独柱墩桥梁的稳定性验算报告.docx
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独柱墩桥梁的稳定性验算报告
独柱墩桥梁的稳定性验算报告
独柱墩桥梁的稳定性验算报告
一、工程概况
本报告验算的桥梁包括钟家湾立交桥、大帝山立交桥、山阴大桥和平水东江大桥等桥梁中的各独柱墩桥梁。
各座桥梁布置情况如表1：
桥梁
配跨（m）
起点桩号
终点桩号
主梁结构形式
桥面宽度（m）
桥面铺装
平曲线
钟家湾立交桥
22+38+22
K1502+300.5
K1502+786.57
现浇预应力砼等高度连续箱梁，梁高2m
0.5+8.5+0.5
13cm钢筋砼
R=450m
平水东江桥
25+1.8+25+1.8+25
K38+753.68
K38+911.04
后张法空心板，梁高1.1m，三跨简支
0.5+13+0.5
13cm现浇砼刻纹路面
R=400m
山阴大桥
1-40
K5+260
K5+630
后张法预应力砼T梁，梁高2.3m
（0.5+3+0.25+8.5+1.25）*2
10cm钢筋砼
R=2400m
大帝山立交桥
A匝道桥
2-3*20
K0+41.450
K0+164.450
现浇普通钢筋砼等高度连续箱梁，梁高1.4m
0.5+1.25+3.75+2.5+0.5
13cm钢筋砼
R=40m
C匝道桥
2-3*20
K0+79.700
K0+202.700
现浇普通钢筋砼等高度连续箱梁，梁高1.4m
0.5+1.25+3.75+2.5+0.5
13cm钢筋砼
R=45m
D匝道桥
2-3*20
K0+48.500
K0+171.500
现浇普通钢筋砼等高度连续箱梁，梁高1.4m
0.5+1.25+3.75+2.5+0.5
13cm钢筋砼
R=45m
表1各独柱桥梁布置表
二、验算依据
2、《关于要求对独柱式桥墩桥梁进行稳定性复核验算的通知》浙交[2008]65号文件；
3、《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）；
4、《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）；
5、《公路钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）；
6、《公路桥梁地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）；
7、《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）；
8、《公路工程基本建设项目设计文件编制办法》（2007）；
9、《预应力混凝土结构用碳素钢丝》（YB255-64）。
三、各桥的计算
（一）钟家湾立交桥
1、主要技术标准
（1）设计荷载：
汽-20级，挂-100；本报告验算时取公路I级荷载；
（2）设计车速:
；
（3）桥梁横断面：
0.5m（防撞护栏）+8.5m（行车道）+0.5m（防撞护栏）；
（4）本桥平面设计线位于R=450m的圆曲线上，由于需要跨老104国道，为保证通车要求采用22+38+22m的预应力砼连续箱梁，下部为独柱式桥墩。
2、主要材料
（1）混凝土：
箱梁砼：
C50混凝土；
桥墩和墩帽砼：
C40混凝土
桥面铺装：
13cm厚钢筋砼；
（2）普通钢筋：
采用R235钢筋，抗拉强度设计值为195MPa；
采用HRB335钢筋，抗拉强度设计值为280MPa；
（3）钢绞线
钢绞线孔道采用内径9.0cm的预埋波纹管，设计采用标准强度
的高强低松弛钢绞线，
一束，每束钢绞线的张拉控制力为2343.2KN。
3、计算参数
（1）桥梁几何参数
该计算联为22+38+22m的现浇预应力混凝土等高度连续箱梁，下部结构12、13号桥墩为独柱墩，立柱的尺寸为1.6*1.3m；两侧的11、14号墩为桩柱式桥墩，基础为钻孔桩基础。
桥墩上设置的都是盆式橡胶支座（双支座），11和14号墩上的支座型号为GJZF4（400*500*87），12和13号独柱墩上的支座型号为GPZ4000，内侧支座偏离桥梁中心线0.5m，外侧支座偏离桥梁支座中线线0.5m，双支座的间距为3.5m。
箱梁梁体顶板宽9.5m，高2.0m，底板宽度5.0m；翼缘处顶板高0.2m，顶底板厚0.25m，腹板0.4m，端部处腹板0.6m。
（2）荷载设计参数
1）永久作用
箱梁自重
由计算程序自动根据梁体计算。
②桥面铺装
桥面为13cm厚的钢筋砼，钢筋砼的重力密度取
，桥面净宽8.5m，所以铺装层的单位长度质量为：
。
③防撞护栏
防撞护栏由钢筋混凝土实体和金属立柱、钢管护手组成。
单侧护栏折算线荷载集度
，两侧护栏总线荷载集度
。
④横隔板自重
横隔板自重根据横隔板尺寸计算，以节点集中力作用于桥梁上。
三跨中仅38m跨中有一横隔板，折算其自重为
。
⑤基础变位
支座沉降按
计算，即0.013m。
⑥收缩徐变
在计算中考虑10年的收缩徐变影响。
2）可变作用
汽车荷载
双车道，设计速度
，设计荷载为公路II级，验算时按实际运营状况采用公路I级荷载；双车道布载分两种不利情况，沿外侧最边缘布置两个车道荷载和沿内侧最边缘布置两个车道荷载。
②汽车冲击力
输入相关桥梁数据，由MIDAS自动计算桥梁的冲击系数。
③离心力
按《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）4.3.3计算，离心力系数值为
。
④全桥温度荷载
按《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）4.3.10计算，取全桥升温+20℃，全桥降温-20℃计算。
⑤日照温度梯度荷载
按《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）4.3.10计算，桥面铺装钢筋砼13cm，取
℃,
℃。
4、结构有限元分析
本报告计算采用MIDAS建立双支座模型，模拟桥梁的双支座，与实际支座设置情况较符合；根据实际情况在模型中输入预应力钢束和普通钢筋。
根据建立的MIDAS双支座模型，对荷载作用进行组合，考查的对象主要是支座竖向反力和独柱桥墩的抗倾覆稳定。
全桥离散成单元64个，均为主梁单元，节点71个。
1）、MIDAS计算模型
MIDAS计算空间模型和独柱墩模型示意图如图1：
图1MIDAS建立的计算空间模型和独柱墩模型示意图
2）、荷载组合
（1）支座反力各个标准值计算时应考虑以下几个工况：
工况1：
工况2：
工况3：
工况4：
上述工况中，永久荷载包括箱梁自重、桥面铺装、防撞护栏、横梁自重、基础变位和收缩徐变等作用。
内车道布载主要检验外侧支座是否脱空，离心力为有利因素，故不参与组合；外车道布载主要检验内侧支座是否脱空，离心力为不利因素，故参与组合。
但规范中规定当弯道桥的曲线半径小于等于250m时应计算汽车荷载引起的离心力，此桥半径大于250m，因此该桥不计离心力的影响。
（2）各工况支座竖向反力结果如表2（单位：
KN）
表2各工况作用下的支座竖向反力
工况
支座1
支座2
支座3
支座4
支座5
支座6
支座7
支座8
工况1max
2518.10
1490.86
4803.10
3700.55
4249.90
4255.49
2774.36
1233.79
工况1min
999.63
1464.07
2646.02
3711.94
2092.83
4266.87
1255.82
1207.06
工况2max
2493.29
1465.67
4828.13
3725.52
4274.23
4281.16
2749.87
1208.28
工况2min
974.81
1438.89
2671.05
3736.91
2117.16
4292.54
1231.34
1181.55
注：
上表中沿桥纵向定义支座（1、2），支座（3、4）,支座（5、6）,支座（7、8）,靠曲线内侧支座为小号支座。
由计算结果可以看出，所有工况支座竖向反力Fz均不出现负值，说明所有荷载组合工况下支座都不会脱空。
（3）独柱桥墩抗倾覆稳定计算中需考虑的荷载组合有：
1）桥墩在顺桥向承受最大竖向荷载的组合，此时按公路桥梁设计规范中所列的组合I、组合III的荷载内容组合；
2）桥墩在顺桥向承受最大水平荷载的组合，此时按公路桥梁设计规范中所列的组合II、组合IV的荷载内容组合；
3）桥墩承受最大横桥方向的偏载、最大竖向荷载，此时按公路桥梁设计规范中所列的组合I、II、III、IV的荷载内容组合。
4）桥墩在施工阶段的稳定验算，按公路桥梁设计规范中所列的组合V进行验算。
抗倾覆稳定系数
，对组合I抗取1.5；组合II、III、IV取1.3；组合V采用1.2。
由于该桥桥墩的横向刚度大于其纵向刚度，因此对于该桥墩的抗倾覆稳定验算时，只需考虑桥墩在顺桥向的稳定性。
对于本桥的计算在考虑桥墩在顺桥向的稳定性时，主要考虑的荷载组合主要有以下工况：
工况5：
永久荷载+汽车荷载不利反力+制动力+温度力；
工况6：
永久荷载+汽车荷载不利反力+制动力+离心力+温度力，当制动力与离心力同时计算时，制动力取70%来计算。
桥墩的抗倾覆稳定系数
（这里定义桥墩在沿桥向为X轴，横桥向为y轴）；计算结果如表3。
表3各工况作用下的桥墩抗倾覆稳定系数
计算结果
工况5
2.69
1.73
工况6
/
/
由计算结果可得
，由此可见桥墩在纵桥向不会倾覆。
在桥墩的稳定性计算时未考虑风力、支座摩阻力和流水压力及浮力的作用。
（二）平水东江桥
1、主要技术标准
（1）设计荷载：
汽-20级，挂-100；本报告验算时取公路I级荷载；
（2）桥梁横断面：
0.5m（防撞护栏）+13.0m（行车道）+0.5m（防撞护栏）；
（3）本桥平面设计线位于R=400m的圆曲线上，由于桥梁与航道斜交角度比较大，为确保通航净宽，通航孔采用预应力独柱式桥墩。
2、主要材料
（1）混凝土：
25m空心板和墩帽砼：
C50混凝土；
桥墩砼：
C40混凝土
桥面铺装：
13cm厚现浇砼刻纹路面；
（2）普通钢筋：
采用R235钢筋，抗拉强度设计值为195MPa；
采用HRB335钢筋，抗拉强度设计值为280MPa；
（3）钢绞线
25m空心板钢绞线孔道采用内径6.7cm的预埋波纹管，设计采用标准强度
的高强低松弛钢绞线，
一束，每束钢绞线的张拉控制力为976.5KN。
墩帽钢绞线设计采用标准强度
的高强低松弛钢绞线，张拉控制应力为1400Mpa，钢绞线11根一束，每束的张拉控制力为2100KN。
3、计算参数
（1）桥梁几何参数
该计算联为25+1.8+25+1.8+25m的简支梁，上部结构为后张法预应力空心板，25m空心板的梁高1.1m；中间的两个墩为独柱式桥墩，立柱为
的圆柱墩；两侧的两个墩为桩柱式桥墩，基础为钻孔桩基础。
桥墩上设置的都是板式橡胶支座，25m跨径采用
厚4.9cm的支座。
（2）荷载设计参数
1）永久作用
箱梁自重
由计算程序自动根据梁体计算。
②桥面铺装
桥面铺装为13cm厚的钢筋混凝土，钢筋混凝土的重力密度取
，而每块空心板净宽0.99m，所以每块空心板的铺装层的单位长度质量为：
。
③防撞护栏
防撞护栏由钢筋混凝土实体和金属立柱、钢管护手组成。
单侧护栏折算线荷载集度
，两侧护栏总线荷载集度
。
④基础变位
支座沉降按
计算，即0.0083m。
⑤收缩徐变
在计算中考虑10年的收缩徐变影响。
2）可变作用
汽车荷载
三车道，设计速度
，设计荷载为公路II级，验算时按实际运营状况采用公路I级荷载。
②汽车冲击力
输入相关桥梁数据由MIDAS自动计算桥梁的冲击系数。
③离心力
按《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）4.3.3计算，离心力系数值为
。
④全桥温度荷载
按《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）4.3.10计算，取全桥升温+20℃，全桥降温-20℃计算。
⑤日照温度梯度荷载
按《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）4.3.10计算，桥面铺装钢筋砼13cm，取
℃,
℃。
4、结构有限元分析
本报告计算采用MIDAS建立桥梁的空间模型，与实际情况较符合，根据实际情况在模型中输入预应力钢束和普通钢筋。
根据建立的MIDAS模型，对荷载作用进行组合，考查的对象主要是各支座的竖向反力和独柱桥墩的抗倾覆稳定；全桥离散成单元620个，均为主梁单元，节点808个。
1）、MIDAS计算模型
MIDAS建立的桥梁和独柱桥墩的空间模型示意图如图2：
图2MIDAS建立的桥梁和独柱桥墩的空间模型示意图
2）、荷载组合
（1）各个支座反力标准值计算时应考虑以下几个工况：
工况1：
工况2：
工况3：
工况4：
上述工况中，永久荷载包括箱梁自重、桥面铺装、防撞护栏、横梁自重、基础变位和收缩徐变等作用。
内车道布载主要检验外侧支座是否脱空，离心力为有利因素，故不参与组合；外车道布载主要检验内侧支座是否脱空，离心力为不利因素，故参与组合。
但规范中规定当弯道桥的曲线半径小于等于250m时应计算汽车荷载引起的离心力，此桥半径大于250m，因此该桥不计离心力的影响。
（2）各工况支座竖向反力结果如表4（单位：
KN）
表4各工况作用下的支座竖向反力
工况
工况1max
工况1min
工况2max
工况2min
工况
工况1max
工况1min
工况2max
工况2min
前进方向第一跨左边支座
支座1
440.01
441.8
438.25
438.24
前进方向第一跨右边支座
支座1
343.37
305.65
345.12
309.19
支座2
357.06
358.84
355.29
355.28
支座2
172.02
48.04
173.85
44.38
支座3
893.34
358.84
891.57
355.28
支座3
805.66
160.42
807.22
163.53
支座4
357.06
358.84
355.29
355.28
支座4
407.93
148.35
410.54
153.59
支座5
357.06
358.84
355.29
355.29
支座5
252.07
109.88
250.64
107
支座6
357.06
358.84
355.29
355.29
支座6
194.9
147.25
208.88
119.18
支座7
893.34
358.84
891.57
355.29
支座7
782.07
182.15
737.31
92.29
支座8
357.06
358.84
355.29
355.29
支座8
781.85
182.11
737.37
93.01
支座9
357.06
358.84
355.29
355.29
支座9
213.73
69.26
262.03
166.22
支座10
357.06
358.84
355.29
355.29
支座10
186.18
114.01
175.74
93.05
支座11
357.06
358.84
355.29
355.29
支座11
409.22
163.26
414.2
173.24
支座12
893.34
358.84
891.57
355.29
支座12
805.32
160.7
806.26
162.58
支座13
357.06
358.84
355.29
355.29
支座13
172.01
48.11
174.08
44.14
支座14
440.01
441.8
438.25
438.25
支座14
343.36
305.66
345.08
309.15
工况
工况1max
工况1min
工况2max
工况2min
工况
工况1max
工况1min
工况2max
工况2min
前进方向第二跨左边支座
支座1
387.7
372.54
399.85
372.76
前进方向第二跨右边支座
支座1
401.9
374.92
401.77
374.66
支座2
270.88
100.47
265
100.46
支座2
264.08
99.41
264.19
99.65
支座3
850.33
264.43
852.17
264.02
支座3
852.86
264.96
852.61
264.46
支座4
442.92
247.92
443.36
249.6
支座4
442.06
247.4
442.96
249.21
支座5
324.4
219.35
321.29
212.9
支座5
326.47
221.54
323.03
214.66
支座6
283.34
23.45
295.6
47.97
支座6
276.37
15.68
289.46
41.85
支座7
829.82
282.69
783.02
189.27
支座7
856.66
312.87
806.78
213.12
支座8
830.12
282.45
783.22
188.86
支座8
856.64
313.15
806.33
212.96
支座9
301.87
182.02
348.72
275.44
支座9
275.41
152.13
325.28
251.88
支座10
273.99
223.51
261.61
198.99
支座10
280.99
231.42
267.9
205.25
支座11
443.32
258.76
446.95
265.2
支座11
442.06
256.87
445.49
263.73
支座12
853.84
265.01
851.45
263.3
支座12
852.62
265.35
851.74
263.59
支座13
258.21
99.28
264.35
49.81
支座13
265.07
100.36
265.23
100.69
支座14
413.8
374.83
401.62
374.53
支座14
399.85
372.66
399.93
372.82
工况
工况1max
工况1min
工况2max
工况2min
工况
工况1max
工况1min
工况2max
工况2min
前进方向第三跨左边支座
支座1
343.26
305.56
345.03
309.1
前进方向第三跨右边支座
支座1
440.13
441.9
438.35
438.34
支座2
171.89
48.18
173.72
44.5
支座2
357.16
358.94
355.38
355.38
支座3
805.69
160.46
807.23
163.55
支座3
893.44
358.94
891.67
355.38
支座4
407.34
147.71
410.01
153.07
支座4
357.17
358.94
355.39
355.38
支座5
253.83
111.85
252.17
108.54
支座5
357.17
358.94
355.39
355.39
支座6
187.7
155.24
202.56
125.5
支座6
357.17
358.94
355.39
355.39
支座7
809.01
212.08
760.91
115.89
支座7
893.45
358.94
891.67
355.39
支座8
808.97
212.28
761.13
116.07
支座8
357.17
358.94
355.39
355.39
支座9
186.68
39.11
238.33
142.42
支座9
357.17
358.94
355.39
355.39
支座10
193.17
121.77
181.86
99.15
支座10
357.17
358.94
355.39
355.39
支座11
407.26
161.09
412.47
171.51
支座11
357.17
358.94
355.39
355.39
支座12
805.71
161.14
806.59
162.9
支座12
893.45
358.94
891.67
355.39
支座13
171.88
48.34
173.88
44.35
支座13
357.17
358.94
355.39
355.38
支座14
343.26
305.58
345
309.07
支座14
440.13
441.9
438.35
438.35
注：
第一、二、三跨是按桥梁前进方向来区分的，各个桥墩上的支座靠曲线内侧支座为小号支座。
由计算结果可以看出，所有工况支座竖向反力Fz均不出现负值，说明所有荷载组合工况下支座都不会脱空。
（3）独柱桥墩抗倾覆稳定计算中需考虑的荷载组合有：
1）桥墩在顺桥向承受最大竖向荷载的组合，此时按公路桥梁设计规范中所列的组合I、组合III的荷载内容组合；
2）桥墩在顺桥向承受最大水平荷载的组合，此时按公路桥梁设计规范中所列的组合II、组合IV的荷载内容组合；
3）桥墩承受最大横桥方向的偏载、最大竖向荷载，此时按公路桥梁设计规范中所列的组合I、II、III、IV的荷载内容组合。
4）桥墩在施工阶段的稳定验算，按公路桥梁设计规范中所列的组合V进行验算。
抗倾覆稳定系数
，对组合I抗取1.5；组合II、III、IV取1.3；组合V采用1.2。
对于本桥的计算，在考虑桥墩在顺桥向的稳定性，考虑的荷载组合主要有以下工况：
工况5：
永久荷载+汽车荷载不利反力+制动力+温度力；
工况6：
永久荷载+汽车荷载不利反力+制动力+离心力+温度力，当制动力与离心力同时计算时，制动力取70%来计算。
桥墩的纵桥向抗倾覆稳定系数
（这里定义桥墩在沿桥向为X轴，横桥向为y轴），计算结果见表5。
考虑桥墩的横向抗倾覆稳定性主要考虑以下工况：
工况7：
永久荷载+汽车荷载不利反力+温度力；
桥墩的横桥向抗倾覆稳定系数
，计算结果见表5。
表5各工况作用下的桥墩抗倾覆稳定系数
计算结果
工况5
3.06
2.15
工况7
2.71
1.82
由计算结果可得
，由此可见桥墩不会发生倾覆。
在桥墩的稳定性计算时未考虑风力、支座摩阻力和流水压力及浮力的作用。
（三）山阴大桥
1、主要技术标准
（1）路线等级：
平原微丘一级公路标准；
（2）设计荷载：
汽-20级，挂-100；本报告验算时取公路I级荷载；
（3）设计车速:
；
（4）桥梁横断面：
{0.5m（栏杆）+3m慢车道+0.25m的防撞护栏+8
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