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公路双柱式钢筋混凝土桥墩设计.docx

1、公路双柱式钢筋混凝土桥墩设计公路钢筋混凝土桥墩设计姓名:班级:学号:指导老师:一、设计资料 .- 1 -二、设计内容 .- 2 -桥墩尺寸拟定 .- 2 -盖梁计算 .- 2 -1、恒载下支座反力 .- 2 -2、盖梁自重及自重下内力计算 .- 3 -3、盖梁活载计算 .- 5 -4、盖梁内力计算 . - 10 -5、盖梁配筋计算 . - 11 -墩柱计算 . - 15 -1、墩柱荷载计算 . - 15 -2、墩柱配筋 . - 20 -一、设计资料1. 以一座 3 孔预应力混凝土简支梁桥 (面布置如图 1)为设计背景, 进行公路钢筋混凝土桥墩设计。L L LH 0.8H图 1 桥梁立面布置图2

2、. 桥梁上部结构:例子: (标准跨径 13m,计算跨径 12.6m,梁全长 12.96m。)3. 桥面净宽:净 7+2 0.75m 人行道,横断面布置:见图 2(单位:厘米)。沥青混凝土 2cm25号混凝土垫层 614cm75 700 75i=1.5 i=1.50 411061181 2 3 4 5160 160 160 160图 2 桥梁横断面布置图4.上部结构附属设施恒载: 单侧人行道 5 kN/m,桥面铺装自己根据铺装厚度计算。5. 设计活载:公路级6. 人群荷载: 3 kN/m27.主要材料:主筋用 HRB335钢筋,其他用 R235钢筋混凝土:混凝土为 C408. 支座板式橡胶支座,

3、摩擦系数 f=0.059. 地质水文资料(1)无流水,无冰冻。(2)土质情况:考虑墩底与基础固结,基础承载能力良好。- 1 -二、设计内容桥墩尺寸拟定盖梁计算1、恒载下支座反力假设桥面铺装人行道等桥面系重量等由五片主梁均摊(1) 桥面铺装沥青混凝土: 0.02 7.0 23 3.22KN / m混凝土垫层 : (0.06 0.14) 7.0 24 33.6KN / m- 2 -(2) 栏杆、人行道双侧: 2 5 10 KN / m每片主梁均摊 g1=(3.22+33.6+10 )/5=9.4KN/m(3) 混凝土梁自重g2 (0.18 1.6 (1.6 0.18) 0.1 (1.6 0.18)

4、 0.04) 25 12.17 KN / m(4) 恒载集度g g1 g2 9.4 12.17 21.6 KN / m(5) 主梁支座反力gl 21.6 24Q 259.2KN02 2上部结构恒载引起的支点反力为 259.2KN2、盖梁自重及自重下内力计算- 3 -整个盖梁自重 2 4080062.5 10-6 1.4 25=285.6KN半个盖梁自重 142.8KN1-1自重6573333 10 1.4 25 20.06KN弯矩 20.06 343 10 3 6.89KN m剪力 Q左 20.06 KN Q 20.06 KN右2-2自重 206791.64 10-6 1.4 25+20.06

5、=27.3KN弯矩-310. 424 10 =11.58KN剪力 Q 27.3KN左 Q右 27.3KN3-3自重 890250 10-6 1.4 25=31.16 KN弯矩 31.16 466.3 10-3 =14.53KN m剪力 Q 31.16 KN左 Q右 142.8-31.16=111.64 KN4-4自重 2320000 10 6 1.4 25 81.2KN弯矩 81.2 1.08-142.8 0.7=-12.27 KN剪力 Q左 142.8-81.2=61.6KN Q 142.8-81.2=61.6 KN右5-5自重-64080000 10 1.4 25=142.8KN弯矩 14

6、2.8 1.87-142.8 2.3=-61.4KN m剪力 Q左 0 Q 0右- 4 -将计算结果列表于下:盖梁自重及内力表截面 自重 弯矩剪力(KN)(KN) (KN m) Q 左 Q右1-1 20.06 -6.89 -20.06 -20.062-2 27.3 -11.58 -27.3 -27.33-3 31.16 -14.53 -31.16 111.644-4 81.2 12.27 61.6 61.65-5 142.8 61.4 0 03、盖梁活载计算横桥向由于 T 梁截面位于支座截面,用杠杆原理法分配横向荷载1 号梁:m0r1 =1.422m0q1=0.438- 5 -2 号梁:m0r

7、2 =0m0q2=0.5- 6 -3 号梁:m0r3 =0m0q3=1.188/2=0.5944 号梁与 2 号梁一样、 5 号梁与 1 号梁一样顺桥向车道荷载由均布荷载和集中荷载组成任务书要求荷载等级为公路 -级q 10.5KN / mk24 5P 180 180 264KNk45- 7 -计算剪力效应时Pk =1.2 264=317 KN简支梁桥反力影响线及按最不利荷载布置如下:R= qk S Pk 10.5 24 1 0.5 264 1 390 KN计算剪力时:R= qk S Pk 10.5 24 1 0.5 317 1 443 KN- 8 -冲击力汽车荷载在 T 梁上的冲击系数采用 1

8、.3即=1.3R R (2 y) (1 x) Rir qr m0qii qR R Ri ir iq将上述计算结果列表于下: (单孔)分配系数 支座反力 支座反力(冲击力)mr mq R R(计算剪力时) R R(计算剪力时)人群荷载 恒载r+q1号梁 1.42 0.44 170.82 204.98 222.07 266.48 4.27 270.75 259.202号梁 0.00 0.50 195.00 234.00 253.50 304.20 0.00 304.20 259.203号梁 0.00 0.59 231.66 277.99 301.16 361.39 0.00 361.39 259.

9、204号梁 0.00 0.50 195.00 234.00 253.50 304.20 0.00 304.20 259.205号梁 1.42 0.44 170.82 204.98 222.07 266.48 4.27 270.75 259.20墩柱反力计算双柱,单柱受一半力:活载:G=270.75 4+304.2 4+361.39 2=1511.29KN211. 10 2恒载:G=1296KN- 9 -4、盖梁内力计算自重下各截面自重内力已求出,活载下内力如下计算:简化计算图示如下:- 10 -将活载下各截面内力计算结果列表于下: (另一半对称)截面 弯矩剪力(KN)(KN m)Q左 Q右1-

10、1 0 0 -541.52-2 -108.3 -541.5 -541.53-3 -162.45 -541.5 969.794-4 191.5 969.79 361.395-5 769.73 361.39 0同理恒载下个界面内力计算结果:截面 弯矩剪力(KN)(KN m)Q左 Q右1-1 0 0 -518.42-2 -103.68 -518.4 -518.43-3 -155.52 -518.4 777.64-4 77.76 777.6 259.25-5 492.48 259.2 0根据公路桥涵设计通用规范 ,按承载力极限状态设计时,荷载组合按下式:m nS ( S S ) 0 ud 0 Gik

11、Gik Q1k Qj Qjki 1 j 2G Q 1.41.2恒载 (盖梁自重及上部恒载 ) 活载 荷载组合截 弯矩 剪力( KN) 弯矩 剪力( KN) 弯矩 剪力( KN)面(KN m)Q左 Q 左 Q右 Q右 Q (KN m)(KNm) 左 Q右1-1 -6.89 -20.06 -538.46 0 0 -541.5 -8.268 -24.072 -1404.252-2 -115.26 -545.7 -545.7 -108.3 -541.5 -541.5 -289.932 -1412.94 -1412.943-3 -170.05 -549.56 889.24 -162.45 -541.5

12、969.79 -431.49 -1417.57 2424.794-4 90.03 839.2 320.8 191.5 969.79 361.39 376.136 2364.746 890.905-5 553.88 259.2 0 769.73 361.39 0 1742.28 816.986 05、盖梁配筋计算材料:主筋用 HRB335钢筋 280f Mpasd 280f Mpasd- 11 -混凝土:混凝土为 C40 18.4f Mpa f 1.65 Mpacd td1)受弯配筋正弯矩最大值 M max 1742.28 KN m负弯矩绝对最大值M max 431.49 KN m5-5 截面(

13、正弯矩最大值)H 1100mm b 1400mm h0 h as 1100 60 1040 mm由正截面强度计算公式:f A f bxsd s cd0M 0 f bx( h0 2x)cd得280A 1.0 18.4 1400xs612. 10 18.4 1400x(1040 x)解得x 69.7As6412.4ftdmin max0.45 ,0.2%fsd 1.65max0.45 ,0.2% 2800.265%2A 0.265% 1100 1400 4081mms查钢筋表,选用 8 32钢筋,面积2A 6434mms钢筋净间距1400 2 60 28a 28 150.86mm7满足要求- 12

14、 -3-3 截面(负弯矩最大值)H 1100mm b 1400mm h0 h as 1100 60 1040 mm用弯起钢筋抵抗负弯矩,若不能满足条件,再配钢筋。280A 1.0 18.4 1400xs613. 10 18.4 1400x(1040 x)解得x 16.36As6412.5弯起两根主筋2A 1 1609mm 满足条件,不需再配筋。s4-4 截面以左开始弯起至 3-3 截面弯起结束2)受弯承载力验算根据公预规5-5 截面盖梁支承中心距离 4600l mmc盖梁净跨径 3400l mmn0.266l 3910mm l 取较小者 l 3910mmn c内力臂lz (0.75 0.05

15、) (h 0.5x) 944mm0h应满足0M 0 fsd As z经检验满足条件3)斜截面抗剪箍筋设计V 2424.79 KNd- 13 -V0 0Vd 1.2 2424.79 2910 KNl10.3h3V 10 f bh 0 d cu ,k 030l 39106412.6 10.3h f bh KN V11003 310 10 40 1400 1040 4252cu, k 0 030 30由斜截面抗剪承载力:l14h3V 10 bh 2 0.6P f f0 d 0 cu ,k sv sv20得到:2 V0svl14h32 0.6P f f 10 bhcu, k sv 0202P 100

16、0.2210.267% sv配四肢箍 12100svAsbSv9041400 1000.646%满足要求在 1-1 截面之前及 4-4 截面之后只需按构造配筋就行,配 8200此外还需设立四根架立纵筋来固定四肢箍,采用 4 12配筋图见图纸- 14 -墩柱计算1、墩柱荷载计算(1)恒载计算上部结构恒载 259.2 5 2 2592 KN盖梁自重 142.8 2 285.6 KN单墩柱自重4214. 12 25 339.3KN系梁自重 (4.6 1.2) 1 1.2 25 102KN恒载下单柱竖向承受恒载力 1829.1KN(2)活载计算双孔荷载:R1 270.75 2 541.5KNR2 30

17、4.2 2 608.4 KNR3 361.39 2 722.78KNR4 304.2 2 608.4 KNR KN5 270.75 2 541.5单墩反力R R R R R1 2 3 4 5 1511.3R KN2- 15 -单孔荷载:R1 270.75 KNR2 304.2 KNR3 361.39 KNR4 304.2 KNR5 270.75 KN单墩反力R R R R R1 2 3 4 5 755.65R KN2弯矩:M R 0.25 188.9 KN m(3)水平荷载计算采用集成刚度法进行各墩水平力分配1) 墩台刚度计算支座抗推刚度:墩柱橡胶支座橡胶板尺寸选择 200mm 300mm 4

18、9mm,剪切模量G 1.2 Mpae每个墩支座抗推刚度:AG315. 10 0.3 0.2 10 EK 1468.4KN / mrt 0.049 10- 16 -桥台支座抗推刚度(单孔) :1468.4K 734.2KN / mr2墩柱抗推刚度:双柱墩,C40混凝土,弹性模量4E 3.25 10 Mpac截面惯性矩4d4I 0.203m 32墩高h1 h2 12m3EIK K 11454KN / m1 2 3h桥墩(台)与支座串联,其刚度为:桥墩:K K1 rK K 1302KN /m1 2K K1 r桥台:K K1 rK K 690KN / m1 2K K1 r2) 汽车制动力的计算和分配汽

19、车制动力计算(因为桥面连续,最大制动力在一联上布载计算)双孔布载 ,按车道荷载标准值在加载长度上的总重力 10%计算,且公路- 级汽车荷载的制动力标准值不得小于 165KN。H KN 取 165KN(10.5 24 3 264) 10% 102 T制动力的分配:HTKi1652 1302 2 6906412.7- 17 -则H0 H3 K0 28.57 KNH1 H2 K1 53.9 KN桥墩摩阻力Fmin 0.05 259.2 5 64.8 KNF H ,取制动力控制设计min制动力作用于桥面,所以墩顶受弯矩M H =161.7KN m3.1单墩承受制动力弯矩:M1=80.85KN将上述计算

20、结果列于下表并进行荷载组合恒载活载 荷载组合 制动力单孔 双孔 单孔 双孔M(KN?m) 0 188.9 0 80.85 377.65 113.19N(KN) 1829.1 755.65 1511.3 0 3252.83 4310.74Q(KN) 0 0 0 53.9 75.46- 18 -将墩柱视为梁体,其内力图如下:- 19 -2、墩柱配筋由内力图可得出M max 1284 KN mNmax 4311KN材料: C40混凝土 18.4f Mpa ftd 1.65MpacdHRB335钢筋 280f Mpasd 280f Mpasd取保护层厚度: as 50 mmr r a 0.55mg s

21、grgr16.4d4I 0.07068m 64假设墩柱一端一端自由l0 2h 2 12 24ml0 24i 0.640 17.5需要考虑挠曲对纵向弯曲的影响Me0 0.3m N1 l 1 240 2 21 ( ) 1 ( ) 0.9 0.95 1.491 21400 e / h h 1400 0.3 / 0.6 1.20 01e06412.8 2.7 1.0h0l02 1.15 0.01 1.0 h- 20 -1 0.9 2 0.95e0 1.49 0.3 0.45m沿周边均匀配置纵向钢筋的圆形截面钢筋混凝土偏心受压构件, 正截面抗压承载力计算应满足:- 21 -经过 excel写入公式试算之

22、后得到:0.44时 Nd 6388.858 KN 0.005326 0.005 若 继续减小,配筋率会小于最小配筋率,弱继续增大 ,轴向力会比实际大,浪费钢筋,故按此时配筋。2 6024 2 A r mms配置16 22,2A 6082 mms承载力验算2 2 Ar f C r f 6387.372 Ncd sd 0 d3 3 Br f D gr f 2875.027 Mcd sd 0承载能力满足要求由公预规,箍筋间距不应大于纵向受力钢筋直径 15 倍、不大于构件短边尺寸(圆形截面采用 0.8 倍直径)并不大于 400mm。15 330mm 26412.9d 480 mm钢筋混凝土梁中应设置直

23、径不小于 8mm,且不小于 1/4 主钢筋直径的箍筋,其配筋率 R235钢筋不应小于 0.18%。综上,箍筋配螺旋箍筋 10200 ,R235钢筋。此外纵向受力钢筋应伸入基础和盖梁,伸入长度按规范查询取- 22 -20d=440mm。具体配筋见配筋图。- 23 -参考文献1 吕晓寅,刘林,贾英杰,袁泉,卢文良 . 混凝土结构基本原理 中国建筑工业出版社 .2012.82 夏禾. 季文玉 . 韩冰. 张楠. 桥梁工程(上下册) 高等教育出版社 .2011.13JTG D62-2004 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 s. 中华人民共和国交通部4JTG D60-2004 公路桥涵通用设计规范 s. 中华人民共和国交通部- 24 -

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