下游临时桥桥墩结构计算

浙江省分水江水利枢纽土建工程下游临时桥桥墩结构计算第一章 工程概况第一节 方案确定根据投标阶段施工组织设计，结合工期要求，需在一、二期之间架设施工用临时桥，投标施工组织方案为：在厂闸导墙与纵向砼围堰之间架设临时桥，全桥共四跨，单跨长度为10.5m，桥墩为C20钢筋砼重力式，桥面采用工字钢梁，木结构桥面，总投资约43.0万元。经过与钢桁架结构、钢箱梁结构以及高低桥的分析、比较，最终确定采用该方案：在厂闸导墙与纵向砼围堰之间（轴下101）架设临时桥，墩高与纵向砼围堰相同，全桥共三跨，单跨最大为15.63m，桥墩为C15钢筋砼圆端形重力式结构，桥面利用溢流坝坝顶交通桥（荷载等级与临时桥一致：汽车-20级，净跨12.0m。运行期临时桥日交通量估算为300车次，交通量较小，且全桥总长度为47.75m，确定采用单车道，考虑人员通行及零星材料转运，桥面全宽拟定为6.5m，其中行车道宽3.5m，两侧人行道各宽1.5m，行车道与人行道之间设置隔离带，车速20km/h，桥头设限速限载标志。该方案的优点为：节约了桥面系统材料费，比投标阶段节约33.0万元，总投资约10.0万元；保证了汛期一、二期之间的正常通车，比投标施工组织多提供约3个月的施工时间；减少了汛期大部分车辆从下游分水桥绕行的运输费用；避免了桥面系统二次安拆及其相关费用。该方案不足之处为：桥面系统的安装和拆除比钢木结构桥面稍有困难；梁与梁之间需设临时铰接措施，梁在拆除时易损坏；桥面拆除在枯水期进行，需在三期铺设WD-400吊车道路；桥面在汛期不拆除，汛期过水时易损坏桥面，修补困难。第二节 设计荷载设计荷载：汽车-20级验算荷载：挂车-100本桥为临时工程，不考虑地震荷载。第二章 中墩计算第一节 桥墩材料1、墩身和基础为C15混凝土（fc=7.5N/mm2,fcm=8.5N/mm2,ft=0.9N/mm2）2、墩顶牛腿为C20混凝土（fc=10N/mm2,fcm=11N/mm2,ft=1.1N/mm2）第二节 荷载计算1、恒载计算1)查阅公路相关资料，单片梁估算为150KN，单跨共6片梁。单跨自重（含铺装层重）：150*6+100=1000KN桥面恒载引起的支座反力为：R=1000*1.2/2=600.0KN2)墩身自重计算（钢筋砼自重为25KN/M3）S1段：3.7*0.5*6.5*25*1.2=360.8KNS2段：(3.7+2.5)/2*6.5*0.3*25*1.2=181.4KNS3段：(2.5*8*4+*1.252*8)*25*1.2=3578.1KNS4段：(1.0*8.0+(0.75+1.5)/2*0.75)*4*25*1.2=1061.3KN2、活荷载计算（按最不利位置布荷）汽车荷载 双孔荷载支座R1处反力（对A点求矩）：MA=0R1=（60*7.13+120*11.13+120*12.53）/12.23*1.4=374.0KN支座R2处反力(对B点求矩): MB=0R2=(70*5.33+130*1.33)/12.23*1.4=62.5KN偏心力对墩中心产生的弯矩M：（374.0-62.5）*（1.4+0.3）=529.5KN.m 单孔荷载支座R1处反力（对A点求矩）：MA=0R1=（60*7.13+120*11.13+120*12.53）/12.23*1.4=374.0KN支座R2处反力(对B点求矩): MB=0R2=0.0KN偏心力对墩中心产生的弯矩M：374.0*（1.4+0.3）=635.8KN.m挂车荷载（考虑通行单辆车）支座R1处反力（对A点求矩）：MA=0R1=（250*6.13+250*7.33+250*11.33+250*12.53）/12.23*1.4=1068.0KN支座R2处反力(对B点求矩): MB=0R2=0.0KN偏心力对墩中心产生的弯矩M：1068.0*（1.4+0.3）=1815.6KN.m汽车制动力按一行车队的10%计算:500*0.1*1.4=70.0KN按一辆重车的30%计算:300*0.3*1.4=126.0KN选取汽车制动力为:126.0KN制动力对墩身各截面产生的弯矩:（制动力作用于墩顶）对1-1截面的弯矩M-1：126*0.8=100.8KN.m对2-2截面的弯矩M-2：126*8.8=1108.8KN.m对基底截面的弯矩M基：126*9.8=1234.8KN.m水流冲击力(桥面过水,按漫水桥冲击力计算)1) 桥墩受到的冲击力单位面积冲击力:P=KV/(2g)=0.6*10*6.02/(2*9.81)=11.0KN/m2注：K=0.6桥墩端头形状系数=10.0水的重力KNV=6.0设计流速m/s g=9.81单个桥墩受到的冲击力：N墩=（2.5*8.0+3.7*0.5+（3.7+2.5）/2*0.3）*11.0*1.4=350.8KN2) 单跨桥面受到的冲击力:N面=K1V2hL/(2g)=2.5*1.5*10*62/(2*9.81)*1.0*15.63*1.4=1505.6KN注：=2.5冲击安全系数K1=1.5上部结构阻水截面形状系数=10.0水的重力KNV=6.0设计流速m/sh=1.0上部结构阻水截面总高度mL=15.63临时桥单跨长度m冲击力对1-1截面弯矩M-1=1505.6*0.8=1204.5KN. m(不计墩身冲击力)冲击力对2-2截面弯矩M-2=1505.6*8.8+350*8.8*2/3=15307.3KN. m冲击力对基底截面弯矩M基=1505.6*9.8+350.8*(8.8*2/3+1.0)=17163.7KN.m浮力(与结构体积相同)桥墩受到的浮力：1727.2KN(方向向上)桥面受到的浮力：1016.0KN(方向向上)第三节 内力汇总及组合编号项 目1-1 截 面2-2截 面基 础 底 面P(KN)H(KN)M(KN.M)P(KN)H(KN)M(KN.M)P(KN)H(KN)M(KN.M)1上部结构1200120012002桥 墩542.14120.35181.63汽车-20级单跨布载374.0635.8374.0635.8374.0635.84汽车-20级双跨布载436.5529.5436.5529.5436.5529.55挂车-100单跨布载1068.01815.61068.01815.61068.01815.66汽车制动力126.0100.8126.01108.8126.01234.87水流冲击力1505.61204.51856.415307.31856.417163.78浮力(桥面不过水)-1727.29浮力(桥面过水)-2743.2顺桥向内力组合()1+2+3-82116.1635.85694.3635.85028.4635.8()1+2+4-82178.6529.55756.8529.55090.9529.5()1+2+3+6-82116.1126.0736.65694.3126.01744.65028.4126.01870.6()1+2+4+6-82178.6126.0630.35756.8126.01638.35090.9126.01764.3()1+2+5-82810.11815.66388.31815.65722.41815.6横桥向内力组合()1+2+7-91742.11505.61204.55320.31856.415307.33638.41856.417163.7第四节 强度计算(偏心受压)1、顺桥向(组合V控制)(1)偏心距计算1-1截面：e1=M1/N1=1815.6/2810.1=0.65m0.6y=0.6*125=0.75m满足规范要求2-2截面：e2=M2/N2=1815.6/6388.4=0.28m0.6y=0.6*125=0.75m满足规范要求（2）强度计算墩身截面抵抗矩W：W=bh2/6+D3/32 =4000*25002/6+*25003/32=mm3桥墩平截面积A：2500*4000+*25003/4=mm21-1截面应力：最大应力：1max=N1/A+M1/w1max =2810.1*103/+1815.6*106/=0.5N/mm2fc=7.5N/mm2最小应力：1min=N1/A-M1/W1min=2810.1*103/-1815.6*106/=-0.1N/mm2（拉应力）ft=0.9N/mm2 结论：满足要求2-2截面应力：最大应力：2max=N2/A+M2/w2max=6388.3*103/+1815.6*106/=0.7N/mm2fc=7.5N/mm2最小应力: 2min=N2/A-M2/W2min=6388.3*103/-1815.6*106/=0.1N/mm2（拉应力）fc=7.5N/mm2结论：满足要求2、横桥向（组合I控制）墩身惯性矩I：I=bh3/12+2A半圆a2=2500*40003/12+2*25002/8*25502=708mm4墩身截面抵抗矩W：W=2I/y =2*708/6500=mm3桥墩平截面积A：2500*4000+*25003/4=mm21-1截面应力：最大应力：1max=N1/A+M1/w1max =1742.1*103/+1204.5*106/=0.2N/mm2fc=7.5N/mm2最小应力：1min=N1/A-M1/W1min=1742.1*103/-1204.5*106/=0.0N/mm2fc=7.5N/mm2结论：满足要求2-2截面应力：最大应力：2max=N2/A+M2/w2max=5320.3*103/+15307.3*106/=0.7N/mm2fc=7.5N/mm2最小应力: 2min=N2/A-M2/W2min=5320.3*103/-15307.3*106/=-0.7N/mm2（拉应力）ft=0.9N/mm2结论：满足要求2-2水平面抗剪力T(采用抗冲切公式):T=0.6ftbh=0.6*0.9*=8050.7KN1856.4KN 结论：满足要求 通过强度计算，桥墩不需配置受力钢筋，按照规范要求，进行表面构造配筋，选取12钢筋，立筋间距20cm，水平筋间距30cm。第五节 基底应力计算经过对现场进行基岩踏勘，临时桥桥位处的基岩情况为：表层约070cm为强风化砂岩、泥岩，以下均为弱风化砂岩、泥岩，基岩承载力约1Mpa以上。1、顺桥向（按组合和组合分别计算）基础抵抗矩W：W=bh2/6 =8000*40002/6= mm3基础底面积A：8000*4000= mm2（1） 底应力（组合控制）：最大应力：max=N/A+M/wmax =5028.4*103/+1870.6*106/=0.2N/mm2基底承载力R=1.0N/mm2最小应力：min=N/A-M/Wmin =5028.4*103/-1870.6*106/=0.1N/mm2基底承载力R=1.0N/mm2结论:满足要求(2)基底应力(组合控制)最大应力：max=N/A+M/wmax =5722.4*103/+1815.6*106/=0.3N/mm2基底承载力R=1.0N/mm2最小应力：min=N/A-M/Wmin =5722.4*103/-1815.6*106/=0.1N/mm2基底承载力R=1.0N/mm2结论:满足要求2、横桥向（组合控制）基础抵抗矩W：W=bh2/6 =4000*80002/6=mm3基础底面积A：8000*4000=mm2基底应力：最大应力：max=N/A+M/wmax =3638.4*103/+17163.7*106/=0.5N/mm21.3(安全)(2) 抗滑安全系数: K2=0.45N/T=5028.4*0.45/126=17.91.3(安全)2、横桥向（组合控制）(1)抗倾覆安全系数：K1=Nb/M=(150*16*5.7+3638.4*4)/17163.7=1.71.3(安全)(2)抗滑安全系数: 3638.4*0.45/1856.4=0.91.3(安全)第七节 墩顶牛腿计算(挂车荷载控制)牛腿砼为C20，钢筋为级，钢筋保护层为5cm。1、 中间平直段配筋（取单位长度计算）(1)上部荷载单位长度压力R：600/6+1068/2=634KN 注：桥面恒载分布在6米范围，活荷载分布在2米范围(2)长短牛腿判断(a/h0)：45/75=0.61该牛腿为短牛腿(3)纵向受拉钢筋面积A：A=Ra/(0.85fyho)=634*103*450/(0.85*310*750)=1443.6mm2选配520（A=1570mm），钢筋间距20cm。(4)弯起钢筋面积（弯起钢筋弯起角为45o，不设箍筋）：A=(R-0.7fcbho)/(0.8fysin45o)=(634*103-0.07*10*1000*750)/(0.8*310*0.707)=621.7mm2 选配18(A=636mm2)，钢筋间距40cm (5)配筋率计算纵向受力筋:1570/(750*1000)=0.21%(大宇0.2%,且小于0.6%)满足要求弯起钢筋:621.71.0该牛腿为长牛腿，按悬臂梁进行计算(3) 弯矩：M=R*L=634*0.95=602.3KN.mQ=634KN(4) 系数:S=M/fcmbh02=602.3*106/(11*1000*7502)=0.1根据S=0.1，查表得S=0.