3154.593.0914.183111.28517.304324.900910.8501104.873.3716.411915.53249.218032.436613.3210155.163.6618.885621.082011.5

11、20241.903416.2416205.443.9421.433627.727214.074752.858119.433122.25.574.0722.669931.293715.377758.610921.0452一、 截面偏心检算（一）纵向偏心检算截面偏心应按各种荷载最不利组合，对墩身各截面进行检算，一般系单孔轻载（主加附）控制纵向偏心，按单孔轻载时列出截面计算结果如表32。 单孔轻载（主+附）纵向偏心检算 表32截面位置510152022.2恒载5161.336917.778945.0411261.9212377.93活载1507.881507.881507.881507.881507

12、.88垂直力合计6669.218425.6510452.9212769.813885.81制动力348.712348.712348.712348.712348.712风力42.8168.8196.39125.54138.87水平力合计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力矩合计3470.0425492.0027647.9129945.65211003.62偏心0.5200.6520.7320.

13、7790.792容许偏心0.9271.0111.0981.1821.221（二）横向偏心检算1、桥上无车，墩身横向偏心检算（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、双孔空载，墩身横向偏心检算（表34）表34截面位置510152022.25482.437238.879266

14、.1411583.0212699.03180.962198.712218.042238.942248.6421835.662784.193825.434967.245503.520.3350.3850.4130.4290.4331.3771.4611.5481.6321.6713、双孔空载列车横向摇摆力，墩身横向偏心检算（表35）表35截面位置510152022.25482.437238.879266.1411583.0212699.031301301301301302360.84050.85740.87430.88174.40.4310.5600.6200.6420.6441.3771.46

15、11.5481.6321.671二、 稳定性和强度检算（一）整体纵向稳定性验算查表内插计算变截面影响系数 计算临界荷载，计算结果见表36表36项目单孔重载双孔重载2506.62506.6或1979.243029.27墩顶垂直力4485.845535.87墩顶水平力348.712348.712支点反力力矩692.73435.105制动力或牵引力力矩113.33113.33墩顶外力力矩806.064148.4350.0520.0078刚度修正系数0.5570.64112775931470265临界荷载6520065639主力+附加力时安全系数0.0570.051（二）强度检算1、计算弯矩增大系数，

16、计算结果见表37表37项目单孔重载双孔重载（主+附）0.110.135 1.00191.0021 1.00321.00351.00451.00501.00571.00631.00631.00692、墩身强度检算（1）单孔重载（主+附）（表38）表38510152022.27140.578897.0110924.2813241.1614357.173635.0185656.9787812.88810110.6311168.591.00191.00321.00451.00571.00631002.0561157.7591259.6871340.2251364.1754.85615-73.5448-

17、102.797-104.674-97.5462（2）双孔重载（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） 计算最大压应力 从以上计算结果可以看出，墩身单孔重载较双孔重载应力大，因为截面出现拉应力故按单孔重载作应力重分布计算

18、，计算结果见表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号混凝土容许压应力，计算主力加附加应力时容许压应力可以提高30%，即，以上计算最大压应力均在容许范围以内。从前面荷载计算和墩身截面模量计算可以看出，顺桥方向垂直力以及弯矩均比横桥向的大，截面模量则顺桥向比横桥向的小，所以墩身强度判定顺桥向作为控制设计，横桥向不再计算。三、 墩顶弹性水平位移检算 沿墩身高度H等分为若干段，采用3m分一段，墩身分段及编号见图32。图32 墩身分段（单位cm） 用虚功原理数积法计算桥墩墩顶纵向水平位移，计算结果见表311。311墩身分段序列数分段截面至墩顶距离分段截面惯性矩分段截面弯矩墩顶偏心弯矩墩顶水平力产生的弯矩墩身纵向风力矩弯矩总计008.17806.06500806.098.661013.18.171081.0073