12 箱式桥台示例含U形基础.docx

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12箱式桥台示例含U形基础

12箱式桥台示例(含U形基础)

1.本文目的

2.

本文的目的是,通过一个桥台示例的演示,使用户掌握在“桥梁设计师”中箱式桥台和U形基础的设计过程。

3.系统支持

4.

设计师1.0.2版本箱式桥台和U形扩大基础的主要依据:

各大中设计院的施工图纸

交通部《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004)

《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTGD63-2007)

《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004)

《公路圬工桥涵设计规范》(JTGD61-2005)

以下各节中的《基规》指的是《公路桥涵地基与基础设计规范(JTGD63—2007)》,《通规》指的是《公路桥涵设计通用规范(JTGD60—2004)》,《混规》指的是《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTGD62—2004)》。

箱式桥台支持整体式和分离式(前墙设置沉降缝),支持的基础形式有:

四边形扩大基础,U形扩大基础、承台桩基础。

5.流程介绍

6.

按如下流程可从无到有建立一个箱式桥台。

图3-1

7.工程实例

8.

4.1工程概况

为使大家比较直观的了解桥梁设计师中箱式桥台的设计过程,下面我们以一个整体式箱式桥台为例来介绍,基础形式为U形基础,共有两层。

(图4-1-1)

图4-1-1

4.2布孔信息

双击打开路线下的路线总体,打开布孔信息标签进行编辑。

(图4-2-1)

图4-2-1

●布孔线里程:

第一行数字表示里程桩号,其后各行数字表示跨径。

●布孔线序号:

构件名中的“##”后的数字与布孔线序号是一一对应的。

对下部构件,如果构件名是“新墩1##n”(n为阿拉伯数字),则布孔线序号的第n行就是这个构件所在的位置。

如图4-2-1,本例我们的构件名是“箱式桥台示例##1”,那么布孔线序号的第1行桩号10是箱式桥台所在位置(实际里程在表格的最后一列中由程序自动计算)。

●桥墩中心线距离布孔线L:

桥墩中心线在布孔线大桩号侧为正,小桩号侧为负。

本例中设为0。

●布孔线名称:

对布孔线的特征进行描述,图纸上可能会进行注释。

●工程墩号名称:

对各墩位进行数字标识,图纸上可能会进行注释。

●斜交角A(度):

平面上,由道路设计线法线旋转至布孔线的角度。

顺时针为正,逆时针为负,角度范围为-90°~+90°。

本例中为5度。

●布孔线实际里程:

由程序根据起点里程桩号及各跨的跨径自动计算出各墩位处的里程桩号。

4.3添加构件

在项目管理树窗口中找到下部结构,在其上单击右键并且在下拉菜单中点击添加新构件(图4-3-1a),在弹出的窗口中(图4-3-1b),构件类型选择箱式桥台,生成数据方式选择使用默认初值,然后点击窗口下方的确定按钮即可完成新构件的添加。

当然用户也可以选择其它的生成数据方式,具体可参见相关文档,本例中不再赘述。

图4-3-1a图4-3-1b

构件添加完成之后,左边项目管理树上出现“新墩1##1”的构件,就是我们刚添加的箱式桥台了。

(图4-3-2a)我们把构件名改为“箱式桥台示例##1”。

(图4-3-2b)

图4-3-2a图4-3-2b

4.4构造及计算参数输入

在项目管理窗口中双击构件名称打开构造及计算参数界面,在界面中的各个标签中填写相应的数值。

8.4.1总体参数

8.4.2

图4-4-1-1

●桥台

⏹是否设置沉降缝:

用于确定桥台前墙是否有缝。

⏹台宽:

宽度方向为道路设计线的法向,设沉降缝时指左半台宽度。

于桥孔面向桥台定义左右。

⏹右台宽:

宽度方向为道路设计线的法向,不设沉降缝时该值无效。

于桥孔面向桥台定义左右。

⏹台侧缘距道路设计线:

距离方向为道路设计线的法向,不设沉降缝时指左侧墙外缘到道路设计线的距离,设沉降缝时指沉降缝半宽。

于桥孔面向桥台定义左右。

⏹变坡点距道路设计线:

距离方向为道路设计线的法向,于桥孔面向桥台变坡点在道路设计线的左侧为负、右侧为正。

设沉降缝时该值无效。

不设沉降缝且单坡时变坡点宜模拟于台宽中心。

●锥坡

⏹坡顶距侧墙背缘lK:

意义参见图4-4-1-2。

⏹锥坡坡比iK(1:

iK):

意义参见图4-4-1-2。

输入0表示不设锥坡。

图4-4-1-2

8.4.3台帽

8.4.4

图4-4-2-1

●帽梁

⏹顶缘控制高程zTL:

不设沉降缝时指变坡点帽梁顶缘高程,设沉降缝时指沉降缝左侧帽梁顶缘高程。

于桥孔面向桥台定义左右。

⏹右台顶缘控制高程zTR:

沉降缝右侧帽梁顶缘高程,不设沉降缝时不需要定义。

于桥孔面向桥台定义左右。

⏹顶缘左侧横坡iTa:

沿背墙前缘线方向的横坡,不设沉降缝时指变坡点左侧坡度,设沉降缝时指沉降缝左侧坡度。

中高边低为正,反之为负。

于桥孔面向桥台定义左右。

⏹顶缘右侧横坡iTb:

沿背墙前缘线方向的横坡,不设沉降缝时指变坡点右侧坡度,设沉降缝时指沉降缝右侧坡度。

中高边低为正,反之为负。

于桥孔面向桥台定义左右。

⏹高度hT:

帽梁的高度,无论帽梁顶单坡还是双坡,帽梁始终是等高的。

⏹外侧倒角宽与高a:

意义参见图4-4-2-2a,最大值为50mm,不影响钢筋布置。

⏹嵌入背墙lTB:

意义参见图4-4-2-2a,宽度方向为背墙前缘线的法向。

⏹伸出背墙lT:

意义参见图4-4-2-2a,宽度方向为背墙前缘线的法向。

⏹伸出左、右侧墙ba、bb:

意义参见图4-4-2-2b,宽度方向为道路设计线的法向。

⏹伸出前墙lTC:

意义参见图4-4-2-2b,宽度方向为背墙前缘线的法向。

图4-4-2-2a图4-4-2-2b

●背墙

⏹背墙背缘形式:

直背墙,斜背墙(图4-4-2-3)。

本例为直背墙。

图4-4-2-3

⏹顶缘控制高程zBL:

不设沉降缝时指变坡点背墙顶缘高程,设沉降缝时指沉降缝左侧背墙顶缘高程。

于桥孔面向桥台定义左右。

⏹右台顶缘控制高程zBR:

沉降缝右侧帽梁顶缘高程,不设沉降缝时不需要定义。

于桥孔面向桥台定义左右。

⏹顶缘左侧横坡iBa:

沿背墙前缘线方向的横坡,不设沉降缝时指变坡点左侧坡度,设沉降缝时指沉降缝左侧坡度。

中高边低为正,反之为负。

于桥孔面向桥台定义左右。

⏹顶缘右侧横坡iBb:

沿背墙前缘线方向的横坡,不设沉降缝时指变坡点右侧坡度,设沉降缝时指沉降缝右侧坡度。

中高边低为正,反之为负。

于桥孔面向桥台定义左右。

⏹顶缘宽度lB:

宽度方向为背墙前缘线的法向。

⏹伸缩缝槽横向位置bV:

宽度方向为道路设计线的法向,指伸缩缝预留槽口纵边到侧墙外缘的距离(图4-4-2-2b)。

⏹伸缩缝槽高度hV:

输0表示不设置伸缩缝预留槽口。

⏹伸缩缝槽宽度lV:

宽度方向为背墙前缘线的法向,输0表示不设置伸缩缝预留槽口。

槽口方式连接搭板时,该值忽略。

⏹管线孔直径rX:

输0表示不设置管线孔。

⏹管线孔中心距背墙顶hX:

输0表示不设置管线孔。

8.4.5台身

8.4.6

图4-4-3-1

●前墙

⏹前墙背缘坡比iQ:

不设沉降缝指变坡点处的前墙坡比,设置沉降缝时指前墙左、右端部截面处的坡比。

于桥孔面向桥台定义左右。

●侧墙

⏹斜交时侧墙背缘形式:

垂直道路设计线,平行道路设计线(图4-4-3-2)。

斜交且垂直道路设计线时仅支持采用U形基础,平行背墙前缘线且侧墙只有一段时仅支持采用扩大基础;本例为垂直道路设计线。

图4-4-3-2

⏹内侧缘坡比iN:

意义参见图4-4-3-3a,若侧墙有纵坡,则为侧墙端部的坡比。

⏹背缘高度hW:

意义参见图4-4-3-3b。

⏹背缘内倾投影长度lW:

意义参见图4-4-3-3b,长度方向为沿道路设计线方向。

⏹侧墙混凝土断面形式:

矩形,平行四边形。

本例为矩形(图4-4-3-3a)。

⏹顶缘水平宽度bW:

意义参见图4-4-3-3a,宽度方向为道路设计线的法向。

图4-4-3-3a图4-4-3-3b

●左侧墙

⏹墙身分段长度lWL:

于桥孔面向桥台由近及远依次定义沿道路设计线方向的侧墙分段长度,分段即设置侧墙断缝,若设置断缝只支持采用U形基础。

若只有一段侧墙时,输0表示与前墙底缘线平齐。

⏹侧墙顶外缘高程zWL:

意义参见图4-4-3-4,于桥孔面向桥台由近及远依次定义。

⏹台底高程zJL:

意义参见图4-4-3-4,于桥孔面向桥台由近及远依次定义。

⏹基础层数nWL:

该段墙身下基础的取用层数。

输0表示包括全部基础,非0时应确保不能超过基础的最大层数。

第一段墙身该值忽略。

于桥孔面向桥台定义左右。

图4-4-3-4

●右侧墙

⏹墙身分段长度lWR、侧墙顶外缘高程zWR、基础层数nWR:

参见左侧墙的相关说明。

⏹台底高程zJR:

于桥孔面向桥台由近及远依次定义。

若前墙不设沉降缝,第一段侧墙该值忽略(取用左侧墙数据)。

8.4.7挡块和垫石

8.4.8

图4-4-4-1

●挡块

⏹挡块顶宽、挡块底宽:

宽度方向为道路设计线的法向,于桥孔面向桥台从左到右依次定义。

⏹挡块间距:

从左到右依次定义法向于道路设计线的挡块外侧间距,第一个值指到帽梁左梁端的距离。

于桥孔面向桥台定义左右。

●支座与垫石

⏹斜交时垫石纵边形式:

垂直背墙前缘线,平行道路设计线。

本例中为垂直背墙前缘线。

⏹支座中心距背墙lZB:

距离方向为背墙前缘线的法向。

⏹垫石中心距背墙lDB:

距离方向为背墙前缘线的法向。

⏹垫石横边宽度bZD:

宽度方向为沿背墙前缘线方向。

⏹垫石纵边宽度lZD:

距离方向为背墙前缘线的法向。

⏹支座中心间距bZ:

从左到右依次定义法向于道路设计线的间距,第一个值指到帽梁左梁端的距离。

于桥孔面向桥台定义左右。

⏹垫石序号和支座类型:

于桥孔面向桥台从左到右依次定义。

8.4.9基础构造

8.4.10

图4-4-5-1

●基础形式:

承台基础、扩大基础、U型基础。

本例为U型基础。

不同基础型式的纵横向定位描述不同,下面分别介绍。

●承台基础

⏹前墙前缘距承台边缘DY:

距离为沿前墙前缘线的法线方向。

承台边缘在前墙前缘线的前侧为正、后侧为负。

以靠近桥孔为前、远离桥孔为后。

⏹承台横向中心距前墙前缘横向中心DX:

距离为沿道路设计线法线方向。

承台横向中心在前墙前缘横向中心的左侧为负、右侧为正。

于桥孔面向桥台定义左右。

●扩大基础

⏹基础顶层前缘线距台底前缘线DY:

距离为沿前墙前缘线的法线方向。

基础顶层前缘线在台底前缘线的前侧为正、后侧为负。

以靠近桥孔为前、远离桥孔为后。

⏹基础横桥向偏位DX:

程序默认基础横向偏位为0,故此参数无效。

●U型基础

⏹基础纵桥向偏位DY、基础横桥向偏位DX:

程序用U型基础构造来定位U型基础与台身的关系,故此参数无效。

●基础外侧扩大量lQ、内侧扩大量lH:

基础内、外侧边线法向扩大量,意义参见图4-4-5-2。

●基础后缘扩大量lK:

基础后缘法向扩大量,意义参见图4-4-5-2。

图4-4-5-2

8.4.11基础计算

8.4.12

若要对基础进行计算,点击基础标签中的基础计算按钮(图4-4-5-1),在打开的计算参数界面中填写相关信息。

(图4-4-5-3)

由于《基规》并没有明确规定U型扩大基础的计算方法,本程序主要参照规范中对矩形扩大基础的规定来计算U型扩大基础,支持的计算内容与矩形扩大基础完全一样,具体计算中引入的规则详见以下各条说明。

图4-4-6-1

●计算内容

⏹合力偏心距验算

◆长期效应组合、短期效应组合、偶然效应组合、施工效应组合:

同扩大基础示例。

◆按照《基规》第4.2.5条验算。

U型扩大基础基底合力偏心距验算时,式(4.2.5-2)中的A取U形扩大基础的实际底面积,Pmin取按实际形状计算的基底最小应力。

◆《基规》对岩石地基墩台在永久作用标准值效应组合下未规定合力偏心距容许值,因此程序输出的岩石地基长期效应组合的合力偏心距验算总是满足要求。

⏹基底应力验算

◆长期效应组合、短期效应组合、偶然效应组合、施工效应组合:

同扩大基础示例。

◆按照《基规》第4.2.2条、4.2.3条、4.2.4条验算。

◆附录K中的图K.0.1,当ey/d和ex/b小于0.30时直线内插求得λ,大于0.3时按等于0.3处理。

◆U型扩大基础非岩石地基非软土地基修正后的地基承载力容许值[fa]按照等效矩形基底截面计算。

U型扩大基础按照《材料力学》基本原理计算了基底应力,具体公式参考了《非对称截面刚性扩大基础基底应力检算方法》(杨炜国,《市政技术》,2002年第4期)一文。

但如果岩石基础按此计算基底应力出现拉应力,则等效为矩形基础计算。

⏹软弱下卧层应力验算

◆长期效应组合、短期效应组合、偶然效应组合、施工效应组合:

同基底应力验算。

◆程序按照《基规》第4.2.6条验算软弱下卧层地基应力。

土中附加压应力系数α按附录M计算时,当z/b小于5时采用直线内插求得α,当大于5时按z/b=4.6和4.8时的值直线外推求得α,若求出的α小于0则取0。

地基承载力容许值抗力系数γR的取值方法与基底应力验算相同。

◆当持力层以下某土层的承载力基本容许值小于持力层的承载力基本容许值时,本程序认为此层土为软弱下卧层。

关于何时应验算下卧层,4.2.6条的条文说明有相关内容,请用户自行把握。

当程序判断有多个软弱下卧层时,只验算最上面一层。

岩石地基不计算软弱下卧层。

◆U型扩大基础软弱下卧层应力计算时的土中附加压应力系数α按照等效矩形基底截面计算。

⏹抗冻拔稳定性验算

◆按照《基规》第4.2.7条、L.0.1条、L.0.2条验算。

⏹抗倾覆稳定性验算

◆长期效应组合、短期效应组合、偶然效应组合、施工效应组合:

同扩大基础示例。

◆按照《基规》第4.4.1条和第4.4.3条验算。

U型扩大基础抗倾覆稳定性计算的倾覆轴按照第4.4.1条注2,取基底截面的外包线。

⏹抗滑动稳定性验算

◆长期效应组合、短期效应组合、偶然效应组合、施工效应组合:

同抗倾覆稳定性验算。

◆按照《基规》第4.4.2条和第4.4.3条验算。

抗滑动稳定性是按照X、Y两个方向分别计算,输出稳定系数最小的一组值。

⏹沉降量计算

◆长期效应组合:

按照《基规》第1.0.9条进行组合。

◆基础沉降计算采用的荷载是六种组合工况中沉降量最大的一组值。

根据e-p曲线计算压缩模量时,取各层中间点计算。

土中平均附加压应力系数

按附录M计算时,当z/b小于5时采用直线内插求得

,当大于5时按z/b=4.6和4.8时的值直线外推求得

,若求出的

小于0则取0。

◆U形扩大基础基础沉降计算时的土中平均附加压应力系数

按照等效矩形基底截面计算,基底压应力p根据等效矩形基底截面的y向宽度b计算。

●计算控制参数

⏹指定基础襟边土重:

用户可在此输入襟边土重的数值,用于计算抗冻拔稳定性及基底应力。

若不指定,则程序自动计算。

⏹指定沉降经验系数:

指定《基规》公式(4.3.4-1)中的沉降计算经验系数ψs,若输入0,则程序根据《基规》第4.3.5条自动计算。

⏹指定沉降计算深度:

输入沉降计算时的计算深度zn,若输入0,则程序根据《基规》第4.3.6条自动计算,此时基底宽度b取顺桥向宽度。

⏹基础为未破坏的旧桥基:

用来确定地基承载力容许值在使用阶段的抗力系数γR,参见《基规》第3.3.6条第1款第3项和第4项。

⏹汽车荷载冲击系数:

专用于基础计算。

⏹汽车冲击力参与地基竖向承载力验算组合:

控制地基竖向承载力验算组合时是否考虑汽车冲击力。

参见《基规》第1.0.8条第1款。

⏹指定沉降或软弱下卧层计算时基底应力取值点距最大应力点b:

用于确定《基规》第4.2.6条和第4.3.4条中当z/b≤1时基底压应力p的取值位置。

应输入“基底的宽度b/应力取值点距最大应力点的距离”,此处基底宽度b为顺桥向宽度。

若输入0,则程序采用默认值4。

对于双向偏心受压的基础,程序将基底最大应力Pmax和最小应力Pmin作为顺桥向宽度b两端的应力,再根据基底应力取值点的位置内插得到沉降或软弱下卧层计算时的基底应力。

⏹岩石地基基底应力重分布时:

不考虑附加应力,与附加应力共同重分布。

岩石地基当按非对称截面计算的基底最小应力小于0时,程序将U形基础作为等效矩形基础按照《基规》第4.2.3和4.2.4条仅按受压区计算基底压应力。

此处选择“不考虑附加应力”,表示岩石地基当按非对称截面计算的基底最小应力小于0时,按等效矩形基础受压区计算基底压应力,再与附加应力直接相加;若选择“与附加应力共同重分布”,表示岩石地基当按非对称截面计算的基底最小应力小于0时,将台前台后附加应力按等效矩形基础偏心受压法反算成外荷载,并将此荷载作为类型为“结构重力”的荷载,与用户输入的其他荷载重新组合,再计算基底应力。

⏹指定基底U型等效为矩形:

计算过程中有时需将基底U形等效为矩形,等效矩形的长度和宽度可由用户直接指定,若不指定,则程序按照以下原则确定等效矩形的长度和宽度:

a是前墙的截面长度,α是侧墙外法线与x轴的夹角,则等效矩形的长度为a*cosα,等效矩形的宽度为U形基础的基底面积除以等效矩形的长度。

●地质信息的输入:

同扩大基础示例。

●水文信息的输入:

同扩大基础示例。

●自定义荷载

主要为考虑临近建筑物及填土带来的附加力,单击自定义荷载按钮打开荷载输入界面。

(图4-4-6-2)

图4-4-6-2

⏹参考点坐标:

各自定义荷载输入时的参考零点位置。

若输入0,0,1.6,则各自定义荷载的参考零点为台身前墙前缘的横向中心(台身设沉降缝时,将左右侧基础分别作为独立基础处理,如图4-4-6-3c),x、y的正向如图4-4-6-3a~c所示。

z向竖向参考零点为标高为1.6的位置(图4-4-6-4);若输入1,0.5,5,则各自定义荷载的参考零点位置为图4-3-6b中点A(1,0.5),z向竖向参考零点为标高为5的位置。

图4-4-6-3a图4-4-6-3b

图4-4-6-3c

图4-4-6-4

⏹集中荷载

◆同扩大基础示例。

⏹梯形荷载

◆同扩大基础示例。

⏹基础前、后边缘其它附加竖向压应力:

考虑其它荷载引起的附加压应力,Y轴正向为前,负向为后,具体位置可参考《基规》附录J相关内容。

●计算书输出设置

⏹若勾选输出详细报告,则程序输出一个包含各中间过程的详细计算书,否则只输出一份较为简捷的计算书。

8.4.13搭板

8.4.14

图4-4-7-1

●搭板

⏹斜交时搭板背缘型式:

无台阶(图4-4-7-2a),有台阶(图4-4-7-2b)。

无台阶时搭板不分段,搭板外边平行于背墙前缘线,有台阶时搭板分段,每块搭板外边垂直于道路设计线,本例为无台阶。

图4-4-7-2a图4-4-7-2b

⏹纵坡iD:

沿道路设计线纵坡,桥高路低为正。

⏹侧缘距左侧墙bDR:

搭板侧缘到左侧墙外侧缘的距离,距离方向为道路设计线的法向。

于桥孔面向桥台定义左右。

⏹长度lD:

长度方向为沿道路设计线方向。

⏹左搭板宽度bDa:

宽度方向为道路设计线的法向。

⏹右搭板宽度bDb:

宽度方向为道路设计线的法向。

⏹左右搭板间隔bDS:

距离方向为道路设计线的法向。

输0表示左右搭板连成一体。

⏹有台阶搭板左搭板分段宽度bDaS:

从左向右依次定义左搭板背缘法向于道路设计线的分段宽度。

于桥孔面向桥台定义左右。

若变坡点在左搭板的横向范围内,则变坡点必须与某相邻两个台阶的分界线处,否则程序报错。

⏹有台阶搭板右搭板分段宽度bDbS:

从左向右依次定义右搭板背缘法向于道路设计线的分段宽度。

于桥孔面向桥台定义左右。

若变坡点在右搭板的横向范围内,则变坡点必须与某相邻两个台阶的分界线处,否则程序报错。

●搭板连接方式:

牛腿方式(图4-4-7-3a),槽口方式(图4-4-7-3b)。

本例为牛腿方式。

图4-4-7-3a图4-4-7-3b

8.4.15设计

8.4.16

图4-4-8-1

●搭板设置角隅加强钢筋:

见图4-4-8-2。

图4-4-8-2

8.4.17绘图

8.4.18

图4-4-9-1

●图纸设置

图4-4-9-2

⏹图号起始号:

桥台出图后有多张图纸,如《桥台一般构造图》、《背墙钢筋构造图》等。

图号起始号指的是其中第一张图纸的图号,在箱式桥台这个构件中,第一张图纸是《桥台一般构造图》。

本例中填8,则出图后《桥台一般构造图》的图号为8,如图4-4-9-3所示。

图4-4-9-3

⏹第x页的起始号:

指桥台出图后第一张图纸《桥台一般构造图》的页码。

本例中填3,则出图后如图4-4-9-4所示。

图4-4-9-4

⏹主图名前缀:

例如“6号台”,可作为主图名前缀。

出图后如图4-4-9-3所示。

⏹副图名:

指跟在图名之后的文字或符号等。

一般工程图中较少用到,本例不填。

⏹注:

图纸设置的具体使用可参见专题《图框替换与图纸布局》。

●图块比例

图4-4-9-5

程序自动设定图块比例,故此表无效。

用户可以通过图纸布局修改图纸比例,图纸布局的使用参见专题《图框替换与图纸布局》。

8.4.19计算

8.4.20

若不对桥台进行计算,则此标签不需要填写。

图4-4-10-1

●计算控制参数

⏹进行计算:

选择此项,系统执行项目计算;

⏹台身验算取前墙截面:

选择此项,台身强制按前墙独立墙截面验算;不选择时,则按《公路圬工桥涵设计规范》(JTGD61-2005)第6.2.4条第三段进行计算。

⏹计算搭板:

选择此项,系统执行该项计算;

⏹计算侧墙(按挡土墙):

选择此项,无论前墙按独立墙或U型整体截面计算,系统均取1m长度的侧墙计算。

当前验算截面为U型整体截面时,此项意义为是否同时验算侧墙;当选中“台身验算取前墙截面”时,该参数不起控制作用,程序总是计算侧墙。

●恒载支反力

⏹支座号

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