木叶乡桥 上承式钢筋混凝土实腹拱桥计算书.docx
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木叶乡桥上承式钢筋混凝土实腹拱桥计算书
木叶乡桥
结构设计计算书
设计阶段施工图
部位拱圈、基础
审核人
校核人
计算人
2017年11月
一、工程概况
本桥为酉阳县木叶乡易地扶贫搬迁集中安置片区的一座景观桥，是小区工程的一部分，主要用于小区日常通行和消防通行。
桥梁基本尺寸和外观由景观设计人员结合小区总体情况进行拟定后，我们对此桥进行了桥梁结构设计。
本桥上部构造为：
跨径16m上承式钢筋混凝土实腹拱桥，净矢高为3.2m，净矢跨比采用1/5。
拱圈截面高度为0.6m，横桥向宽度为9m，为实体矩形现浇混凝土板拱。
拱圈与拱脚处为铰接，为两铰拱。
拱桥采用填料式拱上建筑，填料为石灰粉煤灰碎石，比例为6：
14：
80。
为保证桥梁美观及运行的舒适性要求，桥梁不设置伸缩装置。
二、计算容
拱圈结构验算，地基承载力、基础稳定性验算，按极限状态法设计。
三、基本设计资料
1、设计荷载：
（1）永久荷载：
●恒载：
片石混凝土容重25KN/m3，钢筋混凝土容重26KN/m3，人行道石栏杆2.6KN/m，沥青混凝土铺装24KN/m3。
●基础变位作用：
不均匀沉降0.01m。
（2）可变荷载：
●车道荷载：
按双向二车道加载，荷载采用：
城市B级，车道荷载见规。
●人群荷载：
3.0kN/m²。
●温度荷载：
根据《公路桥涵设计通用规》（JTGD60-2015）取值。
（3）偶然荷载：
地震动峰值加速度为0.10g，建筑场地为稳定的建筑场地。
2、材料性能：
（一）、混凝土
拱圈采用C50混凝土，桥台、压顶梁及桥面铺装采用C30混凝土。
桩基采用水下C30混凝土。
侧墙采用M30浆砌片石。
按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规》JTG D62-2004，结构混凝土耐久性的最低要求为：
普通混凝土构件耐久性要求：
最大水灰比0.55，最小水泥用量为275kg/m3，最大氯离子含量为0.3%，最大碱含量为3.0kg/m3。
混凝土石料强度不低于混凝土强度的2倍。
由于大桥桥址处地下水对桩基混凝土具有弱腐蚀性，应进行二级防护。
桩基混凝土宜采用不低于42.5级硅酸盐水泥浇筑，最大水灰比0.5，最小水泥用量365kg/m3，铝酸三钙C3A<8%；最大氯离子含量0.15％，最大碱含量3.0kg/m3；掺加Ⅰ级低钙粉煤灰（Cao<10%）,其掺量控制在水泥重量的10％，且凝胶材料总用量不宜大于400 kg/m3并添加水泥及粉煤灰总重量1.0％的聚羧酸盐高效减水剂。
（二）、钢材
1、普通钢筋：
钢筋直径≤10mm者采用R235光圆钢筋，直径＞10mm者采用HRB335带肋钢筋，其技术性能应分别符合中华人民国国家标准《钢筋混凝土热轧光圆钢筋》（GB 1499.1-2008）、《钢筋混凝土热轧带肋钢筋》GB1499.2-2007的规定。
2、普通钢筋直径大于等于25mm时，应采用机械连接。
机械连接必须符合中华人民国行业标准（JGJ107-2003）《钢筋机械连接通用技术规程》中Ⅰ级接头要求。
Ⅰ级接头应采用不缩小削弱钢筋头母材有效截面的接头形式，并满足相关的技术规要求。
3、其它钢材：
除特殊规定外，其余均采用Q235B钢，其技术性能必须符合国家标准《碳素结构钢》 GB700-1998的规定。
4、桥面防水层：
采用刚性防水层。
5、材料及工程质量应符合《公路工程质量检验评定标准》（JTGF80/1-2004）、《公路桥涵施工技术规》（JTGTF50-2011）的要求。
3、主要规：
1.《城市桥梁设计准则》（CJJ11-2011）
2.《公路工程技术标准》（JTGB01-2014）
3.《公路桥涵设计通用规》（JTGD60-2015）
4.《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规》（JTGD62-2004）
5.《公路桥涵地基及基础设计规》（JTGD63-2007）
6.《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/TB02-01-2008）
7.《公路圬工桥涵设计规》（JTGD61--2005）
四、地质、水文资料
岩土工程勘察报告（详勘）。
1、地形地貌
场地位于酉阳县木叶乡，场地属山区剥蚀斜坡与冲沟地貌，地貌类型受地层岩性、地质构造控制明显。
拟建桥梁围地面高程为915.60m～921.33m。
木叶河自南向北流经本场地。
东西两岸岸坡坡高约3-4米，坡角50-76°；坡顶地形较平坦。
2、地基岩土的构成
经地表工程地质测绘和钻探揭露，建筑场地地层主要由第四系全新素填土（Q4ml）、冲洪积红粘土（Q4al+pl）、冲洪积砂土夹碎块石（Q4al+pl）及三叠系下统大冶组（T1d）灰岩组成。
现将各岩土层工程特征分述如下：
（1）素填土：
杂色，主要由红粘土夹灰岩碎块石等组成。
其中：
红粘土呈可塑状，碎块石粒径以２０～500ｍｍ为主，含量约２０～２５％，呈棱角状。
堆土方式随意，排列杂乱，结构呈松散状，稍湿，未被污染。
据钻探揭露，其厚度约为0～3.50m（ZK8）。
（2）红粘土：
呈黄褐色，主要由红黏土组成，含少量细砂粉砂，可塑状，无摇振反应，切面稍有光泽，干强度中等，韧性中等，稍湿。
厚度约为1.40（ZK2）～11.80m（ZK13）。
（3）砂土夹碎块石：
杂色，主要由砂土夹灰岩碎块石等组成。
其中：
砂土成散粒状，碎块石粒径以２０～100ｍｍ为主，含量约１５～25％，呈棱角状。
堆土方式随意，排列杂乱，结构呈松散状，稍湿。
分布较少，厚度约为1.70（ZK4）～4.80m（ZK3）。
（4）灰岩：
灰白色，细晶至微晶结构，中厚层状构造，主要由碳酸盐矿物组成，局部可见方解石脉。
3、地下水
拟建场地地层结构由素填土、红粘土、砂土夹碎块石和下覆灰岩组成。
素填土、砂土夹碎块石层为透水层；红粘土为隔水层；灰岩岩体较完整，裂隙不发育，属弱透水层。
拟建区主要的地表水为大气降水和木业河河水，通过蒸发及下渗排泄。
经钻探及水位观测可知，勘察期间桥位区的木叶河岸坡处钻孔可见地下水。
近河地段地下水接受大气降水补给，排泄到木叶河。
木叶河为区地下水最低侵蚀和排泄基准面。
近河地段的地下水受河水位涨落影响显著，地下水位直接随河水位涨落而涨落。
本次钻孔中河两岸的部分钻孔可见地下水，勘察期间的地下水位为914.10-914.56m，与河水位基本一致。
根据地下水的赋存条件、水理性质及水力特征，场区地下水可分为孔隙水、裂隙水。
（1）孔隙型上层滞水
孔隙水由大气降雨和木业河河水补给为主，暂时性储存在第四系松散土层中，排泄方式多数沿基岩面向地势低洼地带渗出，少数进入基岩裂隙并沿裂隙渗流至低洼地带，富水能力受地形地貌以及覆盖层围、厚度、物质成分以及透水性能制约，水量大小受季节、气候影响大。
（2）岩溶裂隙水
岩溶裂隙水主要赋存于岩溶裂隙中，一般埋深较大。
场区下伏基岩为单一灰岩，灰岩强风化含水能力和透水能力较好，为透水层；灰岩中风化含水能力和透水能力较差，为相对隔水层。
总之，桥位区水文地质条件中等复杂。
场地及场地周边没有污染源，初步判断场地下水对混凝土结构有微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋有微腐蚀性。
4、不良地质作用
经地面调查，拟建场区没有发现滑坡、崩塌、泥石流等不良地质现象。
根据钻探资料，拟建场区没有发现软弱夹层、地下采空区、地下硐室等。
根据区域地质资料，场区没有断裂构造通过。
根据调查及钻探，场地岩溶不发育。
现有的钻孔均未见溶洞。
但由于场地处于灰岩岩溶地区，存在隐伏岩溶的可能性，建议桩基础施工前进行一桩一孔超前钻探检验。
同时对木业河两岸坡调查，未发现岸坡变形坍塌等塌岸迹象。
桥梁区基本为原始地貌，基本无人类工程活动。
5、建议
5.1深基坑开挖与支护
基坑开挖和地下室设计与施工时，应认真做好降水、排水或截水工作。
坑采用集水、明沟降排地下水，坑外地表面宜设置截水沟或低挡墙截挡水，以防地表水大量流入坑，开挖期间严禁在基坑四周可能影响基坑稳定的围大量堆土和放置重型设备。
基坑开挖和基础、地下室施工期间，应加强对周围建筑、道路和支挡结构的变形观测，以便发现问题及时处理。
5.2基础施工
采用天然地基方案时，由于③层粘土具有弱膨胀潜势，基坑开挖至设计标高时，严禁地基土长时间积水或曝晒。
五、计算程序
桥梁博士3.60版、手算。
六、说明
本计算书给出拱圈结构验算，地基承载力、基础性稳定验算，均满足要求。
1、拱圈结构验算
采用桥博3.0计算力，不考虑拱上建筑的联合作用。
按两铰拱建立模型，划分单元。
计算模型如下：
1、截面抗压强度验算
截面选取主拱圈的拱脚截面、1/4截面、跨中截面等共计3个截面。
按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规（JTGD62-2004）》5.1.4.1的规定，验算拱的截面强度。
由于截面强度验算与拱的整体“强度-稳定”验算所采用公式相同，只是为考虑长细比及弯曲系数的影响，因此，略去该节，直接验算拱的整体“强度-稳定”。
2、抗剪强度验算
8.依据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规》（JTGD62-2004）4.0.13条的规定，应该按4.0.13的公式验算剪力：
γ0Vd<=A*fvd+
μfNk
Vd------剪力设计值
A------受剪截面面积=12.8*0.4=5.12m2
fvd------抗剪强度设计值=2280KN/m2，按<圬工>3.3.2等查。
fvd------摩擦系数，采用0.7。
Nk------与受剪截面垂直的压力标准值。
计算结果如下表所示：
（组合Ⅰ为基本组合，组合Ⅱ为偶然组合）
荷载组合
拱脚（节点1）
Vd
A
fvd
μf
Nk
Rn=A*fvd+1/1.4*μfNk
γ0Vd
是否满足
组合Ⅰ
Max
2060
5.12
2280
0.7
5710
14528.6
2060
满足
Min
29.6
5.12
2280
0.7
5800
14573.6
29.6
满足
组合Ⅱ
Max
862
5.12
2280
0.7
4770
14058.6
862
满足
Min
862
5.12
2280
0.7
4770
14058.6
862
满足
荷载组合
1/4截面（节点8）
组合Ⅰ
Max
726
5.12
2280
0.7
3280
13313.6
726
满足
Min
-455
5.12
2280
0.7
2890
13118.6
455
满足
组合Ⅱ
Max
115
5.12
2280
0.7
2620
12983.6
115
满足
Min
115
5.12
2280
0.7
2620
12983.6
115
满足
荷载组合
跨中截面（节点15）
组合Ⅰ
Max
553
5.12
2280
0.7
4130
13738.6
553
满足
Min
-356
5.12
2280
0.7
2650
12998.6
356
满足
组合Ⅱ
Max
68
5.12
2280
0.7
2420
12883.6
68
满足
Min
68
5.12
2280
0.7
2420
12883.6
68
满足
3、拱的整体“强度-稳定”验算
按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规（JTGD62-2004）》5.1.4.1的规定，验算拱的整体“强度-稳定”。
1）、依据《公路圬工桥涵设计规JTGD61-2005》4.0.8条，受压承载力应按下列公式就算：
γ0Nd<=φfcdAc
γ0------结构重要系数，见4.0.4。
Nd------轴力设计值，Nd=
（见5.1.4条）。
φ------弯曲平面轴心受压构件弯曲系数，按表4.0.8选用，计算时L0按5.1.4条，两铰拱L0=0.36s。
混凝土拱桥截面强度计算时可取为1.0。
Ac------混凝土受压区面积。
fcd------混凝土轴心抗压强度设计值。
2）、本桥截面为矩形，按照按公式4.0.8-3计算
γ0Nd<=φfcdb（h-2e）
h-----矩形截面高度
b-----矩形截面宽度
e-----轴向力的偏心距
L0/h=0.36s/h=0.36*16.355/0.4=14.72，
按照表4.0.8插求得φ=0.98
3）、按照4.0.9条规定，受压构件偏心距限值应满足：
基本组合：
e<=0.6s=0.6*h/2=0.6*0.4/2=0.12m
偶然组合：
e<=0.7s=0.7*h/2=0.7*0.4/2=0.14m
对于偏心距不超限的截面的计算结果见下表。
截面抗力计算表
荷载组合
拱脚（节点1）
M（kN.m）
N（KN）
e=M/N
偏心距限值e0
Ac=b*（h-2e）
fcd
φ
Rn=φ*fcd*b*（h-2e）
γ0Nd
是否满足
组合Ⅰ
Max
562
5710
0.194
0.12
偏心超限按4.0.10计算
Min
-485
6120
0.461
0.12
偏心超限按4.0.10计算
组合Ⅱ
Max
-136
4770
0.209
0.14
偏心超限按4.0.10计算
Min
-148
4770
0.209
0.14
偏心超限按4.0.10计算
荷载组合
1/4截面（节点8）
组合Ⅰ
Max
1190
3080
0.386
0.12
偏心超限按4.0.10计算
满足
Min
-360
3820
0.094
0.12
1.
13690
0.98
13792.0
3820.0
满足
组合Ⅱ
Max
226
2620
0.086
0.14
1.
13690
0.98
14498.7
2620.0
满足
Min
226
2620
0.086
0.14
1.
13690
0.98
14498.7
2620.0
满足
荷载组合
跨中截面（节点15）
组合Ⅰ
Max
1100
3150
0.349
0.12
偏心超限按4.0.10计算
Min
-742
3350
0.221
0.12
偏心超限按4.0.10计算
组合Ⅱ
Max
41.9
2420
0.017
0.14
1.536
13690
0.98
20603.6
2420.0
满足
Min
41.9
2420
0.017
0.14
1.536
13690
0.98
20603.6
2420.0
满足
9.由上表可见有部分截面偏心距超过《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规》（JTGD62-2004）4.0.9条的规定，应该按4.0.10的公式计算：
γ0Nd<=φ
W=1/6bh2=1/6*12.8*0.4*0.4=0.3413m3
φ=0.98
A=12.8*0.4=5.12m2
ftmd=1140kN/m2混凝土弯曲抗拉强度设计值按表3.3.2。
偏心距超限截面抗力计算表
荷载组合
拱脚（节点1）
M（kN.m）
N（KN）
e=M/N
A
ftmd
W
Rn=φ*A*ftmd/（A*e/w-1）
γ0Nd
是否满足
组合Ⅰ
Max
1110
5710
0.194
5.12
1140
0.3413
2985.5
5710
满足
Min
-2820
6120
0.461
5.12
1140
0.3413
967.6
6120
不满足
组合Ⅱ
Max
-996
4770
0.209
5.12
1140
0.3413
2682.9
4770
不满足
Min
-996
4770
0.209
5.12
1140
0.3413
2682.9
4770
不满足
荷载组合
1/4截面（节点8）
组合Ⅰ
Max
1190
3080
0.386
5.12
1140
0.3413
1192.8
3080
不满足
荷载组合
跨中截面（节点15）
组合Ⅰ
Max
1100
3150
0.349
5.12
1140
0.3413
1349.7
3150
不满足
Min
-742
3350
0.221
5.12
1141
0.3413
2465.2
3350
不满足
由上表可见有部分截面不满足要求。
由于本桥设置了钢筋，进一步考虑钢筋的作用后：
Rs=As*fsd=128*3.14*（22/2）2*280/1000=13616.9KN，128根钢筋的抗压能力。
考虑钢筋参与受压（混凝土仍按全截面）
荷载组合
拱脚（节点1）
Rn=φ*A*ftmd/（A*e/w-1）
Rs
Rn+Rs
γ0Nd
是否满足
组合Ⅰ
Min
967.6
13616.9
14584.5
2610
满足
组合Ⅱ
Max
2682.9
13616.9
16299.8
2250
满足
Min
2682.9
13616.9
16299.8
1860
满足
荷载组合
跨中截面（节点8）
组合Ⅰ
Max
1192.8
13616.9
14809.7
1830
满足
荷载组合
跨中截面（节点15）
组合Ⅰ
Max
1349.7
13616.9
14966.6
2610
满足
Min
2465.2
13616.9
16082.1
1240
满足
4、裂缝验算
经计算，裂缝验算结果如下：
单元号
短期组合裂缝宽度（mm）
容许裂缝宽度（mm）
是否满足
1
上缘裂缝
0.132
0.2
是
下缘裂缝
4.27E-02
是
2
上缘裂缝
7.07E-02
0.2
是
下缘裂缝
4.27E-02
是
3
上缘裂缝
3.28E-02
0.2
是
下缘裂缝
4.20E-02
是
4
上缘裂缝
1.08E-02
0.2
是
下缘裂缝
4.24E-02
是
5
上缘裂缝
0
0.2
是
下缘裂缝
3.86E-02
是
6
上缘裂缝
0
0.2
是
下缘裂缝
3.24E-02
是
7
上缘裂缝
0
0.2
是
下缘裂缝
4.68E-02
是
8
上缘裂缝
0
0.2
是
下缘裂缝
5.33E-02
是
9
上缘裂缝
8.65E-03
0.2
是
下缘裂缝
5.57E-02
是
10
上缘裂缝
1.32E-02
0.2
是
下缘裂缝
5.64E-02
是
11
上缘裂缝
1.83E-02
0.2
是
下缘裂缝
5.47E-02
是
12
上缘裂缝
2.28E-02
0.2
是
下缘裂缝
5.13E-02
是
13
上缘裂缝
2.59E-02
0.2
是
下缘裂缝
4.91E-02
是
14
上缘裂缝
2.73E-02
0.2
是
下缘裂缝
4.58E-02
是
15
上缘裂缝
2.72E-02
0.2
是
下缘裂缝
4.23E-02
是
16
上缘裂缝
2.97E-02
0.2
是
下缘裂缝
4.25E-02
是
17
上缘裂缝
3.09E-02
0.2
是
下缘裂缝
4.31E-02
是
18
上缘裂缝
3.02E-02
0.2
是
下缘裂缝
4.31E-02
是
19
上缘裂缝
2.77E-02
0.2
是
下缘裂缝
4.27E-02
是
20
上缘裂缝
2.38E-02
0.2
是
下缘裂缝
4.13E-02
是
21
上缘裂缝
1.88E-02
0.2
是
下缘裂缝
3.76E-02
是
22
上缘裂缝
1.37E-02
0.2
是
下缘裂缝
3.24E-02
是
23
上缘裂缝
9.56E-03
0.2
是
下缘裂缝
2.40E-02
是
24
上缘裂缝
7.28E-03
0.2
是
下缘裂缝
1.19E-02
是
25
上缘裂缝
1.66E-02
0.2
是
下缘裂缝
1.45E-02
是
26
上缘裂缝
3.48E-02
0.2
是
下缘裂缝
1.56E-02
是
27
上缘裂缝
6.44E-02
0.2
是
下缘裂缝
1.43E-02
是
28
上缘裂缝
0.107
0.2
是
下缘裂缝
1.46E-02
是
5、依据《公路圬工桥涵设计规JTGD61-2005》5.1.4混凝土拱可不考虑横向稳定，整体“强度-稳定”验算需按4.0.8条规定计算，即上述的截面强度验算。
6、本桥采用先施工拱桥再开挖下方土体，故不验算裸拱的稳定性。
7、挠度验算
依据《公路桥涵设计通用规》（JTGD60-2015），本设计正常使用极限状态的如下两种组合计算结果为最大位移=0.004cm，最小位移=-1.11cm，短期荷载效应组合，在一个桥跨围的正负挠度的绝对值之和的最大值不应大于计算跨径的1/1000，1400/1000=1.4cm，满足要求。
2、地基承载力、基础稳定性验算
桥台采用重力式桥台，基础为浅基础。
故在满足构造要求的前提下，不做强度验算；现对地基承载力和基础稳定性进行验算。
（力距逆时针为正，水平力向左为正，竖直力向下为正）
1、作用计算
1）、拱脚反力组合值：
1
2
3
4
5
6
水平力（KN）
3740
1950
2690
2420
2170
3610
竖向力（KN）
4780
4200
5100
4120
5000
4410
弯距（KN*M）
-588
2070
955
438
2620
-1390
2）、基础以上恒载重（栏杆、填料、铺装、拱座、台身等）：
P1=3682.8KN，对基底中心轴偏心距e=0.1987（m），力矩M4=731.65（KN*m）。
3）、基础恒载：
P2=4780.8KN,对基底中心轴偏心距e=0（m），力矩M6=0（KN*m）。
4）、土压力（朗肯主动土压力）：
T=-1355.9KN，土压力合力点距基底的距离e=1.55m，力矩M6=-2012.9（KN*m）：
2、以下验算中地基承载力验算和基础稳定性验算取拱脚反力组合值1为例计算。
各力组合后对基底中心有：
水平力T=2404.3KN，竖直力P=13243KN，
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