下部验算m板桥墩.docx
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下部验算m板桥墩
XX至XX高速公路桥涵设计通用图
20米装配式预应力混凝土简支空心板下部构造(桥墩)
计算书
计算
第一部分基础资料
一、计算基本资料
1技术标准与设计规范:
1)中华人民共和国交通部标准《公路工程技术标准》(JTGB01-2003)
2)中华人民共和国交通部标准《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004)
3)中华人民共和国交通部标准《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004),以下简称《规范》
4)中华人民共和国交通部标准《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTJ024-85)
5)中华人民共和国交通部标准《公路圬工桥涵设计规范》(JTGD61-2005)
6)交设发(2005)040号《关于修订桥涵设计通用图的通知》。
2桥面净空:
2x净-9.75米、净10.25米
3汽车荷载:
公路Ⅰ级,结构重要性系数1.0
4设计环境条件:
Ⅰ类
5材料性能参数
1)混凝土
a)强度等级为C30,主要强度指标:
强度标准值fck=20.1MPa,ftk=2.01MPa
强度设计值fcd=13.8MPa,ftd=1.39MPa
弹性模量Ec=3.00x104MPa
b)强度等级为C25,主要强度指标:
强度标准值fck=16.7MPa,ftk=1.78MPa
强度设计值fcd=11.5MPa,ftd=1.23MPa
弹性模量Ec=2.80x104MPa
2)普通钢筋
a)R235钢筋其主要强度指标为:
抗拉强度标准值fsk=235MPa
抗拉强度设计值fsd=195MPa
弹性模量Es=2.1x105MPa
b)HRB335钢筋其主要强度指标为:
抗拉强度标准值fsk=335MPa
抗拉强度设计值fsd=280MPa
弹性模量Es=2.0x105MPa
6主要结构尺寸
下部结构为双柱式桥墩、重力式桥台、扩大基础及桩基础。
有关具体尺寸详见我院2007年7月编制的相关桥涵设计通用图。
相配套的上部结构空心板为装配式预应力混凝土简支梁(后张法钢绞线)
二、采用程序:
手算结合“桥梁通7.55网络版”作内力分析和强度验算。
第二部分墩柱及其基础
Ⅰ、计算模型
计算模型按三跨一联计算,一联两端为桥台,中间为双柱式墩。
桥台上设活动支座(GJZF4250×44mm),桥墩墩顶均为板式橡胶支座(GJZ250×42mm),一排支座为16个。
墩底为地面或冲刷线,桩基嵌岩。
Ⅱ.墩柱验算
一、恒载计算
内容
地面到盖梁顶高度H(m)
10
12
14
16
18
20
上部恒
2051
2051
2051
2051
2051
2051
盖梁恒载
264
264
264
264
264
264
柱恒载
243
300
356
562
639
716
柱系梁
59
59
59
桩系梁
59
59
59
59
59
59
桩顶合计
2558
2615
2671
2936
3013
3090
单位:
KN
二、活载计算
、纵向水平力计算
1、抗推刚度
1)支座的刚度
n=16,
G=1MPa,t=31.24mm按0.71倍支座厚度计算
一排支座支座抗推刚度Kz=nAG/t=25141KN/m
2)桥墩墩顶刚度
一联各桥墩刚度按等刚度计算,按嵌岩桩查表;桩顶为地面或冲刷线
按《公路桥涵地基与基础设计规范》附录六查表附表6.11得:
墩顶抗推刚度Kd=n/[H23/(3EcI)+δHH(0)+δHM(0)H2+δMH(0)H2+δMM(0)H22]
集成抗推刚度K=2Kz*Kd/(2Kz+Kd);总刚度∑K=2K
桥墩墩顶抗推刚度见下表:
地面到盖梁顶高度H(m)
10
12
14
16
18
20
盖梁高(m)
1.4
柱数(根)
2
直径(m)
桥墩d1
1.2
1.2
1.2
1.4
1.4
1.4
桩基d2
1.3
1.3
1.3
1.5
1.5
1.5
长度(m)
桥墩h1
8.6
10.6
12.6
14.6
16.6
18.6
桩基h2
10
10
10
10
10
10
砼弹性
模量(Mpa)
桥墩(C30)E1
30000
30000
30000
30000
30000
30000
桩基(C25)E2
28000
28000
28000
28000
28000
28000
惯性矩(m4)
桥墩I1
0.102
0.102
0.102
0.189
0.189
0.189
桩基I2
0.140
0.140
0.140
0.249
0.249
0.249
桩计算宽度b1(m)
2.07
2.07
2.07
2.25
2.25
2.25
地基土变形系数m(KN/m4)
30000
桩变形系数a
0.456
0.456
0.456
0.414
0.414
0.414
ah2
4.6>2.5
4.6>2.5
4.6>2.5
4.1>2.5
4.1>2.5
4.1>2.5
(B2D1-B1D2)/(A2B1-A1B2)
2.40074
2.40074
2.40074
2.40074
2.40074
2.40074
(A2D1-A1D2)/(A2B1-A1B2)
1.59979
1.59979
1.59979
1.59979
1.59979
1.59979
(B2C1-B1C2)/(A2B1-A1B2)
1.59979
1.59979
1.59979
1.59979
1.59979
1.59979
(A2C1-A1C2)/(A2B1-A1B2)
1.73218
1.73218
1.73218
1.73218
1.73218
1.73218
δHH(0)
8.05E-06
8.05E-06
8.05E-06
6.09E-06
6.09E-06
6.09E-06
δHM(0)
2.45E-06
2.45E-06
2.45E-06
1.68E-06
1.68E-06
1.68E-06
δMH(0)
2.45E-06
2.45E-06
2.45E-06
1.68E-06
1.68E-06
1.68E-06
δMM(0)
1.21E-06
1.21E-06
1.21E-06
7.52E-07
7.52E-07
7.52E-07
墩顶抗推刚度Kd(KN/m)
8836
5582
3741
4498
3300
2492
两排支座抗推刚度Kz(KN/m)
50282
集成抗推刚度K(KN/m)
7516
5025
3482
4129
3097
2374
全桥总刚度∑K(KN/m)
15031
10049
6964
8257
6194
4748
3、混凝土收缩、徐变及温度影响力在各墩上的分配
混结构有效温度标准值:
最高35℃,最低0℃,简支梁安装及桥面连续施工温度取15℃~25℃,计算温升为35℃-15℃=20℃,温降为25℃-0℃=25℃。
混凝土收缩、徐变及温度下降,均属于同一性质,三者加起来,按降温550C考虑,
线膨胀系数0.00001
结构为对称结构,所以上部结构不动点位于一联中间点,即x=30m
温升影响力只与制动力组合,而温降影响力与制动力、混凝土收缩徐变影响力共同作用,故只计算温降影响力。
桥墩均为等刚度,故温降影响力在各墩上的分配如下:
P1=P2=(x-30)KC
一个桥墩温降影响力表
地面到盖梁顶高度H(m)
10
12
14
16
18
20
线膨胀系数a
0.00001
收缩系数C1
0.00055
膨胀系数C2
0.0002
混凝土收缩、徐变
及温降
P1(KN)
-41.3
-27.6
-19.2
-22.7
-17.0
-13.1
温升
P2(KN)
-15.0
-10.0
-7.0
-8.3
-6.2
-4.7
4、汽车制动力在各墩上的分配
1)汽车制动力
(1)车道荷载标准值的10%;一联按3×20计算:
一个车道产生制动力=(10.5×3×20+237.2)×10%=86.72KN;
(2)公路Ⅰ级汽车荷载制动力标准值限值:
一个车道产生制动力=165KN
∴根据《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004)第4.3.6规范公路-Ⅰ级汽车荷载的制动力标准值不小于得小于165KN之规定。
一个设计车道制动力为165KN
2)制动力在各墩上的分配
由于两个桥墩刚度相同,桥台不参加水平力的分配,则一个桥墩分配制动力为总制力的1/2.
5、单根墩柱墩顶水平力汇总
单根墩柱墩顶水平力=一个桥墩墩顶水平力/2
单根墩柱墩顶水平力
地面到盖梁顶高度H(m)
内容
制动系数
1柱制动
1柱温度
1柱制+温
弯矩
10
1列车道
1
41.3
10.3
51.6
523
2列车道
2
82.5
10.3
92.8
942
12
1列车道
1
41.3
6.9
48.2
585
2列车道
2
82.5
6.9
89.4
1086
14
1列车道
1
41.3
4.8
46.0
651
2列车道
2
82.5
4.8
87.3
1234
16
1列车道
1
41.3
5.7
46.9
757
2列车道
2
82.5
5.7
88.2
1423
18
1列车道
1
41.3
4.3
45.5
826
2列车道
2
82.5
4.3
86.8
1574
20
1列车道
1
41.3
3.3
44.5
897
2列车道
2
82.5
3.3
85.8
1727
水平力对墩柱底偏心矩计算已入10cm支座垫、4.2cm支座厚度。
、垂直荷载
1、活载支反力、横向分布计算
活载支反力表
内容
加载方式
左支反力B1
右支反力B2
合计
1列车道荷载
双孔加载
105.0
394.8
499.8
一孔加载
394.8
0.0
394.8
柱分配系数表
内容
横向布载
1号柱K1
2号柱K2
合计
1列车道
偏载
1.1422
-0.1422
1
2列车道
偏载
1.75
0.25
2
注:
1、表中活载横向作用视上部与盖梁为整体形成双悬臂简支梁计算柱的横向分配系数得到柱顶竖直力。
2、最大、最小垂直力、相应弯矩表
加载方式
左支反力B1
右支反力B2
合计B
最大垂直力
最小垂直力
1墩底
弯矩
2墩底
弯矩
K1
BxK1
K2
BxK2
0.35x(B1-B2)xK1
0.35x(B1-B2)xK2
1列车道
双孔加载
105
394.8
499.8
1.1422
571
-0.1422
-71
116
-14
单孔加载
394.8
0
394.8
1.1422
451
-0.1422
-56
158
-20
2列车道
双孔加载
105
394.8
499.8
1.75
875
0.25
125
178
25
单孔加载
394.8
0
394.8
1.75
691
0.25
99
242
35
注:
表中(B1-B2)取绝对值代入计算
3、汽车冲击系数
(1+μ)=1.25,参见《盖梁计算》
三、荷载组合
1、基本组合(用于承载能力极限状态计算),按规范JTGD60-2004第4.1.6条规定计算:
1.0×[1.2×恒载+1.4×汽车(含冲击力)+0.7×(1.4×制动力+1.4×温降影响力)]
2、短期组合(用于正常使用极限状态计算),按规范JTGD60-2004第4.1.7条规定计算:
1.0×(1.0×恒载+0.7×汽车+1.0×制动力+1.0×温降影响力)
3、长期组合(用于正常使用极限状态计算),按规范JTGD60-2004第4.1.7条规定计算:
1.0×(1.0×恒载+0.4×汽车+1.0×制动力+1.0×温降影响力)
墩柱底荷载计算:
竖向力P=∑Pi
纵向水平力V=∑Vi
弯矩M=∑Piei+∑Viei
单根墩柱底荷载组合见下表。
基本组合
高度(m)
内容
加载方式
1墩底截面
2墩底截面
N1
M1
N2
M2
10
恒+1道+制动+温
双孔加载
4069
715
2945
487
单孔加载
3859
789
2972
478
恒+2道+制动+温
双孔加载
4600
1233
3288
967
单孔加载
4279
1346
3243
983
12
恒+1道+制动+温
双孔加载
4137
776
3013
548
单孔加载
3927
849
3039
539
恒+2道+制动+温
双孔加载
4668
1375
3356
1108
单孔加载
4347
1487
3310
1124
14
恒+1道+制动+温
双孔加载
4205
841
3081
613
单孔加载
3995
914
3107
604
恒+2道+制动+温
双孔加载
4736
1520
3424
1254
单孔加载
4415
1633
3378
1270
16
恒+1道+制动+温
双孔加载
4522
945
3399
717
单孔加载
4312
1019
3425
708
恒+2道+制动+温
双孔加载
5054
1706
3742
1439
单孔加载
4732
1818
3696
1455
18
恒+1道+制动+温
双孔加载
4614
1012
3491
784
单孔加载
4405
1085
3517
775
恒+2道+制动+温
双孔加载
5146
1853
3834
1587
单孔加载
4824
1966
3788
1603
20
恒+1道+制动+温
双孔加载
4707
1081
3583
853
单孔加载
4497
1155
3610
844
恒+2道+制动+温
双孔加载
5238
2004
3926
1737
单孔加载
4917
2116
3880
1753
作用短期效应组合
高度(m)
内容
加载方式
1墩底截面
2墩底截面
N1
M1
N2
M2
10
恒+1道+制动+温
双孔加载
2958
604
2508
513
单孔加载
2874
634
2519
509
恒+2道+制动+温
双孔加载
3170
1066
2646
959
单孔加载
3042
1111
2627
966
12
恒+1道+制动+温
双孔加载
3014
666
2565
575
单孔加载
2930
695
2575
571
恒+2道+制动+温
双孔加载
3227
1210
2702
1103
单孔加载
3098
1255
2684
1110
14
恒+1道+制动+温
双孔加载
3071
732
2622
641
单孔加载
2987
762
2632
637
恒+2道+制动+温
双孔加载
3284
1359
2759
1252
单孔加载
3155
1404
2740
1259
16
恒+1道+制动+温
双孔加载
3335
839
2886
747
单孔加载
3252
868
2897
744
恒+2道+制动+温
双孔加载
3548
1548
3023
1441
单孔加载
3420
1593
3005
1448
18
恒+1道+制动+温
双孔加载
3412
907
2963
816
单孔加载
3329
936
2974
812
恒+2道+制动+温
双孔加载
3625
1698
3100
1592
单孔加载
3496
1743
3082
1598
20
恒+1道+制动+温
双孔加载
3489
978
3040
887
单孔加载
3405
1007
3051
883
恒+2道+制动+温
双孔加载
3702
1852
3177
1745
单孔加载
3573
1897
3159
1752
作用长期效应组合
高度(m)
内容
加载方式
1墩底截面
2墩底截面
N1
M1
N2
M2
10
恒+1道+制动+温
双孔加载
2787
570
2530
517
单孔加载
2739
586
2536
515
恒+2道+制动+温
双孔加载
2908
1013
2608
952
单孔加载
2835
1038
2598
955
12
恒+1道+制动+温
双孔加载
2843
631
2586
579
单孔加载
2795
648
2592
577
恒+2道+制动+温
双孔加载
2965
1157
2665
1096
单孔加载
2891
1182
2654
1099
14
恒+1道+制动+温
双孔加载
2900
697
2643
645
单孔加载
2852
714
2649
643
恒+2道+制动+温
双孔加载
3021
1305
2721
1245
单孔加载
2948
1331
2711
1248
16
恒+1道+制动+温
双孔加载
3164
804
2907
752
单孔加载
3116
821
2913
750
恒+2道+制动+温
双孔加载
3286
1494
2986
1433
单孔加载
3212
1520
2975
1437
18
恒+1道+制动+温
双孔加载
3241
872
2984
820
单孔加载
3193
889
2990
818
恒+2道+制动+温
双孔加载
3363
1645
3063
1584
单孔加载
3289
1671
3052
1588
20
恒+1道+制动+温
双孔加载
3318
943
3061
891
单孔加载
3270
960
3067
889
恒+2道+制动+温
双孔加载
3440
1798
3140
1738
单孔加载
3366
1824
3129
1741
四、持久状况承载能力极限状态验算
墩柱为偏心受压构件;构件计算长度按1.5倍墩高计算,即l0=1.5H。
验算公式:
γ0Nd≤Ar2fcd+Cρr2fsd';
γ0Ndηe0≤Br3fcd+Dρgr3fsd'。
A、B-有关混凝土承载力的计算系数,按《规范》附录C的迭代法由表C.0.2查得;
C、D-有关纵向钢筋承载力的计算系数,按《规范》附录C的迭代法由表C.0.2查得。
对本通用图,墩柱长细比l0/i均大于17.5,需考虑偏心矩增大系数η
ζ1=0.2+2.7e0/h0≤1.0;ζ2=1.15-0.01l0/h≤1.0
e0-初偏心距,e0=M/N;h0-截面有效高度,h0=r+rs;h-截面高度,h=2r。
持久状况承载能力极限状态验算表
墩高H(m)项目
10
12
14
16
18
20
设计弯矩Md(KN*m)
1346
1487
1633
1818
1966
2216
设计轴力Nd(KN)
4279
4347
4415
4732
4824
4917
初偏心距e0=Md/Nd(m)
0.315
0.342
0.370
0.384
0.408
0.451
杆件稳定系数
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
lo=1.5H(m)
15
18
21
24
27
30
主筋
根数、直径(mm)
28Ф22
28Ф22
28Ф25
28Ф22
28Ф25
28Ф28
面积As(mm2)
10642.8
10642.8
13745.2
10642.8
13745.2
17239.6
ρ=As/πr2
0.0094
0.0094
0.0122
0.0069
0.0089
0.0112
rs(m)
0.54
0.54
0.54
0.64
0.64
0.64
r(m)
0.6
0.6
0.6
0.7
0.7
0.7
g=rs/r
0.9
0.9
0.9
0.914286
0.914286
0.914286
偏心矩增大系数计算
ζ1
0.945
1.000
1.000
0.974
1.000
1.000
ζ2
1.000
1.000
0.975
0.979
0.957
0.936
h0(m)
1.14
1.14
1.14
1.34
1.34
1.34
h(m)
1.2
1.2
1.2
1.4
1.4
1.4
η
1.382
1.536
1.657
1.698
1.836
1.913
ηe0(m)
0.435
0.525
0.613
0.652
0.748
0.862
系数计算
ξ
0.54
0.45
0.46