某桥梁下部结构设计课程设计说明书

1、课程设计说明书设计题目 某桥梁下部结构设计课程名称 墩台工程课程设计某桥梁下部结构设计一、设计资料3 1、设计标准及上部构造3 2、水文地质条件3 3、材料34、桥墩尺寸45、设计依据4二、盖梁计算4（一） 荷载计算41、上部结构永久荷载 42、盖梁自重及作用效应计算 53、可变荷载计算64、双柱反力计算所引起的各梁反力 14（二）内力计算151、恒载加活载作用下各截面的内力152、盖梁内力汇总17（三）截面配筋设计与承载力核算171.正截面抗弯承载力验算172.斜截面抗剪承载能力验算183全梁承载力校核19三 桥墩墩柱计算19（一）荷载计算191恒载计算:192汽车荷载计算203、双柱反力横

2、向分布系数计算214. 荷载组合22（二）截面配筋计算及应力验算231作用于墩柱顶的外力232、作用于墩柱底的外力233、截面配筋计算24四、 钻孔灌注桩的设计计算25（一）荷载计算251、一孔恒载反力（图12）252、盖梁恒重反力253、系梁恒重反力264、一根墩柱恒重265、灌注桩每延米自重266.可变荷载反力267、作用于桩顶的外力，图1327（二）桩长计算27（三）桩的内力计算（m法）281，桩的计算宽度b：282. 桩的变形系数：293 地面以下深度Z处桩截面的弯矩Mz与水平压应力z的计算：29 (四) 桩身配筋计算及桩身材料截面强度验算30（五）墩顶纵向水平位移验算321. 桩在地

3、面处的水平位移和转角（）计算322. 墩顶纵向水平位移验算34某桥梁下部结构设计一、设计资料1、设计标准及上部构造(1) 设计荷载：公路-级；人群荷载：3.0kN/m2(2) 桥面净空：净7+20.75(人行道)(3) 跨径：标准跨径：16m；主梁全长：15.96m；计算跨径：15.5m(4) 上部结构：图2(5) 桥面铺装：桥梁桥面铺装由上至下为：沥青混凝土厚2cm，25号混凝土垫层（612cm），桥面横坡为：1.5%。(6) 人行道和栏杆荷载：人行道宽为0.75m时取5kN/m，人行道宽为1.5m时取8.5kN/m。(7) 横隔梁设置：跨径13m桥梁以下，横隔梁设置3道，跨径13m桥梁以上

4、，横梁设置5道，横梁宽度为15cm，高为100cm。平均布设。2、水文地质条件冲刷深度：2.5m地质条件：密实细砂夹砾石：地基承载力400kPa按无横桥向水平推力（漂流物、冲击力、水流压力等）及纵桥向风荷载3、材料钢筋：盖梁主筋用HRB335钢筋，其它均用R235钢筋；混凝土：混凝土、墩柱用C30，系梁及钻孔灌注桩用C25；4、桥墩尺寸：如下图 （尺寸单位：cm）5、设计依据公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D60-2004）公路桥涵地基与基础设计规范（JTG D63-2007）基础工程王晓谋主编 人民交通出版社结构设计原理（第二

5、版）叶见曙主编 人民交通出版社桥梁工程（第二版）邵旭东主编 人民交通出版社二、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）一孔上部结构自重（kN）每一个支座恒载反力（kN） 1、5号2、4号3号1、5号2、4号3号16.24517.02517.0251295.26349.483125.89131.942、盖梁自重及作用效应计算 见表2。（1/2盖梁长度） 图1（尺寸单位：cm） 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（kN/m）剪力（kN）V左V右 1-1=0.50.51.225+0.50.51.225

6、=9.75=-7.5-2.25 =-2.25-9.75-9.752-2=（0.8+1.1）0.51.225=14.25=-0.511.2250.5-0.61.225=-10.50-24.00-24.003-3=0.61.11.225=19.80=-0.51.01.2251.1-120.61.01.225（13+0.6）-19.80.62=-30.84-43.8069.304-4=0.51.11.225=16.50=131.10.5-（19.8+16.5）1.12-151.6-9（+1.1）=-0.3152.8052.805-5=1.61.11.225=52.80=131.121-（19.8+1

7、6.5+52.8）2.72-153.2-9（+27）=41.9600 则：+=113.10kN3、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法，非对称布置用偏心受压法。公路-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 c、单车列，非对称布置（图5）时：由，已知， 则 图4d、双车列，非对称布置（图5）时：已知：， 图5 人群荷载 a两侧有人群，堆成布置时：（图6） 图6b，单侧有人群，对称布置时，图6.已知：n=5，e=3.875，则： （2） 按顺桥向可变荷载移动情况，求得支座可变荷载反力的最大值（图7） 图7公路-级双孔布载单列车时：双

8、孔布载双列车时：单孔布置单列车时：单孔布载双列车时：人群荷载，图8 图8单孔满载时:双孔满载时: （3） 可变荷载横向分布后各梁支点反力（计算的一般公式为） 各梁支点反力计算 表3荷载横向分布情况 公路-I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BR1BR2BR1BR2对称布置单列行车229.031064.36100.2064.360290.063081.51126.9081.500双列行车458.062121.66200.40272.00200.40121.661179.5312.68514.86700.62514.86312.68人群荷载17.4

9、424.80-7.36 0-7.3624.8034.8849.60-14.70-14.749.60非对称布置单列行车229.031106.0475.8145.8115.80-14.43290.06143.3096.0158.0120.01-18.27双列行车458.062246.44214.37183.22152.08120.01580.126312.11271.50232.05192.60151.99人群荷载17.4411.937.713.49-0.73-4.9534.8860.5337.3417.70-3.7325.13（4） 各板永久荷载、可变荷载反力组合：计算见表4，表中均取用各板的最

10、大值，冲击系数计算： h=14+82=11cm=0.11max=1.6-0.180.110.112+0.181.31.321.6-0.180.11+0.181.3=0.4118mIx=1121.6-0.180.113+1.6-0.180.110.4118-0.1122+112 0.181.33+0.181.31.32-0.41182=0.0663mc=Gg=16.2451039.81=1655.97kNm其中C30混凝土的E=3.01010Pa则f=2l2EIcmc=215.523.010100.97=7.16HZ1.5HZf14HZ，=0.1767f-0.0157=0.332 即冲击系数 各

11、梁永久荷载，可变荷载基本组合计算表 表4编号荷载情况1号梁R2号梁R3号梁R4号梁R5号梁R恒载251.80263.89263.89263.89251.80双列对称205.85339.09460.23339.09205.85双列非对称415.73361.64309.09256.55202.45人群对称49.60-14.720-14.7249.60人群非对称23.8615.426.98-1.46-9.91.2+1.4+0.8630.03779.62960.99779.62630.031.2+1.4+0.8609.44803.73966.57790.23582.431.2+1.4+0.8923.8

12、6811.19749.39664.06625.271.2+1.4+0.8903.27835.30754.98674.67577.674、双柱反力计算（图9）所引起的各梁反力 表5： 双柱反力G1计算 表5荷载组合情况计算式反力G1（kN）组合公路-级 双列对称 人群对称1890.14组合公路-级 双列对称 人群非对称1901.92组合公路-级 双列非对称 人群对称2170.44组合公路-级 双列非对称 人群非对称2182.21图9，即偏载左边的立柱反力最大（G1G2），并由荷载组合时控制设计。此时（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，为求得最大弯矩

13、值，支点负弯矩取用非对称布置时的数值，跨中弯矩取用对称布置时数值。各截面弯矩计算式为：各种荷载组合下的各截面弯矩计算见表6 各截面弯矩计算 表6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2-2截面3-3截面4-4截面5-5组合双列对称1890.14630.03779.62-315.02-693.03-62.98705.81组合双列对称1901.92609.44803.73-301.72-670.38-24.14757.86组合双列非对称2170.44923.86811.20-461.93-1016.25-392.96303.65组合双列非对称2182.21903.

14、27835.30-451.64-993.60-354.13355.70（2）相应于最大弯矩时的剪力计算一般计算公式为：截面1-1：，；截面2-2：；截面3-3：，；截面4-4：V左，；截面5-5：V左 ， 。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(kN)梁支座反力（kN）各截面剪力（kN）- - - - -R1R2R3V左V右V左V右V左V右V左V右V左V右组合1890.14630.03779.62960.990-630.03-630.03-630.03-630.031260.111260.11480.49480.49-480.5组合1901.92609.44803.7396

15、6.570-609.44-609.44-609.44-609.441292.481292.48488.75488.75-477.82组合2170.44923.86811.26749.390-923.86-923.86-923.86-923.861246.581246.58435.38435.38-314.01组合2182.21903.27835.30754.980-903.27-903.27-903.27-903.271278.941278.94443.64443.64-311.34 盖梁内力汇总表 表8内力 截面号 - - - -弯矩（kN/M）M自重-2.25-10.50-30.84-0.

16、3141.96M荷载0-461.93-1016.25-392.96757.86M计算-2.25-472.43-1047.09-393.27799.82剪力（kN）V自重左-9.75-24.00-43.8052.800右-9.75-24.0069.3052.800V荷载左0-923.86-923.861246.58435.38右-923.86-923.861246.58435.38-314.01V计算左-9.75-947.86-967.661299.38435.38右-933.61-947.861315.88488.18-314.012、盖梁内力汇总（表8）表中各截面内力取表6和表7中的最大值，

17、按表8可绘制内力计算的包络图（三）截面配筋设计与承载力核算采用C30混凝土，主筋选用HRB335，22，保护层50mm（钢筋中心至混凝土边缘）。， 1.正截面抗弯承载力验算 以下取-截面作配筋设计，其它截面雷同。已知：cm2，取，即： 化简后为： 8.28 解方程得用1222钢筋，其根数，实际选用12根，配筋率：45ftdfsd=451.39280=0.223即45ftdfsd该截面实际承载力为： 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。其它截面的配筋设计如表9所示。各截面配筋量计算表 （表9）截面号M(kN.m)所需钢筋面积As(mm2)所需钢筋（根数）实际选用含筋率（%）根数

18、As(mm2- -2.25 -830410.241-472.431628.174.28830410.241- -1047.093669.819.651245610.346-393.271352.313.56830410.241-779.822711.657.131038010.3022.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：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：预应力提高系数，本例取=1.0； 混凝土抗拉设计强度，本例取=1.39MPa。对于-截面： 对于-截面-截面： 按公预规规定： 故按构造配置箍筋和斜筋。3全梁承载力校核已

19、知，一根主筋22所能承受的弯矩值为：，其中，代入后得据此绘制弯矩包络图和全梁承载力校核图，如下图所示。四 桥墩墩柱计算墩柱一般尺寸见图2，墩柱直径为100，用30号混凝土，R235级钢筋。（一）荷载计算1恒载计算:（1）上部构造恒载，一孔总重：1295.26kN（2）盖梁自重（半根梁重）：113.10kN（3）横系梁重：1.00.73.225=56kN（4）一根墩柱自重：3.14160.53.525=68.72kN作用墩柱底面的恒载垂直力为：kN2汽车荷载计算荷载布置及行驶情况见前述图，由盖梁计算得知：（1）公路-级单孔荷载单列车时：相应的制动力：按照公预规4.3.6条规定公路-级汽车制动力不

20、小于90kN，故取制动力90kN双孔荷载单列车时： 相应的制动力：，故制动力取90kN(2) 人群荷载单孔行人（单侧） KN双孔行人（单侧） 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矩，即产生最大墩柱低弯矩。3、双柱反力横向分布系数计算（汽车荷载位置见图10）: 图10（1）单列车时： 双列车时：（2） 人群荷载 单侧： 双侧： 4. 荷载组合（1）最大最小垂直反力计算，见下表10 可变荷载组合垂直反力计算 表10 编号荷载状况最大垂直反力（KN）最小垂直反力（KN）1公路-级单列车1.0386.36002双列车0.631487.590.3

21、69285.133人群荷载单侧1.42339.17-0.423-14.754双侧0.534.880.534.88表中汽车荷载已经乘以冲击系数（1+=1332）（2）最大弯矩时计算（单孔）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垂直力（KN）水平力H（KN）对柱顶中心弯矩（）0.25（B1-B2）1.1H1上部与盖梁-436.92002单孔双列车458.060.6311.332385.000385.004596.2549.53人群单孔双侧69.760.534.88-34.88-8.72-表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

22、的外力（图11）（1）垂直力：最大垂直力：最小垂直力：(需要考虑与最大弯矩值相适应) （2）弯矩： （3）水平力： H=45kN图112、作用于墩柱底的外力3、截面配筋计算已知墩柱选用C30混凝土，采用1216R235钢筋，=24.13,则纵向钢筋配筋率，由于，故不计偏心增大系数：取.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： 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： =1.0，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=13.8、=280后，经整理得 =按公预规提供的附录C表C.0

23、.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。经试算查的各系数A、B、C、D为设=0.8，A=2.1234 ,B=0.5898,C=1.6381, D=1.1212代入后 当=0.7，A=1.8102 ,B=0.6559,C=1.0692, D=1.4769代入后 当=0.73，A=1.9052 ,B=0.6386,C=1.2987, D=1.3358代入后 则取=0.73， 即 墩柱承载力满足规范要求。五 钻孔灌注桩的设计计算钻孔灌注桩的直径为1.20m，用C25混凝土，16R235钢筋。由地质资料分析设计宜采用钻孔灌注桩基础。灌注桩按m法计算，设m值为10104kN/m4(

24、密实细沙夹砾石)桩身混凝土受压弹性模量=2.60104MPa（一）荷载计算每一根桩承受的荷载为：1、一孔恒载反力（图12）2、盖梁恒重反力3、系梁恒重反力4、一根墩柱恒重 作用于桩顶的恒载反力为：5、灌注桩每延米自重 （已扣除浮力）6.可变荷载反力（1）两跨可变荷载反力（公路-级）（人群荷载）（2）单跨可变荷载反力（公路-级）（人群荷载）（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：无横桥向水平推力及纵桥向风荷载，可不予考虑风力。7、作用于桩顶的外力，图13 图12 图13 （双孔） （单孔） 单跨可变荷载时： 8.作用与地面处桩顶上的外力（二）桩长计算由于地基土

25、层单一，用公路桥规确定单桩轴向受压承载力容许值经验公式反算桩长，该桩埋入局部冲刷线以下深度为h，一般冲刷线以下深度为h3，则式中：U桩周长，考虑用冲抓锥钻孔灌注，成孔直径不变，则 桩壁摩阻力，按表值取为70kpa 带入得：桩底最大垂直力为：N=1384.21+2.516.95+0.516.95h=1426.59+8.48h即1426.59+8.48h=603.9+166.31h故 h=1426.59-603.9166.31-8.48=5.21（m） 取h=6m，即地面以下桩长为8.5m，由上式反求：可知，桩的轴向承载力满足要求。（三）桩的内力计算（m法）1，桩的计算宽度b：2. 桩的变形系数：

26、 式中： ，受弯构件： 故： 可按弹性桩计算。3 地面以下深度Z处桩截面的弯矩Mz与水平压应力z的计算： 已知作用于地面处桩顶上的外力为 N0=1401.16kN, H0=45kN, M0285.92(kN.m) 局部冲刷线下深度z处桩截面的弯矩Mz =查表得，Mz计算列表如表12，桩身弯矩分布图14 MZ计算列表 表12ZZ=ZH、=hAmBmHOAm/MOBmMZ00.25 0.51 1.02 1.53 2.04 2.54 3.31 3.82 5.09 6.36 7.63 8.91 10.18 00.10 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.30 1.50 2.00 2.

27、50 3.00 3.50 4.00 3.343.34 3.34 3.34 3.34 3.34 3.34 3.34 3.34 3.34 3.34 3.34 3.34 3.34 0.00000 0.09959 0.19670 0.37565 0.52348 0.63264 0.69724 0.72678 0.68746 0.58247 0.31785 0.09511 0.00001 1.00000 0.99973 0.99797 0.98521 0.95613 0.90892 0.84108 0.71242 0.61347 0.34529 0.17468 0.02671 0.00002 0.00

28、11.40 22.52 43.01 59.94 72.44 79.83 83.22 78.71 66.69 36.39 10.89 0.00 0.00 285.92 285.84 285.34 281.69 273.38 259.88 240.48 203.70 175.40 98.73 49.94 7.64 0.01 0.00 285.92 297.25 307.86 324.70 333.32 332.32 320.32 286.91 254.12 165.42 86.34 18.53 0.01 图14 桩身水平应力 查表计算各值，计算见表13，桩身水平应力分布见图14。 水平压应力计算 表13zZ=ZH、=h0.00 0.51 1.02 1.78 2.29 2.80 3.82 5.09 7.63 10.18 0.00 0.20 0.40 0.70 0.90 1.10 1.50 2.00