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第三章下部结构设计第一节支座的设计
一、选用支座的平面尺寸采用板式橡胶支座橡胶支座的平面尺寸由橡胶板的抗压强度和梁段或墩台顶混凝土的局部承压强度来确定对于橡胶板应满足若选定支座平面尺寸为,则支座形状系数s为当时,橡胶板的平均容许压应力为橡胶支座的弹性模量计算时,最大支座反力的剪力值:按容许应力法计算的最大支座反力为故满足要求
二、确定支座厚度主梁计算温差取T=350C温度变形由两端的支座均摊,则每一个支座承受的水平位移为计算活载制动力引起的水平位移时,首先需要确定作用在每一个支座上的制动力对于25m桥跨可布置一行车队车辆荷载制动力为一辆加重车总重为280KN,制动力为七根主梁共14个支座,每一支座承受的水平力为按桥规要求选用六层钢板,七层橡胶组成橡胶支座上下层橡胶片厚度为
0.25cm,中间厚度为
0.5cm,薄钢板厚度为
0.2cm.则支座总厚度
三、验算支座的偏转支座平均压偏变形为按桥规要求应满足即,符合要求梁端转角为设恒载作用下,主梁处于水平状态,活载作用下跨中挠度所以验算偏转情况应满足符合桥规要求
四、验算支座的抗滑稳定性按《桥规》第
8.
4.3条规定验算支座抗滑稳定性应满足式中—由结构自重标准值和
0.5倍汽车荷载标准值(计入冲击系数)引起的支座反力—由汽车荷载引起的制动力标准值,—支座平面毛__—橡胶支座与混凝土表面的摩阻系数,—支座剪变模量,取则满足桥规要求,支座不会发生相对滑动第二节盖梁的设计
一、荷载计算
(一)上部构造恒载具体计算结果见表3-1表3-1每片边梁自重(kN/m)每片中梁自重(kN/m)一孔上部结构自重(kN)每个支座恒载反力(kN)
1、7号
2、
3、
4、
5、6号边梁1,7中梁
2、
3、
4、
5、
619.
94620.
5133584.
03251.
284244.339
(二)盖梁自重及内力计算混凝土简支桥盖梁的跨高比L/h为
2.0<L/h<
5.0此处L为盖梁的计算跨径,应取Ln和
1.15Lc两者较小者其中Ln为盖梁支承中心之间的距离,Lc为盖梁的净跨径在确定盖梁净跨径时,圆形截面柱可换算为边长等于
0.8倍直径的方形截面柱图3—1盖梁构造图示(单位cm)具体盖梁自重及内力计算结果见下表 3—2表 3—2盖梁自重产生的弯矩剪力效应计算截面编号自重(KN)弯矩(KN·m)剪力(KN)左右1—1-
19.479-
19.4792—2-
73.242-
73.2423—3-
133.
805153.0704—
4108.
445108.4455—
50.
00.0
(三)活载计算
1.活载横向分布系数计算荷载对称布置时用杠杆法,非对称布置时用偏心压力法
(1)车辆荷载1)单列车,对称布置时图3—22)双列车,对称布置时图3—33)单列车,非对称布置时(图3—4)由则4)双列车,非对称布置时(图3—4)已知则图3—4(单位cm)5)三列车,非对称布置时(图3—5)已知图3—5(单位cm)
2.按顺桥向活载__情况,求得支座活载反力的最大值
(1)车辆荷载简化成均布力和集中力,布载长度为图3—61)单孔布载时单列车双列车三列车2)双孔布载时单列车双列车三列车
3.活载横向分布后各梁支点反力表3—3荷载横向分布情况公路——Ⅰ级计算方法荷载布置横向分布系数m单孔双孔BR1BR1对称布置按杠杆法计算单列车m1=
0266.
240522.090m2=000m3=
0.
28174.
81146.71m4=
0.
438116.
61228.68m5=
0.
28174.
81146.71m6=000m7=000双列车m1=
0532.
4801044.160m2=
0.
266141.
64277.75m3=
0.
438233.
23457.34m4=
0.
594316.
29620.23m5=
0.
438233.
23457.34m6=
0.
266141.
64277.75m7=000三列车m1=
0.
15662397.
191221.
67190.58m2=
0.
592368.
82723.23m3=
0.
753356.
98919.92m4=
0.
841523.
941027.42m5=
0.
753356.
98919.92m6=
0.
592368.
82723.23m7=
0.
15697.
19190.58非对称荷载按偏心压力法计算单列车m1=
0.
351266.
2493.
45522.
08183.25m2=
0.
28174.
81146.70m3=
0.
21256.
44110.68m4=
0.
14338.
0774.66m5=
0.
07419.
7038.63m6=
0.
0051.
3312.61m7=-
0.065-1____-
33.94双列车m1=
0.
274532.
48145.
901044.
16286.10m2=
0.
212112.__
221.36m3=
0.
17894.
78185.86m4=
0.
14376.
14149.31m5=
0.
10857.
51112.77m6=
0.
07439.
4177.27m7=
0.
03920.
7740.72三列车m1=
0.
269623167.
581221.
67338.63m2=
0.
219136.
44267.55m3=
0.
168104.
66205.24m4=
0.143__.
09174.70m5=
0.
11873.
514144.16m6=
0.
06741.
7481.85m7=
0.
01710.
5920.
774.各梁恒载、活载反力组合车辆冲击系数取
1.285计算见表3—4,表中均取用各梁的最大值表3-4编号荷载情况1号梁2号梁3号梁4号梁5号梁6号梁7号梁
①恒载
574.
86603.
83603.
83603.
83603.
83603.
83574.86
②公路—级双列对称
0277.
75457.
34620.
23457.
34277.750
③公路—级三列对称
190.
58723.
23919.
921027.
42919.
92723.
23190.58
④公路—级双列非对称
286.
10221.
36185.
86149.
31112.
7777.
2740.72
⑤公路—级三列非对称
338.
63267.
55205.
24174.
70144.
4381.
8520.77
⑥①+
②
574.
86881.
61061.
171224.
061061.
17881.
6574.86
⑦①+
③
765.
441327.
061523.
751631.
251523.
751327.
06765.44
⑧①+
④
860.
96825.197__.
69753.
14716.
6681.
1615.58
⑨①+
⑤
913.
49871.
83809.
07778.
53748.
26685.
68624.
65.双柱反力Gi的计算由表3-4可知,由荷载组合
⑦时(公路——Ⅰ级、三列对称布置)控制设计,此时G1=
4431.9kN
二、内力计算
1.恒载加活载作用下各截面的内力
(1)弯矩计算(见图3-1)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的数值按图3—1,给出的截面位置,各截面弯矩计算式为计算结果见下表3-
62.剪力计算相应于最大弯矩时的剪力计算,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计算结果见下表3—5表3—4荷组1号梁距离2号梁距离3号梁距离4号梁距离5号梁距离6号梁距离7号梁距离反力
⑥
574.
869.
22881.
67.
321061.
175.
421224.
063.
521061.
171.
62881.6-
0.
28574.86-
2.
183129.7
⑦
765.
441327.
061523.
751631.
251523.
751327.
06765.
444431.9
⑧
860.
96825.197__.
69753.
14716.
6681.
1615.
582621.1
⑨
913.
49871.
83809.
07778.
53748.
26685.
68624.
62715.7表3—5=荷载组合墩柱反(kN)梁支座反力(kN)截面1——1截面2——2截面3——3截面4——4截面5——5G1R1R2R3V左V右V左V右V左V右V左V右V左V右组合
⑥
3129.
7574.
86881.
61061.170-
574.86-
574.86-
574.86-
574.
861673.
241673.
241673.
24612.
07612.07组合
⑦
4431.
9765.
441327.
061523.750-
765.44-
765.44-
765.44-
765.
442238.
92238.
92238.
9715.
15715.15组合
⑧
2621.
1860.
96825.197__.690-
860.96-
860.96-
860.96-
860.
96943.
95943.
95943.
95154.
26154.26组合
⑨
2715.
7913.
49871.
83809.070-
913.49-
913.49-
913.49-
913.
49930.
4930.
4930.
4121.
3121.3表3-6荷载组合情况墩柱反力(kN)梁支座反力(kN)各截面弯矩G1R1R2R3截面2——2截面3——3截面4——4截面5——5组合
⑥公路——Ⅰ级双列对称
3129.
7574.
86881.
61061.17-
574.86-
1120.
98270.
6913246.198组合
⑦公路——Ⅰ级三列对称
4431.
9765.
441327.
061523.75-
765.44-
1492.
61476.
7374581.522组合
⑧公路——Ⅰ级双列非对称
2621.
1860.
96825.197__.69-
860.96-
1678.87-
818.
11453.619组合
⑨公路——Ⅰ级三列非对称
2715.
7913.
49871.
83809.07-
913.49-
1781.31-
912.
082306.384
(三)盖梁内力汇总下表3—8中各截面数值均取以上两表中的最大值表3—8内力截面号截面1-1截面2-2截面3-3截面4-4截面5-5弯矩(kN·m)M自重-
4.663-
49.406-
127.
01132.
503907.294M荷载0-
913.49-
1781.31-
912.
0824581.522M计算-
4.663-
962.90-
1908.32-
879.
585488.82剪力(kN)V自重左-
19.406-
73.242-
133.
805108.4450右-
19.406-
73.
242153.
07108.4450V荷载左0-
913.49-
913.
492238.
9715.15右-
913.49-
913.
492238.
92238.
9715.15V计算左-
19.406-
1224.05-
1284.
621937.
10572.41右-
932.
90986.
732391.
972347.
35715.15
三、截面配筋设计与承载力校核采用C40混凝土,主筋用HRB335,钢筋,,1正截面抗弯承载力验算根据《桥规》第
8.
2.4条,………………………………………取,又
1.截面1—1解得根据《桥规》规定最小配筋率为
0.20%显然,按照最小配筋率能够满足要求选用
2.截面2—2解得按《桥规》最小配筋率的要求,选用
3.截面3—3解得按《桥规》最小配筋率的要求,选用
4.截面4—4解得按《桥规》最小配筋率的要求,选用
5.截面5—5解得采用表3—9盖梁截面钢筋用量表截面号M(kN·m)As(mm2)选用根数(﹪)根数As(mm2)截面1-1-
4.
66312.36__
116773.
80.265639截面2-2-
962.
902437.
6116773.
80.265639截面3-3-
1908.32___
7116773.
80.265639截面4-4-
879.
582225.
68116773.
80.265639截面5-
55488.
8214779.
22114779.
20.599562
(二)斜截面抗剪承载力验算按《桥规》第
8.
2.6条规定……………………3—3—验算截面处的剪力组合设计值—连续梁异号弯矩影响系数,计算近边支点梁段的抗剪承载力时,;计算中间支点梁段及刚构各节点附近时,—受拉区纵向受拉钢筋的配筋率—箍筋的抗拉强度设计值b—盖梁的截面宽度(mm)—盖梁的截面有效高度(mm)
1.对于截面1—1故仅需按构造配置箍筋
2.对于截面2—
2、5—5仅需按构造配置箍筋
3.对于截面4—4,经验算需要按计算配筋,所以按《桥规》第
9.
3.13条规定,选用R235钢筋,六肢箍,第三节桥墩墩柱的设计采用直径为1500mm用C40混凝土,HRB335钢筋
一、荷载计算
(一)恒载计算按《桥规》第
3.
3.1及
3.
3.4条规定,桥涵净空高不小于
5.0m故取墩柱净空高度为
5.5m,则墩柱长为
4.5m上部构造恒载,一孔重
3584.03KN盖梁自重(半根盖梁)
312.12KN墩柱自重故作用于墩柱底面的恒载垂直力为
(二)车辆荷载计算荷载布置及行驶情况见图3—2—(图3—5)
1.公路—Ⅰ级
(1)单孔荷载(图3—2)三列车按《公桥规》第
4.
3.6条规定一个设计车道上由汽车荷载制动产生的制动力标准值按车道荷载标准值在加载长度上计算的总重力的10%计算公路—Ⅰ级汽车荷载制动力标准值不得小于165KN相应的制动力故取
(2)双孔荷载(图3—3)三列车时制动力汽车荷载中双孔荷载产生支点处最大值,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,即产生最大墩柱底弯矩
(三)双柱反力横向分布计算
1.单列车时
2.双列车时
3.三车时
4.荷载组合
(1)最大最小垂直反力时,计算结果见下表3—10表3—10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)横向分布m1Bm1(1+μ)横向分布m2Bm2(1+μ)1公路——Ⅰ级单列车
1.
155782.92-
0.155-
130.022双列车
0.
9441254.
780.
05674.443三列车
0.
7321138.
40.
268416.79
(2)最大弯矩,计算见下表3—11表3-11编号荷载情况墩柱顶反力计算式Bm11+μ垂直力(kN)水平力H(kN)对柱顶中心弯矩(kN·m)B1B2B1+B
20.25(B1-B)
1.14H1上部结构与盖梁计算——————
2391.97——002单孔三列车623*
0.732*
1.
273580.
50580.
5124.
6145.
13220.077注水平力由两墩柱平均分配
二、截面配筋计算及应力验算
(一)作用于墩柱顶的外力
1.垂直力最大垂直力最小垂直力
2.水平力
3.弯矩
(二)作用于墩柱底面的外力,由表3-5,3-6
(三)截面配筋计算墩柱顶用C40混凝土,采用,R335钢筋则纵向钢筋配筋率为按《桥规》第
5.
3.1条规定,故不计偏心增大系数取
1.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《桥规》第
5.
3.1条规定满足要求
2.单孔荷载,最大弯矩时,墩柱顶按最小偏心受压构件计算,故按《桥规》第
5.
3.9条规定,偏心受压构件承载力计算应符合下列规定式中—轴向力的偏心距—有关混凝土承载力的计算系数—有关纵向钢筋承载力的计算系数—圆形截面的半径—纵向钢筋所在圆周的半径ra与圆截面半径之比,—纵向钢筋配筋率,此处,代入后,经整理得按《桥规》附表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,经试算查得各系数A、B、C、D为设代入后,得则墩柱承载力满足桥规要求第4节钻孔桩的设计钻孔灌注桩直径为
1.50cm,用C40混凝土,R335钢筋灌注桩按m法计算根据地质资料,m值为(中密,密实的砂砾,碎石类土)桩身混凝土受压弹性模量
一、荷载计算
(一)每一根桩承受的荷载为一孔恒载反力盖梁恒重反力一根墩柱恒重作用在桩顶的恒载反力
(二)灌注桩每延米自重
(三)可变荷载反力
1.两跨可变荷载反力(公路—I级
2.单跨可变荷载反力I级)汽车制动力作用点在支座中心,距柱顶距离为
3.作用于桩顶的外力(见图3—14a)
4.作用于地面处桩顶上的外力(见图3—14b)(a)b图3—14
二、桩长计算根据地质资料,分析采用摩擦桩单根桩的竖向承载力经验计算公式为………3—6其中—桩侧第i层土的极限侧阻力标准值(KPa)—桩径为
0.8m时的极限端阻力标准值;对其他成桩工艺可查相应表—桩身穿越土层的厚度m—桩端__—分别为大直径桩侧阻力、端阻力尺寸效应系数,查表得对于摩擦桩,主要考虑摩擦力,可以忽略桩端承载力故竖向承载力为桩的最大垂直力为即解得取故埋入地下的桩长为30m轴向承载力验算可见桩的轴向承载力满足要求
三、桩的内力计算(m法)
(一)桩的计算宽度二桩的变形系数式中对于受弯构件:故因为,所以可按弹性桩计算
(三)地面以下深度z处桩身截面上的弯矩和水平压应力的计算已知作用于地面处桩顶上的外力
1.桩身弯矩式中的无量纲数值可由表格查得计算结果见下表3—12表3—12桩身弯矩计算表ahAmBmH0/a*AmM0BMMz
0.
330.
19.
10.
09960.
9997440.
951331.
2841372.
2370.
660.
29.
10.
196960.
9980680.
181329.
0471410.
0331.
320.
49.
10.
377390.
98617153.
671313.
2141468.3__
1.
970.
69.
10.
529380.9___
1215.
571276.
5141494.
1852.
630.
89.
10.
645610.
91324262.__
1216.
0981481.
563.
2919.
10.
723050.850__
294.
401133.
0711430.
3754.
281.
39.
10.
767610.
73161312.
56974.233812__.
864.
931.
59.
10.
754660.
68694307.
27914.
74991225.
0516.
5829.
10.
614130.
40658250.
1541.
4141793.
93248.
222.
59.
10.39__
60.
14763162.
43196.
5885360.
63319.
8739.
10.
193050.
0759578.
61101.
1373180.
515711.
513.
59.
10.
050810.
0135420.
7718.
0302738.
9223513.
1649.
10.
000050.
000090.
020.
1198470.
1404062.桩身水平压应力计算结果见下表3—13表3—13水平压应力计算表
00000.
820.
22.
117991.
290886.__
329059213.
604942520.
498233091.
650.
41.
802731.
0006411.
7344668721.
0920452232.
826512092.__
0.
71.
360240.
6388515.
4948104523.
5655609439.
060371393.
720.
91.
093610.
4448116.
0168706421.095__
20537.
11276274.
551.
10.
854410.
2860615.
2943735716.
5817614231.
876134996.
21.
50.
466140.
0628811.
378376944.
97032325616.
348700198.
2620.14696-
0.
075724.783015903-
7.9803409-
3.
19732499812.43-
0.08741-
0.09471-
4.267318523-
14.9726245-
19.23994306
四、桩身截面配筋与承载力验算验算最大弯矩处的截面强度,该处的内力值为桩内竖向钢筋按
0.6%的配筋率配置,则选用R235钢筋,,桩的换算__为桩的换算截面模量为桩的计算长度为根据《桥规》第
5.
3.9条和
5.
3.10条规定偏心增大系数则按上述桥墩墩柱所示的方法,查《桥规》附表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,经试算查得各系数为可知故则故钻孔桩的正截面受压承载力满足要求
五、墩顶纵向水平位移验算
(一)桩在地面处的水平位移和转角的计算当时,查表得故符合m法计算要求查表得当时,
(二)墩顶纵向水平位移验算由于桩露出地面部分为变截面,其上部墩柱截面抗弯刚度为E1I1直径d1下部桩截面抗弯刚度为EI(直径为d)图3—15(单位cm)设则墩顶的水平位移公式为式中由于所以已知故所以墩顶容许的纵向水平位移为符合桥规要求
24.
9624.96h=2100。