双柱桥墩课程设计.docx
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双柱桥墩课程设计
双柱桥墩课程设计
第II部分钻孔灌注桩.双柱式桥墩的计算
1.设计资料
1.设计标准及上部构造
设计荷载:
公路・II级;
桥面净空:
净-7m+2X0.75m;
计算跨径16.10m;
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•设计依据
VV公路桥涵地基与基础设计规范》(JTGD63.2007)。
二、盖梁计算
(一)荷载计算
1•上部结构永久荷载见表1。
2•盖梁自重及作用效应计算(1/2盖梁长度)(图2)
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
16.77
17.09
16.90
1362.38
边梁
5
中梁2、
4
中梁3
135.00
137.57
136.05
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(kN•in)
剪力(kN)
V左
V右
1-1
q1=0.5X0.5X1.2X25+(0.5/2)X0.3X1.2X25
=7.5+2.25=9.75
Ml=・7.5X(0.5/2)-2.25X(0.5/3)
=-1.875-0.375
=-2.25
-9.75
-9.75
2-2
q2=(l/2)X
(0.8+L1)X0.5XL2X25=14.25
M2=-0.5X1.0X1.2X25X
0.5-(1/2)X0.6XL0XL2X25X(1/3)
=■7.5-3.0
=-10.50
24.00
24.00
3・3
q3=LlX0.6XL2X25
=19.80
M3=-0.5X1.0XL2X25X
1.1・(1/2)X0.6XLOX
1.2X2.5X[(l/3)+0.6]-
19.8X(0.6/2)
=・16.5・8.4-5.94
=-30.84
43.80
6930
4-4
q4=l.lX0.5X1.2
X25
=16.50
M4=113.1X0.5-(19.8+16.5)X(1.1/2)-15X1.6-9X[d/3)+l.l]
=56.55・19.965-24.00-12.897
="0.31
52.80
52.80
5-5
q5=l.lX1.6X1.2X25
=52.80
M5=113.1X21・(19.8+16.5+52.8)X(2.7/2)・15X3・2・9X[d/3)+27]
=237.51・120.285・48
-27.27
=41.96
0
0
4+的+§3+%+你=113・10kN
3•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。
①公路一I级
a.单车列,对称布置(图3)时:
71=75=0
〃2=%£x0.5625=0.281
〃严丄(0.4375+0.4379)=0.438
2
B.双车列。
对称布置(图4)时:
=“5=丄x0.5632=0.266
2
%=小=1(0.4375+0.4379)=0.438
=1(0.5938+0.5938)=0.594
P/2P/2
厂90「一90「
h4
bih
160
160
160
一160一
2号梁
3号梁
4号梁
10.5625
丄——
0.437510.4375
0.56251
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(尺寸单位:
cm)
由〃,=丄±«觀(2工/),己知n=5,e=2.10,2^z2=2(1.602+3.202)=25.60,则
ICC
r)\=—二0.200+0.263二0.463
1525.60
=j_+2J2S1^=o2oo+0.131=0.331
525.60
H-i――—0.200
5
久=--0.131=0.069
,45
①=--0.263=-0.063
5
d.双车列,非对称布置(图5)时:
已知:
n=5,e=0.55,2工“'=25.60,贝!
J:
丄*0.、'x3.2=0200+0069=0.2691525.60
丄*0.小1•&=0200*0034=0234-525.60
〃严*0.200
久=--0.034=0」66
,45
広=--0.069=0.131
5
②人群荷载
q;=0.75x3=2.25(kN/m)
a.两侧有人群,对称布置时(图6):
巾=耳5=1・422
见=H4=4422
=0
b.单侧有人群,对称布置时(图6):
已知:
h=5,e=3.2十0.500=3.700,=25.60
q人I67,5q人
I
SXX
1.4221
]号丄一丄一一—一一
2
-0.422
图6(尺寸单位:
cm)
则:
1aq75x37
q…;一=0.200+0.484=0.684
11525.60
13.875x1.6
n=-4=0.200+0.242=0.442
12525.60
1
X],=—=0.200
1
n4=--0.242=-0.042
1=£・0.484=-0.284
(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)
10.5kN/m
224.4kN
16.1
161
1.000
图7(尺寸单位:
cm)
①公路-I级
双孔布载单列车时:
16」x2x10.5
2
十224・4=393・45(kN)
双孔布载双列车时:
2B=2x393.45=786.9(kN)
单孔布置单列车时^
16.1x10.5
B=——-——十224.4=308・93(kN)
单孔布载双列车时:
2B-617.85(kN)
②人群荷载(图8)单孔满载时:
B,=2.25xlx1,008x16.1=18.26(kN)(一侧)
双孔满载时(一侧):
B]・B2-18.26(kN)
B]+B2・36・52(kN)
双孑LA群
弼LA群
图8(尺寸单位:
cm)
⑶可变荷载横向分布后各梁支点反力(计算的一般公式为RH见表3
各梁支点反力计算表3
横载荷
计算方法
荷载布置
妣数
孔
孔
n
n
n
o
o
n
对称布置按杠杆法算
单列行车公路J级
02420=•••=15n>汙3=尸n
1H1o>85.3.8o
6356
8138
OO.2.O.O
双列行车公路J级
6848663936
24542
666O.6===一一=
12s4S4nn*nnn-
人群荷载
ll
6
2&
1
7117
.9.7O.7.9
5775
2--2
2
5
•
6
3
412124
94>49
1.5051.
5.1-15
非对称布置按杠杆法算
单列行车公路J级
31o9534633200606oooo-c====__-1432zHnHcrn5
93269216
.(1.273.4rsj••Jr
I2)2l115141C62-1
17239579
J.261.7
8230&7.Z4
181372-2
双列行车公I级
940616<301613
••••aoooo=(===一一
2345nnnnn
gEi
人群荷载
6
2&
1
3^:
:
2
5
•
6
3
(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+U=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4
编号
荷载情况
1号梁Ri
2号梁R2
3号梁Rs
4号梁&
5号梁%
①
恒载
270.00
275.14
272.10
275.14
270.00
②
公路级双
列对称
287.10
472.74
641.11
472.74
287.10
③
公路级双
列对称
290.34
252.55
215.86
179.17
141.38
④
人群对称
51.94
-15.42
0
-15.42
51.94
⑤
人群非对称
24.98
15.42
7.30
-1.54
-10.37
⑥
①+②+④
609.04
732.46
913.21
732.46
609.04
⑦
①+②+⑤
582.08
763.3
920.51
746.34
546.73
⑧
①+③+④
612.28
512.27
487.96
438.89
463.32
⑨
①+③+⑤
585.32
543.11
495.26
452.77
40L01
4.双柱反力G计算(图9),所引用的各梁反力见表5
荷载组合情况
计算式
反力q
(KN)
组合⑥
公路一I级双列对称
人群对称
1
4.2
(609.04x5.3+732.46x3.7+913.21x2.1+732.46x0.
5—609.04x1.1)=1798.11
1798.11
组合⑦
公路一I级双列对称
人群非对
称
1
4.2
(582.08x5.3+763.30x3.7+920.51x2.1+746.34x0.
5—546.73x1.1)=1812.87
1812.87
组合⑧
公路一I级双列
非对称
人群对称
1
4.2
(612.28x53+512.27x3.7+487.96x2.1+438.89x0.
5—46332x1.1)=1398.81
1398.81
组合⑨
公路一I级双列非对称
人群非对
称
1
4.2
(585.32x5.3+543.11x3.7+495.26x2.1+452.77x0.
5—401.01x1.1)=1413.58
1413.58
双柱反力6(计算
表5
Gi
Ri
R2
截面②
-©
截面③
•③
截面④
.④
截面⑤
•⑤
组合⑥
公路・II级双列对称
179&11
609.04
732.46
-365.42
-669.94
-75.41
655.17
组合⑦
公路・II级双列对称
1812.87
582.08
763.3
-349.25
-640.29
-24.89
723.10
组合⑧
公路-II级双列非对称
1398.81
612.28
512.27
-367.37
-673.51
-280.24
158.57
组合⑨
公路・n级双列非对称
1413.58
585.32
543.11
-351.19
-643.85
-229.72
226.51
(2)相当于最大弯矩时的剪力计算一般计算公式为:
截面M:
V左=0,V右=・Ri
截面2・2:
V左二V右=Ri
截面3・3:
V左=・Ri,V£=Gi・Ri
截面44:
Vs=Gi-Ri,V^=Gi-Ri-R2
截面5-5:
V左二Gi・Ri・R2,V^=Gi-Ri-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Gi
(KN)
梁支座反力
(KN)
各截面剪力(KN)
截面①
•①
截面
②•②
截面
③•③
截面④
•④
截面
⑤•⑤
R1
R2
R3
V左
V右
V左
V右
V左
V右
V左
V右
V左
V右
组合⑥
1798.11
609
732
913
0
-609
-609
-609
-609
1189
1189
456
456.
-456.
公路级
.04
.46
.21
.04
.04
.04
.04
.07
.07
・61
61
61
组合⑦
1812.87
582
763
920
0
-582
-582
-582
-582
1230
1230
467
467.
-453.
公路・u级
.08
・3
・51
.08
.08
.08
.08
.79
.79
.49
49
02
组合⑧
公路-u级
1398.81
612
.28
512
.27
487
.96
0
-612
.28
-612
.28
-612.28
-612
.28
786.
53
786.
53
274
.26
274.
26
-213.
70
组合⑨
1413.58
585
543
495
0
-585
-585
-585
-585
828.
828.
285
285.
-210.
公路・n
级
.32
.11
.26
.32
.32
.32
.32
26
26
.15
15
11
2.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
①
(3)-(3)
弯矩(kN*m)
M自重
-2.25
-10.50
-30.84
-0.31
41.96
M荷载
0
-367.37
-673.51
-280.24
723.10
M计算
-2.25
-377.87
-704.25
-280.55
765.06
剪力
(kN)
V自重
左
-9.75
-24.00
-43.80
52.80
0
右
-9.75
-24.00
69.30
52.80
0
V荷载
左
0
-612.28
-612.28
1230.79
467.49
右
-612.28
-612.28
1230.79
467.49
-456.61
V计算
左
-9.75
-636.28
-656.08
1283.59
467.49
右
622.03
-636.28
1300.09
520.29
-456.61
(三)截面配筋设计与承载力校核
采用C30混凝土,主筋选用HRB335,022,保护层5cm(钢筋中心至混凝土边缘)。
fcd=13.8MPa,fsd=280MPae
1.正截面抗弯承载能力验算
x
<九殂屁-亍)
5As=,fcdbx
以下取⑤•⑤截面作配筋设计,其他截面雷同,在此不做详细计算。
已知:
bh=120cmx110cm>Ma=765.06kN*m,
取Yo=l.O,h()=110-5=105(cm)o
即:
765.06x106<13.8x1200xX(1O5O-—)
2
化简后为:
X2-2100X十92398.55<0
解方程得到x=44.96mm,
A=fdbx/fsl=13.8x1200x44.96/280=2476.90(mm2)=26.59(cm2)
用022钢筋,其根数“=2=需弟=7.00根,实际选用10根,配筋率:
Asi3.801
38.01
“=xlOO%=0.302%o
120x105
该截面实际承载力Mu为:
Mu=fcdAs(hO-|)
=280x380x(1050-44.96/2)
=1093.28(kN・m)
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(KN・m)
所需钢筋面积As(cm2)
所需022
(根数)
实际选用
含筋率
(%)
根数
As(cm2)
①•①
-2.25
——
——
6
22.81
0.266
②-②
-377.87
12.99
3.42
8
30.41
0.241
③•③
-704.25
24.43
6.43
10
3&01
0.302
④•④
-280.55
9.62
2.53
8
30.41
0.241
⑤•⑤
765.06
26.59
7.00
10
3&01
0.302
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/^<0.50x10-3a2fldbho(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:
a2—预应力提高系数,本设计取a2=1.0;
如一混凝土抗拉设计强度,本设计取f5j=1.39MPa0
对于①•①截面:
0.5X10“fldbhu=0.5x10“xl.0xl.39xl200x750=625.50(KN)对于②•②截面〜⑤■⑤截面:
0.5X103fjdhh{>=0.5x10'3x1.0x1.39x1200xl050=875・70(KN)按《公预规》5.2.9条规定:
/OVZ<0.51乂10心^/^^=0・5叹10・\/55><120(^1050=3520(册)
LQ
§
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。
0=
工「0二09・3-
120
]i-]i
曰
1g‘八
图10尺寸单位:
cm)
3・全梁承载力校核
已知h°=1050〃叫b「=280,—根主筋(|)22所能承受的弯矩值为:
=丁x人xz,其中z=0.92h产966mm,代入后得M,=280x380.1x996=102.8(kN•m),据此绘制弯矩包络图和全梁承载力校核图。
如图11所示
图11
三、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。
(一)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1362.38KN
(2)梁盖自重(半根梁盖)113.10KN
(3)横系梁重
(1.00X0.7X3.2X25)=56(KN)
(4)墩柱自重
3.1416X0.52X1.9X25=3731(KN)作用墩柱底面的恒载垂直力为:
N恒=1/2X1362.38+3731=71&50(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J级
①单孔荷载
单列车时:
Bl=O,B2=3O8.93kN.BI+B2=3O8.93kN
相应的制动力:
T=308.93X2X0.1=61.79(KN)按《公预规》制动力不小于90KN,故取制动力为90KNo
②双孔荷载
单列车时:
B,=84.52KNB2=308.93KN
相应的制动力:
B,+B2=393.45KN
T=393.45X2X0.1=7&69KNV90(KN),取制动力为90KN。
⑵人群荷载:
单孔行人(单侧)
B|=O.B]=18.26kN,B]十比=18.26kN
双孔行人(单侧)
B(=B2=18.26kN,B,+B2=36.52kN
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)
=1—1=0o
55+210八—
双列车时:
==0.631,
1420
“2=1.00—0.631=0.369。
⑵人群荷载
单侧时:
387.5+210
420
=1.423
q2-1.00-1.423--0.423
双侧时:
=〃2=。
・50。
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7
横向分
布〃1
B加1+“)
1
公路-I级
单列车
1.000
518.41
0
0
2
双列车
0.631
654.23
0.369
382.59
3
人群荷载
单侧行人
1.423
51.97
-0.423
-15.45
4
双侧行
人
0.5
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