木叶乡桥 上承式钢筋混凝土实腹拱桥计算书.doc

酉阳县木叶乡易地扶贫搬迁集中安置点连接桥梁建设项目 0 木叶乡桥 结构设计计算书 设计阶段 施 工 图 部 位 拱圈 基础 审 核 人 校 核 人 计 算 人 2017 年 11 月 酉阳县木叶乡易地扶贫搬迁集中安置点连接桥梁建设项目 1 目 录 一 工程概况一 工程概况 1 二 计算内容二 计算内容 1 三 基本设计资料三 基本设计资料 1 四 地质 水文资料四 地质 水文资料 2 1 地形地貌 2 2 地基岩土的构成 2 3 地下水 3 4 不良地质作用 3 5 建议 4 五 计算程序五 计算程序 5 六 说明六 说明 5 1 拱圈结构验算 5 2 地基承载力 基础稳定性验算 11 酉阳县木叶乡易地扶贫搬迁集中安置点连接桥梁建设项目 0 一 工程概况一 工程概况 本桥为酉阳县木叶乡易地扶贫搬迁集中安置片区内的一座景观桥 是小区工程的一部分 主 要用于小区内日常通行和消防通行 桥梁基本尺寸和外观由景观设计人员结合小区总体情况进行 拟定后 我们对此桥进行了桥梁结构设计 本桥上部构造为 跨径 16m 上承式钢筋混凝土实腹拱桥 净矢高为 3 2m 净矢跨比采用 1 5 拱圈截面高度为 0 6m 横桥向宽度为 9m 为实体矩形现浇混凝土板拱 拱圈与拱脚处为铰 接 为两铰拱 拱桥采用填料式拱上建筑 填料为石灰粉煤灰碎石 比例为 6 14 80 为保证 桥梁美观及运行的舒适性要求 桥梁不设置伸缩装置 二 计算内容二 计算内容 拱圈结构验算 地基承载力 基础稳定性验算 按极限状态法设计 三 基本设计资料三 基本设计资料 1 设计荷载 设计荷载 1 永久荷载 恒载 片石混凝土容重 25KN m3 钢筋混凝土容重 26KN m3 人行道石栏杆 2 6KN m 沥青混凝土铺装 24KN m3 基础变位作用 不均匀沉降 0 01m 2 可变荷载 车道荷载 按双向二车道加载 荷载采用 城市 B 级 车道荷载见规范 人群荷载 3 0kN m 温度荷载 根据 公路桥涵设计通用规范 JTG D60 2015 取值 3 偶然荷载 地震动峰值加速度为 0 10g 建筑场地为稳定的建筑场地 2 材料性能 材料性能 一 混凝土 拱圈采用 C50 混凝土 桥台 压顶梁及桥面铺装采用 C30 混凝土 桩基采用水下 C30 混凝土 侧墙采用 M30 浆砌片石 酉阳县木叶乡易地扶贫搬迁集中安置点连接桥梁建设项目 1 按照 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 JTG D62 2004 结构混凝土耐久性的 最低要求为 普通混凝土构件耐久性要求 最大水灰比 0 55 最小水泥用量为 275kg m3 最大氯 离子含量为 0 3 最大碱含量为 3 0kg m3 混凝土石料强度不低于混凝土强度的 2 倍 由于大桥桥址处地下水对桩基混凝土具有弱腐蚀性 应进行二级防护 桩基混凝土宜采用不 低于 42 5 级硅酸盐水泥浇筑 最大水灰比 0 5 最小水泥用量 365kg m3 铝酸三钙 C3A 8 最大 氯离子含量 0 15 最大碱含量 3 0kg m3 掺加 级低钙粉煤灰 Cao 10 其掺量控制在水泥 重量的 10 且凝胶材料总用量不宜大于 400 kg m3 并添加水泥及粉煤灰总重量 1 0 的聚羧酸 盐高效减水剂 二 钢材 1 普通钢筋 钢筋直径 10mm 者采用 R235 光圆钢筋 直径 10mm 者采用 HRB335 带肋钢筋 其技术性能应分别符合中华人民共和国国家标准 钢筋混凝土热轧光圆钢筋 GB 1499 1 200 8 钢筋混凝土热轧带肋钢筋 GB1499 2 2007 的规定 2 普通钢筋直径大于等于 25mm 时 应采用机械连接 机械连接必须符合中华人民共和国行 业标准 JGJ107 2003 钢筋机械连接通用技术规程 中 级接头要求 级接头应采用不缩小削弱钢筋头母材有效截面的接头形式 并满足相关的技术规范要求 3 其它钢材 除特殊规定外 其余均采用 Q235B 钢 其技术性能必须符合国家标准 碳素结 构钢 GB700 1998 的规定 4 桥面防水层 采用刚性防水层 5 材料及工程质量应符合 公路工程质量检验评定标准 JTGF80 1 2004 公路桥涵 施工技术规范 JTG T F50 2011 的要求 3 主要规范 主要规范 1 城市桥梁设计准则 CJJ11 2011 酉阳县木叶乡易地扶贫搬迁集中安置点连接桥梁建设项目 2 2 公路工程技术标准 JTG B01 2014 3 公路桥涵设计通用规范 JTG D60 2015 4 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 JTG D62 2004 5 公路桥涵地基及基础设计规范 JTG D63 2007 6 公路桥梁抗震设计细则 JTG T B02 01 2008 7 公路圬工桥涵设计规范 JTG D61 2005 四 地质 水文资料四 地质 水文资料 岩土工程勘察报告 详勘 1 地形地貌地形地貌 场地位于酉阳县木叶乡 场地属山区剥蚀斜坡与冲沟地貌 地貌类型受地层岩性 地质构造 控制明显 拟建桥梁范围内地面高程为915 60m 921 33m 木叶河自南向北流经本场地 东西两 岸岸坡坡高约3 4米 坡角50 76 坡顶地形较平坦 2 地基岩土的构成地基岩土的构成 经地表工程地质测绘和钻探揭露 建筑场地地层主要由第四系全新素填土 Q4ml 冲洪积红 粘土 Q4al pl 冲洪积砂土夹碎块石 Q4al pl 及三叠系下统大冶组 T1d 灰岩组成 现将各岩 土层工程特征分述如下 1 素填土 杂色 主要由红粘土夹灰岩碎块石等组成 其中 红粘土呈可塑状 碎块石粒 径以 500 为主 含量约 呈棱角状 堆土方式随意 排列杂乱 结构呈松 散状 稍湿 未被污染 据钻探揭露 其厚度约为 0 3 50m ZK8 2 红粘土 呈黄褐色 主要由红黏土组成 含少量细砂粉砂 可塑状 无摇振反应 切面 稍有光泽 干强度中等 韧性中等 稍湿 厚度约为 1 40 ZK2 11 80m ZK13 3 砂土夹碎块石 杂色 主要由砂土夹灰岩碎块石等组成 其中 砂土成散粒状 碎块石 粒径以 100 为主 含量约 25 呈棱角状 堆土方式随意 排列杂乱 结构呈松 散状 稍湿 分布较少 厚度约为 1 70 ZK4 4 80m ZK3 酉阳县木叶乡易地扶贫搬迁集中安置点连接桥梁建设项目 3 4 灰岩 灰白色 细晶至微晶结构 中厚层状构造 主要由碳酸盐矿物组成 局部可见方 解石脉 3 地下水地下水 拟建场地地层结构由素填土 红粘土 砂土夹碎块石和下覆灰岩组成 素填土 砂土夹碎块 石层为透水层 红粘土为隔水层 灰岩岩体较完整 裂隙不发育 属弱透水层 拟建区内主要的地表水为大气降水和木业河河水 通过蒸发及下渗排泄 经钻探及水位观测 可知 勘察期间桥位区的木叶河岸坡处钻孔可见地下水 近河地段地下水接受大气降水补给 排 泄到木叶河 木叶河为区内地下水最低侵蚀和排泄基准面 近河地段的地下水受河水位涨落影响 显著 地下水位直接随河水位涨落而涨落 本次钻孔中河两岸的部分钻孔可见地下水 勘察期间 的地下水位为 914 10 914 56m 与河水位基本一致 根据地下水的赋存条件 水理性质及水力特征 场区地下水可分为孔隙水 裂隙水 1 孔隙型上层滞水 孔隙水由大气降雨和木业河河水补给为主 暂时性储存在第四系松散土层中 排泄方式多数 沿基岩面向地势低洼地带渗出 少数进入基岩裂隙并沿裂隙渗流至低洼地带 富水能力受地形地 貌以及覆盖层范围 厚度 物质成分以及透水性能制约 水量大小受季节 气候影响大 2 岩溶裂隙水 岩溶裂隙水主要赋存于岩溶裂隙中 一般埋深较大 场区内下伏基岩为单一灰岩 灰岩强风 化含水能力和透水能力较好 为透水层 灰岩中风化含水能力和透水能力较差 为相对隔水层 总之 桥位区水文地质条件中等复杂 场地及场地周边没有污染源 初步判断场内地下水对混凝土结构有微腐蚀性 对钢筋混凝土 结构中的钢筋有微腐蚀性 酉阳县木叶乡易地扶贫搬迁集中安置点连接桥梁建设项目 4 4 不良地质作用不良地质作用 经地面调查 拟建场区内没有发现滑坡 崩塌 泥石流等不良地质现象 根据钻探资料 拟 建场区内没有发现软弱夹层 地下采空区 地下硐室等 根据区域地质资料 场区内没有断裂构 造通过 根据调查及钻探 场地岩溶不发育 现有的钻孔均未见溶洞 但由于场地处于灰岩岩溶地区 存在隐伏岩溶的可能性 建议桩基础施工前进行一桩一孔超前钻探检验 同时对木业河两岸坡 调查 未发现岸坡变形坍塌等塌岸迹象 桥梁区基本为原始地貌 基本无人类工程活动 5 建议建议 5 15 1 深基坑开挖与支护深基坑开挖与支护 基坑开挖和地下室设计与施工时 应认真做好降水 排水或截水工作 坑内采用集水 明沟 降排地下水 坑外地表面宜设置截水沟或低挡墙截挡水 以防地表水大量流入坑内 开挖期间严 禁在基坑四周可能影响基坑稳定的范围内大量堆土和放置重型设备 基坑开挖和基础 地下室施工期间 应加强对周围建筑 道路和支挡结构的变形观测 以便 发现问题及时处理 5 25 2 基础施工基础施工 采用天然地基方案时 由于 层粘土具有弱膨胀潜势 基坑开挖至设计标高时 严禁地基土 长时间积水或曝晒 五 计算程序五 计算程序 桥梁博士 3 60 版 手算 六 说明六 说明 本计算书给出拱圈结构验算 地基承载力 基础性稳定验算 均满足要求 1 拱圈结构验算 拱圈结构验算 采用桥博3 0计算内力 不考虑拱上建筑的联合作用 按两铰拱建立模型 划分单元 计算模 型如下 酉阳县木叶乡易地扶贫搬迁集中安置点连接桥梁建设项目 5 1 截面抗压强度验算 截面选取主拱圈的拱脚截面 1 4 截面 跨中截面等共计 3 个截面 按照 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 JTG D62 2004 5 1 4 1 的规定 验算拱的截面强度 由于截面强度验算与拱的整体 强度 稳定 验算所采用公式相同 只是为考 虑长细比及弯曲系数的影响 因此 略去该节 直接验算拱的整体 强度 稳定 2 抗剪强度验算 8 依据 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 JTG D62 2004 4 0 13 条的规 定 应该按 4 0 13 的公式验算剪力 0 Vd A fvd fNk 4 1 1 Vd 剪力设计值 A 受剪截面面积 12 8 0 4 5 12m2 fvd 抗剪强度设计值 2280KN m2 按3 3 2 等查 fvd 摩擦系数 采用 0 7 Nk 与受剪截面垂直的压力标准值 计算结果如下表所示 组合 为基本组合 组合 为偶然组合 拱脚 节点 1 荷载组合 VdAfvd fNk Rn A fvd 1 1 4 fN k 0 Vd 是否满足 组合 Max20605 1222800 7571014528 62060 满足 酉阳县木叶乡易地扶贫搬迁集中安置点连接桥梁建设项目 6 Min29 65 1222800 7580014573 629 6 满足 Max8625 1222800 7477014058 6862 满足组合 Min8625 1222800 7477014058 6862 满足 荷载组合1 4 截面 节点 8 Max7265 1222800 7328013313 6726 满足组合 Min 4555 1222800 7289013118 6455 满足 Max1155 1222800 7262012983 6115 满足组合 Min1155 1222800 7262012983 6115 满足 荷载组合跨中截面 节点 15 Max5535 1222800 7413013738 6553 满足组合 Min 3565 1222800 7265012998 6356 满足 Max685 1222800 7242012883 668 满足组合 Min685 1222800 7242012883 668 满足 3 拱的整体 强度 稳定 验算 按照 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 JTG D62 2004 5 1 4 1 的规定 验算拱的整体 强度 稳定 1 依据 公路圬工桥涵设计规范 JTG D61 2005 4 0 8 条 受压承载力应按下列公式就 算 0Nd fcdAc 0 结构重要系数 见 4 0 4 Nd 轴力设计值 Nd 见 5 1 4 条 m d H cos 弯曲平面内轴心受压构件弯曲系数 按表 4 0 8 选用 计算时 L0按 5 1 4 条 两铰拱 L0 0 36s 混凝土拱桥截面强度计算时可取为 1 0 Ac 混凝土受压区面积 fcd 混凝土轴心抗压强度设计值 2 本桥截面为矩形 按照按公式 4 0 8 3 计算 0 Nd fcd b h 2e 酉阳县木叶乡易地扶贫搬迁集中安置点连接桥梁建设项目 7 h 矩形截面高度 b 矩形截面宽度 e 轴向力的偏心距 L0 h 0 36s h 0 36 16 355 0 4 14 72 按照表 4 0 8 内插求得 0 98 3 按照 4 0 9 条规定 受压构件偏心距限值应满足 基本组合 e 0 6s 0 6 h 2 0 6 0 4 2 0 12m 偶然组合 e 0 7s 0 7 h 2 0 7 0 4 2 0 14m 对于偏心距不超限的截面的计算结果见下表 截面抗力计算表 拱脚 节点 1 荷载组合 M kN m N KN e M N 偏心 距限 值 e0 Ac b h 2e fcd Rn fcd b h 2e 0Nd 是 否 满 足 Max56257100 194 0 12 偏心超限按 4 0 10 计算 组合 Min 48561200 461 0 12 偏心超限按 4 0 10 计算 Max 13647700 209 0 14 偏心超限按 4 0 10 计算 组合 Min 14847700 209 0 14 偏心超限按 4 0 10 计算