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桥墩课程设计计算设计资料上部结构为5孔20m装配式混凝土简支梁桥面净宽11m.下部结构采用双柱式圆柱墩墩柱及桩身尺寸构造见图,墩柱直径130cm混凝土C30fcd=
13.8MPa主筋RB335,fsd=280MPa灌注桩直径150cm混凝土C20fcd=
13.8MPa主筋HRB335,fsd=280Mpa墩顶每片梁梁端设400400mm板式橡胶支座一个,台顶每片梁梁端设四氟版活动支座一个,板式橡胶支座摩阻系数f=
0.05滑板支座最小摩阻系数f=
0.03一般情况取
0.05桥台上设橡胶伸缩缝盖梁、墩身构造均采用C30混凝土,,系梁采用C25混凝土,,主筋采用HRB335级钢筋,,箍筋采用R235级钢筋,已知数据每片边梁自重(kN)每片中梁自重kN一孔上部结构总重kN每个支座支反力kN
1、5号梁
2、
3、4号梁
2706.18边梁支座中梁支座
26.
627.
46265.
47270.05
一、荷载计算
(一)、恒载计算墩柱上部恒载值由上知1上部构造恒载,一孔重
2706.18kN;2盖梁自重(半根自重)
5304.29kN;3横系梁重:;4墩柱自重:墩柱自重;
(二)、活载计算荷载布置及行驶情况参考前面计算,数值直接取用
1、汽车荷载1单孔单车时相应得制动力为90kN所以单孔单车时得制动力取为T=90kN2双孔单车时相应得制动力为取双孔单车制动力为T=90kN
2、人群荷载1单孔单侧人群荷载2双孔单侧人群荷载活载中双孔荷载在支点处产生最大反力值,即产生最大墩柱垂直力;活载中单孔荷载产生最大偏心弯矩,即产生最大墩底弯矩
(三)双柱反力横向分布计算活载布置见图本章图1~图
31、汽车1单列汽车布置;2双列车布置;
(2)人群1单侧人载;2双侧人载
二、活载内力计算
(一)最大最小垂直力计算最大最小垂直力计算见表最大最小垂直力计算表荷载情况最大垂直力最小垂直力单列
76.
78255.
28336.
060.
938395.
570.
06221.15双列
153.
56510.
56664.
120.
715603.
050.
285240.38人单侧
22.
2222.
2244.
441.
21253.86-
0.212-
9.42人双侧
44.
4444.
4488.
880.
544.
440.
544.44
(二)最大弯矩计算最大弯矩计算见下表最大弯矩计算表荷载情况墩顶反力(kN)垂直力(kN)水平力(kN)对柱顶中心的弯矩(kNm)B1B2B1+B2上部构造与盖梁恒重———
1741.38—00汽车单孔双列
463.61—
463.
6145115.
969.3人群单孔双列
44.44—
44.44—
11.11—注制动力对各墩平均分配
三、墩柱底内力计算通过以上计算结果和经验,利用最大的剪力、弯矩对墩柱进行配筋结果是偏安全的.现将个墩所受内力组合列于下表各墩内力表项目墩柱号单墩1号2号
3、4号1上部恒载kN
1741.382墩柱自重kN
331.
66398298.53制动力HkN
22.54
③对墩柱底的弯矩kN.m
237.
54298.
382.255墩柱底活载kN
647.796纵向偏心矩kN.m
196.
31196.
31196.317
①+
②+
⑤
2072.
042139.
82039.888
⑤+
⑥
469.
85494.
61278.819(m)
0.
22680.
2320.134由上表计算数据比较,纵向弯矩以2号墩柱为大,1号次之,这两个墩柱可以采用同样配筋,
3、4号纵向弯矩较小可以采用另一种配筋方式2号墩柱为最不利受力墩柱,以下仅对2号墩柱截面配筋
四、墩柱截面配筋与承载力检算墩柱采用C30混凝土,主筋采用HRB335级钢筋,并取主筋保护层厚度,假定墩柱为一端固定,一端自由计算则按《公预规》第
5.
3.10条规定,应考虑构件在弯矩作用平面内的挠曲对轴向力的影响
(一)墩柱偏心矩增大系数η以《公预规》
5.
3.10规定,计算偏心矩增大系数η式中,————————————将以上数据分别代入式,结果为将上述各值代入式5—1结果如下考虑偏心矩增大系数后的偏心矩
(二)墩柱正截面强度检算由《公预规》第
5.
3.9条规定,沿周边均匀配置纵向钢筋的圆形截面钢筋混凝土偏心受压构件,其正截面抗压承载力应符合下式的规定12式中——有关混凝土承载力的计算系数,按《公预规》附录C表C.
0.2查;——有关纵向钢筋承载力的计算系数,按《公预规》附录C的迭代法由表C.
0.2查;——圆形截面的半径cm;——纵向钢筋所在圆周半径与圆截面半径之比按《公预规》附录C的叠代法由表C.
0.2查出;与接近,可以式1右项满足要求式2右项也满足要求
(三)截面主筋配置以《公预规》式(C.
0.2—2)判断是否按最小配筋计算应按最小配筋率配置截面主筋:.所以选用12根直径22mm的钢筋,提供Ag=
45.62cm2,钢筋中距28mm;箍筋选用螺旋型钢筋间距为200mm
五、墩柱稳定性检算由《公预规》第
5.
3.2条规定,其正截面抗压承载力符合下式规定式中——轴向力组合设计值,;——轴压构件稳定系数,按《公预规》表
5.
3.1取用内插取
0.82;——构件毛截面面积cm2;——全部纵向钢筋的截面面积cm2所以,墩柱按构造配筋即可,按构造配筋时其稳定性满足规范要求箍筋选用直径为8mm的螺旋筋,螺距8mm
六、墩身裂缝验算按《公预规》第
6.
4.5条规定,圆形截面钢筋混凝土偏心受压构件,其最大裂缝宽度可按下式计算式中各符号的意义见前述由于依照规范墩身裂缝宽度不必计算
七、桩基检算双柱式钻孔灌注桩的计算桩直径
1.5m,用C20的混凝土,fcd=
9.2MPaEh=
2.6×104MPa主筋采用HRB235,fsd=280MPa.计算图式参见附图,由于
1、2号墩前章已检算,
3、4号墩采用桩基础,比较3号与4号桩长,3号墩较4号墩长,为最不利受力墩,仅检算3号墩
(一)荷载计算计算桩基时考虑墩柱底以下
24.21-
21.6=
2.6m的冲刷灌注桩按“m”法计算m=10000kN/m
41、桩顶作用力计算
(1)恒载计算
①两跨荷载反力
②横系梁重
③盖梁自重反力
④每根墩柱重5每延米桩自重
(2)活载计算
①两跨活载反力
②单跨活载反力
③水平力制动力作用点在支座中心,距桩顶距离为作用于桩顶的外力为
(二)墩柱底以下
2.6m最低冲刷线处作用力计算墩身底最低冲刷线处的作用力,以规范规定最低冲刷线以上取其段桩身自重,以下部分按桩身的一半取最低冲刷线以上桩重最低冲刷线以下桩重则桩底恒载
(三)单桩承载力检算单桩的允许承载力按规范按下式计算如下式中——桩的轴向容许承载力(kN);——桩的周长.按成孔直径计算成孔直径;——各土层的极限摩阻力,近似取;——桩在局部冲刷线以下的有效长度m,=
12.4m;——桩底支撑面面积,;——桩底地基上容许承载力MPa式中——清底系数,=
0.85;——土的深度修正系数=
5.0;——土的容重,——桩尖埋置深度,=13m;——桩尖处土允许承载力将上述各值代入式1结果如下故单桩承载力满足要求
(四)桩的内力计算桩的内力计算采用“m法”计算
1、桩的计算宽度
2、变形系数,桩的换算深度属于弹性桩
(五)最低冲刷线处桩的内力
1、最低冲刷线处桩的柔度按查JTJD60-04规范附表,,
2、桩的最低冲刷线处的横向位移和转角式中“-”号表示顺时针方向
3、冲刷线以下深度y处桩身截面上的弯矩My
4、弯矩计算由规范查附表后得将个数值代入上式按=
4.0查表,计算结果列于表弯矩计算表y
000010366.
460.
290.1-
0.00017-
0.
0000110.
1372.
770.
570.2-
0.00133-
0.
0001330.
999990.
20000378.
231.
140.4-
0.01067-
0.
002130.
999740.
39998385.
782.
270.8-
0..8532-
0.
034120.
991810.
79854478.
843.
481.2-
0.28737-
0.
17260.
937831.
18342334.
914.
571.6-
1.67629-
0.
543480.
738591.
50659277.
775.
712.0-
1.29535-
1.31361-
0.
948851.
35201192.
966.
862.4-
2.14117-
2.66329-
0.
948851.
3520190.
078.
73.0-
3.54058-
5.99979-
4.68788-
0.
8912627.
3710.
153.5-
3.91921-
9.54367-
10.3404-
5.85402-
36.
3011.
64.0-
1.61428-
11.7307-
17.9186-
15.0755-
99.66桩身弯矩分布如图所示
(六)桩基在土中的最大弯矩桩基在最低冲刷线以下
1.444m处的弯矩最大,相应的轴向力以规范要求因验算桩截面抗偏心受压强度要引入极限状态,桩重作为恒载,其荷载系数用
0.8桩周极限摩阻力取45kPa
(七)桩身截面配筋与强度检算
1、最大弯矩处的截面强度检算
(1)正截面强度检算按照《公预规》式(
5.
3.9—1),验算
(1)
(2)式中——轴向力偏心矩,应乘以偏心矩增大系数;A、C——有关混凝土承载力的计算系数,,按《公预规》附录C的叠代法由表C.
0.2查出;B、D——有关纵向钢筋承载力的计算系数按《公预规》附录C的叠代法由表C.
0.2查出;——圆形截面的半径cm;——纵向钢筋所在圆周的半径与原截面半径之比,;——纵向钢筋配筋率;
①偏心矩增大系数计算假设桩为一端固定一端铰支,则,,,应考虑偏心矩增大系数的影响以《公预规》
5.
3.10规定,计算偏心矩增大系数η,;式中,将上述各值分别代入上式则偏心矩增大系数考虑偏心矩增大系数后的偏心矩按《公预规》附录C的叠代法由表C.
0.2查出式
(1)右项满足要求式
(2)右项也满足要求
(七)桩身截面配筋以《公预规》式(C.
0.2—2)判断是否按最小配筋率配筋可以按最小配筋率配置截面主筋:采用12根直径25mm的钢筋,其面积为4983mm2,钢筋中心距柱边缘7cm,钢筋中距35cm;箍筋采用直径为8mm的螺旋筋,螺距为200mm;由于横系梁不直接承受外力,故按其横截面面积的
0.1%设置构造钢筋即可箍筋采用Φ8螺旋筋,螺距为200mm或100mm加强筋采用直径20mm中心距离为200mm的钢筋
(八)墩顶纵向水平位移检算墩顶受力如图所示由于冲刷线以上为变截面,其上部墩柱截面抗弯刚度为E1I1下部桩抗弯刚度为EI,假设墩顶的水平位移公式为式中,墩顶最大弯矩Mmax=
196.31kNm已求得因此将上述各值代入式7—9墩顶容许的纵向水平位移:式中,L——桥梁跨度,当L24m时取L=24m;Δ——墩顶处的水平位移mm.,符合规范要求
(九)群桩检算《公路桥涵地基与基础》规定当桩柱中心距大于
2.5倍的桩径时,可以不验算群桩受力本设计桩中心距符合这一规定不再检算图1单孔单列车布置(单位cm)图2单孔双列车布置(单位cm)图3单侧人群布置(单位cm)图桩身弯矩分布图图墩顶受力图示(单位cm)。