第八章 下部结构.doc

第八章 下部结构第一节 盖梁的设计与计算参照文献15P22，盖梁采用C30混凝土，主筋采用二级钢筋，箍筋采用一级钢筋。一、 荷载计算参照文献16第部分第一章：（一）上部构造恒载计算上部构造恒载计算结果见表8-1：表8-1 上部构造恒载每片中梁自重（kN/m）一孔上部构造总重（kN）每一个支座恒载反力（kN） 16号776416号32.251294注：括号里数值是由于T梁变截面在截面支座中心出的恒载集度（二）盖梁自重及内力计算盖梁自重及内力计算简图见图8-1： 图8-1 盖梁自重及内力计算简图（单位m）盖梁自重及产生的弯矩、剪力计算见下表8-2：表8-2 盖梁自重及产生的弯矩、剪力截面编号自重（kN）弯矩（kNm）剪力（kN）Q左Q右11g1=16.87M1=-4.53-16.875-16.87522g2=86.25M2=-86.12-86.25221.8833g3=125.6M3=40.88182.8182.844g4=249.14M4=130.3759.2659.2655g5=308.4M5=36900盖梁自重为： g=g5 =308.4kN（三）活载计算1、活载横向分布系数计算根据盖梁的性质，荷载对称布置时用杠杆法，非对称布置时用偏心压力法。对称布置时：单车列 双车列 三车列 非对称布置时：单车列 双车列 三车列 2、活载反力最大值计算按顺桥向活载移动情况，求支座活载反力的最大值。 布载长度为：L=39.5+0.25=39.75（m） 计算简图见图8-2： 图8-2 活载反力最大值计算简图汽车荷载采用公路I级。车道荷载的均布荷载标准值：qk=10.5kN/m车道荷载的集中荷载标准值：Pk=180+18035/45=320kN 用结构力学求解器计算得支座反力 双孔 B=805 kN单孔 B=542.53、各梁的支反力的计算表8-3 横向分布系数及各梁的支座反力荷载横向分布情况公路一级荷载（KN）计算方法荷载分布横向分布系数B （单孔）R（单孔）B(双孔）R(双孔）杠杆法单车道0542.50.00 805.00 0.00 1号梁0542.50.00 805.00 0.00 2号梁0.5542.5271.25 805.00 402.50 3号梁0.5542.5271.25 805.00 402.50 4号梁0542.50.00 805.00 0.00 5号梁0542.50.00 805.00 0.00 6号梁双车道0542.50.00 805.00 0.00 1号梁0.335542.5181.74 805.00 269.68 2号梁0.67542.5363.48 805.00 539.35 3号梁0.67542.5363.48 805.00 539.35 4号梁0.335542.5181.74 805.00 269.68 5号梁0542.50.00 805.00 0.00 6号梁三车道0.158542.585.72 805.00 127.19 1号梁0.446542.5241.96 805.00 359.03 2号梁0.568542.5308.14 805.00 457.24 3号梁0.568542.5308.14 805.00 457.24 4号梁0.446542.5241.96 805.00 359.03 5号梁0.158542.585.72 805.00 127.19 6号梁偏心受压单车道0.596542.5323.33 805.00 479.78 1号梁0.424542.5230.02 805.00 341.32 2号梁0.253542.5137.25 805.00 203.67 3号梁0.081542.543.94 805.00 65.21 4号梁-0.09542.5-48.83 805.00 -72.45 5号梁-0.262542.5-142.14 805.00 -210.91 6号梁双车到0.466542.5252.81 805.00 375.13 1号梁0.347542.5188.25 805.00 279.34 2号梁0.227542.5123.15 805.00 182.74 3号梁0.107542.558.05 805.00 86.14 4号梁-0.013542.5-7.05 805.00 -10.47 5号梁-0.132542.5-71.61 805.00 -106.26 6号梁三车道0.199542.5107.96 805.00 160.20 1号梁0.172542.593.31 805.00 138.46 2号梁0.144542.578.12 805.00 115.92 3号梁0.116542.562.93 805.00 93.38 4号梁0.089542.548.28 805.00 71.65 5号梁0.062542.533.64 805.00 49.91 6号梁(四)内力组合内力组合结果见表8-4：编号荷载情况1号梁2号梁3号梁4号梁5号梁6号梁1恒载1294129412941294129412942 对称127.19359.03539.35539.35359.03127.193非对称479.78341.32203.6793.3871.6549.911+2恒+ 对1421.191653.031833.351833.351653.031421.191+3恒+非对1773.781635.321497.671387.381365.651343.91表8-4 内力组合（五）双柱反力计算计算简图见图8-3：图8-3 双柱反力计算图计算模型如上图，则柱的反力：G =1/7.9（9.2）恒载+对称活载 G=6712.26 kN恒载+非对称活载 G=5567.098 kN二、内力计算（一）弯矩计算1、截面1-1M1-1=0 2、截面2-2 M2-2=-R1.33、截面3-3M3-3=-R2.1+G0.84、截面4-4M4-4=-R4.2+G2.7-R2.15、截面5-5M5-5=-R5.25+G3.05-R3.15-R1.25（二）剪力计算1、截面1-1Q左=0 Q右 =-R12、截面2-2Q左= -R1 Q右=G-R13、截面3-3Q左=G-R Q右= G-R1-R24、截面4-4Q左= G-R1-R2 Q右 =G-R-R-R 5、截面5-5Q左=Q右= G-R-R-R内力计算结果见表8-4： 表8-4 内力计算汇 恒载+对称活载截面1-12-23-34-45-5弯矩(kN .m)M自重-4.53 -23.12 -86.25 40.88 369.00 M荷载0.00 -2178.09 1851.36 6108.01 6917.30 M计算-4.53 -2201.21 1765.11 6148.89 7286.30 剪力(kN)Q恒左-16.88 -86.25 182.80 59.26 0.00 Q恒右-16.88 221.88 182.80 59.26 0.00 Q活左0.00 -1675.455036.812666.280.00 Q活右-1675.45 5036.812666.280.00 0.00 Q左-16.88 -1761.70 5219.61 2725.54 0.00 Q右-1692.33 5258.69 2849.08 59.26 0.00 恒载+非对称活载截面1-12-23-34-45-5 弯矩(kN.m)M自重-4.53 -23.12 -86.25 40.88 369.00 M荷载0.00 -2657.24 160.73 2554.67 3347.42 M计算-4.53 -2680.36 74.48 2595.55 3716.42 剪力(kN)Q恒左-16.88 -86.25 182.80 59.26 0.00 Q恒右-16.88 221.88 182.80 59.26 0.00 Q活左0.00 -2044.263522.84 1670.17 10.70 Q活右-2044.26 3522.84 1670.17 10.70 10.70 Q左-16.88 -2130.51 3705.64 1729.43 10.70 Q右-2061.14 3744.72 1852.97 69.96 10.70 三、配筋计算（一）弯矩作用下正截面计算保护层厚度取50mm，采用C30混凝土，纵向受力钢筋采用II级，箍筋采用I级。fcd=13.8MPa II级钢筋：fsd=280MPa由公预规5.2.2可得:计算出各个截面的配筋量，再根据公预规9.1.12对配筋的构造要求进行调整，其结果见表8-5：表8-5 钢筋用量表截面弯矩有效高度h0(m)宽度(m)计算钢筋面积(cm2)计算钢筋根数(根)实际钢筋面积(cm2)实际钢筋根数(根)(kNm)1-1-4.531.11.50073.89122-2-2657.241.451.567.5710.9773.89123-31851.361.451.546.57 7.5673.89124-46108.011.451.5162.6426.41 172.42285-57286.301.451.5197.68 32.10209.3734注：钢筋为二级，直径为28mm（二）剪力作用时配筋 截面抗剪强度承载上下限复核：（参考文献2 19） 0.5 0.5101.251.391500*1450=2718.7kN=6075.6由公预规5.2.7公式:V=123 0.4510-3bh0式中：1异号弯矩影响系数，计算简支梁和连续梁近边支点梁段的抗剪承载力时，取1.0；2预应力提高系数，对钢筋混凝土受弯构件，取1.0；3受压翼缘的影响系数，取1.1；P斜截面内纵向受拉钢筋的配筋百分率，P=100,当P2.5时，取P=2.5；P=0.07389/(1.51.45)100=0.34fcu,k混凝土强度等级；sv斜截面内箍筋配筋率；fsv箍筋抗拉强度设计值；可以计算得由混凝土和箍筋共同作用时可抵抗的剪力：V=1.01.01.10.451.51.4510=5223.5kN 此值与最大剪力5258kN相差不大，故只需在剪力较大的支座附近适当加密箍筋，其他部位按构造配筋即可。另外还需按构造要求配纵向架立筋，详细配筋见配筋图。箍筋用8，自支座起向里1.80米的范围内箍筋间距100mm，其他位置间距150mm。 第二节 墩柱的设计与计算参照文献16P89，墩柱的直径为140cm，采用25号混凝土，纵筋使用II级钢筋，箍筋使用I级。一、 荷载计算（一）恒载计算上部构造恒载：一孔重7764kN盖梁自重（半根）：308.4kN墩柱自重：3.14150.70.7724=258.61kN作用在墩柱底面的恒载垂直力为：0.57764 + 308.4 +258.61=4449.01kN（二）活载计算1、汽车荷载。 由于双孔荷载作用下产生的支座反力比单孔荷载作用下产生的大，故只考虑双孔荷载双孔荷载，三列车布置时：B0=80530.78=1883.7 kN双孔荷载，双列车布置时：B0 =8052=1610 kN 双孔荷载 单列车布置时：B0 =805 2、双柱反力横向分布系数计算。 计算简图见图8-4图8-4 双柱反力横向计算图1=（130+395）/790=0. 665 2=1-0.665=0.335 1=（285+395）/790=0. 8612=1-0.861=0.1391=（440+395）/790=1.0572=1-1.057=-0.0573、活载组合垂直反力的计算（1）活载组合垂直的反力活载组合垂直反力计算结果见表8-6：表8-6 活载组合三车道柱号横向分布系数垂直反力(kN)10.665 1252.720.335631.0 两车道柱号横向分布系数垂直反力(kN)10.861 1386.2120.139223.79 单车道柱号横向分布系数垂直反力(kN)11.057 850.92-0.057-45.9 （2）水平荷载计算根据桥规4.3.6规定：1）汽车制动力 三车道： T=（10.539.5+320）0.130.78=171.9kN 165 kN 取 T=179.1 两车道： T=(10.539.5+320)0.12=146.95165 kN 取 T=165 kN 单车道： T=(10.539.5+320)0.1=73.4717.15，故应考虑偏心距增大系数。 ,，取1.0=1.326。根据公预规5.3.9规定:计算偏心受压柱的公式： e=r 设g =0.88，代入上式可得 r假定=0.93，查公预规附表c.0.2得：A=2.5065,B=0.4433,C=2.4432,D=0.8055,e=0.189 m 于初始偏心距比较接近则 A=(11.52.5065+2.44320.00515280)700700 =15850443.8N=15850.44kN 5080kN B=(0.356611.5+0.66920.005150.88280) =1697571000N=1697.57kNmM =730.575kNm 桥墩承载力满足规范要求箍筋按构造配筋，采用直径8mm的一级钢筋,间距为200mm。第三节 钻孔灌注桩计算参照文献14第六章，再综合考虑本设计的地质条件、施工能力及经济等因素，最后采用钻孔灌注桩。为了便于力的传递，可使桩的直径略大于桥墩的直径，故取标准直径为1.5m。根据所提供的地质资料，经分析采用摩擦桩，微风化岩层为持力层。一、荷载计算由前面的计算知：N=5835.22kN M=730.575kNm Q=171.9kN为提高整个结构的整体刚度，在两桩之间设横系梁，取宽b=1.0m,高h=0.6m。此梁的配筋率约为0.001。灌注桩每延米自重: 作用于桩顶的外力：N=0.51.00.67.925+5835.22=5897.47kNH=85.95kNM=730.575kNm二、桩长计算根据文献3，该地基由两层土组成，由单桩容许承载力的经验公式来初步反算桩长。根据地层情况，地下8.0m处可作为持力层，按摩擦桩计算 （10-1）其中: P单桩轴向受压容许承载力(kN)；U桩的周长(m)，按成孔直径计算；l桩在局部冲刷线以下的有效长度(m)；p桩壁土的平均极限摩阻力(kPa)R桩尖土的极限承载力(kPa)，；设Nh为单桩受到的全部竖向力，入土以下的桩按一半计算：Nh=5897.47+0.5qh=5897.47+13.25h选取系数，由公预规表4.3.2-3查得： 清底系数为 mo=0.8又查得修正系数 =0.65 由参考文献3表2.14查得：K2=1.0 （随深度的修正系数）由参考文献3附表2查得: 桩尖土的容重 r2=（22.5-10）kN/m3 桩尖土的容许承载力=2500kPa /4=1.766 U=d=3.14(1.5+0.1)=5.024m 地基土由两层组成，查参考文献3表4.3.2-1得 ：=300kPa =4.0m=40kPa =8.0m= =（3004+408）/12=126.67kPa20.80.652500+1.012.5（h-3）=2561+13h(10-2)将(10-2)代入(10-1)得:P=0.55.024h126.67+1.766（2561+13h）又由桩所受外力为：N=5897.47+13.25h 令P= N 解得：h=11.36 取 h=12m三、桩的内力计算（一）基本假定：1、将土看做为弹性变形介质，其地基系数在地面处为零，并随深度成正比例增长；2、基础与土之间的粘着力和摩阻力均不予考虑；3、在水平力和竖直力的作用下，任何深度处的压缩性均用地基系数表示；4、当h2.5时，假设基础的刚度为无穷大，按刚性基础计算；当h2.5时，按弹性基础计算。其中：h地面以下基础入土深度；土中的地基变形系数，=；b基础的计算宽度；m地基土的变形系数；EI基础的计算刚度。（二）桩的计算宽度 计算公式为：=其中： 对圆形：b=d；由公预规表6.1 得 0.9 （三）桩的变形系数计算公式为：式中:Eh=2.55107kN/m2 受弯构件：EI=0.67EhI第一层厚4.0m： m1=5104kN/m4。第二层厚8.0m： m2=0.8104 kN/m, m=3.4104kN/m4,故m-1，桩的换算深度为h=0.45912=5.5082.5。故按弹性桩计算。（四）地面以下深度z处桩身截面上的弯矩与水平压应力的计算1、桩身弯矩Mz =5835.2 kN H0=85.95kN =730.58kNm ，式中无量纲系数AmBm可根据h=4.0(因h4.0)和z参照文献14P58查取，计算结果见下表8-7：表10-7 桩身弯矩MzAmBmH0Am/M0BmMz(kNm)(kNm)(kNm)0.220.140.09960.9997418.65730.09748.740.440.240.196930.9980636.88728.86765.730.870.440.377390.9861770.67720.18790.841.310.640.529380.9586199.13700.05799.181.740.840.645610.91324120.89666.92787.812.18140.723050.85089135.39621.38756.782.831.340.767610.73161143.74534.28678.023.271.540.754660.68694141.31501.66642.974.36240.614130.40658115296.92411.915.452.540.398960.1476374.71107.81182.526.54340.193050.0759536.1555.4691.617.6313.540.050810.013549.519.8919.48.71440.000050.000090.010.070.082、桩身剪力计算计算公式为：Qz=H0Aq+M0Bq式中的系数可由参照文献14P58表格查得，计算结果见表8-8：表10-8 桩身剪力Z=z=h(kN)(kN)(kN)0.000.04.01.00000.000085.95 085.95 0.220.14.00.9883-0.007584.94 -2.51582.43 0.440.24.00.9555-0.028082.13 -9.3893572.74 0.870.44.00.8390-0.095572.11 -32.024440.09 1.310.64.00.6749-0.181958.01 -60.9972-2.99 1.740.84.00.4852-0.270941.70 -90.842-49.14 2.181.04.00.2890-0.350624.84 -117.568-92.73 2.831.34.00.0148-0.43691.27 -146.507-145.24 3.271.54.0-0.1395-0.4672-11.99 -156.668-168.66 4.362.04.0-0.3884-0.4491-33.38 -150.598-183.98 5.452.54.0-0.4415-0.3352-37.95 -112.404-150.35 6.543.04.0-0.3607-0.1905-31.00 -63.8811-9