桥墩课程设计

1、课程名称：墩台与基础课程设计设计题目：钻孔灌注桩、双柱式桥墩设计计算书第部分 钻孔灌注桩、双柱式桥墩的计算一、 设计资料1. 设计标准及上部构造设计荷载:公路级;桥面净空:净7m+20.75m;计算跨径18.03m;上部构造:钢筋混凝土T形梁。2. 水文地质条件(本设计系假设条件)冲刷深度:最大冲刷线为河床线下2.3m处;地质条件:软塑黏性土;按无横桥向的水平力(漂流物、冲击力、水流压力等)计算。3. 材料钢筋:盖梁主筋用HRB335钢筋,其它均用R235钢筋;混凝土:盖梁、墩柱用C30,系梁及钻孔灌注桩用C25。4.桥梁尺寸考虑原有标准图,选用如图1所示结构尺寸。图1 (尺寸单位:cm)5.

2、设计依据 (JTJ 024-85)。二、 盖梁计算(一)荷载计算1.上部结构永久荷载见表1。 表1每片边梁自重(kN/m)每片中梁自重(kN/m)一孔上部构造自重(kN)每一个支座恒载反力(kN)1、5号2、4号3号17.8818,2218.031626.85边梁1、5中梁2、4中梁3161.19164.25162.542.盖梁自重及作用效应计算 (1/2盖梁长度) (图2)图 2(尺寸单位:cm)见表2。盖梁自重产生的弯矩、剪力效应计算表2截面编号自重 (kN)弯矩 (kNm)剪力 (kN)V左V右1-1q1=0.50.51.225+(0.5/2)0.31.225 =7.5+2.25=9.7

3、5M1=7.5(0.5/2)2.25(0.5/3)=1.8750.375=2.259.759.752-2q2=(1/2) (0.8+1.1) 0.51.225=14.25M2=0.51.01.2250.5(1/2) 0.61.01.225(1/3)=7.53.0=10.50-24.00-24.003-3q3=1.10.61.225 =19.80M3=0.51.01.2251.1(1/2) 0.61.01.22.5(1/3)+0.619.8(0.6/2)=16.58.45.94=30.84-43.8069.304-4q4=1.10.51.225 =16.50M4=113.10.5(19.8+16

4、.5) (1.1/2)151.69(1/3)+1.1=56.5519.96524.0012.897=0.3152.8052.805-5q5=1.11.61.225 =52.80M5=113.121(19.8+16.5+52.8) (2.7/2)153.29(1/3)+27=237.51120.2854827.27=41.9600kN3. 可变荷载计算（1） 可变荷载横向分布系数计算：荷载对称布置时用杠杆发，非对称布置时用偏心受压法。公路I级a.单车列，对称布置（图3）时：B.双车列。对称布置（图4）时： 图 3（尺寸单位：cm） 图4 （尺寸单位：cm）C.单车列，非对称布置（图5）时图5（尺

5、寸单位：cm）由，已知 则d. 双车列，非对称布置（图5）时：已知： ， ， ，则：人群荷载a. 两侧有人群，对称布置时（图6）：b. 单侧有人群，对称布置时（图6）：已知： ， ，图6（尺寸单位：cm）则：(2)按顺桥向可变荷载移动情况，求得支座可变荷载的反力值(图7)图7（尺寸单位：cm） 公路-I级双孔布载单列车时：B=+174.09=316.08双孔布载双列车时：2B=2X316.08=632.16(KN)单孔布置单列车时：B=+174.09=245.08(KN)单孔布载双列车时：2B=490.16(KN) 人群荷载（图 8）单孔满载时：B2=2.25xx1.008x18.03=20.

6、45()KN (一侧)双孔满载时(一侧)：B1=B2=20.45(KN)B1+B2=40.90(KN)图8（尺寸单位：cm）(3)可变荷载横向分布后各梁支点反力（计算的一般公式为错误！未找到引用源。），见表3 各梁支点反力计算 表3荷载横向分布情况公路-级荷载（KN）人群荷载（KN）计算方法荷载布置横向分布系数单孔双孔单孔双孔BR1BR1BR1BR1对称布置按杠杆法算单列行车公路-I级1=04=0.2813=0.4382=0.2815=0245.08068.87107.3568.87 0316.08088.82138.4488.820双列行车公路-I级1=0.2662=0.4383=0.594

7、4=0.4385=0.266490.16130.38214.67291.16214.69130.38632.16168.15276.89375.50276.89168.15人群荷载1=1.4222=-0.4223=04=-0.4225=1.42220.4529.08-8.630-8.6329.0840.9058.16-17.260-17.2658.16非对称布置按杠杆法算单列行车公路-I级1=0.4634=0.3313=0.2002=0.0695=-0.063245.08113.4781.1249.0218.91-15.44316.08146.35104.6263.2221.81-19.91双

8、列行车公I级 1=0.2692=0.2343=0.2004=0.1665=0.131490.16131.85114.7098.0381.3764.21632.16170.05147.93126.43104.9482.81人群荷载1=0.6842=0.4223=0.2004=-0.0425=-0.28420.4513.998.6340.09-0.86-5.8740.9027.9817.268.18-1.73-11.62(4)各梁永久荷载、可变荷载反力组合：计算见表4，表中均取用各梁的最大值，其中冲击系数为：1+=1+0.3176=1.3176各梁永久荷载、可变荷载基本组合计算表（单位：kN） 表

9、4编号荷载情况1号梁R12号梁R23号梁R34号梁R45号梁R5恒载322.38328.50325.08328.50322.38公路-I级双列对称222.77366.82497.46366.82222.77公路-I级双列对称225.28195.98167.49139.02109.71人群对称58.16-17.260-17.2658.16人群非对称27.9817.268.18-1.73-11.62 +603.31378.06822.54678.06603.31+573.13712.58830.72693.57533.53+605.82507.22492.57450.26490.25+575.64

10、541.74500.75465.79420.474. 双柱反力G计算（图9），所引用的各梁反力见表5 双柱反力G计算 表5荷载组合情况计 算 式反力（KN）组合公路I级双列对称 人群对称（603.315.3+678.063.7+822.542.1+678.060.5603.311.1）=1692.661692.66组合公路I级双列对称 人群非对称（573.135.3+712.183.7+830.722.1+693.570.5533.531.1）=1709.181709.18组合公路I级双列非对称 人群对称（605.825.3+507.223.7+492.572.1+450.260.5490.2

11、51.1）=1382.811382.81组合公路I级双列非对称 人群非对称（575.645.3+541.743.7+500.752.1+465.790.5420.471.1）=1399.351399.35由表5可知，偏载左边的立柱反力最大（GG），并由荷载组合时（公路I级、双列非对称布置与人群对称组合）控制设计。此时G=1709.18kN，G=1139.45kN。（二）内力计算1. 恒载加活载作用下各截面的内力（1） 弯矩计算（图9）截面位置见图9示。为求得最大弯矩值，支点负弯矩取用非对称布置时数值，跨中玩具取用对称布置时数值。按图9给出的截面位置，各截面弯矩计算式为： M-=0 M-=-R0

12、.60 M-=-R1.10 M-=-R1.60+ G0.50 M-=-R3.20+ G2.10R1.60 图9（尺寸单位：m）各种荷载组合下的各截面弯矩计算见表6，注意的是，表中内力计算未考虑施工荷载的影响。各截面弯矩计算 表3-24荷载组合情况墩柱反力（kN）梁支座反力（kN）各截面弯矩G1R1R2截面-截面-截面-截面-组合公路-级双列对称1692.66603.31678.06-361.99-663.64-118.97539.10组合公路-级双列对称1709.18573.13712.58-343.88-630.44-62.42615.13组合公路-级双列非对称1382.81605.8250

13、7.22-363.49-666.40-277.91153.73组合公路-级双列非对称1399.35575.64541.74-345.38-633.20-221.35229.80（2）相当于最大弯矩时的剪力计算一般计算公式为：截面1-1：V左=0, V右=-R1截面2-2：V左=V右=-R1截面3-3：V左=-R1, V右=G1-R1截面4-4：V左=G1-R1, V右=G1-R1-R2截面5-5：V左=G1-R1-R2, V右=G1-R1-R2-R3计算值见表7各截面剪力计算 表7荷载组合情况墩柱反力G1（KN）梁支座反力（KN）各截面剪力（KN）截面-截面-截面-截面-截面-R1R2R3V左

14、V右V左V右V左V右V左V右V左V右组合公路-级1692.66603.31678.06822.540-603.31-603.31-603.31-603.311089.351089.35411.29411.29-411.25组合公路-级1709.18573.13712.58830.720-573.13-573.13-573.13-573.131136.051136.05423.47423.47-407.25组合公路-级1382.81605.82507.22492.570-605.82-605.82-605.82-605.82776.99776.99269.77269.77-222.80组合公路-

15、级1399.35575.64541.74500.750-575.64-575.75-575.75-575,75823.71823.71281.97281.97-218.782.盖梁内力汇总（表8）表中各截面内力均取表6和表7中的最大值。按表8可绘制内力计算的包络图。 盖梁内力汇总表 表8 截面号 内力-弯矩（kN*m）M自重-2.25-10.50-30.84-0.3141.96M荷载0-363.49-666.40-277.91615.13M计算-2.25-373.99-697.24-278.22657.09剪力（kN）V自重左-9.75-24.00-43.8052.800右-9.75-24.0

16、069.3052.800V荷载左0-605.82-605.821136.05423.47右-605.82-605.821136.05423.47-411.25V计算左-9.75-629.82-649.621188.85423.47右-615.57-629.821205.35476.27-411.25（三）截面配筋设计与承载力校核采用C30混凝土，主筋选用HRB335，22，保护层5cm（钢筋中心至混凝土边缘）。fcd=13.8MPa，fsd=280MPa。1.正截面抗弯承载能力验算以下取-截面作配筋设计，其他截面雷同，在此不做详细计算。已知：bh=120cm110cm，M=-697.24kNm

17、，取0=1.0，=110-5=105（cm）。即：化简后为：解方程得到x=40.90mm，AS=fcdbx/fcd=13.8120040.90/280=2418094（mm2）=24.19（cm2）用22钢筋，其根数n=6.4根，实际选用10根，配筋率：。该截面实际承载力Mu为：Mu=fcdAs(h0x/2) =280380（105040.90/2） =1095.44（KNm）Md=697.24(KNm)就正截面承载能力与配筋率而言，配筋设计满足公预规要求。其他截面的配筋设计如表9所示。 各截面钢筋量计算表 表9截面号M （KNm）所需钢筋面积As （cm）所需22（根数）实际选用含筋率（%）

18、根数As（cm）-2.25622.810.266-373.9914.323.8830.410.241-697.2424.196.41038.010.302-278.2211102.9830.410.241-657.0922.215.81038.010.302对此可知，原标准图的配筋是适合的，均大于计算值。2. 斜截面抗剪承载能力验算按公预规 5.2.10条要求，当截面符合： （KN） 可不进行斜截面抗剪承载力计算，仅需按公预规 9.3.13 条构造要求配置箍筋。式中：a预应力提高系数，本设计取a=1.0； f混凝土抗拉设计强度，本设计取f=1.39MPa。对于-截面： 0.510对于-截面-截

19、面： 0.510按公预规 5.2.9条规定：对照表8Vj值，本例可按构造要求设置斜筋与箍筋，见图10所示。图10尺寸单位：cm）3. 全梁承载力校核已知h，一根主筋22所能承受的弯矩值为：， 其中z=0.92h=966mm，代入后得（kNm)，据此绘制弯矩包络图和全梁承载力校核图。如图11所示图113、 桥墩墩柱设计 墩柱一般尺寸见图1 所示，墩柱直径为100cm，用C30混凝土，R235钢筋。（1） 荷载计算1. 恒载计算由前式计算得：（1） 上部构造恒载，一孔重1527.70KN（2） 梁盖自重（半根梁盖）113.10KN（3） 横系梁重 （1.000.73.225）=56（KN）（4）

20、墩柱自重 3.14160.51.925=37.31（KN）作用墩柱底面的恒载垂直力为： N恒=1/21525.70+37.31+113.10=913.26(KN)2. 汽车荷载计算 荷载布置及行驶情况见前述图3图4，由盖梁计算得知：（1） 公路-I级单孔荷载单列车时： B1=0，B2=245.08KN，B1+B2=245.08KN相应的制动力：T=245.0820.1=49（KN）按公预规制动力不小于90KN，故取制动力为90KN。双孔荷载单列车时：B=71.51KN B=245.08KN相应的制动力：B+B=316.59KNT=316.5920.1=63.32KN90（KN），取制动力为90

21、KN。人群荷载：单孔行人（单侧） B1=0,B2=20.45KN,B1+B2=20.45KN双孔行人（单侧） B1=B2=20.45KN,B1+B2=40.90KN图12（尺寸单位：cm）汽车荷载中双孔荷载产生支点处最大反力值，即产生最大墩柱垂直力，汽车荷载中单孔荷载产生最大偏心弯距，即产生最大墩柱底弯矩。3双柱反力横向分布计算（汽车荷载位置见图12）单列车时：双列车时：人群荷载单侧时： 双侧时：4荷载组合（1）最大最小垂直反力时，计算见表10可变荷载组合垂直反力计算 （双孔） 表10编号荷载状况最大垂直反力（KN)最小垂直反力（KN）横向分布横向分布1公路-I级单列车1.000418.740

22、02双列车0.631528.450.369309.033人群荷载单侧行人1.42358.20-0.42317.304双侧行人0.50040.900.50040.90表中汽车-I级已乘以冲击系数1+=1.3248,人群荷载不乘。（2）最大弯矩时，计算见表11可变荷载组合最大弯矩计算（单孔） 表 11编号荷载情况墩柱顶反力计算式 B1（1+）垂直力（kN）水平力对柱顶中心弯矩（kNm）B1B2B1+B2H（KN）0.25(B1-B)1.14H1上部构造与盖梁计算947.19002单孔双列车490.160.6311.3248409.750409.7545102.44.51.303人群单孔双侧81.8

23、00.50040.9040.9010.23.表10内水平力由两墩柱平均分配。（二）截面配筋计算及应力验算1作用于墩柱顶的外力（图13）（1） 垂直力最大垂直力： Nmax汽=947.19+528.45+58.20=1533.84（kN）（汽车）最小垂直力：（需考虑与最大弯矩值相适应）由表11得到： Nmin=7947.19+409.75+40.90=1397.84 (kN)（2）水平力 H=45kN（3） 弯矩 Mmax=102.44+51.30+10.23=163.97（kNm)2. 作用于墩柱底的外力Nmax=1533.84+37.31=1571.15（kN）Nmin=1397.84+37

24、.31=1435.15（kN） Mmax=163.97+451.9=249.47（kNm） 图11（尺寸单位：cm）3. 截面配筋计算 已知墩柱顶用C30混凝土，采用1216 HRB235钢筋，Ag=24.13cm，则纵向钢筋配筋率=。由于/（2r）=21.9/（20.5）=3.87，故不计偏心增大系数，取=1.0； （1） 双孔荷载，按最大垂直力时，墩柱顶按轴心受压构件验算，根据公预规 5.3.1条： =0.91（13.80.78510+28024.1310） =11508.64（kN）=1500.49（kN）满足规范要求。 (2)单孔荷载，最大弯矩时，墩柱顶按小偏心受压构件验算：=1397

25、.84kN =163.97kNm E0=0.117m=117mm 故。根据公预规5.3.9条偏心受压构件承载力计算应符合下列规定：设g=0.88，代入后，经整理得：按公预规提供的附录C表C.0.2“圆形截面钢筋混凝土偏压构件正截面抗压承载力计算系数”表，经试算查得各系数A，B，C，D为：设=0.87，A=2.3342,B=0.5191,C=1.9149,D=0.9397代入后 0=0.5=0.1163m0.12m则墩柱承载力满足规范要求。4、 钻孔桩计算钻孔灌注桩直径为1.20m，用C25混凝土，16R235级钢筋。灌注桩按m法计算，m值为（软塑粘性土）。桩身混凝土受压弹性模量。（一） 荷载计

26、算每一根桩承受的荷载为：（1）一孔恒载反力（图14）N1=1626.85=813.43（KN）（2） 盖梁恒重反力（3） 系梁恒重反力（4） 一根墩柱恒重N=N1+N2+N3+N4=991.84(KN) 5灌注桩每延米自重 q= /41.215=16.95（KN） （已扣除浮力）6可变荷载反力（1）.两跨可变荷载反力： N=528.45KN公路-II级） N5=58.20KN（人群荷载、单侧）（2）.单跨可变荷载反力： N6=409.75KN (公路II级) N6=40.90KN （人群荷载、双侧） ( 3) .制动力T=45kN,作用点在支座中心，距桩顶距离为： （4）.纵向风力：风压取0.

27、7442=309.4（Pa），由盖梁引起的风力：对桩顶的力臂为：1.101/21.9=2.45（m）墩柱引起的风力：=0.85(kN)对桩顶的力臂为：1/21.9=0.95（m）横向风因墩柱横向刚度较大，可不予考虑。7.作用于桩顶的外力（图15） 图14 图15=991.843+528.45+58.20=1578.49(KN) (双孔)=991.84+409.75+40.90=1442.49KN(单孔)H=45+1.157+0.85=47.01 （kN）M=N60.25+T3.201+W12.45+W20.95+0.25（单跨可变荷载时） =102.44+135.95+2.83+0.81+10

28、.23 =251.40（kNm）8.作用于地面处桩顶上的外力 Nmax=1578.49+16.96=1595.45（kN） Nmin=1442.49+16.96=1459.45 (kN) H0=45+1.157+0.85=47.01(kN) M0=252.25+47.011.0=299.26（kNm）（二）桩长计算 由于假定土层是单一的，可由确定单桩容许承载力的经验公示初步计算桩长。灌注桩最大冲刷线以下的桩长为h，则： N=1/2Ulii+m0A0+k22（h3-3） 式中：U-桩周长，考虑用旋钻机，成孔直径增大5cm，则U=1.25=3.93（m）; i -桩壁极限摩阻力，按表值取为40KP

29、a,即40KN/m2; li-土层厚度（m）；-考虑桩入土深度影响的修正系数，取为0.75；m0-考虑孔底沉淀厚度影响的清底系数，取为0.80；A-桩底截面积，A=R2=1.13m2；0-桩底土层容许承载力，取0=220KPa; k2-深度修正系数，取k2=1.5；2-土层的厚度，取2=8.0KN/m3(已扣除浮力)；h3-一般冲刷线以下深度（m）.代入得： N=1/23.93（2.3+h）40+0.750.81.13220+1.58（2.3+h-3） =180.78+78.6h+0.678（211.6+12h） =324.24+86.74h桩底最大垂直力为： Nmax=1595.45+2.3

30、16.96+1/2qh=1634.46+8.48h即： 1634.46+8.48h=324.24+86.74h故： h=(1634.46-324.24)（86.74-8.48）=16.74（m）取h=20m，即地面以下桩长为22.3m，由上式反求： N=324.24+86.7420=2059.04（kN） Nmax=1634.46+8.4820=1804.06 (kN)可知桩的轴向承载力能满足要求。（三）桩的内力计算 （m法）1桩的计算宽度b2.桩的变形系数 式中：，。受弯构件：故：h =0.35422.30=7.8942.5可按弹性桩计算3地面以下深度z处桩身截面上的弯矩 与水平压应力的计算

31、已知作用于地下处桩顶上的外力为：N0=1459.45kN ，H0=47.01kN， M0=299.26kNm（1） 桩身弯矩 式中的无纲量系数Am ，Bm 可由表格查得，计算见表12， 桩身的弯矩分布示于图16。桩身弯矩计算 表120.280.561.131.692.262.823.674.245.657.068.479.8911.300.10.20.40.60.81.01.31.52.02.53.03.54.04.04.04.04.04.04.04.04.04.04.04.04.04.00.099600.196960.377390.529380.645610.723050.767610.75

32、4660.614130.398960.193050.050810.000050.999740.998060.986170.958610.913250.850890.731610.686940.406580.147630.075950.013540.0000913.2326.1650.1270.3085.7496.02101.94100.2281.5652.9825.646.750.007299.18298.16295.12286.87273.30254.64218.94205.57121.6744.1822.734.050.03312.43324.84345.24357.17359.04350

33、.66320.87305.79203.2397.1648.3710.800.037（2）桩身水平压应力zx式中无纲量系数 ， 可由表格查得，z为换算深度，。计算见表13，桩身的水平压应力分布示于图16 图16 2M0/b1=(0.354)2299.261.98=18.95水平压力zx计算 （单位： kN/m2） 表13AxBxzx0.280.561.131.982.543.114.245.658.4711.3000.20.40.70.91.11.52.03.04.02.117991.802731.360241.093610.854410.466140.14696-0.08741-0.107881.290881.000640.638850.444810.286060.06288-0.07572-0.09471-0.0148703.566.068.008.277.895.872.47-2.20-3.6204.897.588.477.585.961.792.87-5.38-1.1308.4513.6416.4715.8513.857.66-0.4 -7.58-4.57 （四） 桩身截面配镜与承载力验算（图 17）验算最大弯矩z=2.26m处的截