13M跨普通钢筋混凝土梁下部结构计算书.docx

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13M跨普通钢筋混凝土梁下部结构计算书

13米空心板梁桥下部结构计算书分目录

1工程说明错误！

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2设计标准错误！

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2.1设计标准错误！

未定义书签。

2.2设计规范错误！

未定义书签。

3设计参数错误！

未定义书签。

3.1混凝土各项力学指标见表错误！

未定义书签。

3.2普通钢筋错误！

未定义书签。

4上部结构荷载计算2

4.1单孔恒载2

4.2汽车活载3

4.3单位m宽人行道人群荷载产生的最大支反力4

5计算假定5

6中间桥墩盖梁、立柱荷载及效应计算5

6.1永久恒载5

6.2汽车荷载效应6

7效应组合8

7.1承载能力极限状态8

7.2正常使用极限状态短期组合9

7.3承台底荷载组合9

8截面验算10

8.1盖梁验算10

8.2立柱验算11

9承台计算12

9.1撑杆抗压验算12

9.2系杆抗拉验算13

9.3斜截面抗剪验算13

9.4桩抗冲切验算13

10桩基础计算14

10.1承台底顶荷载14

10.2桩身内力计算14

10.3截面配筋计算15

10.4桩长及承载力计算15

10.5桩基沉降计算15

11桥台验算16

11.1台后土压力计算17

11.2承台底荷载组合18

11.3桩身内力计算18

12橡胶支座验算19

12.1橡胶支座最大竖向压力标准值支反力19

12.2有效承压面积19

12.3橡胶总厚度验算19

1、工程说明

本桥上部结构采用10m＋13m+10m的普通钢筋混凝土简支梁。

桥梁桥面分左右两幅布置，桥面宽度为:

0.3米（栏杆）+2.7米（人行道）+3.5米（非机动车道）+1.5米（机非分隔带）+8.25米（机动车道）+2.5米（中央分隔带）+8.25米（机动车道）+1.5米（机非分隔带）+3.5米（非机动车道）+2.7米（人行道）+0.3米（栏杆）。

下图是桥梁中墩1/2横断面布置图和侧面图。

2设计标准

2.1设计标准

1、公路等级：

二级道路

2、行车道数：

2车道；

3、荷载标准：

城--B

4、人群荷载：

5KN/㎡

2.2设计规范

1、《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）

2、《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）

3、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）

4、《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）

5、《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ024-85）

6、《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）

7、上海市工程建设规范《地基基础设计规范》（DGJ08-11-1999）

8、《城市桥梁设计荷载标准》（CJJ77-98）

3设计参数

3.1混凝土各项力学指标见表

C30

C40

C25

弹性模量（MPa）EC

30000

32500

28000

剪切模量（MPa）GC

12000

13000

11200

泊桑比VC

0.2

0.20

0.20

轴心抗压强度标准值（MPa）fCK

20.1

26.80

16.7

轴心抗拉强度标准值（MPa）ftK

2.01

2.40

1.78

轴心抗压强度设计值（MPa）fCd

13.8

18.40

11.5

轴心抗拉强度设计值（MPa）ftd

1.39

1.65

1.23

热膨胀系数

0.00001

0.00001

0.00001

3.2普通钢筋

采用R235、HRB335钢筋：

直径8～25mm

弹性模量：

R235:

210000Mpa/HRB335:

200000Mpa

抗拉强度标准值：

R2355235Mpa/HRB335:

335Mpa

热膨胀系数：

0.000012

4上部结构荷载计算

4.1单孔恒载

1、20m预应力梁梁体重

梁体截面尺寸，从CAD图上得到截面的面积中梁为0.40m2、边梁为0.443m2。

中梁梁重：

0.4×13×26=135.2KN

边梁梁重：

0.443×13×26=149.7KN

总梁体重：

135.2×14+149.7×2=2192.2KN

2、铺装层：

（0.07×23+0.08×25）×（3.5+8.25）×13=551.4KN

3、人行道

断面截面积=（2.7+1.17×0.08+0.32×0.2+0.26×0.19+0.43×0.35+0.32×0.17×2=0.69m2

人行道总重=0.69×25×13=224.3KN

4、防撞墙:

0.34（防撞墙截面面积根据下图使用cad软件算出）×25×13m=110.5KN

5、栏杆：

（0.22×25）/1.9×13=37.6KN

对于空心板梁、由于支点密集，上部结构梁体重量与铺装层重量可以当作均布荷载施加在盖梁上。

人行道和栏杆、防撞栏也可当作均布荷载施加在相应的范围内。

因此：

上部结构梁体换算均布荷载=（2192.2+551.4）/16=171.5KN/m（16m梁体范围内）

栏杆与人行道均布荷载=（37.6+224.3）/2.7=97KN/m（2.7m梁体范围内））

防撞墙均布荷载=（170）/1=170KN/m（边板范围内）

6、盖梁荷载

盖梁截面面积=（1.4×1.0）=1.4m2

盖梁线重p=1.4×26=36.4KN/m

4.2汽车活载

汽车荷载按城B计算，按顺桥向移动荷载，求出支座可变荷载的支反力最大值。

1、单列汽车产生的双孔重载墩顶大支反力，布载图示下下图

N=13×25+130=455KN

M=130（车道集中力见下图）×0.27（支座中心至墩中心线距离）=35.1KN-m

2、单列汽车产生的单孔重载墩顶最大支反力：

N=13×25/2+130=162.5KN

M=162.5×0.27（支座中心至墩中心线距离）=43.9KN-m

3、冲击系数取0.316

4.3单位m宽人行道人群荷载产生的最大支反力

1、单列汽车产生的双孔重载，布载图示下下图

N=13×5=65KN

M=0KN-m

2、人群单孔重载最大支反力为：

N=13×5/2=32.5KN

M=32.5×0.27（支座中心至墩中心线距离）=8.775KN-m

4.5水平荷载

1、制动力

本桥各支点墩高、桥墩形式和刚度均一致，且支座均是板式橡胶支座，因此各墩的水平力分配刚度一致，制动力应各支点平均分配。

根据规范规定，按全桥重载计算制动力

P=（33×25+130）×2×0.1=191KN

单支点分配到的制动力P=191/6=31.8KN

本桥支座顶面至墩柱低高度为0.042+1.1+1.147=2.289m

制动力产生的中墩单柱墩底弯矩M=63.6×2.289/5=29.1KN-m

2、温度力求温度零点距0号台距离:

由于各墩刚度相同，故温度零点为距桥台16.5m。

1）桥墩与支座联合抗推刚度

A、桥墩悬臂刚度

B、每个支座的抗推刚度

式中：

G=1000（橡胶支座的剪切模量，来源于《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）第8.4.1条；n=64为墩顶双排支座个数。

C、桥墩与支座串联后的联合刚度为

2）桥墩温度力P=6.5（桥墩至零点距离）×0.00001（线膨胀系数）×20（温度）×27960

=36.3KN

3）桥台温度力

P=16.5（桥墩至零点距离）×0.00001（线膨胀系数）×20（温差）×45714/2（桥台为单排支座）

=75.4KN

4）温度力产生的墩底内力

中墩单柱：

M=36.3×2.289/5=16.7KN-m

桥台：

M=75.4×2.289=172.6KN-m

5计算假定

根据《公预规》（JTGD60-2004）第8.2.1条规定，如果当盖梁的线刚度之比大于5，多柱式盖梁可以当作连续梁计算。

本桥两者线刚度比大于5，因此按偏安全的连续梁计算。

6中间桥墩盖梁、立柱荷载及效应计算

盖梁计算控制断面取各支点截面、各跨跨中截面，并从中按最大值控制。

下图是断面示意：

6.1永久恒载

1、荷载布置图

2、恒载效应结果

断面

A

B

C

D

E

F

G

H

I

弯矩（KN-m）

-159

185

－255

88.7

-206

107

-218

112

-196

剪力KN

465

-70

379

14

-361

-3.4

371

6.3

383

3、墩柱底恒载效应

计算图示见上图，下表给出墩柱底截面恒载效应图（已含墩柱自重）

断面

A

C

E

G

I

轴力KN

790

828

727

754

757

弯矩（KN-m）

0

0

0

0

0

6.2汽车荷载效应

对于盖梁的活载计算，一般是根据前面计算出来的单车最大支点反力，然后使用车轴轮对在盖梁横向进行布载计算。

对于具有墩顶横梁的T梁或小箱梁，因为横梁刚度大，一般使用偏心受压法和杠杆法进行车辆偏心和对称布载。

但对于铰接板梁结构，由于墩顶没有横梁、且板梁的支座密集，因此可以使用车辆轮对直接在盖梁上布载，这种方法与杠杆法相比效应结果稍大，因此是偏安全的。

本桥盖梁采用这种方法计算盖梁的活载效应。

上述原则确定后，就可以根据每个截面的内力影响线使用单位人群支反力集度和单列汽车支点荷载在盖梁各自的区域内横向移动进行影响线最不利加载。

鉴于连续梁的内力影响线手算很繁琐，本桥计算采用了《桥梁博士3.1版》进行计算。

下面给出控制盖梁计算的双孔重载各断面的活载效应计算结果。

盖梁双孔重载弯矩、剪力内力表弯矩：

（KN-m）剪力：

（KN）

汽车双孔重载

人群双孔重载

断面

最大弯矩

最小弯矩

最大剪力

最小剪力

最大弯矩

最小弯矩

最大剪力

最小剪力

A

0

0

1.49

-0.0723

0

-36.4

79.8

-2.82

B

3.08

0

1.49

-0.0723

52.6

-20.2

27.3

-25

C

6.49

-0.878

2.11

-16.9

6.72

-37.6

63.6

-2.18

D

3.48

-23.5

2.54

-16.9

21.8

-12.2

8.91

-19.9

E

7.97

-52.8

196

-20.5

3.67

-12.4

4.2

-0.971

F

91.9

-27.6

77.2

-85.3

1.53

-5.2

4.21

-1.13

G

0

-115

241

0

1.99

-0.41

0

-0.173

H

109

-25.9

99.8

-67.6

0.793

0

0

-0.453

I

0

-62

147

0

0

0

0

0

立柱活载效应表轴力：

（KN）弯矩：

（KN-m）

工况

断面

A

C

E

G

I

汽车

双孔重载

N

0

2.28

206

374

265

M

11.4

单孔重载

N

0

-18.7

-23

0

-14.7

M

24.6

人群

双孔重载

N

136

150

24.6

1.09

0

M

27.4

单孔重载

N

-2.99

-14

-10.1

-4.85

0

M

9.5

7效应组合

7.1承载能力极限状态

组合效应式及组合分项系数如下：

SUd=

（

）

永久荷载作用分项系数：

汽车荷载（含冲击力）作用分项系数：

1、盖梁

盖梁承载能力极限状态基本组合内力表弯矩：

（KN-m）剪力：

KN

盖梁断面

A

B

C

D

E

F

G

H

I

最大剪力

650

-36.4

530

31.5

803

143

959

191

732

最小剪力

461

-113

345

-40

323

-165

371

-118

383

最大弯矩

-159

288

-235

138

-187

312

-215

341

-196

最小弯矩

-242

163

-351

31.8

-359

49.9

-475

64.8

-355

2、立柱

立柱承载能力极限状态基本组合内力表弯矩：

（KN-m）轴力：

（KN）

断面

A

C

E

G

I

基本

组合

最大轴力

N

1130

1160

1280

1590

1390

M

55

55

55

55

55

最大弯矩

N

944

991

1170

900

905

M

84

84

84

84

84

7.2、正常使用极限状态短期组合

按《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）要求，验算正常使用极限状态抗裂性使用短期效应要求，组合式按下式计算：

SSd=

用于短期组合的汽车荷载作用频遇值系数：

1、盖梁

盖梁正常使用极限状态短期组合内力表弯矩：

（KN-m）剪力：

KN

盖梁断面

A

B

C

D

E

F

G

H

I

最大弯矩

-159

240

-244

114

-198

172

-215

191

-196

最小弯矩

-196

165

-294

62

260

82

-298

95

-241

2、立柱

立柱正常使用效应短期组合表弯矩：

（KN-m）轴力：

（KN）

断面

A

C

E

G

I

短期

组合

最大轴力

N

926

980

896

1010

942

M

63

63

63

63

63

最大弯矩

N

790

829

842

753

757

M

88

88

88

88

88

7.3、承台底荷载组合

承台底荷载组合组合内力表弯矩：

（KN-m）剪（轴）力：

KN

断面

基本

组合

短期

组合

标准

组合

最大轴力

P

47.8

68.1

68.1

N

6550

4754

5277

M

275

315

488

最大弯矩

P

47.8

68.1

68.1

N

4910

3971

4072

M

420

440

333

8截面验算

8.1盖梁验算

1、正截面强度验算

从盖梁各控制断面内力组合表中，可以得出控制盖梁承载能力极限强度设计的最大内力M=312KN-m,最小弯矩M=-475KN-m,为简化设计，确定盖梁主筋上下缘对称配筋；因此盖梁承载能力极限强度设计控制内力M=-475KN-m。

经过估算，主筋选用10φ25HRB335钢筋，盖梁设计配筋见附图。

截面最小配筋率为0.365%，大于规范0.2%的要求。

将上述截面和配筋输入《桥梁博士》中，求得截面正截面弯矩抗力（见盖梁最大最小抗力及其内力弯矩包络图（立柱未示））。

MR=1.28e+03KN-m>Mj=-475KM-m,截面抗力满足规范要求。

盖梁截面配筋图

2、斜截面强度验算

根据经验，盖梁箍筋设计为4Φ12HRB335@200布置，另配置5Φ25HRB33545度斜筋；

根据内力表，可知G-G截面为剪力最大处QMAX=1680KN,QMIN=602KN,因此取该处截面进行验算。

根据规范《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）5.2.7条，盖梁的斜截面强度满足规范要求。

G-G截面

最大剪力

最小剪力

设计剪力值（KN）

-362.2

-934.6

对应弯矩值（KN-m）

-214.96

-411.1

斜裂缝水平投影长度（m）

0.365

0.27

腹板宽度（m）

1.40

1.40

截面有效高度（m）

0.96

0.96

纵向钢筋配筋率

0.365

0.365

配箍率

0.0002

0.002

截面尺寸上限抗力（KN）

-4846.793

-4846.793

截面尺寸是否满足

是

是

截面构造下限抗力（KN）

-1229.76

-1229.76

截面是否构造配筋

是

是

砼与箍筋抗力Vcs（KN）

-1611.389

-1611.389

弯起钢筋抗力Vsb（KN）

0.00

0.00

斜截面总抗力VR（KN）

-1756.3

-1756.3.

斜截面总抗力是否满足

是

是

3、从盖梁短期组合内力表中，得出正常使用抗裂性控制弯矩M=-487KN-m,使用《桥梁博士》计算出截面裂缝宽度

<

，抗裂性满足规范要求（见盖梁正常使用短期荷载组合裂缝包络图（立柱未示））。

8.2立柱验算

根据立柱内力组合表，可以得出立柱承载能力基本组合和正常使用抗裂组合控制内力：

基本组合

短期组合

最大轴力

N

1590

1010

M

144

131

最大弯矩

N

1170

842

M

213

168

根据上表内力，立柱采用Φ800mm截面，截面配置16Φ16HRB335,截面配筋见下图，截面最小配筋率为0.6%，大于规范规定的最小配筋率0.2%，满足规范要求。

立柱配筋图

将基本组合荷载代入《桥梁博士3.1版》中验算正截面强度，得出最大弯矩对应NR=7100KN,大于Nj=1590KN,最大轴力对应抗力NR=75100KN，大于Nj=1170KN。

截面抗力满足规范要求。

将短期组合荷载代入《桥梁博士3.1版》中验算裂缝宽度，因弯矩很小，截面均处于小偏心受压状态，截面不会出此案开裂情况，故截面抗裂性也满足规范要求。

9承台计算

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）第8.5.3条）规定，当外排桩基础距墩台身边缘的距离等于或小于承台高度时，承台短悬臂可按“撑—系杆体系”验算抗压承载力和系杆的抗拉力。

本桥顺桥向桩间距为1.4m，桩中心距离墩台中心0.7m<承台高1.0m，因此根据本条按撑—系杆体系”验算抗压承载力和系杆的抗拉力。

按承台顶最大轴力N=6550KN验算。

下图是承台钢筋布置图

9.1撑杆抗压验算

s－系杆钢筋的顶层钢筋中心至承台底的距离，取为40mm；

d－系杆钢筋直径，取为12mm；

b－桩的支撑宽度，b＝0.4m；

h0－承台有效高度，h0＝1.0－0.04＝0.96m；

a－撑杆压力线在承台顶面的作用点至墩台边缘的距离，取a＝0.15*h0＝0.14m；

θ－撑杆压力线与系杆拉力线的夹角，为arctan（h0/（a＋x））＝65.4度；

Dd－撑杆压力设计值，Dd＝Nd/sinθ＝7203.9kN；

Td－系杆拉力设计值，Td＝Nd/tanθ＝2998.8kN；

ha＝s＋6d＝0.04＋6×0.025＝0.19m；

t－撑杆高度，t＝b*sinθ＋ha*cosθ＝0.43m；

bs－撑杆计算宽度，3倍桩径为1.2m，故取bs＝16.6m为承台全宽；

As－计算宽度范围内系杆钢筋截面积，As＝120×113.1＝13500mm2。

ε1＝（Td/（As*Es）＋0.002）cot2θ＝0.0004；

fcuk－混凝土立方抗压强度标准值，为25MPa；

fcds－撑杆混凝土轴心抗压强度设计值，

fcds＝fcuk/（1.43＋304*ε1）＝16.1MPa>0.48fcuk＝12MPa，故取fcds＝12MPa；

γ0－结构重要性系数，取为1.0；

γ0*Dd＝7203.9kN

故撑杆抗压满足要求。

9.2系杆抗拉验算

fsd－系杆钢筋抗拉强度设计值，为280MPa；

其它参数与2.4中相同；

γ0*Td＝2998.8kN

故系杆抗拉满足要求。

9.3斜截面抗剪验算

h0、bs、As、fcuk、γ0与2.4中相同；

ax－墩台边缘至桩边缘的距离，为0.25m；

m－剪跨比，m＝ax/h0＝0.25/0.96＝0.26<0.5，故取m＝0.5；

P－斜截面内纵向受拉钢筋的配筋百分率，P＝100*As/（bs*h0）＝0.085<2.5，

故取P＝0.085；

Vd－剪力设计值，为6550/2=5975kN；

γ0*Vd＝6550kN<0.9×10-4×（2＋0.6*P）fcuk0.5*bs*h0/m

＝0.9×10-4×（2＋0.6*0.085）250.5×16600×960/0.5

＝29417kN

故斜截面抗剪满足要求。

9.4桩抗冲切验算

Fld－冲切力设计值，取柱的最大轴力1590kN；

bx、by－柱作用面积的边长，bx＝by＝0.8m；

ax、ay－冲跨，ax＝0.9m，ay＝0.1m；

λx、λy－冲跨比，λx＝ax/h0＝0.94，λy＝ay/h0＝0.11；

αpx、αpy－冲切承载力系数，

αpx＝1.2/（λx＋0.2）＝1.05，αpy＝1.2/（λy＋0.2）＝3.87；

ftd－混凝土轴心抗拉强度设计值，为1.23MPa；

抗力=0.6*ftd*h0*（2*αpx*（by＋ay）＋2*αpy*（bx＋ax））

＝0.6×1230×0.96×（2×1.05×（0.8＋0.1）＋2×1.6×（0.8＋0.9））

＝5193kN>Fld＝1590kN

故墩柱向下冲切满足要求。

10桩基础计算

本桥中墩下部结构采用承台桩基础,承台为整体式承台，基础采用40*40cm的预制打入桩，老桥部分利用原桥桩基；新老桩基规格与配筋一致。

10.1承台底顶荷载

见7.3承台底内力组合表

10.2桩身内力计算

按“m”法计算单桩内力，计算时地基系数取用4500KN/m3。

计算工具使用《桥梁博士》的基础多排弹性桩模块，下图是程序计算参数。

下表是各种组合情况下的桩基控制内力表。

断面

基本

组合

短期

组合

标准

组合

最大轴力

P

3.4

4.9

4.9

N

467.9

339.6

373.4

M

19.6

22.5

34.9

最大弯矩

P

3.4

4.9

4.9

N

350.7

283.6

290.9

M

30

31.4

29.4

10.3截面配筋计算

根据桩身内力表可知，承载能力最大轴力对应的桩身内力N=817KN，M=40KN-m,最大弯矩对应的桩身内力N=467.9KN，M=34.9KN-m,选用4