工型梁桥下部结构盖梁及桩基计算桩柱式盖梁ygsecret.docx
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工型梁桥下部结构盖梁及桩基计算桩柱式盖梁ygsecret.docx
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工型梁桥下部结构盖梁及桩基计算桩柱式盖梁ygsecret
第3部分:
下部结构计算书
1说明
本工程下部工程中的桥墩均为桩柱式盖梁,桥墩的构造尺寸如下图:
10m空心板桥中间桥墩构造尺寸图10m工型梁桥中间桥墩构造尺寸图
10m工型梁桥中间桥墩有4m桥宽和3m桥面两种结构,它们的盖梁尺寸完全相同,
因此,设计时只需计算荷载大的4m桥宽盖梁即可。
从上图看出,空心板梁的盖梁跨径布置与工型梁桥均为1.0+2.6+1.0m,因此它们的活载效应是相同的。
2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,双柱式盖梁可以当作简支梁计算。
本桥盖梁的Lc=2.6m,1.15Ln=1.15×(2.6-0.8×0.8)=2.25m,规范规定盖梁的计算跨径取上述两者较小者,因此盖梁的计算跨径为2.25m。
桩柱的计算长度取10m
盖梁的线刚度为:
E30bh3/12/lc=0.84/12/2.25E30=0.015E30
柱的线刚度为:
E25×0.0491*d4/lc=0.0491*0.84/10E25=2×10-3E25
两者的线刚度之比为8.1,可以按简支梁图示计算。
盖梁控制断面取柱顶和两柱跨中两控制断面,分别控制正负弯距配筋。
3盖梁荷载及效应计算
上部结构恒载偏安全的取边、中梁一致,所以取中梁的上部结构计算支反力:
3.1永久作用效应计算
1、空心板盖梁:
空心板盖梁计算图式
上部结构反力:
RG=77.6KN(双孔梁)(来源于10m空心板上部结构计算书,每片梁)
挡块线重:
q1=0.3×1.2×25KN/m3=9KN/m
盖梁自重:
q2=0.8×1.2×25KN/m3=24KN/m
计算出:
M1恒=-57.7KN-mQ1恒=264KN
M2恒=103KN-mQ2恒=0KN
单墩柱支反力:
368KN
2、10m工型梁桥
工型梁桥盖梁计算图式
上部结构反力:
RG=35.7KN(双孔梁)(来源于10m工型梁上部结构计算书,每片梁)
挡块线重:
q1=0.3×1.0×25KN/m3=7.5KN/m
盖梁自重:
q2=0.8×1.0×25KN/m3=20KN/m
计算出:
M1恒=-29.3KN-mQ1恒=50.8KN
M2恒=21.52KN-mQ2恒=-17.9KN
单墩柱支反力:
137KN
3.2、活载效应计算
本桥汽车标准荷载取用《公路桥涵设计通用规范》中规定的四级公路的70%,即在公路Ⅱ汽车标准值的基础上折减(0.8×0.7=)0.56。
10m跨径的均布荷载q=10.5KN/m×0.75=7.785KN/m,集中力PK=200×0.75=150KN
因此盖梁计算的活载单车双孔支反力上部支反力
P=(7.785×10+150×1.2)×0.56=144.4KN
1-1截面内力影响线
2-2截面内力影响线
计算出活载最大效应:
M1活=-25.3KN-mQ1活=-93.9KN
M2活=46.9KN-mQ2活=41.8KN
墩柱最大支反力:
114KN
3.3、荷载组合计算
按《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004)要求,验算持久状况承载能力极限状态下基本组合和正常使用状况短期效应组合。
3.3.1承载能力极限状态基本组合
组合效应式及组合分项系数如下:
SUd=
(
)
结构重要性系数
永久荷载作用分项系数:
汽车荷载(含冲击力)作用分项系数:
组合计算过程如下:
1、空心梁桥
1-1截面最大弯距(恒载+汽车)
Mu(1/2)=0.9×(1.2×-57.7+1.4×-25.3×(1+0.39))=-106.7(KN-m)
2-2截面处最大弯距(恒载+汽车)
Mu(1/4)=0.9×(1.2×103+1.4×46.9×(1+0.39))=193.4(KN-m)
1-1截面最大剪力(恒载+汽车)
VD=0.9×(1.2×264+1.4×93.6×(1+0.39))=449(KN)
2、工型梁桥计算出:
1-1截面最大弯距(恒载+汽车)
Mu(1/2)=0.9×(1.2×-29.3+1.4×-25.3×(1+0.39))=-76(KN-m)
2-2截面处最大弯距(恒载+汽车)
Mu(1/4)=0.9×(1.2×21.52+1.4×46.9×(1+0.39))=105.4(KN-m)
1-1截面最大剪力(恒载+汽车)
VD=0.9×(1.2×50.8+1.4×93.6×(1+0.39))=218(KN)
3.3.2正常使用极限状态组合效应
SSd=
用于短期组合的汽车荷载作用频遇值系数:
短期效应组合计算过程如下:
1、空心梁桥1-1截面最大弯距(恒载+汽车)
1-1截面最大弯距(恒载+汽车):
Mj=-57.7+0.7×-25.3=-75.41(KN-m)
2-2截面处最大弯距(恒载+汽车):
M)=103+0.7×46.9=135.8(KN-m)
用于长期组合的汽车作用准永久值系数:
长期效应组合计算过程如下:
1-1截面最大弯距(恒载+汽车):
Mj=-57.7+0.4×-25.3=-67.82(KN-m)
2-2截面处最大弯距(恒载+汽车):
M)=103+0.4×46.9=121.76(KN-m)
2、工型梁桥
短期效应组合计算过程如下
1-1截面最大弯距(恒载+汽车):
Mj=-29.3+0.7×-25.3=-47.01(KN-m)
2-2截面处最大弯距(恒载+汽车):
M)=21.52+0.7×46.9=54.35(KN-m)
用于长期组合的汽车作用准永久值系数:
长期效应组合计算过程如下:
1-1截面最大弯距(恒载+汽车):
Mj=-29.3+0.4×-25.3=-39.42(KN-m)
2-2截面处最大弯距(恒载+汽车):
M)=21.52+0.4×46.9=40.28(KN-m)
4、截面配筋
盖梁采用矩形截面,为计算简单起见,配筋采用工型梁盖梁的尺寸0.8*1.0m计算,而荷载偏安全的取空心板梁的荷载组合,空心板梁的盖梁参照配筋。
4.1、主筋配置
从荷载组合可以得出,控制负弯距钢筋设计的弯距值为-106.7KN-m,正弯距为193.4KN-m,根据《公预规》JTGD62-2004第8.2.4条公式8.2.4-1:
估算出主筋面积:
=1987mm2
=1678mm2
为简单起见,截面主筋上下缘8Φ18对称配筋,a=a’=40mm,
=
=2036mm2>1987mm2
4.2、箍筋配置
根据经验,本盖梁无需配置斜筋,箍筋设计也采用经验先试配的方式,然后根据《公预规》(JTGD62-2004)5.2.7条进行验算,如果承载能力富裕量大,则适当减少配筋量,如果不足,则适当增加斜筋和估筋的配筋量。
经试配,确定箍筋直径采用4Φ10@200布置。
5盖梁持久状况承载能力极限状态计算
5.1、截面正截面极限强度计算
根据《公预规》JTGD62-2004第8.2.4条公式8.2.4-1:
由式
,求出受压区高度x=34mm
=386(KN-m)>
=193.4(KN-m)
从上述计算表明,正截面强度合格。
5.2、截面斜截面极限强度计算
从内力表可以看出,盖梁最大控制剪力为700KN
首先,按规范第8.2.6条检查盖梁截面是否满足要求
公式右边=
=
=2375KN
大于公式左边449KN,截面合格
再根据规范第8.2.6条进行斜截面抗剪承载能力的验算:
公式右边=0.9*
=908KN>
=449KN
从以上计算可知,盖梁的斜截面抗剪强度也满足规范要求。
6.盖梁持久状况正常使用极限状态正截面裂缝宽度计算
将上图配筋代入《桥梁博士》程序3.1版截面验算工具根据公式(6.4.3-1、2)计算验算裂缝是否满足。
程序计算跨中截面最大裂缝为0.115mm,考虑C3=
修正,裂缝宽度为0.0682mm。
满足规范第6.4.2条按Ⅰ类和Ⅱ类环境裂缝限值0.2mm要求,裂缝验算合格。
《桥梁博士》3.1版正截面裂缝计算结果
7、桩柱基础计算
本桥中墩下部结构采用桩柱式盖梁,基础为有两种类型,空心板梁桥和4m桥宽的工型梁桥采用2-Φ800mm钻孔灌注桩,3m宽的工型梁桥采用2-Φ600mm钻孔灌注桩。
7.1Φ800mm钻孔灌注桩
7.1.1荷载计算
1、墩顶处上部结构与盖梁恒载N=368KN
2、汽车活载反力
双孔加载N=114KNM=0
3、本桥为机耕桥,活载等级较低,为计算简单起见,制动力、风力等附加水平力取20KN检算。
4、桩柱每延米自重:
q=3.14*0.82/4*25=13KN/m
7.1.2荷载组合
承载能力极限基本组合下:
Nmax=1.2*368+1.4*114=601.2KNH0=1.4*20=28KNM0=0
正常使用短期组合下
Nmax=368+0.7*114=447.8KNH0=0.7*20=14KNM0=0
标准组合:
N=368+114+5(柱长)×13+20×13/25*15/2(扣除浮力)=625KN(桩长及承载力计算用)
7.1.3桩身内力计算
采用《桥梁博士》3.1版本“m”可以计算出桩身内力,
7.1.4截面配筋计算
根据桩身内力图可知,最大桩身内力N=601KN,M=144.7KN-m,使用《桥梁博士》程序3.1版截面估筋工具进行估出主筋需要789mm2,考虑最小配筋率和构造要求,配置主筋16φ18HRB335,大于估筋数据。
位置最大轴力最小轴力最大弯矩最小弯矩建议配筋
上缘6.28e-046.28e-046.28e-046.28e-046.28e-04
下缘6.28e-046.28e-046.28e-046.28e-046.28e-04
7.1.5、承载能力极限强度验算
经计算,在上述内力组合下截面抗力NR=2540KN>Nmax=601KN,截面强度合格。
7.1.6、正常使用极限状态裂缝验算
经计算,在上述内力组合下截面裂缝宽度δf=0.04mm<[δ]=0.2mm,截面抗裂验算合格。
7.2Φ600mm钻孔灌注桩
7.2.1荷载计算
1、墩顶处上部结构与盖梁恒载N=137KN
2、汽车活载反力
双孔加载N=114KNM=0
3、本桥为机耕桥,活载等级较低,为计算简单起见,制动力、风力等附加水平力取20KN检算。
4、桩柱每延米自重:
q=3.14*0.62/4*25=7.1KN/m
7.2.2荷载组合
承载能力极限基本组合下:
Nmax=1.2*137+1.4*93.6=290KNH0=1.4*20=28KNM0=0
正常使用短期组合下
Nmax=137+0.7*93.6=198.5KNH0=0.7*20=14KNM0=0
标准组合:
N=137+93.6+5(柱长)×7.1+20×7.1/25*15/2(扣除浮力)=304KN(桩长及承载力计算用)
7.2.3桩身内力计算
采用《桥梁博士》3.1版本“m”可以计算出桩身内力,
7.2.4截面配筋计算
从桩身内力图可知,最大内力N=290KN,M=147.4KN-m根据荷载组合使用使用《桥梁博士》程序3.1版截面估筋工具进行估出主筋需要628mm2,考虑最小配筋率和构造要求,配置主筋16φ18HRB335,大于估筋数据。
位置最大轴力最小轴力最大弯矩最小弯矩建议配筋
7.94e-046.24e-047.94e-046.24e-047.94e-04
7.2.5、承载能力极限强度验算
经计算,在上述内力组合下截面抗力NR=412KN>Nmax=290KN,截面强度合格。
7.2.6、正常使用极限状态裂缝验算
经计算,在上述内力组合下截面裂缝宽度δf=0.022mm<[δ]=0.2mm,截面抗裂验算合格。
8、桩长及承载力计算
8.1地质资料
根据《六灶西南片骨干河道整治工程岩土工程勘察报告》(2004.8.22),桩侧极限摩阻力标准值fs和桩端极限端阻力标准值fp见下表。
桩侧极限摩阻力标准值fs和桩端极限端阻力标准值fp一览表
层序
土层名称
一般层底深度
(M)
Ps
平均值(MPa)
预制桩
灌注桩
fsi(kPa)
fp(kPa)
fsi(kPa)
fp(kPa)
①
杂填土
1.00
②1
褐黄色粉质粘土
2.00
0.97
12
12
②2
灰黄色粉质粘土
3.00
0.55
12
12
③
灰色淤泥质粉质粘土
4.50
0.41
12
12
③夹
灰色粘质粉土
6.00
1.22
12
12
③
淤泥质粉质粘土
8.50
0.37
6m以上
12
6m以上
12
6m以下
15
6m以下
12
④
灰色淤泥质粘土
19.50
0.50
20
16
⑤
灰色粘土
25.00
0.79
30
600
25
300
⑥
灰绿~草黄色粉质粘土
28.50
2.21
60
1500
50
800
⑦
草黄~灰黄色砂质粉土
>36.30
7.75
70
4000
55
1800
8.23m宽简机耕桥梁桩基计算
序号
桥名
宽度(m)
跨径(m)
1
明华东港三号桥
3.0
22(6+10+6)
2
南界沟一号桥
3.0
26(8+10+8)
3
南界沟三号桥
3.0
26(8+10+8)
4
一号河一号桥
3.0
30(10+10+10)
5
一号河二号桥
3.0
30(10+10+10)
6
一号河三号桥
3.0
26(8+10+8)
7
一号河六号桥
3.0
24(7+10+7)
8
二号河一号桥
3.0
22(6+10+6)
9
二号河二号桥
3.0
30(10+10+10)
10
二号河三号桥
3.0
30(10+10+10)
11
二号河五号桥
3.0
30(10+10+10)
12
过凤港一号桥
3.0
22(6+10+6)
13
抢港一号桥
3.0
24(7+10+7)
根据钻孔平面布置和地质资料,选择最不利地质条件二号河五号桥采用G60号孔,其土层及分布及层底标高见下表。
土层及分布及层底标高表
层序
土层名称
层底标高
(M)
③
灰色淤泥质粉质粘土
-0.91
③夹
灰色粘质粉土
-1.81
③
淤泥质粉质粘土
-3.91
④
灰色淤泥质粘土
-14.91
⑤
灰色粘土
-19.91
⑥
灰绿~草黄色粉质粘土
-23.71
采用Ø600*2500mm预制方桩,单桩承载力为:
[P]=1/2(ulτp+AσR)=1/2[3.14*0.6(0.51*12+2.1*12+11*16+5.0*25+1.39*50)+
0.3*0.3*π*800]
=1/2*983.61
=491.80KN
因此[P]=491.80KN>Nmax=304kn;满足要求。
8.34m宽机耕桥桩基计算
4m宽桥中墩下部结构采用桩柱式盖梁,基础为2-Φ80钻孔灌注桩。
具体构造见下图:
桩侧极限摩阻力标准值fs和桩端极限端阻力标准值fp
根据《六灶西南片骨干河道整治工程岩土工程勘察报告》(2004.8.22),桩侧极限摩阻力标准值fs和桩端极限端阻力标准值fp见下表。
桩侧极限摩阻力标准值fs和桩端极限端阻力标准值fp一览表
层序
土层名称
一般层底深度
(M)
Ps
平均值(MPa)
预制桩
灌注桩
fsi(kPa)
fp(kPa)
fsi(kPa)
fp(kPa)
①
杂填土
1.00
②1
褐黄色粉质粘土
2.00
0.97
12
12
②2
灰黄色粉质粘土
3.00
0.55
12
12
③
灰色淤泥质粉质粘土
4.50
0.41
12
12
③夹
灰色粘质粉土
6.00
1.22
12
12
③
淤泥质粉质粘土
8.50
0.37
6m以上
12
6m以上
12
6m以下
15
6m以下
12
④
灰色淤泥质粘土
19.50
0.50
20
16
⑤
灰色粘土
25.00
0.79
30
600
25
300
⑥
灰绿~草黄色粉质粘土
28.50
2.21
60
1500
50
800
⑦
草黄~灰黄色砂质粉土
>36.30
7.75
70
4000
55
1800
4m宽机耕桥桩基计算
4m宽简拖梁桥梁有以下几种
序号
桥名
宽度(m)
跨径(m)
1
一号河四号桥
4.0
30(10+10+10)
2
一号河七号桥
4.0
24(7+10+7)
3
二号河四号桥
4.0
30(10+10+10)
4
明华桥
4.0
30(10+10+10)
5
五灶港一号桥
4.0
30(10+10+10)
6
五灶港南桥
4.0
10
7
五灶港北桥
4.0
10
根据钻孔平面布置和地质资料,选择最不利地质条件二号河四号桥采用G58号孔,其土层及分布及层底标高见下表。
土层及分布及层底标高表
层序
土层名称
层底标高
(M)
③
灰色淤泥质粉质粘土
-0.39
③夹
灰色粘质粉土
-1.99
③
淤泥质粉质粘土
-3.99
④
灰色淤泥质粘土
-14.49
⑤
灰色粘土
-20.79
⑥
灰绿~草黄色粉质粘土
-23.49
采用Ø800*25000mm灌注桩,单桩承载力为:
单根灌注桩允许承载力
[P]=1/2(ulτp+AσR)=1/2[3.14*0.8(0.69*12+2.0*12+10.5*16+6.3*25+0.51*50)+0.4*0.4*π*800]
=1/2*1365.411
=682.71KN
因此[P]=682.71KN>Nmax=625KN(4m宽空心板梁)〉4m宽机耕桥承载力;满足要求。
8.45座空心板梁桥承载力复合计算
8.4.1桩侧极限摩阻力标准值fs和桩端极限端阻力标准值fp
根据《六灶西南片骨干河道整治工程岩土工程勘察报告》,桩侧极限摩阻力标准值fs和桩端极限端阻力标准值fp见下表。
桩侧极限摩阻力标准值fs和桩端极限端阻力标准值fp一览表
层序
土层名称
一般层底深度
(M)
Ps
平均值(MPa)
预制桩
灌注桩
fsi(kPa)
fp(kPa)
fsi(kPa)
fp(kPa)
①
杂填土
1.00
②1
褐黄色粉质粘土
2.00
0.97
12
12
②2
灰黄色粉质粘土
3.00
0.55
12
12
③
灰色淤泥质粉质粘土
4.50
0.41
12
12
③夹
灰色粘质粉土
6.00
1.22
12
12
③
淤泥质粉质粘土
8.50
0.37
6m以上
12
6m以上
12
6m以下
15
6m以下
12
④
灰色淤泥质粘土
19.50
0.50
20
16
⑤
灰色粘土
25.00
0.79
30
600
25
300
⑥
灰绿~草黄色粉质粘土
28.50
2.21
60
1500
50
800
⑦
草黄~灰黄色砂质粉土
>36.30
7.75
70
4000
55
1800
8.4.2明华东港五号桥桩基计算
根据钻孔平面布置,明华东港五号桥采用G39号孔,其土层及分布及层底标高见下表。
土层及分布及层底标高表
层序
土层名称
层底标高
(M)
③
灰色淤泥质粉质粘土
1.06
③夹
灰色粘质粉土
-2.84
③
淤泥质粉质粘土
-3.64
④
灰色淤泥质粘土
-14.84
⑤
灰色粘土
-19.64
⑥
灰绿~草黄色粉质粘土
-25.14
采用Ø800*25000mm灌注桩,单桩承载力为:
单根灌注桩允许承载力
[P]=
1/2(ulτp+AσR)=
1/2[3.14*0.8(1.54*12+0.8*12+11.2*16+4.8*25+1.66*50)+
0.4*0.4*π*800]=1/2*1405.81=716.37KN
因此[P]=716.37KN>Nmax/2=934KN/2=467kn;满足要求。
8.4.3明华湖南桥桩基计算
根据钻孔平面布置,明华湖南桥采用G45号孔,其土层及分布及层底标高见下表。
土层及分布及层底标高表
层序
土层名称
层底标高
(M)
③
灰色淤泥质粉质粘土
0.29
③夹
灰色粘质粉土
-2.51
③
淤泥质粉质粘土
-4.31
④
灰色淤泥质粘土
-15.71
⑤
灰色粘土
-20.31
⑥
灰绿~草黄色粉质粘土
-24.71
采用Ø800*25000mm灌注桩,单桩承载力为:
单根灌注桩允许承载力
[P]=
1/2(ulτp+AσR)=
1/2[3.14*0.8(2.21*12+0.8*12+11.4*16+4.6*25+0.99*50)+
0.4*0.4*π*800]=1/2*1364.27=682.14KN
因此[P]=682.14KN>Nmax=625kn;满足要求。
8.4.4明华湖北桥桩基计算
根据钻孔平面布置,明华湖北桥采用G45号孔,其土层及分布及层底标高见下表。
土层及分布及层底标高表
层序
土层名称
层底标高
(M)
③
灰色淤泥质粉质粘土
0.29
③夹
灰色粘质粉土
-2.51
③
淤泥质粉质粘土
-4.31
④
灰色淤泥质粘土
-15.71
⑤
灰色粘土
-20.31
⑥
灰绿~草黄色粉质粘土
-24.71
采用Ø800*25000mm灌注桩,单桩承载力为:
单根灌注桩允许承载力
[P]=
1/2(ulτp+AσR)=
1/2[3.14*0.8(2.21*12+0.8*12+11.4*16+4.6*25+0.99*50)+
0.4*0.4*π*800]=1/2*1364.27=682.14KN
因此[P]=682.14KN>Nmax=625kn;满足要求。
8.4.5五灶港二号桥桩基计算
根据钻孔平面布置,明华湖南桥采用G42号孔,其土层及分布及层底标高见下表。
土层及分布及层底标高表
层序
土层名称
层底标高
(M)
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