完整版14米景观板拱桥计算书.docx
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完整版14米景观板拱桥计算书
景观桥
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
2010年2月
一、工程概况
本桥为小区内的一座景观桥，是小区工程的一部分，主要用于小区内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。
本桥为一座一跨14米的钢筋混凝土板拱桥。
桥梁横断面布置则为：
2x0.4m栏杆+2x1.5m人行道+2x4.5m车行道=12.8m。
桥梁拱圈采用等截面钢筋混凝土圆弧拱，拱圈外半径为9.1m，内半径为8.7m，拱圈夹角为105.29°。
拱圈中心线矢高3.5m，跨径14.15m，矢跨比为1/4.04。
拱圈采用等截面，截面高0.4m，宽12.8m。
桥台采用重力式桥台，桥台台身长12.8m。
基础为浅基础，基础长13.8m。
桥梁轴线按道路线型近似取值进行设计，桥梁正交。
二、计算内容
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：
公路-Ⅱ级，车道荷载见规范。
●人群荷载：
3.0kN/m²。
●温度荷载：
根据《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）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：
1）拱圈、拱座采用C35混凝土。
其轴心抗压强度设计值为fcd=16.1MPa，轴心抗拉强度设计值为ftd=1.52MPa，弹性模量为Ec=3.15×104MPa。
2）挡板压顶、侧墙压顶、栏杆基座、栏杆立柱灌浆采用C25混凝土；其轴心抗压强度设计值为fcd=11.5MPa，轴心抗拉强度设计值为ftd=1.23MPa，弹性模量为Ec=2.80×104MPa。
3）桥台台身、基础、侧墙、挡板采用C25片石混凝土，其中混凝土轴心抗压强度设计值为fcd=11.5Mpa，轴心抗拉强度设计值为ftd=1.23Mpa，弹性模量为Ec=2.80×104Mpa；片石采用MU40片石，片石含量不多于总体积的20％。
4）基础垫层采用C15素混凝土，其轴心抗压强度设计值为fcd=6.9MPa，轴心抗拉强度设计值为ftd=0.88MPa，弹性模量为Ec=2.20×104Mpa。
5）普通钢筋采用R235、HRB335级，其技术指标分别符合《钢筋混凝土用热轧光圆钢筋》（GB13013-91）、《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》（GB1499-1998）之规定。
R235抗拉、抗压强度设计值fsd、fsd’均为195MPa，弹性模量为Es=2.1×105MPa。
HRB335抗拉、抗压强度设计值fsd、fsd’均为280MPa，弹性模量为Es=2.0×105MPa。
3、主要规范：
1.《城市桥梁设计准则》（CJJ11-93）
2.《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）
3.《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）
4.《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）
5.《公路桥涵地基及基础设计规范》（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范》（JTGD61--2005）
四、地质、水文资料
岩土工程勘察报告（详勘）。
1、地形地貌
拟建场地其第四纪地貌形态属江淮丘陵岗地与坳沟交错的地貌单元。
在场地东侧分布有一坳沟，后经人工活动，场地整体进行整平，现场地较平坦（两侧局部堆有少量填土），依钻探孔孔口地面高程计，一般为33.81～43.62m，最大高差为4.78m。
该高程引测于习友路上一甲方指定的吴淞高程点，并知其高程BM＝38.96m（吴淞高程系，具体位置见建筑物与勘探点平面位置图）。
2、地基岩土的构成
根据钻探、原位测试、土试资料成果及场地附近有关地质资料，拟建场地地基土构成层序自上而下为：
①层杂填土（Qml）——层厚0.20～9.90m，层底标高为30.03～43.12m。
褐色、灰色，松散或可塑状态，含植物根、碎砖、碎石、生活垃圾及建筑垃圾等，在场地东侧坳沟中分布有流塑～软塑状态淤泥质土（淤泥）。
②层粘土（粉质粘土）（Q4al+pl）——此层以透镜体状不均匀地分布于场地中，层厚0.00～3.30，层底标高为32.28～40.42m。
黄灰～灰黄色，可塑状态，含氧化铁、铁锰结核等，稍光滑，无摇振反应，干强度、韧性中等。
其静力触探比贯入阻力Ps值一般为1.5～1.9Mpa，平均值为1.61Mpa。
③1层粘土（Q3al+pl）——此层以透镜体状不均匀地分布于场地中，层厚0.00～2.90m，层底标高为34.42～39.54m。
灰黄～褐黄色，可塑～硬塑状态，含氧化铁、铁锰结核及高岭土等，光滑，无摇振反应，干强度高、韧性高，层状结构。
其静力触探比贯入阻力Ps值一般为2.0～2.5Mpa，平均值为2.11Mpa。
③2层粘土（Q3al+pl）——此层部分地段缺失，层厚0.00～5.00m，层底标高为30.03～39.79m。
灰黄～褐黄色，硬塑状态，含氧化铁、铁锰结核及高岭土等，光滑，无摇振反应，干强度高、韧性高，层状结构。
其静力触探比贯入阻力Ps值一般为2.6～4.3Mpa，平均值为3.06Mpa；其标贯试验实测击数N值一般为10～13击/30cm，平均值为11.70击/30cm。
③3层粘土（Q3al+pl）——层厚17.30～29.00m，层底标高为8.81～16.11m。
黄褐～褐黄色，硬塑～坚硬状态，稍湿，光滑，无摇振反应，干强度高、韧性高，层状结构；含氧化铁、铁锰结核等，下部局部地段混有钙质结核，该层下部部分夹粉质粘土层。
其静力触探比贯入阻力Ps值一般为4.4～6.6Mpa，平均值为5.04Mpa；其标贯试验实测击数N值一般为14～25击/30cm，平均值为21.4击/30cm。
3、地下水
根据钻探揭露，拟建场地①层杂填土和②层粘土（粉质粘土）表部埋藏有上层滞水型地下水，受大气降水和地表水渗入补给，一般无稳定的自由水面，受季节性影响较大；勘察期间测得静止水位埋深为0.9～5.4m，地下水水位标高为36.06～40.33m。
根据环境水文地质条件分析，该场地地下水对砼无侵蚀性。
4、场地及地基条件综合评价
4.1场地的稳定性
通过区域地质资料与勘探结果综合分析，未发现有影响建筑场地稳定性的断裂构造，拟建场地属稳定的建筑场地。
4.2场地和地基的抗震性
合肥市抗震设防烈度为七度，设计基本地震加速度值为0.10g，设计地震分组为第一组。
根据钻探及测试结果拟建场地覆盖层厚度在27.80～33.00m，平均为29.70m，建筑场地在覆盖层埋深范围内场地土等剪切波速为250.0～311.3m/s，平均值为277.9m/s，故判定建筑场地类别为Ⅱ类。
拟建场地属对抗震有利地段。
场地的特征周期取0.35s。
4.3天然地基设计参数
根据现场钻探、原位测试、结合室内岩土试验成果资料分析，该场地内各层土的地基承载力特征值fak、相应的压缩模量Es及基床系数K可按下表取值：
分层
指标
②
③1
③2
③3
fa0（kPa）
150
200
270
320
Es（MPa）
6.5
9.0
14.0
16.0
K（MN/M3）
55
60
4.4深基坑围护设计参数
有关深基坑设计参数（重度γ、土的内摩擦角标准值φk、内聚力标准值Ck、土对重力式挡墙的基底摩擦系数μ及土钉（锚杆）与土体的极限摩阻力标准值qsik）可按下表取值：
分层
指标
①
②
③1
③2
③3
γ（KN/m3）
18.5*
19.2*
19.5
19.9
20.1
Ck（kPa）
40.0*
45.0*
76.0
81.9
Φk（。
）
18.0*
10.0*
12.0*
16.1
16.6
μ
0.32*
0.35*
Qsik（kPa）
20.0*
45*
60*
70*
75*
注：
带*的为经验值
4.5地基土的膨胀性能
根据③层粘土的液限与自由膨胀率（δst＝40％～59％）和合肥地区区域地质资料，拟建场地③层粘土具有弱膨胀潜势。
5、建议
5.1深基坑开挖与支护
拟建场地的③层粘土为膨胀土，具有遇晒开裂，遇水易崩塌的特点，若场地具备放坡条件，可采用上部1：
0.75放坡，下部宜设置1.0～1.5m的重力式挡墙，坡面采用砂浆抹面，对于开挖深度超过5m的基坑和不具备放坡条件时，可采用土钉墙支护方案。
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。
坑内采用集水、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内，开挖期间严禁在基坑四周可能影响基坑稳定的范围内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3.0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计算内力，不考虑拱上建筑的联合作用。
按无铰拱建立模型，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《公路圬工桥涵设计规范（JTGD61-2005）》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
依据《公路圬工桥涵设计规范JTGD61-2005》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《公路圬工桥涵设计规范（JTGD61-2005）》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范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------弯曲平面内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，无铰拱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内插求得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
1110
5710
0.194
0.12
偏心超限按4.0.10计算
Min
-2820
6120
0.461
0.12
偏心超限按4.0.10计算
组合Ⅱ
Max
-996
4770
0.209
0.14
偏心超限按4.0.10计算
Min
-996
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
1.028
13690
0.98
13792.0
3820.0
满足
组合Ⅱ
Max
226
2620
0.086
0.14
1.081
13690
0.98
14498.7
2620.0
满足
Min
226
2620
0.086
0.14
1.081
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
由上表可见有部分截面偏心距超过《公路圬工桥涵设计规范JTGD61-2005》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<圬工规范>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范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范》（JTGD60-2004），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，在一个桥跨范围内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。
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