一级公路下部结构计算书

参考文献第3章 下部结构计算3.1设计资料1设计标准及上部构造设计荷载：公路I级；桥面净空：净9+21.0标准跨径：25m；主梁全长：24.92m；计算跨径：24.00m上部构造：预应力钢筋混凝土T形梁；2材料钢筋：盖梁主筋采用，其它均采用钢筋；混凝土：盖梁采用，墩柱采用,系梁及钻孔灌注桩用采；3桥墩尺寸考虑原有标准图，选用如图3-1所示结构尺寸图3-1 桥墩结构尺寸(尺寸单位：cm)4设计依据公路桥涵地基与基础设计规范(JTG D63-2007)。3.2盖梁计算3.2.1 荷载计算1上部结构永久荷载见表3-1表3-1 上部结构永久荷载每片边梁自重,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,kN1 、5号 2 、3、 4 号34.3635.567029.43边梁1、 5 中梁2、 3、 4428.12443.082盖梁自重及作用效应计算见表3-2(1/2盖梁长度，见图3-2)图3-2 盖梁尺寸(尺寸单位：cm)表3-2 盖梁自重产生的弯矩、剪力效应计算截面编号自重,kN弯矩,kNm剪力,kNV左V右11q1=0.60.71.625+0.50.60.41.625=21.6M1=-0.60.71.6250.3-0.50.60.401.6250.2= -5.94-21.6-21.622q2=0.5(1.1+1.5)0.61.625=31.2M2=-0.71.21.6250.6-0.50.81.21.6250.4= -22.08-52.8-52.833q3=1.50.801.625=48.00M3=-0.71.21.6251.4-0.50.81.21.6251.2-0.5480.80= -89.28-100.8388.544q4=1.50.851.625=51M4=489.30.85-(48+51)0.825-33.62.25-19.2(0.4+1.65)=219.27337.5337.555q5=1.55.621.625=337.5M5=489.36.47-(48+51+337.5)3.64-33.67.9-19.2(0.4+7.3)=1163.630 0 备注：q1+q2+q3+q4+q5=489.3KN3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原理法，非对称布置时用偏心受压法。 公路I级a单车列，对称布置时，见图3-3所示：b双车列，对称布置时，见图3-4所示： 图3-3 单列车对称 (尺寸单位：cm) 图3-4 双列车对称(尺寸单位：cm)c单车列，非对称布置时，见图3-5所示：由，已知：， d双车列，非对称布置时，见图3-5所示：已知：N=8，e=3.05，则：； e三车列，非对称布置时，见图3-5所示：已知：N=8，e=1.5，则：； 图 3-5 (尺寸单位：cm)f三车列，对称布置时，见图3-6所示：图3-6 三车列对称布置(尺寸单位：cm)人群荷载a两侧有人群，对称布置时，见图3-7所示：b单侧有人群，非对称布置时，见图3-7所示：已知：N=8，e=7.75，则：； 图3-7 人群荷载(尺寸单位：cm)(2)按顺桥向可变荷载移动情况，求支座可变荷载反力的最大值，见图3-8所示图3-8 支座可变荷载反力(尺寸单位：m)公路I级双孔布载单列车时： 双孔布载双列车时：双孔布载三列车时：单孔布载单列车时：单孔布载双列车时：单孔布载三列车时：人群荷载，见图3-9所示单孔满载时(一侧)：双孔满载时(一侧)： 图3-9 人群荷载(尺寸单位：m) (3)求可变荷载横向分布后各梁支点反力(计算的一般公式为)，见表3-3表3-3 各梁支点反力的计算荷载横向分布情况公路I级荷载,kN计算方法荷载布置横向分布系数单孔双孔BR1BR1对称布置按杠杆原理法计算单列行车公路I级1=0.000300.30393.902=0.000003=0.000004=0.500150.15196.955=0.500150.15196.956=0.000007=0.000008=0.00000双列行车公路I级1=0.000600.60787.802=0.000003=0.295177.18232.44=0.705423.42555.45=0.705423.42555.46=0.295177.18232.47=0.000008=0.00000三列行车公路I级1=0.000900.901181.702=0.109196.38128.823=0.468562.16368.74=0.593712.32467.165=0.593712.32467.166=0.468562.16368.77=0.109130.9285.888=0.00000人群荷载1=0.9441.438.9282.877.832=0.0602.484.973=0.000004=0.000005=0.000006=0.000007=0.0602.484.978=0.94038.9277.83荷载横向分布情况公路I级荷载,kN计算方法荷载布置横向分布系数单孔双孔BR1BR1非对称布置按偏心压力法算单列行车公路I级1=0.295300.388.58393.9116.202=0.24774.1797.293=0.19859.4677.994=0.14944.7458.695=0.10130.3339.786=0.05215.6120.487=0.0030.901.188=-0.045-13.51-17.73双列行车公路I级1=0.238600.6142.94787.8187.492=0.206123.72162.293=0.173103.90136.294=0.14184.68111.085=0.10965.4785.876=0.07746.2560.667=0.04426.4334.668=0.0127.219.45三列行车公路I级1=0.181900.9163.061181.7213.892=0.165148.65194.983=0.149134.23176.074=0.133119.82157.175=0.117105.41138.266=0.10190.99119.357=0.08576.58100.448=0.06962.1681.54人群荷载1=0.41241.416.9782.833.952=0.33013.5927.193=0.24810.2220.444=0.1666.8413.685=0.0843.466.926=0.0020.080.167=-0.080-3.29-6.598=-0.162-6.67-13.35(4)各梁永久荷载、可变荷载反力组合计算见表3-4，表中均取用各梁的最大荷载，其中冲击系数为：1+=1+0.29=1.29 表3-4 各梁永久荷载、可变荷载基本组合计算表 (单位：kN)编号荷载情况1号梁R12号梁R23号梁R34号梁R45号梁R56号梁R67号梁R78号梁R81恒载856.3886.2886.2886.2886.2886.2886.2856.32城市B级双列对称(双孔)00299.796716.466716.466299.796003城市B级三列对称(双孔)0166.178475.623602.636602.636475.623166.17804城市B级三列非对称(双孔)275.918251.524227.130202.749178.355153.962129.568105.1875人群对称77.834.9700004.9777.836人群非对称33.9527.1920.4413.686.920.16-6.59-13.3571+2+5934.13891.171185.9961602.6661602.6661185.996891.17934.1381+2+6890.25913.391206.4361616.3461609.5861186.156879.61842.9591+3+5934.131057.3481361.8231488.8361488.8361361.8231057.348934.13101+3+6890.251079.5681382.2631502.5161495.7561361.9831045.788842.95111+4+51210.0481142.6941113.331088.9491064.5551040.1621020.7381039.317121+4+61166.1681164.9141133.771102.6291071.4751040.3221009.178948.1374双柱反力Gi的计算，见图3-10，所引用的的各梁反力见表3-4图3-10双柱反力Gi计算(尺寸单位：cm) 表3-5双柱反力Gi计算(对2号柱取矩)荷载组合情况计算式反力G1,kN组合城市B级双列对称人群对称4613.962组合 公路I级双列对称 人群非对称4621.671组合公路I级三列对称人群对称4842.137组合公路I级三列对称人群非对称4849.8464537.8814545.59由表3-5可知，非对称荷载时立柱反力最大，则按荷载组合时控制设计，此时3.2.2 内力计算1恒载加活载作用下各截面的内力 (1)弯矩计算截面位置见图3-10所示，按图3-10给出的截面位置，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3-6，注意的是，表中内力计算未考虑施工荷载的影响。表3-6 各截面弯矩计算荷载组合情况墩柱反力,kN梁支座反力,kN各截面弯矩,kNmG1R1R2R3R4截面2-2截面3-3截面4-4截面5-5组合公路I级双列对称4613.962934.13891.171185.9961602.666-593.50 -1384.83279.711802.97组合公路I级双列对称4621.671890.25913.391206.4361616.346-563.39 -1314.58396.521964.43组合公路I级三列对称4842.137934.131057.3481361.8231488.836-668.35 -1559.49-53.041223.21组合公路I级三列对称4849.846890.251079.5681382.2631502.516-638.25 -1489.2563.771384.654537.8811210.0481142.6941113.331088.9494545.591166.1681164.9141133.771102.629(2)相应于最大弯矩时的剪力计算，计算见表3-7一般计算公式为：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表3-7 各截面剪力计算荷载组合情况组合公路I级组合公路I级组合公路I级组合公路I级墩柱反力,kNG12947.442952.0472886.222890.82梁支座反力,kNR1989.162938.9851113.9241063.747R21281.2721316.2141205.0721240.014R31889.8011915.31799.981825.49各截面剪力,kN截面1-1V左0000V右-989.162-938.985-1113.924-1063.747截面2-2V左-989.162-938.985-1113.924-1063.747V右-989.162-938.985-1113.924-1063.747截面3-3V左-989.162-938.985-1113.924-1063.747V右1958.2782013.0621772.2961827.073截面4-4V左1958.2782013.0621772.2961827.073V右677.006696.848567.224587.059截面5-5V左677.006696.848567.224587.059V右-1212.795-1218.452-1232.756-1238.4312盖梁内力汇总，见表3-8表中各截面内力均取表3-6和表3-7中的最大值，按表3-8可绘制内力计算的包络图。 表3-8 盖梁内力汇总表 截面号1-12-23-34-45-5内力弯矩,kNmM自重-5.94-22.08-89.2847.145199.02M荷载0-668.35-1559.49396.521964.43M计算-5.94-690.43-1648.77443.6652163.45剪力,kNV自重左-21.6-52.8-100.81350右-21.6-52.81861350V荷载左0-1113.92-1113.922013.06696.85右-1113.92-1113.922013.06696.85-1238.43V计算左-21.6-1166.72-1214.722148.06696.85右-1135.52-1166.722199.06831.85-1238.43 3.2.3 截面配筋设计与承载力校核采用混凝土，主筋选用钢筋，设=6cm。 1正截面抗弯承载力验算： ；以下取3-3截面作配筋设计，其他截面雷同，在此不做详细计算。已知：bh=150cm160cm；=-1648.77kNm，取=1.1；=150-6=144cm 即： ；选32的HRB335钢筋，其根数为根实际选用6根，配筋率为：其他截面的配筋设计见表3-11 表3-11 各截面钢筋量计算表截面号所需钢筋面As,mm2所需32(根数)实际选用配筋率,%根数As,mm21-1-6.53466433.60.282-2-759.471900.52.466433.60.273-3-1813.654589.5 5.766433.60.274-4488.031214.41.566433.60.275-52379.796064.17.5880420.335 2抗弯承载力校核（跨中截面）已知，则取较小者，由， 代入后得，则满足要求。 3斜截面抗剪承载能力验算根据公预规8.2.5条规定，截面符合对于1-1截面： kN 对于2-2截面5-5截面： 均满足要求。根据公预规8.2.6条规定：取3-3截面kN箍筋采用直径12mm的R235级钢筋，箍筋间距10cm，采用六肢箍，则，则 满足要求3.3墩柱计算3.3.1 荷载计算1恒载计算：由前式计算上部构造恒载，一孔重 盖梁自重(半根梁盖) 横系梁重 墩柱自重 作用墩柱底面的恒载垂直力为：2汽车荷载计算荷载布置及行车情况见前图3-3图3-5，由盖梁计算得知：(1)公路I级单孔荷载单列车时：相应的制动力：按公预规制动力不小于165kN，故取制动力为165kN双列车时：三列车时：双孔荷载单列车时:相应的制动力： (2)人群荷载单孔行人(单侧)： 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，即产生最大墩柱底弯矩。3双柱反力横向分布计算(汽车荷载位置见图3-13)(1)单列车时；双列车时；三列车时；(2)人群荷载单侧时；人群荷载双侧时；图3-13 汽车荷载位置(尺寸单位：cm)4荷载组合(1)最大最小垂直反力时，计算见表3-12 表3-12 可变荷载组合垂直反力计算(双孔)编号荷载情况B最大垂直反力,kN最小垂直反力,kN横向分布1B1(1+)横向分布2B1(1+)1公路I级单列车5081655.32002双列车10160.75982.980.25327.663三列车15240.5766.72440.5766.72444人群荷载单侧行人82.81.31108.468-0.31-25.6685双侧行人165.60.582.80.582.8表中汽车公路级已乘冲击系数，1+=1.29(2) 最大弯矩时，计算见表3-13 表3-13 可变荷载组合最大弯矩计算(单孔)编号荷载情况水平力H,kN1敦底弯矩2敦底弯矩5.50H10.5(B1+B2)1(1+)20.5(B1+B2)2(1+)5.50H1公路-I级单列车82.53820457.88 1.00 246.39 0.00 0.00 457.882双列车82.57640457.880.75 369.59 0.25 123.20 457.883三列车89.411460387.01 0.50 288.28 0.50 288.28 387.01 4人群荷载单侧行人042.400.00 1.31 27.77 -0.31 -6.57 0.00 5双侧行人082.800.00 0.50 20.70 0.50 20.70 0.00 三车道考虑折减，折减系数0.783.3.2 截面配筋计算及应力验算1作用于墩柱底的外力：，对应的最大压力为： 2截面配筋计算：本设计的桥墩采用纵向钢筋和普通箍筋：(1)双孔荷载，按最大垂直力时，按轴心受压构件验算长细比不计偏心增大系数，取纵向钢筋的混凝土保护层度为则柱截面面积：假定纵向钢筋配筋率则可得，选用2620，则箍筋采用闭合式箍筋，直径大于mm又箍筋间距S要满足小于15d=375mm，且小于0.81400=1120mm，取S=300mm按公预规5.3.1条：满足规范要求。(2) 单孔荷载，最大弯矩时，墩柱按小偏心受压构件验算：假设一段固定一段自由，由于，则需要考虑弯矩作用平面内构件变形对偏心距的影响，则由主筋混凝土保护层厚度为5cm得：，则进一步可得。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：代入，后，经整理得：按公预规提供的附表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：ABCDe00.731.90520.63861.29871.33580.2632898370.741.93670.63311.35171.30280.2556760570.751.96810.62711.4031.27060.2482210410.761.99940.62061.45291.23920.2409103090.772.03060.61361.50131.20860.2337352870.782.06170.60611.54821.17870.2266838390.721.87360.64371.2441.36970.271112650.711.8420.64831.18761.40450.279109853由表格看出，取时则： 墩柱承载力满足规范要求。3.4钻孔桩计算钻孔灌注桩直径为1.6m，采用C30混凝土，HRB335钢筋。灌注桩按m法计算.3.4.1 荷载计算由前面的计算得每一根桩承受的荷载为(见图3-15)：1一孔恒载反力：2盖梁恒载反力：3系梁恒重反力：4一根墩柱恒重：作用于桩顶的恒载反力N恒为：5灌注桩每延米自重：(已扣除浮力)6可变荷载反力(1)两跨可变荷载产生的墩柱底最大反力：(公路I级) (人群荷载，单侧) 单跨可变荷载产生的墩柱底最大弯矩：(公路I级) (人群荷载，单侧)(2)制动力、盖梁风力、墩柱风力等产生的墩柱底弯矩布载情况水平力H(KN)力臂h(m)1号墩柱底弯矩2号墩柱底弯矩Hh(KN m)Hh(KN m)制动力82.55.5453.75453.75盖梁风力5.7364.7527.24627.246墩柱风力2.242.04.484.48制动力力臂：4.0+1.5=5.5m盖梁风力力臂：1.50/2+4.0=4.75m墩柱风力力臂：4.0/2=2.00m3.4.2 桩长计算由设计资料，河床表层为沙类卵石，厚12.5米，其下为硬质石灰岩，由此拟定桩承载力，桩顶在最大冲刷线处，即地面以下2.5米，则初拟桩长为12m。根据公路桥涵地基与基础设计规范可知： 桩长11m，满足要求。3.4.3 桩身内力计算(m法)1、桩的计算宽度根据公路桥涵地基与基础设计规范（JTDD63-2007）可得2、 桩的变形系数，由于在此范围内只有一层土查规范得按弹性桩计算。3地面以下深度z处桩身截面上的弯矩计算由于，按；已知作用于地面处桩顶上的外力为：按查附表参数，得： 局部冲刷线处桩柱变位计算 局部冲刷线以下深度Z处桩身各截面内力计算弯矩 计算 则得 桩身截面配筋只需弯矩，不会发生剪力破坏，在此只计弯矩。式中的、可由表查得，计算见表3-14，桩身的弯矩分布示于图3-17。 表3-14 桩身弯矩MZ计算 (单位：kN/m)0.20.51 -0.00133-0. 001330.999990.20000986.72 0.41.01 -0.01067-0.002130.999740.399981013.01 0.61.52 -0.03600-0.01080.998060.599741021.10 0.82.02 -0.08532-0.034120.991810.798541005.13 1.02.53 -0.16652-0.083290.975010.99445965.36 1.23.03 -0.28737-0.172600.937831.18342904.36 1.43.54 -0.45515-0.319330.865731.35821826.53 1.64.04 -0.67629-0.543480.738591.50695737.16 1.84.55 -0.95564-0.867150.529971.61162641.63 2.05.05 -1.29535-1.313610.206761.64628545.12 2.25.56 -1.69334-1.90567-0.270871.57538452.05 2.46.06 -2.14117-2.66329-0.948851.35201365.83 2.66.57 -2.62126-3.59987-1.877340.91679288.65 2.87.07 -3.10341-4.71748-3.107910.19729221.54 3.07.58 -3.54058-5.99979-4.68788-0.89126164.33 3.58.84 -3.91921-9.54367-10.3404-5.8540251.72 4.010.10 -1.61428-11.7307-17.9186-15.0755-63.28 图3-17 桩身弯矩图3.4.4墩顶纵向水平位移验算由公路桥涵地基与基础设计规范其中，则可得满足要求。图3-18 墩顶纵向水平位移3.4.5 桩身截面配筋与承载力验算1、验算最大弯矩在z=1.52m处的截面强度，该处的内力值为：M=1021.10kNm；由于范围内只有一层土，则取修正系数，2、嵌固深度计算 取的弯矩计算取h=1.0m3、配筋计算桩的计算长度，由盛洪飞基础工程表5.14当时，取 最大弯矩对应的最大压力假设一段固定一段自由，由于，则需要考虑弯矩作用平面内构件变形对偏心距的影响，则由主筋混凝土保护层厚度为8cm得：，则进一步可得。由公预规5.3.9条和5.3.10条相关规定：主筋采用HRB335级钢筋。配筋率：承载力：试算法列表ABCDpNu0.20000.32440.2628-1.52961.4216-0.0049 4204213.5330.21000.34810.2787-1.46761.4623-0.0051 4413450.1840.2