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XX大桥下部结构设计 作者： 日期：2 个人收集整理 勿做商业用途 前言随着我国社会的发展与进步和人民的生活水平的日益提高，交通的便利程度和安全性得到了人们的广泛关注，桥梁又是现代交通中不可缺少的组成部分，于此同时，桥梁建设得到了迅猛发展,我国桥梁工程无论在建设规模上,还是在科技水平上，均已跻身世界先进行列。各种功能齐全、造型美观桥梁开始频繁的出现在人们的生活中，给人们带来方便的同时很多桥梁也逐渐成为城市的标志性建筑。本设计为XX河大桥下部结构设计,是根据公路桥涵设计手册系列丛书，以及依照交通部颁发的有关公路桥涵设计规范（JTG系列）拟定设计而成。在设计过程中，我们还参考了诸如桥梁工程、土力学、基础工程、桥涵水文、桥梁结构力学、材料力学、专业英语等相关书籍和文献。设计中考虑了各种尺寸与材料的选用符合规范中对强度、应力、局部承压强度的要求，并且产生在规范容许范围内的变形，使桥梁在正常使用的情况下能够达到安全，稳定和耐久的标准。在可预期偶然荷载下仍能达到基本正常使用的标准。设计时还充分考虑XX河大桥所处区域的地质和水文条件，既保证符合规范要求,同时保证因地制宜并且便于施工和维护，并且兼顾桥梁本身的美观性与社会经济性，既要设计合理,又要起到良好的社会经济效益。1 原始资料及方案比选XX河大桥位于葫芦岛寺缸线上，桥孔布置为535m的预应力混凝土T型简支梁桥，桥梁全长165m.本桥上部为预应力混凝土T型梁，下部结构为钻孔灌注桩墩台。1。1 技术设计标准1）桥面净宽：43.75m+0。5m=15.5m；2）荷载等级：公路级荷载；3）设计洪水频率：1/100；4）设计安全等级：二级；5）环境类别：级；6）计算行车速度：60km/h；7）公路等级：公路级，二车道。1.2 主要设计依据1）公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）;2）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D622004）;3）公路桥涵地基与基础设计规范(JTG D632007）;4）公路桥涵设计手册墩台与基础；5)公路桥梁墩台设计与施工；1.3 工程地质资料根据地质勘察，得出地形、地貌及地层的特征如下：1)地形地貌：XX河大桥位于葫芦岛市缸屯镇钢东村北侧，勘察场地较平坦，属河谷、洪积相地貌。2)地层特征：地层由上至下主要划分为三层：.圆砾、.强风化花岗岩、.中风化花岗岩，各岩层特征分述如下：（1）圆砾：黄褐色，松散中实，以稍密为主，由辉岩、砂岩、安山岩、花岗岩等卵、砾及长石、石英质砂砾组成，卵、砾呈中风化、次圆状，级配中等,厚度3。43.7m，基层标高92.2193。26m，分布普通。（2）强风化花岗岩:太古界，黄褐色，花岗结构，块状构造，由长石、石英、云母等矿物组成，结构部分破坏，风化裂隙发育，岩石较软,属软岩，岩体基本质量等级为级。控制层厚2.0-3。8m，层底标高88。4191.26m，分布普遍。（3)中风化花岗岩：黄褐色,花岗结构,块状构造，结构少部分破坏，风化裂隙较发育，矿物成分主要为长石、石英和云母，岩石硬度较大，岩芯呈短柱状,属较软岩,岩体基本质量等级为级，岩石质量指标RQD较好。控制层厚3.64。5m，层底标高84。8186。76m，分布普遍。3）地下水状况：拟建场地地下水主要赋存于圆砾层中，水量较丰富，属第四季孔隙式潜水类型，地下水对钢结构有弱腐蚀性，对钢筋混凝土无腐蚀性。4）该区域地震基本烈度为度，标准冻层深度为1。10m.5）岩土层承载力（表11）表1-1 岩石承载力图层编号岩（土）层名称容许承载力水下钻孔灌注桩极限侧阻力标准值（)极限侧阻力端准值（）圆砾400130强风化花岗岩5001401800弱风化花岗岩12002002800注：单位:KPa1。4 水文资料桥位滩面广阔，主河槽沟形不太明显，相对较窄，河道弯曲.测量时水面宽约5.0,水深约0。5。设计洪水频率为1/100，设计流量为3895.00，设计水位为100。501,桥址上游汇水面积542/s。1.5 气候资料该地区地处严寒地区，年平均最高气温为30，年平均最低气温为-14，本区地震基本烈度为度.1.6 桥型拟定从桥梁受力体系可以将桥梁分为梁式桥、拱式桥、悬索桥、斜拉桥和刚架桥,从安全、适用、经济和美观四个方面分析。同时，桥型的选择应充分考虑施工及养护维修的便利程序。根据水文、气象、地质等条件，初拟桥型方案有三种。方案一：斜拉桥图11斜拉桥示意图方案分析:斜拉桥抗风能力较大，且跨越能力较强,做成变截面时，外形也很美观；但是它风险较大,塔也过高，支架昂贵，维修费用高，多适用于城市桥梁。方案二:预应力混凝土连续T型梁桥图1-2预应力混凝土连续T型梁桥方案分析:预应力连续梁的技术先进，工艺要求比较严格,需要专门设备和专门技术熟练的队伍，但预应力梁的反拱度不容易控制.从使用效果方面看，该结构属于超静定结构受力较好，无伸缩缝，行车条件好，养护方便，但是该方案机具耗用多，前期投入大，成本较多，成本回收难。方案三:预应力混凝土简支T型梁桥图13预应力混凝土简支T型梁桥方案分析：简支梁受力明确，构造简单施工方便，可便于装配施工，省时省工,适用于本设计的规模.简支梁属于静定结构，受力不如连续梁，同时伸缩缝多，养护麻烦，但是造价低廉劳动力耗用少，工作量小,经济,中小型桥尤其适用。1.7 比选结果综上所述:结合XX河大桥的地质、水文条件进行比选，本着安全、经济、适用、美观的桥梁建造原则以及未来使用条件，XX河大桥不是城市的标志性建筑，故不用过多考虑美观性因素.方案一由于造价昂贵，虽然桥型美观，但是女儿河大桥不是城市道路桥梁,因此，可不考虑美观性因素。方案二属于超静定结构，施工比较复杂，同时造价也比较高。而方案三的简支T型梁桥具有结构造型灵活、整体性好、重量轻、用料省、造价低、耐久性强、行车舒适、外形美观等特点,其跨径较小，可便于装配施工，省时省工，适用于本设计的规模.方案三虽然在工期上会比方案一长，但在从安全角度看，更具有优势，而且方案三中混凝土材料以砂、石为主，对于本设计可就地取材，更加经济合理。1.8 墩台比选1。8。1 桥墩比选方案一：双柱式钻孔灌注桩桥墩：它由分离的两根桩柱所组成。外形美观、圬工体积小、重量比较轻、施工便利、速度快、工程造价低.最重要的是它能减轻墩身重力节约圬工材料,还能配合各种基础,设计灵活多样。它也是目前运用最广泛的桥墩结构之一。方案二:重力式桥墩：它是靠自身重量来平衡外部作用、保持稳定。墩身比较厚实，可以不用钢筋，而用天然石材或片石混凝土砌筑。它适用于承受作用值较大的大、中型桥梁或流水、漂浮物较多的河流中，或在砂石方便的地区，小桥也可以采用。它的缺点就是圬工材料数量多、自重大，因而要求地基承载力高。另外，阻水面积也较大。1。8.2 比选结果综上，着重从经济、安全的立足点出发,结合本设计联系的相关地质条件情况。方案二虽然有着承载能力强、配用钢筋少的优点，但是其所用的圬工材料巨大、地基承载力要求也高。不是很符合本设计的经济和安全的立足点原则，而方案一能够节省材料，节约成本。所以，选择方案一。1.8。3 桥台比选方案一:重力式桥台：适用于填土高度为4-10m的单孔及多孔桥。它的结构简单，基础底承压面积大,应力较小。但圬工体积较大,两侧墙间的填土容易积水，除增大土压力外还易受冻胀而使侧墙裂缝。方案二：轻型桥台：轻型桥台体积轻、自重小，它借助结构物的整体刚度和材料强度承受外力，从而可以节省材料,降低对地基强度的要求和扩大应用范围。1。8。4 比选结果综上，根据XX河大桥的地质条件，桥址周围的材料以及经济、节约的角度进行比选。重力式桥台体积较大，使用材料较多，不符合节约的原则，所以方案一不适用。而方案二对地基承载力的要求相对较小，节省材料降低成本。因此选择方案二。52 桥梁上部结构设计2.1 内力计算2.1。1 上部构造恒载、活载所产生的剪力计算:盖梁各截面剪力计算见表2-1。表21 恒载、活载剪力计算表/KN荷载情况112-23-34-45566左右左右左右左右左右上部恒载0-601。44601.44601.44804.31804.31274.48274.48-274.480。983公路级双列非对称0-80。8580。85-80.85637。84637。84242。56242。56242。561687.7对称0-136。55136。55136.55150。93150。9346。7246。72-25.15-2135.22.1.2 构造恒载、活载产生的盖梁各截面弯矩计算见表22。2.1。3 盖梁自重反力、剪力、弯矩计算耳墙: 图2-1盖梁各截面内力计算图/cm挡块：背墙:(每米重16。1KN） 盖梁:=1。61.81025=720.00KN (每米重720。00/10.0=72KN）合计：(35.44+4.88)210。972262.5123.75720=1211.06KN每片墙反力：G=KN盖梁各截面自重剪力计算见表23表22 恒载、活载弯矩计算表/截面位置上部恒载公路级双列对称非对称1-100002-2=1。85-3211.0452195.419-3582.0443-3=-4。958591.715-5874.2299584。3884-4-5.058765。2855992.9019778。012+0。1805.256379.829433。8608256。02913682.7222510.5845-5-8。15-14145。9559671。711-15780.356-3。14856.5227357.6186210.565+3.216296。20212154。53413883。510-2706.2754874。7958107。41166-9.7-16836.2911511。11618781.5284。65-7284.783-11036.4269315。847-1.55-2773。663-3678。8093233。305+4.7524189.67428190。06328303.407-2705。0621963.7123027.273表2-3 盖梁自重剪力计算表截面计算式Q / KN11左32.904+10。086+7。479+1.125+16.10.85+0。5（0。7+1.0259）1。052.425-119。645右119.64522左32.904+10.086+7.479+1。125+16.12。7+139.2-239.305右-239。30533左32。904+10。086+7。479+1.125+16.13。85+139.2+961.15344。664右G344.664547.7644左547。76-（16.1+96）0.1536。55右536.555-5左536。55-（16。1+96)3.1189。04右189。0466左189.04-（16.1+96）1。5515。285右15。285 盖梁各截面自重弯矩的计算见表2-4表2-4 盖梁自重弯矩计算表截面部分重力/KN/m/KNm1-132。904+10.086=42。991。050。1=0。9540。8417.4790.95-7。105背墙16.10.85=13.6850.50。85=0。425-5.816270.4591.05-0.2=0。85229.890盖梁0.5(0。7+1。0259)2。425=51。7770。492025.474合计309.1262-242。992。90。1=2.8-120。3727.4792.820.941背墙16.12.7=43。470.52.7=1。3558。685270。4592.90.2=2.7-730。239盖梁139.20.8576-119.378合计-1049.6153-342。994.05-0.1=3。95169.8117。4793.9529.542背墙16。13。85=61。9850。53。85=1.925-119。321270。4594。05-0.2=3.851041。267盖梁139.2+961。15=249.60。575-143.52合计-1503。3614-442.994.15-0。1=4.05-174.1107.4794。05-30。290背墙16。13.95=63.5950.53.95=1。975125.600270.4594.150。2=3。951066.678盖梁139。2+961。25=259.20.625-162G892.4240。189.242合计-1469。4365542.997.250。1=7。15307.3797。4797。15-53。475背墙16。17。05=113。5050。57。05=3。525400.105270.4597.050。2=3。525-1906.736盖梁139。2+964.35=556.82。175-1211。04G892。4243.22855。757合计1022.5996-642。998。80。1=8.7374.0137.4798。7-65.067背墙16。18。6=138。460。58.6=4。3-595.378270。4598。8-0.2=8.62325。947盖梁139.2+965。9=705.62。952081.52G892。4244。754239。014合计-1202。911 2.1。4 内力汇总表见2-5表2-5 内力汇总表/KN KNm截面位置 恒载公路级上部构造盖梁合计1-1Q/ KN左0119。645119.6450右1735。7119。645-1855.3451936。240M/ KNm+0000025。47425。47402-2Q/ KN左-173507239。3051975。0051936.240右3356.863239。3053117。5581936。240M/ KNm+00003211.045119.3783330。4233582.04433Q/ KN左3356。863344.6643012.1991936。240右1790。243547.762338。0032611。579M/ KNm+0000-8591。715143。528735。2359584。38844Q/ KN左1790.243536.552326.7932611。579右0.983536。55537。533398。949M/ KNm+00008256.0291628418.02922510.5845-5Q/ KN左0.983189.04190。023398。949右0。983189.04190。0232135.271M/ KNm+00002706。2751211.043917。3158107.41166Q/ KN左0.98315。28516.268-2135.271右0.98315。28516。368-2135.271M/ KNm+0000-2705.0622081.524786。5823027。2732。2 盖梁计算盖梁截面尺寸见图2-2.图22盖梁尺寸/cm2。2.1 垂直荷载计算1） 盖梁自重及内力计算（表26）2）活载计算(1）活载横向分配：荷载对称布置用杠杆法,非对称布置用铰接板法。a.单列公路I级荷载对称布置:图3-3 单列公路I级荷载对称布置表2-6 梁自重及内力表截面编号自重/KN弯矩/KNm剪力/KN左右110。5（0。7+1.0259）1。052.425=54。36654。3660。492=26.74854.366-54.3662-20.5(1.0259+1。6)1。852.425=1453。7454。3662。342-145.740。856=-252.079200.106200.1063-31.151。62。425=110。454.3663.492145.742.006-110.40。51。15=545.681-310。506456440.11.62.425=9。6-54。3663。592-145。742.106110。40.675+9。360。05=-576.251446.4446.45-53.11。62.425=297.654.3666.692-145.745。206-110。43。775+9。63。15+297.61.55=-1047。780148。8148。8661。551。62。425=148.854.3668.242145。746。756-110。45.325+9。64。7+297。63。1+148。80。775=937。58400注：，钢筋混凝土容重取。b.双列公路I级荷载对称布置：图34 双列公路I级荷载对称布置c三列公路I级荷载对称布置：图3-5 三列公路I级荷载对称布置d四列公路I级荷载对称布置：图36 四列公路I级荷载对称布置e五列公路I级荷载对称布置:图3-7 五列公路I级荷载对称布置f公路I级荷载非对称布置：图38 公路I级荷载非对称布置单列公路级荷载非对称布置双列公路-级荷载非对称布置三列公路级荷载非对称布置四列公路级荷载非对称布置五列公路级荷载非对称布置（2）公路I级荷载顺桥行驶:；a。单孔单列公路I级荷载，图39 公路I级荷载单孔单列布置b双孔单列公路I级荷载图310 公路I级荷载双孔单列布置 （3）活载横向分配后各梁支点反力:计算式为:计算结果见表27(4)恒载与活载反力汇总恒载与活载反力汇总见表2-8双孔布载L=69。92m45m，故表中冲击系数。表2-8 各梁反力汇总表 荷载情况1号梁2号梁3号梁4号梁5号梁6号梁/KN/KN/KN/KN/KN/KN上部恒载867。84783。31894。73894。73783.31867.84公路-I级 （双孔五列对称布置）（1+)720。4211440。8411440。8411440.8411440。841720.421公路-I级（双孔五列非对称布置)（1+）1175.4381216.2141266.3551267.3631206.4081151.664表27 梁活载反力计算表荷载横向分布情况公路-级荷载计算方法荷载布置横向分布系数单孔双孔对称布置按杠杆理法计算单列行车366。4070507。163082.442114.112201。524278。94082。442114。11200双列行车366.40741.221507.16357.056201.524278.940247.325342。335201。524278。94041。22157.056非对称布置按偏心受压法计算单列行车366。407196.028507.163303。432134.655186.38273.281101。43311。90816.483-49.465-68。467双列行车366。407139。235507.163192.722106。258147.07773.281101.43340.30555.7887。32810.1432.2.2 双柱反力计算图29双柱反力计算图/cm计算式为： 即 表2-9 墩柱反力计算表荷载情况计算式上部恒载2811.50公路-级（双孔双列对称布置）623。82公路级(双孔双列非对称布置）499.052.2.3 盖梁各截面内力计算 1）弯矩计算支点弯矩采用非对称布置时的计算值，跨中弯矩采用对称布置时的计算值。 图2-10盖梁各截面内力计算图/cm其盖梁各截面弯矩值见表2-10表210 弯矩计算表荷载情况墩柱反力/KN梁的反力各截面弯矩/KN/KN/KN1-12233445-56-6上部恒载2545。88867。84783.31894。7301605.502603.5-2603。52337。94337。947公路级对称荷载3602.10720。421440。811440。8101332。772161.2-1873。092593.52593.51公路-级非对称荷载3665.741175。41216。211266。3502174。563526.33217.28672。38684.3752）相应于最大弯矩值时的剪力计算见表211一般计算公式：1-1截面： ，；22截面： ；3-3截面:，；4-4截面：，;5-5截面：，；66截面：.表2-11 剪力计算表/KN荷载情况上部荷载公路级对称布置公路级非对称布置墩柱反力2545.883602.1033665.74梁的反力/KN867.84720。4211175。438/KN783。311440.8411216.214/KN894。731440.8411266.355各截面剪力1-1/KN000/KN-867。84720。4211175.43822/KN-867.84-720。421-1175.438/KN867。84-720.4211175。4383-3/KN-867。84720.4211175.438/KN1678.042881。6822490。3024-4/KN1678。042881。6822490。302/KN894。7301440。8411274。08855/KN894。7301440.8411274。088/KN007。73366/KN007。733/KN007。733 3）截面内力组合（1)弯矩组合见表2-12其中活载按最不利情况考虑。表2-12 弯矩组合表截面号弯矩组合值11223-34-4551上部恒载0120.291202.88405。741503。662盖梁自重-12.03-15.7877.7279。78366。583公路级对称布置07。02-70。19483。44904。514公路级非对称布置023。71237。0524。95187.1551+2+314.44173。11-1634。991259。442630.8161+2+414。44196.48-1868.59617.551626。50 （2)剪力组合见表213表213 剪力组合表截面号剪力组合值1-1223-3445-51上部荷载/KN0867。84-867.841478。04894。73/KN-867。84-867.841478。04894.7302盖梁自重/KN-54。366-200.106-310。506446.4148.8/KN54.366200.106456446.4148.83公路-级荷载对称布置/KN0720.421720.4212881.681440。841/KN-720.421720.4212881.6821440.8404公路-级荷载对称布置/KN01175。431175。431440.841274。088/KN-1175。43-1175.482490.3022490.307。73351+2+3/KN65。2392290.122422.601274。083269。413/KN-2115.432290。126355.2033626。53178。5661+2+4/KN65。2392927。14-3059.626333。743035。959/KN-2752.262927。145807.2713393。07189.3862。3 盖梁配筋设计盖梁采用C40混凝土，其轴心受压强度为： =16.1MPa。主筋采用HRB400钢筋，取直径d=32mm，其抗拉强度设计值为：=330MPa，一根32钢筋的面积为，钢筋保护层厚度60mm。1）弯矩作用时，各截面配筋设计表2-14 截面配筋设计截面号b/mm1-1-32。0982400965.90.86225273.4842400154091.3333-8715.88124001540154.19448202.56524001540144。645-52779.1172400154047.43662911。3522400154049.73截面号所需钢筋根数实用钢筋根数1-1117.090。151080420。352210693。913。315120630.333-318054。2522。425201050。544416938.3721。0625201050.545-55553.626。925201050。546-65822。937.225201050。54注：表中结构的重要性系数。2）剪力作用时各截面的强度验算（1）计算公式公路桥规规定，当矩形截面受弯构件符合公式时，可不进行斜截面抗剪承载力的验算，而仅需按构造要求配置箍筋.当时，需设斜筋，其中: (2-2）（2）计算参数箍筋采用圆筋,其，C40混凝土,其(3)各截面抗剪强度验算见表2-15 （23) （2-4） （2-5） （26）表215 各截面抗剪强度验算表截面号1-1223-3左右左右左右-65。2392752.260-2927.148-2927。1483059.6286355。203b/mm240024002400/mm965。9154015401761。8022808。962808.96P0。3470。3260。5440.187%0.1870。1872504.5113981.7034098。590/04502569。75-5256.7716908。8516908.8517158.2182256.613截面号4-45-56-6左右左左右左6343。6833626.5333269.413189.38610。82610.826b/mm240024002400/mm1540154015402808。962808。962808.96P0。5440。5440。5440。1870.1870.1874098。5904098.5904098.5900002245.093-472。057-829.177-3909.204-4087.7644087.7643）各截面抗扭强度验算(1)选取4号墩进行验算按公路桥规规定,按构造要求配置抗扭钢筋的条件为： 按控制斜压破坏的条件为:(2）验算抗扭强度采用的公式： （2-7）抗扭纵筋：，其中 （28)(3）盖梁各截面剪力及扭矩计算列于表2-16表2-16 各截面剪力及扭矩计算表 截面号荷载情况1-12-23-34-45-566剪力/KN左-65。239-2927.148-3059。6286343.6833269.41310.826右-2752。260-2927。1486335.2033626。533189。38610.826弯矩/KNm15.40224.02224。02224.02224。02224.022285。019444.518444.518444.518444.518444.518505。181505.181505。181505。181505。181505.1811047。2831265.8371265.8371265.8371265.8371265。837 （4）和相应的计算 a。制动力：T=30.027KN； 温度影