桥梁工程重力式桥墩课程设计总结

第一章工程设计概）兄一、 线路、水文、地质情况线路为I级铁路，单线，直线，平坡。基地地质粘土，液性指数0.13,孔隙比0.69基本承载力400kPa,土的容重19.5kN/m3。水文、气象：无流水、无冰冻。二、 设计活载及建筑材料概述设计活载为中一活载，且乘以荷载系数 1.3o捌活载 普通活载N?.柚mkN"QkN ［也kN?5。k时| | I"I .占.虹,EIIIllii 〔―Ii」IIlli一」ill」图1—1中一活载图示墩帽采用标号C30,钢筋混）疑土，托盘及缩颈以下40cm墩身采用C30号混凝土，墩身及基础采用C20号混）疑土。三、 桥梁跨度、样式、尺寸说明跨度24m单线铁路先张法预应力混）疑土简支梁。梁全长24.6m,梁缝0.1m,梁高2.1m，支座铰中心至支撑垫石顶面为0.325m,轨底至梁底2.6m,轨底至支撑垫石顶高度3.0m,垫石高度为0.2m,支座底板尺寸为0.5m0.5m,支座全高0.4m,每孔梁重1568kN。桥上设双侧人行道及栏杆。四、 桥墩形式及尺寸顶帽及托盘尺寸见附图一。墩身及基础尺寸见附图二。各部分尺寸确定依据及最终取值如下：（1） 墩帽厚度墩帽直接支撑桥跨结构承受较大的支座反力，为了把支座反力均匀地传递给墩身，铁路规范规定，墩帽的厚度不小于40cm,并应采用不低于C30的混）疑土，一般要设置钢筋。依据以上规范规定，设置墩帽厚度为40cm,采用C30混）疑土，并设置钢筋。（2） 墩帽平面尺寸当相邻跨度相等时，相邻支座间的顺桥方向中心距离为f2eeoaa-梁支座底板纵向尺寸e一梁端全支座中心线的距离伉0.3m）eo一为相邻两梁之间应留的缝隙（eo0.1m）支座底板尺寸给定0.5m0.5m，经过验算：a0.5m2ee0 0.7m满足规范要求。为了提高局部承压力，并考虑施工误差及预留锚栓孔的要求，支撑垫石边缘至支座底板边缘应保持一定的距离b,其值为15~20cmo依据以上规范规定，取b=20cm。支撑垫石边缘至顶帽边缘的距离c,为了满足架梁时或养护时安放移梁及顶梁设备的需要，应符合以下规定：顺桥方向（纵向）：跨度L8m时，c不应小于15cm；8mL20m时，c不应小于25cm；L20cm时，c不应小于40cm。横桥方向（横向）：当顶帽为圆弧形时，支撑垫石角全顶帽最近边缘的最小距离与顺桥方向相同。当顶帽为矩形时，支撑垫石角全顶帽边缘的最小距离为50cm。这样等跨度直线桥顶帽纵向尺寸为：Afa2b2c考虑到一般架桥机架设分片式梁时，每片梁不能直接落在设计位置，需在墩顶上作横向移动，为了给出一定的工作位置，确保操作安全，铁路规范规定，顶帽横向宽度B还应满足下列要求：当跨度L8m时，B4m;8mL20m时，B5m;L20m时，B6m。依据以上规范规定，取c=80cm，取B=8m。Afa2b2c7050220280320cm（3）托盘尺寸为了保证悬出部分的安全，根据设计经验，试验资料和构造要求，规定墩帽下四周设10~20cm宽的飞檐，托盘底面横向宽度B不宜小于支座底板外缘的距离b;托盘侧面与翌直线间的夹角 45°支撑垫石横向边缘外侧50cm处的顶帽底缘点竖直线与该底缘点至托盘底部边缘处的连线的夹角 30，如图1—2所示。

图1—2桥墩托盘尺寸（单位cm）（4） 墩身尺寸铁路桥墩的侧坡不应小于20:1,更多情况下采用30:1~40:1。设计中桥墩的纵向、横向倾斜度均采用35:1。（5） 明挖基础尺寸明挖基础可采用单层式或多层式，每一层的厚度不宜小于 1.0m。双向受力矩形墩台的明挖基础，其最上一层基础台阶两正交方向的破线与翌直线所成的夹角，对于混）疑土基础不应大于35°；其下各层台阶正交方向的夹角不应大于 45°如图1—3所示

第二章荷载计算\主力（—）垂直荷载1、梁及桥面重（按木枕桥面计）N15683824.7 2506.6kN2、桥墩圬工重（1）顶帽C30号钢筋混）疑土N28.03.20.625 384kN（2）托盘C30号混）疑土1N3 (4.37.6)2-2.823766.36kN（3）墩身圬工重圬工体积2h 2hd B—dh00 35 。35dBh _4330° 352 h当d。2.8，B。 4.3时N423V，计算结果见表2-1表2—1h(m)V(m3)N^kN)565.411504.3710141.773260.8115229.92广 5288.0820330.6522.2379.17872W（二）垂直荷载1、单孔轻载（图2-1）图2-1单孔轻载（单位m）14302.6517.2119.615.75241507.88kNMr1507.880.35 527.758kNm2、单孔重载（图2-2）□?q Z5HT.11rH 24 /图2-2单孔重载（单位m）r143021.3517.2119.68.25&241979.24kNM1979.240.35 692.734kNmR23、双孔重载（图2-4）由结构力学原理可知，如果相邻两孔梁的跨度分别为 L和L2,两孔梁上静活载分别为G和G2，则当G1G］时，简算墩的支座反力之和为最大，因为是等跨l1l2梁，所以公式简化成GG2,计算x值：

6GtkRL6GtkRL图2-3x计算简图(单位m)G1G2104(11.9x)119.6 24.7(11.9x)1430119.624.7x7.5x5.32m由此可以得出双孔重载图示：11“6.5&S32」——TL uJ 24卅Iiff/'b压 24图2-4双孔重载（单位m）R3R3R3'R3”14307.9711.88119.618.41243029.27kNM%(R3'RT)0.35(1564.791464.49)0.3535.105kNm4、双孔空载(图2-5)1046.582.94 119.618.1215.2924」」L1图2-5双孔空载(单位m)R4R4'R4''24.7131222^321.1kNMR.0二、附加力(―)顺桥方向水平力1、制动力(牵引力与制动力大小相等，方向相反)单孔轻载和单孔重载PZ(143017.2119.6)0.10 348.712kN对墩身任意截面的力矩：MZ348.712(0.3252.6h)1020348.712h见表2—2表2—2h(m)510152022.2MZ(kNm)2763.564507.126250.687994.248761.41双孔重载FZ1(143011.88119.6)0.10285348.712kNFz2(18.12119.66.58104)0.10285348.712kN因为均小于一孔梁跨的固定支座的水平力，故仍采用单孔梁跨制动力2、风力风压强度按W1.1kN/m2计算。顶帽及托盘风力(纵向)7.64.3P(80.6 2)1.1012(4.811.9)1.1018.37kN227.64.3

MP 4.8(0.32)11.9 1.10币hW 37.64.3 ra26.44418.37h见表2—3表2—3h(m)510152022.2MA(kNm)118.294210.144301.994393.844434.258（2）墩身风力（计算结果见表2—4）b4.3m2hn35/m2计算。h(bh/m2计算。h(bh/n)hh3b2h/n32b2h/n受风面积AbB2风力PW2AWh2bB力臂c3bB力矩（对计算截面）M力矩（对计算截面）M%h2c(3b2h/n)W力矩（对基顶截面）M%血（C22.2h）「3b 「3b c」/\函6 2h/n)WPW2(22.2h)(3(3b 、32h/n)W(bh/n)hW(22.2h)6表2—4h(m)510152022.224.4450.4478.02107.17120.5M（kNm）PV2（对计算截面）60.43246.98567.481029.811280.19M%（kNm）（对基顶截面）480.72862.381129.231265.591280.19（二）横桥方向水平力1、梁及列车风力TOC\o"1-5"\h\z钢轨高度采用h0 0.16m轨底至梁底h2 2.6m轨底至支撑垫石顶h33m轨顶至梁底高度Q2.60.16 2.76m列车风力力臂c32.165.16m梁上受风面积F12.7624.768.172m2一孔列车受风面积F3 324.7/2 37.05m2(1)桥上无车E°1.168.172 74.99kNMoEo(h3 0,16I)74.991.78133.48kNm桥上有车单孔活载E1 1.1(68.17237.05)115.74kNM11.1(68.1721.7837.055.16)343.78kNm桥上有车双孔活载E2 1.1(68.17274.1) 156.5kNM21.1(68.1721.7874.15.16)554.07kNm以上力矩为对支撑垫石顶面力矩，对墩身截面再增加： ME(2.6h)，计算结果见表2—5表2—5h(m)5+2.610+2.615+2.620+2.622.2+2.6桥上无车E。(kN)74.9974.9974.9974.9974.99M0(kNm)703.4041078.3541453.3041828.2541993.232单孔活载E1(kN)115.74115.74115.74115.74115.74M1(kNm)1223.4041802.1042380.8042959.5043214.132双孔活载E2(kN)156.5156.5156.5156.5156.5M2(kNm)1743.472525.973308.474090.974435.272、顶帽及托盘风力(表2—6)PW(3.20.62.82)1.1(1.925.6)1.18.272kNM%(1.922.35.61)1.18.272h11.028.272h表2—6h(m)510152022.2M%(kNm)52.3893.74135.1176.46194.663、墩身风力（表2—7）b2.8m2hn35风压强度按W1.1kN/m2计算。受风面积AbB h(bh/n)h2风力Pw4AW力臂hc3一2bBbBh3b32b2h/n2h/n力矩（对计算截面）M%h2瓯c 6(3b2h/n)W力矩M%（对基顶截面）（c22.2h）hl6(3b2h/n)WPW4(22.2h)h!6(3b2h/n)W(bh/n)hW(22.2h)

表2—7h(m)510152022.2%(kN)16.1933.9453.2774.1783.87MpJkNm）（对计算截面）39.81164.48381.86699.81873.59M亦（kNm）（对基顶截面）_318.2578.58765.41862.98873.593、列车横向摇摆力（表2—8）PYB130kN邮1305.16130(2.6h)h(m)510152022.2Mp>b(kNm)2360.84050.85740.87430.88174.4第三章墩身计算墩身截面几何与力学性质计算矩形截面如图3-1c图3-1矩形截面计算图示（单位m）计算公式：截面面积ABd（m2）截面惯性矩lx电（n^ Iy世（m4）截面抵抗矩WEJ（m3） Wy俎6（m3）x6各截面计算结果如表3-1h(m)B(m)d(m)A(m2)Ix(m4)wjm)Iy(m)wjm)54.593.0914.183111.28517.304324.900910.8501104.873.3716.411915.53249.218032.436613.3210155.163.6618.885621.082011.520241.903416.2416205.443.9421.433627.727214.074752.858119.433122.25.574.0722.669931.293715.377758.610921.0452

、截面偏心检算(一)纵向偏心检算截面偏心应按各种荷载最不利组合，对墩身各截面进行检算，一般系单孔轻载(主加附)控制纵向偏心，按单孔轻载时列出截面计算结果如表3-2。单孔轻载(主+附)纵向偏心检算 表3—2截面位置h(m)510152022.2恒载N1N2N3N4(kN)5161.336917.778945.0411261.9212377.93活载RJkN)1507.881507.881507.881507.881507.88垂直力合计N(kN)6669.218425.6510452.9212769.813885.81制动力Pz(kN)348.712348.712348.712348.712348.712风力PW.Fw2(kN)42.8168.8196.39125.54138.87水平力合计P(kN)391.522417.522445.102474.252487.582垂直力力矩M(kNm)R’527.758527.758527.758527.758527.758水平力力矩MzM画Mp2(kNm)2942.2844964.2447120.1549417.89410475.86力矩合计M(kNm)3470.0425492.0027647.9129945.65211003.62偏心eM/N0.5200.6520.7320.7790.792容许偏心e0.6S 0.3d0.9271.0111.0981.1821.221

(二)横向偏心检算1、桥上无车，墩身横向偏心检算(表3—3)表3—3截面位置h(m)510152022.2NN1N2N3N4(kN)5161.336917.778945.0411261.9212377.93PEM、kN)99.452117.202136.532157.432167.132MMoMPwMp((kNm)795.5941336.5741970.2642704.5243061.482eM/N0.1540.1930.2200.2400.247e0.3B1.3771.4611.5481.6321.6712、双孔空载，墩身横向偏心检算(表3—4)截面位置h(m)510152022.2NN1N2N3N4+R4(kN)5482.437238.879266.1411583.0212699.03PE2启攵启攵(kN)180.962198.712218.042238.942248.642MM2M%MA/kNm)1835.662784.193825.434967.245503.52eM/N0.3350.3850.4130.4290.433e0.3B1.3771.4611.5481.6321.6713、双孔空载列车横向摇摆力，墩身横向偏心检算( 表3—5)截面位置h(m)510152022.2NN1N2N3N4+R4(kN)5482.437238.879266.1411583.0212699.03PPYB(kN)130130130130130MM/Nm)2360.84050.85740.87430.88174.4eM/N0.4310.5600.6200.6420.644e0.3B1.3771.4611.5481.6321.671

二、稳定性和强度检算(—)整体纵向稳定性验算E028GPa地7.86610.2531.2937dx查表内插计算变截面影响系数m1.61凡3600kPa凡3600kPa2Ao17.35m2l049.6ml0/2 24.8m计算临界荷载N计算临界荷载Ncr计算结果见表3—6表3—6项目单孔重载双孔重载N12506.62506.6R或R31979.243029.27墩顶垂直力N口R4485.845535.87墩顶水平力PZ348.712348.712支点反力力矩MR692.73435.105制动力或牵引力力矩MZFZ0.325113.33113.33墩顶外力力矩mMrMz806.064148.435qM/Nh3.4350.0520.0078刚度修正系数 0g.1/h 0.160.5570.6414mE°ldxl0212775931470265

临界何载N ‘哭％ 1 )cr 2cr lo2 \ 4mEoIdx 1 J1 ~气 1.1RaAo6520065639主力+附加力时安全系数K1.6111165200885/656391.1RANy1.1RaA)KN0.0570.051（二）强度检算1、计算弯矩增大系数y，计算结果见表3-7表3—7项目单孔重载双孔重载(主+附K1.6)KNncry0.110.1351 1u'彳KNn1 B DNycryy1 I/2u'7.61.00191.0021u'12.61.00321.0035u'17.61.00451.0050u'22.61.00571.0063u'24.81.00631.0069

2、墩身强度检算（1）单孔重载（主+附）（表3—8）h510152022.2NGN1R2N2N3N47140.578897.0110924.2813241.1614357.17mx MR2mZ M%M%3635.0185656.9787812.88810110.6311168.59y1.00191.00321.00451.00571.0063NG M—--AA(kpa)xmaxi A Wx1002.0561157.7591259.6871340.2251364.175NG M仆、m叫…A------铲(kPa)4.85615-73.5448-102.797-104.674-97.5462（2）双孔重载（主+附）（表3—9）h510152022.2NGN1 Rs N2N3N48190.69947.0411974.3114291.1915407.2D MA M%MxMR4 MZMP2977.3894999.3497155.2599452.99910510.96y1.00211.00351.0051.00631.0069NGyMx、max2 A Wx()985.96751150.3321258.2551342.6281367.868『也(kPa)m. ng_ ..;2A Wc169.012761.842459.83348-9.09613-8.60346计算最大压应力从以上计算结果可以看出，墩身单孔重载较双孔重载应力大，因为截面出现拉应力故按单孔重载作应力重分布计算，计算结果见表3—10表3—10h510152022.2d3.093.373.663.944.07A14.183116.411918.885621.433622.6699Myx切NG0.51000.63790.71840.76790.7828虫d0.1650.1890.1960.1950.1922.002.142.192.192.16NGmax.八A1007kPa=1.007MPa1160kPa1.16MPa1267kPa1.267MPa1353kPa1.353MPa1368kPa1.368MPa墩身C20号混凝土容许压应力 13.5MPa，计算主力加附加应力时容许压应力可以提高30%，即13.51.317.55MPa，以上计算最大压应力max均在容许范围以内。从前面荷载计算和墩身截面模量计算可以看出，顺桥方向垂直力以及弯矩均比横桥向的大，截面模量则顺桥向比横桥向的小，所以墩身强度判定顺桥向作为控制设计，横桥向不再计算。三、墩顶弹性水平位移检算沿墩身高度H等分为若干段，采用3m分一段，墩身分段及编号见图3-2图3—2墩身分段（单位cm）

用虚功原理数积法计算桥墩墩顶纵向水平位移，计算结果见 表3—11。3—11墩身分段序列数I［分段截面墩顶距离Y(m)i全段截面「惯性矩1何)分段截面弯矩kNm)MI/hMi■10.579.47 10.579.472108.71kPa10.579.47 10.579.472108.71kPa4001.2480kPamax270kPa基底压应力检算通过（三）基底稳定性检算1、倾覆稳定性检算根据墩身偏心验算可知，通过纵向单孔轻载（主力+附加力）来控制基底倾覆稳定性。墩顶偏心弯矩M墩顶水平1的弯矩PY力产身纵向风力矩-M J弯矩总计MI008.17。806.0650W806.098.661013.18.171081.00736.221117.229136.7477136.747726.210.202162.014123.712285.729224.0911448.18