桥墩设计计算

1、目 录第一章 绪论1第二章 设计资料及方案比选2第一节 设计资料21 技术设计标准22 主要设计依据23 工程地质资料2第二节 墩台比选21 桥墩比选22 比选结果33 桥台比选34 比选结果3第三章 桥墩设计计算4第一节 桥墩材料及尺寸41 材料42 桥墩尺寸4第二节 盖梁计算41 荷载计算42 可变荷载计算64 内力计算115 截面配筋设计与承载力核算13第三节 桥墩墩柱计算151 恒载计算:152 汽车荷载计算163 荷载组合164 截面配筋计算及应力验算17第四节 钻孔灌注桩的设计计算201 荷载计算202 桩长计算223 桩的内力计算（m法）224 桩身截面配筋与承载力验算：245

2、墩顶纵向水平位移验算26第四章 桥台设计30第一节 桥台材料及尺寸301 桥台类型和主要材料302 桥台尺寸30第二节 台帽计算301 荷载计算302 内力计算321 垂直荷载计算342 恒载对台墙各截面所产生的弯矩343 活载对台墙产生的反力364 活载对各截面所产生的弯矩36第五章 结论与展望371 结论372 展望37附录 英文文献翻译39第一章 绪论随着我国社会的发展与进步和人民的生活水平的日益提高，交通的便利程度和安全性得到了人们的广泛关注，桥梁又是现代交通中不可缺少的组成部分，于此同时，桥梁建设得到了迅猛发展，我国桥梁工程无论在建设规模上，还是在科技水平上，均已跻身世界先进行列。各

3、种功能齐全、造型美观桥梁开始频繁的出现在人们的生活中，给人们带来方便的同时很多桥梁也逐渐成为城市的标志性建筑。本设计为S17线金昌至永昌高速公路河东庄大桥（两联4×25m预应力混凝土连续箱梁）下部结构设计，是根据公路桥涵设计手册系列丛书，依照交通部颁发的有关公路桥涵设计规范（JTG系列）拟定设计而成。在设计过程中，参考了诸如桥梁工程、土力学、桥涵水文、材料力学、专业英语等相关书籍和文献。设计中考虑了各种尺寸与材料的选用符合规范中对强度、应力、局部承压强度的要求，并且产生在规范容许范围内的变形，使桥梁在正常使用的情况下能够达到安全，稳定和耐久的标准。在可预期偶然荷载下仍能达到基本正常使

4、用的标准。设计时还充分考虑河东庄大桥所处区域的地质和水文条件，既保证符合规范要求，同时保证因地制宜并且便于施工和维护，并且兼顾桥梁本身的美观性与社会经济性，既要设计合理，又要起到良好的社会经济效益。第二章 设计资料及方案比选第一节 设计资料河东庄大桥位于S17金昌至永昌线上，桥孔布置为两联4×25m预应力混凝土连续箱梁，桥梁全长165.4m。本桥上部为预应力混凝土箱型梁，下部结构为钻孔灌注桩墩台。1 技术设计标准(1) 设计荷载：公路-I级；(2) 桥面宽：11.5m+2×0.5m(3) 标准跨径：25m(4) 计算跨径：24.6m2 主要设计依据(1) 公路桥涵设计通用规

5、范（JTG D60-2004）；(2) 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）；(3) 公路桥涵地基与基础设计规范（JTG D63-2007）；(4) 公路桥涵设计手册墩台与基础；(5) 公路桥梁墩台设计与施工；3 工程地质资料桥址位于部剥蚀山地区，金川河狭窄河谷区。地层岩性为黄土粉状土（厚度一般小于2m）卵砾石（稍密-中密）下伏花岗岩。地质条件较好，地层自上而下有亚粘土，砂砾，浅变质石英砂岩夹板岩组成。第二节 墩台比选1 桥墩比选方案一：双柱式钻孔灌注桩桥墩：它由分离的两根桩柱所组成。外形美观、圬工体积小、重量比较轻、施工便利、速度快、工程造价低。最重要的是它能

6、减轻墩身重力节约圬工材料，还能配合各种基础，设计灵活多样。它也是目前运用最广泛的桥墩结构之一。方案二：重力式桥墩：它是靠自身重量来平衡外部作用、保持稳定。墩身比较厚实，可以不用钢筋，而用天然石材或片石混凝土砌筑。它适用于承受作用值较大的大、中型桥梁或流水、漂浮物较多的河流中，或在砂石方便的地区，小桥也可以采用。它的缺点就是圬工材料数量多、自重大，因而要求地基承载力高。另外，阻水面积也较大。2 比选结果综上，着重从经济、安全的立足点出发，结合本设计联系的相关地质条件情况。方案二虽然有着承载能力强、配用钢筋少的优点，但是其所用的圬工材料巨大、地基承载力要求也高。不是很符合本设计的经济和安全的立足点

7、原则，而方案一能够节省材料，节约成本。所以，选择方案一。3 桥台比选方案一：重力式桥台：适用于填土高度为4-10m的单孔及多孔桥。它的结构简单，基础底承压面积大，应力较小。但圬工体积较大，两侧墙间的填土容易积水，除增大土压力外还易受冻胀而使侧墙裂缝。方案二：轻型桥台：轻型桥台体积轻、自重小，它借助结构物的整体刚度和材料强度承受外力，从而可以节省材料，降低对地基强度的要求和扩大应用范围。4 比选结果综上，根据大桥的地质条件，桥址周围的材料以及经济、节约的角度进行比选。重力式桥台体积较大，使用材料较多，不符合节约的原则，所以方案一不适用。而方案二对地基承载力的要求相对较小，节省材料降低成本。因此选

8、择方案二。第三章 桥墩设计计算第一节 桥墩材料及尺寸1 材料钢筋：盖梁桩柱主筋用HRB335钢筋，其它均用R235钢筋混凝土：盖梁、墩柱用C30，系梁及墩柱钻孔灌注桩用C252 桥墩尺寸图3-1：尺寸单位cm第二节 盖梁计算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板自重(KN/m)每片中板自重(KN/m)一孔上部构造自重(KN)每一个支座恒载反力(KN)1,7号2,3,4,5,6号1,7号2,3,4,5,6号23.76722.3943110.328231.728218.341(2) 盖梁自重及作用效应计算（1/2盖梁长度）图3-2表3-2：盖梁自重产生的弯

9、矩、剪力效应计算截面编号自重（KN）弯矩（）剪力(KN)V左V右1-1=0.7×0.4×1.5×25+1.5/2×0.12308×0.4×25=11.4231=-10.5×0.4/2-0.9231×0.4/3=-2.2231-11.4231-11.42312-2=(0.82308+1.1)×0.9/2×1.5×25=32.452=-11.4231×(0.2+0.9)-32.452×0.45=-27.169-43.875-43.8753-3=0.80×1.1

10、×1.5×25=33=-11.4231×1.9-32.452×1.25-33×0.8/2=-75.469-76.875215.244-4=0.6×1.1×1.5×25=24.75=223.106×0.6-11.4231×2.5-32.452×1.85-20.625×1.0-12.375×0.6/2=-96.7396.735-5=2.345×1.1×1.5×25=96.73=223.106×2.945-11.4231×

11、4.845-32.452×4.195-33×3.345-24.75×2.645-96.73×1.1725=0.000.00+=223.106KN2 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法，非对称布置用偏心受压法。公路-I级a.单车列，对称布置图3-3 .单车列对称布置分布系数图b.双车列，对称布置图3-4 双车对称分布系数图c.单车列，非对称布置由，已知n=7，e=3.10，则d.双车列，非对称布置时：已知：n=7，e=1.55，(2) 按顺桥向可变荷载移动情况，求得支座可变荷载反力的最大值公路-I级：全桥计算跨径：19.5

12、m双孔布载单列车时：双孔布载双列车时：单孔布置单列车时：单孔布载双列车时：(3) 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：各梁支点反力计算(4) 各梁永久荷载、可变荷载反力组合：计算见表3-4，表中均取用各板的最大值，其中冲击系数为：表3-4：各板永久荷载、可变荷载基本组合计算表(单位：KN)3 双柱反力Gi计算：图3-5：双柱反力计算图表3-5：双柱反力计算荷载组合情况计算式反力(KN)组合6公路-I级双列对称2439.184组合7公路-I级双列非对称1984.05上部恒载1578.92由表3-5可知，荷载组合6（公路-I级、双列对称布置）控制设计。 

13、;4 内力计算(1) 弯矩计算（图3-2）截面位置见图3-2，为求得最大弯矩值，支点负弯矩取用非对称布置时的数值，跨中弯矩取用对称布置时数值。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表3-6：各截面弯矩计算(2)剪力计算一般计算公式为：截面1-1：，；截面2-2：；截面3-3：，；截面4-4：；截面5-5：。计算值见表3-7：表3-7：各截面剪力计算 (3) 盖梁内力汇总（表3-8）表3-8：弯矩组合表表3-8：剪力组合表5 截面配筋设计与承载力核算采用C30混凝土，主筋选用HRB335，28，保护层6（钢筋中心至混凝土边缘）。，28钢筋截面面积：(1) 正截面抗弯承载力验

14、算以下取3-3截面作配筋设计，其它截面同理。已知:,取，解得:（大于梁高，舍去）用28钢筋，其根数选用8根，配筋率：。其它截面的配筋设计如表3-9表3-9：各截面钢筋量计算表截面号实际选用含筋率（%）根数1-115001040212320.082-215001040424640.163-315001040849260.3164-415001040849260.3165-515001000849260.316正弯矩以5-5截面验算：代入：得：故符合要求。(2) 斜截面按公预规条要求，当截面符合：可不进行斜截面抗剪承载力计算，仅需按公预规条构造要求配置箍筋。式中：预应力提高系数，取=1.0；混凝土

15、抗拉设计强度，取=1.39MPa。对于1-1截面：对于2-2截面5-5截面：按公预规规定：对照表3-9，可按构造要求设置斜筋与箍筋，见图3-6。图3-6 盖梁配筋第三节 桥墩墩柱计算墩柱直径为120，用C25混凝土，HRB335级钢筋。尺寸见图3-8.1 恒载计算:(1) 上部构造恒载，一孔总重：3110.328KN(2) 盖梁自重（半根梁重）：223.106+5.72=228.826KN(3) 横系梁重：4.49×1×24=107.76KN(4) 一根墩柱自重：5.473×24×3.14159×(1.2×1.2)/4=148.556

16、KN(5) 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驶情况见前述图3-3，3-4，由盖梁计算得知：(1) 公路级单孔荷载单列车时：KN相应的制动力：按照公预规条规定公路级汽车制动力不小于165，故取制动力165KN(2) 公路级双孔荷载单列车时：KN 相应的制动力：小于165KN，故制动力取165KN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，即产生最大墩柱低弯矩。(3) 双柱反力横向分布系数计算（汽车荷载位置见图3-8）:图3-8：尺寸单位cm单列车时：，双列车时：，3 荷载组合(1) 最大最小垂直反力计算，见下表表3-1

17、0：可变荷载组合垂直反力计算（双孔）编号荷载状况最大垂直反力(KN)最小垂直反力(KN)1公路级单列车1.0263557.996-0.0263-20.6732双列车0.7632414.9490.2368128.747表中汽车荷载已经乘以冲击系数（1+=1.228）(2) 最大弯矩时计算（单孔）表3-11：可变荷载组合最大弯矩计算（单孔）编号荷载情况墩柱顶反力计算式垂直力（KN）水平力H（KN）对柱顶中心弯矩（）1上部与盖梁1703.720.000.002单孔双列车387.55×1.0263×1.228488.430.00488.43165/2=82.5122.11127.8

18、8表内水平力由两墩柱平均分配。4 截面配筋计算及应力验算作用于墩柱顶的外力（图3-9）(1) 垂直力：最大垂直力： k N最小垂直力：k N(2) 弯矩：k N·m (3) 水平力：图3-9：尺寸单位cm(4) 作用于墩柱底的外力(5) 截面配筋计算已知墩柱选用C25混凝土，采用2016R235钢筋，=40.22,则纵向钢筋配筋率，由于，故不计偏心增大系数：取.0；a 双孔荷载，按最大垂直力时，墩柱顶按轴心受压构件验算，根据公预规条： k N满足规范要求。b 单孔荷载，最大弯矩时，墩柱顶按小偏心受压构件验算：故.0，根据公预规条偏心受压构件承载力计算应符合下列规定：设g=0.88,代

19、入=11.5、=195、=0.003556后，经整理得=按公预规提供的附录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。经试算查的各系数A、B、C、D为设=1.0，A=2.6943 ,B=0.3413 ,C=2.3082, D=0.6692代入后 =则=墩柱承载力满足规范要求。第四节 钻孔灌注桩的设计计算钻孔灌注桩的直径为1.40m，用C30混凝土，HRB335级钢筋。由地质资料分析设计宜采用钻孔灌注桩基础。灌注桩按m法计算，设m值为5×103kN/m4,桩身混凝土受压弹性模量=3.0×104MPa1 荷载计算每一根桩承受的荷载为：(1) 一孔恒载

20、反力（图3-10）(2) 盖梁恒重反力（半根梁重）：(3) 系梁恒重反力(4) 一根墩柱恒重(5) 作用于桩顶的恒载反力为：(6) 灌注桩每延米自重，已扣除浮力(7) 可变荷载反力两跨可变荷载反力：（公路-I级）(已计入冲击系数)单跨可变荷载反力：（公路-I级）(已计入冲击系数)制动力：作用点在支座中心，距桩顶距离为(8) 纵向风力盖梁引起的风力：对桩顶的力臂为：7.07m 墩柱引起的风力：对桩顶的力臂为：3.26m 横向风因墩柱横向刚度较大，可不予考虑。(9) 作用于桩顶的外力图3-10：尺寸单位m图3-11（双孔）（单孔）KN单跨可变荷载时：(10) 作用与地面处桩顶上的外力2 桩长计算由

21、于假定土层是单一的，可由确定单桩容许承载力的经验公式初步计算桩长。灌注桩最大冲刷线以下的桩长为h，则：式中：u-桩周长，考虑用旋钻机，成孔直径增大5cm，则u=×1.45=4.555（m）； -桩壁极限摩阻力，按表值取为50kPa,即50；li-土层厚度（m）； ë-考虑桩入土深度影响的修正系数，取为0.7；-考虑孔底沉淀厚度影响的清底系数，取为0.80；-桩底截面积，=1.539； -桩底土层容许承载力，取=300KPa；-深度修正系数，取=1.5； -土层的重度，取=10.0KN/m3(已扣除浮力)； -一般冲刷线以下深度（m）。 代入得： =1/24.555×

22、;h×40+0.7×0.8×1.539300+1.5×10×(h-3) =91.1h+0.862×(219.769+12.9276h)=189.44+102.243桩底最大垂直力为：=2517.482+1/2qh=2517.482+11.5h 即：2517.482+11.5h=189.44+102.243h 故：h=()÷（）=25.66m 取h=26m，即地面以下桩长为26m，桩总长27.2m。由上式反求： =189.44+102.243×26=2847.758kN =2517.482+11.5×26=2816.482kN 可知桩的轴向承载力能满足要求 3 桩的内力计算（m法）(1) 桩的计算宽度：(2) 桩的变形系数： 式中：，