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1、 中 国 桥 梁 网第三章 下部结构设计第一节 支座的设计一、选用支座的平面尺寸采用板式橡胶支座。橡胶支座的平面尺寸由橡胶板的抗压强度和梁段或墩台顶混凝土的局部承压强度来确定。对于橡胶板应满足： 若选定支座平面尺寸为：，则支座形状系数s为： 当时，橡胶板的平均容许压应力为 橡胶支座的弹性模量 计算时，最大支座反力的剪力值:按容许应力法计算的最大支座反力为： 故 满足要求。二、确定支座厚度主梁计算温差取T350C。温度变形由两端的支座均摊，则每一个支座承受的水平位移为： 计算活载制动力引起的水平位移时，首先需要确定作用在每一个支座上的制动力。对于25m桥跨可布置一行车队。 车辆荷载： 制动力为
2、一辆加重车总重为280KN，制动力为 七根主梁共14个支座，每一支座承受的水平力为： 按桥规要求： 选用六层钢板，七层橡胶组成橡胶支座。上下层橡胶片厚度为0.25cm，中间厚度为0.5cm，薄钢板厚度为0.2cm.则 支座总厚度： 三、验算支座的偏转支座平均压偏变形为： 按桥规要求应满足：即 ，符合要求。梁端转角为：设恒载作用下，主梁处于水平状态，活载作用下跨中挠度所以 验算偏转情况应满足：符合桥规要求。四、验算支座的抗滑稳定性按桥规第8.4.3条规定：验算支座抗滑稳定性应满足：式中 由结构自重标准值和0.5倍汽车荷载标准值（计入冲击系数）引起的支座反力 由汽车荷载引起的制动力标准值， 支座平
3、面毛面积 橡胶支座与混凝土表面的摩阻系数， 支座剪变模量，取则 满足桥规要求，支座不会发生相对滑动。第二节 盖梁的设计一、荷载计算（一）上部构造恒载 具体计算结果见表 3-1表 3-1每片边梁自重（kN/m）每片中梁自重（kN/m）一孔上部结构自重（kN）每个支座恒载反力（kN）1、7号2、3、4、5、6号边梁1，7中梁2、3、4、5、619.94620.5133584.03251.284244.339（二）盖梁自重及内力计算混凝土简支桥盖梁的跨高比L/h为：2.0L/h5.0此处L为盖梁的计算跨径，应取Ln和1.15Lc两者较小者。其中Ln为盖梁支承中心之间的距离，Lc为盖梁的净跨径。在确定
4、盖梁净跨径时，圆形截面柱可换算为边长等于0.8倍直径的方形截面柱。 图31 盖梁构造图示（单位cm）具体盖梁自重及内力计算结果见下表32。75中 国 桥 梁 网表32盖梁自重产生的弯矩剪力效应计算 截面编号自重（KN）弯矩（KNm）剪力（KN）左右11-19.47919.4792273.24273.24233-133.805153.07044108.445108.445550.00.0（三）活载计算1.活载横向分布系数计算荷载对称布置时用杠杆法，非对称布置时用偏心压力法。（1）车辆荷载1）单列车，对称布置时 图322） 双列车，对称布置时 图333）单列车，非对称布置时（图34） 由 则 4）
5、 双列车，非对称布置时（图34）已知 则 图34 （单位cm）5） 三列车，非对称布置时（图35）已知图35 （单位cm）2. 按顺桥向活载移动情况，求得支座活载反力的最大值（1）车辆荷载简化成均布力和集中力，布载长度为24.9624.96 图361） 单孔布载时单列车： 双列车： 三列车：2） 双孔布载时单列车： 双列车： 三列车： 3. 活载横向分布后各梁支点反力表33荷载横向分布情况公路级计算方法荷载布置横向分布系数m单孔双孔BR1BR1对称布置按杠杆法计算单列车m1=0266.240522.090m2=000m3=0.28174.81146.71m4=0.438116.61228.68
6、m5=0.28174.81146.71m6=000m7=000双列车m1=0532.4801044.160m2=0.266141.64277.75m3=0.438233.23457.34m4=0.594316.29620.23m5=0.438233.23457.34m6=0.266141.64277.75m7=000三列车m1=0.15662397.191221.67190.58m2=0.592368.82723.23m3=0.753356.98919.92m4=0.841523.941027.42m5=0.753356.98919.92m6=0.592368.82723.23m7=0.156
7、97.19190.58非对称荷载按偏心压力法计算单列车m1=0.351266.2493.45522.08183.25m2=0.28174.81146.70m3=0.21256.44110.68m4=0.14338.0774.66m5=0.07419.7038.63m6=0.0051.3312.61m7=-0.065-17.31-33.94双列车m1=0.274532.48145.901044.16286.10m2=0.212112.89221.36m3=0.17894.78185.86m4=0.14376.14149.31m5=0.10857.51112.77m6=0.07439.4177.2
8、7m7=0.03920.7740.72三列车m1=0.269623167.581221.67338.63m2=0.219136.44267.55m3=0.168104.66205.24m4=0.14389.09174.70m5=0.11873.514144.16m6=0.06741.7481.85m7=0.01710.5920.774. 各梁恒载、活载反力组合车辆冲击系数取1.285。计算见表34，表中均取用各梁的最大值。表 3-4编号荷载情况1号梁2号梁3号梁4号梁5号梁6号梁7号梁恒载574.86 603.83 603.83603.83603.83603.83574.86公路级双列对称0
9、277.75 457.34 620.23457.34277.75 0公路级三列对称190.58723.23919.921027.42919.92723.23190.58公路级双列非对称286.10221.36185.86149.31112.7777.2740.72公路级三列非对称338.63 267.55205.24 174.70 144.43 81.85 20.77+574.86 881.61061.171224.061061.17881.6574.86+765.441327.061523.751631.251523.751327.06765.44+860.96825.19789.69753
10、.14716.6681.1615.58+913.49871.83809.07778.53748.26685.68624.65. 双柱反力Gi的计算由表 3-4可知，由荷载组合时（公路级、三列对称布置）控制设计，此时G1=4431.9kN。二、内力计算1.恒载加活载作用下各截面的内力（1）弯矩计算（见图 3-1）求得最大弯矩值，支点负弯矩取用非对称布置时的数值，跨中弯矩取用对称布置时的数值。按图31，给出的截面位置，各截面弯矩计算式为：计算结果见下表 3-6。2.剪力计算相应于最大弯矩时的剪力计算，一般计算公式为：截面11：截面22：截面33：截面44：截面55：计算结果见下表 35。表34荷组
11、1号梁距离2号梁距离3号梁距离4号梁距离5号梁距离6号梁距离7号梁距离反力574.869.22 881.6 7.32 1061.175.421224.063.52 1061.171.62 881.6-0.28 574.86-2.183129.7 765.44 1327.06 1523.751631.251523.751327.06765.444431.9 860.96825.19789.69753.14716.6681.1615.582621.1913.49 871.83809.07778.53748.26685.68624.62715.7表35=荷载组合墩柱反（kN）梁支座反力（kN）截面1
12、1截面22截面33截面44截面55G1R1R2R3V左V右V左V右V左V右V左V右V左V右组合 3129.7574.86881.61061.170-574.86-574.86-574.86-574.861673.241673.241673.24612.07612.07组合4431.9765.441327.06 1523.750-765.44-765.44-765.44-765.442238.92238.92238.9715.15715.15组合2621.1860.96825.19789.690-860.96-860.96-860.96-860.96943.95943.95943.95154.2
13、6154.26组合 2715.7913.49871.83809.070-913.49-913.49-913.49-913.49930.4930.4930.4121.3121.3表3-6荷载组合情况墩柱反力（kN）梁支座反力（kN）各截面弯矩G1R1R2R3截面22截面33截面44截面55组合 公路级双列对称3129.7574.86881.61061.17-574.86-1120.98270.6913246.198组合 公路级三列对称4431.9765.441327.06 1523.75-765.44-1492.61476.7374581.522组合公路级双列非对称2621.1860.96825
14、.19789.69-860.96-1678.87-818.11453.619组合公路级三列非对称2715.7913.49871.83809.07-913.49-1781.31-912.082306.384 （三）盖梁内力汇总下表38中各截面数值均取以上两表中的最大值。表38 内力 截面号截面1-1截面2-2截面3-3截面4-4截面5-5弯矩（kNm）M自重-4.663-49.406-127.01132.503907.294M荷载0-913.49-1781.31-912.0824581.522M计算-4.663-962.90-1908.32-879.585488.82剪力（kN）V自重左-19.
15、406-73.242-133.805108.4450右-19.406-73.242153.07108.4450V荷载左0-913.49-913.492238.9715.15右-913.49-913.492238.92238.9715.15V计算左-19.406-1224.05-1284.621937.10572.41右-932.90986.732391.972347.35715.15三、截面配筋设计与承载力校核采用C40混凝土，主筋用HRB335，钢筋，(一) 正截面抗弯承载力验算根据桥规第8.2.4条，取，又1. 截面11： 。 解得 根据桥规规定：最小配筋率为0.20%。显然，按照最小配筋
16、率能够满足要求。选用。2. 截面22： 解得 按桥规最小配筋率的要求，选用。3. 截面33： 解得 按桥规最小配筋率的要求，选用。4. 截面44： 解得 按桥规最小配筋率的要求，选用。5. 截面55： 解得 采用。表39 盖梁截面钢筋用量表截面号M（kNm）As（mm2）选用根数（）根数As（mm2）截面1-1-4.66312.3689116773.80.265639截面2-2-962.902437.6116773.80.265639截面3-3-1908.324867116773.80.265639截面4-4-879.582225.68116773.80.265639截面5-55488.821
17、4779.22114779.20.599562 （二）斜截面抗剪承载力验算按桥规第8.2.6条规定：33 验算截面处的剪力组合设计值连续梁异号弯矩影响系数，计算近边支点梁段的抗剪承载力时，；计算中间支点梁段及刚构各节点附近时，受拉区纵向受拉钢筋的配筋率。箍筋的抗拉强度设计值 b盖梁的截面宽度（mm）盖梁的截面有效高度（mm）1. 对于截面11：故仅需按构造配置箍筋。2. 对于截面22、55：仅需按构造配置箍筋。3. 对于截面44，经验算需要按计算配筋。 ， 所以 按桥规第9.3.13条规定，。选用R235钢筋，六肢箍， 第三节 桥墩墩柱的设计采用直径为1500mm,用C40混凝土，HRB335
18、钢筋一、 荷载计算（一）恒载计算按桥规第3.3.1及3.3.4条 规定，桥涵净空高不小于5.0m。故取墩柱净空高度为5.5m，则墩柱长为4.5m。上部构造恒载，一孔重3584.03KN盖梁自重（半根盖梁）312.12KN墩柱自重 故作用于墩柱底面的恒载垂直力为： （二）车辆荷载计算 荷载布置及行驶情况见(图32)（图35）。 1. 公路级（1）单孔荷载（图32） 三列车： 按公桥规第4.3.6条规定： 一个设计车道上由汽车荷载制动产生的制动力标准值按车道荷载标准值在加载长度上计算的总重力的10%计算。公路级汽车荷载制动力标准值不得小于165KN。 相应的制动力： 故 取 （2）双孔荷载（图33
19、） 三列车时： 制动力 ： 汽车荷载中双孔荷载产生支点处最大值，即产生最大墩柱垂直力，汽车荷载中单孔荷载产生最大偏心弯矩，即产生最大墩柱底弯矩。 （三）双柱反力横向分布计算1.单列车时： 2.双列车时： 3. 三车时： 4.荷载组合（1）最大最小垂直反力时，计算结果见下表310。表310 可变荷载组合垂直反力计算（双孔）编号荷载状况最大垂直反力（kN）最小垂直反力（kN）横向分布m1Bm1（1+）横向分布m2Bm2（1+）1公路级单列车1.155782.92-0.155-130.022双列车0.9441254.780.05674.443三列车0.7321138.40.268416.79（2）
20、最大弯矩，计算见下表311。表 3-11编号荷载情况墩柱顶反力计算式Bm1(1+)垂直力（kN）水平力H（kN）对柱顶中心弯矩（kNm）B1B2B1+B20.25（B1-B）1.14H1上部结构与盖梁计算2391.97002单孔三列车623*0.732*1.273580.50580.5124.6145.13220.077注 水平力由两墩柱平均分配二、截面配筋计算及应力验算（一） 作用于墩柱顶的外力1.垂直力最大垂直力： 最小垂直力： 2.水平力 3.弯矩 （二）作用于墩柱底面的外力，由表3-5，3-6 （三）截面配筋计算墩柱顶用C40混凝土，采用，R335钢筋。则纵向钢筋配筋率为按桥规第5.3
21、.1条规定：，故不计偏心增大系数。取1. 双孔荷载，按最大垂直力时，墩柱顶按轴心受压构件验算。 根据桥规第5.3.1条规定： 满足要求。2. 单孔荷载，最大弯矩时，墩柱顶按最小偏心受压构件计算。 ，故按桥规第5.3.9条规定，偏心受压构件承载力计算应符合下列规定： 式中 轴向力的偏心距 有关混凝土承载力的计算系数 有关纵向钢筋承载力的计算系数 圆形截面的半径 纵向钢筋所在圆周的半径ra与圆截面半径之比， 纵向钢筋配筋率，此处， 代入后，经整理得 按桥规附表C表C.0.2“圆形截面钢筋混凝土偏压构件正截面抗压承载力计算系数”表，经试算查得各系数A、B、C、D为：设代入后，得则 墩柱承载力满足桥规
22、要求。第四节 钻孔桩的设计钻孔灌注桩直径为1.50cm，用C40混凝土，R335钢筋。灌注桩按m法计算。根据地质资料，m值为（中密，密实的砂砾，碎石类土）。桩身混凝土受压弹性模量。 一、荷载计算（一）每一根桩承受的荷载为： 一孔恒载反力： 盖梁恒重反力： 一根墩柱恒重： 作用在桩顶的恒载反力： （二）灌注桩每延米自重： （三）可变荷载反力1.两跨可变荷载反力：（公路I级 2.单跨可变荷载反力：I级） 汽车制动力：,作用点在支座中心，距柱顶距离为： 3.作用于桩顶的外力：（见图314a）4. 作用于地面处桩顶上的外力：（见图314b） （a） (b) 图314二、桩长计算根据地质资料，分析采用摩
23、擦桩。单根桩的竖向承载力经验计算公式为 36其中 桩侧第i层土的极限侧阻力标准值（KPa） 桩径为0.8m时的极限端阻力标准值；对其他成桩工艺可查相应表 桩身穿越土层的厚度(m) 桩端面积 分别为大直径桩侧阻力、端阻力尺寸效应系数，查表得。对于摩擦桩，主要考虑摩擦力，可以忽略桩端承载力。故竖向承载力为： 桩的最大垂直力为： 即 解得 取 故 埋入地下的桩长为30m。 轴向承载力验算： 可见 桩的轴向承载力满足要求。三、桩的内力计算（m法）（一）桩的计算宽度：(二) 桩的变形系数： 式中： 对于受弯构件: 故 因为 ，所以可按弹性桩计算。（三）地面以下深度z处桩身截面上的弯矩和水平压应力的计算
24、已知作用于地面处桩顶上的外力：1.桩身弯矩 式中的无量纲数值可由表格查得。计算结果见下表312表312 桩身弯矩计算表ahAmBmH0/a*AmM0BMMz0.33 0.19.10.09960.9997440.951331.2841372.2370.66 0.29.10.196960.9980680.181329.0471410.0331.32 0.49.10.377390.98617153.671313.2141468.3891.97 0.69.10.529380.95861215.571276.5141494.1852.63 0.89.10.645610.91324262.891216.0
25、981481.563.29 19.10.723050.85089294.401133.0711430.3754.28 1.39.10.767610.73161312.56974.23381289.864.93 1.59.10.754660.68694307.27914.74991225.0516.58 29.10.614130.40658250.1541.4141793.93248.22 2.59.10.398960.14763162.43196.5885360.63319.87 39.10.193050.0759578.61101.1373180.515711.51 3.59.10.0508
26、10.0135420.7718.0302738.9223513.16 49.10.000050.000090.020.1198470.1404062.桩身水平压应力 计算结果见下表313。 表313 水平压应力计算表 00000.820.22.117991.290886.89329059213.604942520.498233091.650.41.802731.0006411.7344668721.0920452232.826512092.890.71.360240.6388515.4948104523.5655609439.060371393.720.91.093610.4448116.01
27、68706421.0958920537.11276274.551.10.854410.2860615.2943735716.5817614231.876134996.21.50.466140.0628811.378376944.97032325616.348700198.2620.14696-0.075724.783015903-7.9803409-3.19732499812.43-0.08741-0.09471-4.267318523-14.9726245-19.23994306四、桩身截面配筋与承载力验算验算最大弯矩处的截面强度，该处的内力值为： 桩内竖向钢筋按0.6%的配筋率配置，则选用
28、R235钢筋，桩的换算面积为：桩的换算截面模量为： 桩的计算长度为 根据桥规第5.3.9条和5.3.10条规定： 偏心增大系数： 则 按上述桥墩墩柱所示的方法，查桥规附表C表C.0.2“圆形截面钢筋混凝土偏压构件正截面抗压承载力计算系数”表，经试算查得各系数为：可知 故 则 故钻孔桩的正截面受压承载力满足要求。五、墩顶纵向水平位移验算（一）桩在地面处的水平位移和转角的计算 当时，查表得故 符合m法计算要求。 查表得 当时， （二）墩顶纵向水平位移验算 由于桩露出地面部分为变截面，其上部墩柱截面抗弯刚度为E1I1(直径d1),下部桩截面抗弯刚度为EI（直径为d）h=2100图315 （单位cm） 设,则墩顶的水平位移公式为： 式中 由于 ,所以已知 故 所以 墩顶容许的纵向水平位移为： 符合桥规要求。