桥梁工程课程设计计算书

课程设计计算书

一、工程概况

该桥梁系某I级公路干线上的中桥（单线），线路位于直线平坡地段。该地区地震烈度较低，不考虑地震设防问题。

桥梁及桥墩部分的设计已经完成，桥跨由4孔30m预应力钢筋混凝土梁组成。

二、方案比选

1)对刚性扩大基础

刚性扩大基础属于浅基础，其埋置深度一般小于5米，对于本工程若采用刚性扩大基础，其须埋于最大冲刷线下不小于1米，刚最小的进置深度为5.7m因此，尽管持力层土层地质良好，考虑浅基础特点故不适合。

(2)沉井基础

沉井基础适用以下情况

1．上部荷载较大，而表层地基土的容许承载力不足，扩大基础开挖工作量大，以及支撑困难，但在一定深度下有好的持力层，采用沉井基础与其它深基础相比较，经济上较为合理时；

2．在山区河流中，虽然土质较好，但冲刷大或河中有较大卵石不便桩基础施工时；

3．岩层表面较平坦且覆盖层薄，但河水较深；采用扩大基础施工围堰有困难时。

综上所述，本工程不须采用沉井基础。

(3)桩基础

(1)当建筑物荷载较大，地基上部土层软弱或适宜的地基持力层位置较深，地下水位较高，采用浅基础或人工地基在技术上、经济上不合理；

（2）河床冲刷较大，河道不稳定或冲刷深度不易计算正确，位于基础或结构物下面的土层有可能被侵蚀、冲刷，如果采用浅基础不能保证基础安全时；

(3)当地基计算沉降过大或结构物对基础沉降变形与水平侧向位移较敏感，采用桩基础穿过松软（高压缩）土层，将荷载传到较坚实（低压缩性）土层，以减少建筑物沉降并使沉降较均匀；

(4)承受较大的水平力，需要减少建筑物的水平位移和倾斜时，对稳定性要求较高；

本工程对水平位移要求严格，本工程中局部冲刷线集位置较深，采用桩基础具有造价低，强度高，沉降量小而均匀，施工较两者简易，综上所述，本工程采用桩基础比较合理。

三、基本设计资料

1.工程地质和水文地质

河床标高为78.32，桩顶与河床平齐，一般冲刷线标高为75.94 m，局部冲刷线标高为73.62 m。

地基土为中密砂砾土，地基土比例系数m＝10 000 kN/m4；地基土极限摩阻力qik60 kPa；地基容许承载力[fa0]＝430 kPa,内摩擦角

＝20，土的密度 = 11.80 kN/m（已考虑浮力）。

o

2

2.墩柱及桩的尺寸

采用双柱式墩（图1)。墩帽盖梁顶标高为84.72 m，墩柱顶标高为83.32m；桩顶标高为78.32m。墩柱直径1.30m；桩的直径1.50 m。桩身用C25混凝土；其受压弹性模量Ec=2.8107KPa。

cm）

图1 双柱式桥墩计算图（标高单位为m，尺寸单位为

表1 作用值计算表（盖梁顶）

荷载情况 顺桥方向 结构重力 汽车双列双孔 人群双孔 汽车双列单孔 人群单孔 单孔制动力 P/kN 2396.00 1562.43 134.97 1163.17 65.61 65 5.3 H/kN M/(kN·m) 141.38 0.0 488.53 27.56 距桩顶力臂5.8m 盖梁 风 力 风力 墩柱 风 力 横桥方向 汽车双列双孔 人群双孔 汽车双列单孔 人群单孔 1562.43 134.97 1163.17 65.61 5.4 距桩顶力臂2.5m 2421.77 0.0 1802.91 0.0 注：

根据表1，经计算求得作用一根桩顶荷载为： 双跨结构重力 P1=1467.40 kN 盖梁自重反力 P2=2.00kN 一根墩柱自重 P3=165.32 kN 系梁自重反力 P4=66.90 kN

每一延米桩重 q=25.91 kN/m（已考虑浮力） 双跨双列汽车荷载反力 P5=1184.24 kN（考虑横桥向偏心影响，计算桩长用，取大值）

双跨人群荷载反力 P6=66. kN（考虑横桥向偏心影响，计算内力用，取小值）

单跨双列汽车荷载反力 P7=280.50 kN 单跨人群荷载反力 P8=32.21 kN 单跨双列汽车荷载弯矩 M1=117.46 kN·m

单跨人群荷载弯矩 M2=13.18 kN·m

水平制动力 H1=32.5 kN ， 制动力弯矩 M3=208 kN·m 风力水平力 H2=10.70 kN ， 风力弯矩 M4=44.24kN·m

四、计算内容

1、桩长的计算

由于地基土层单一，可按单抽向受压内容容许承载力经验公式初步反算桩长。

设桩埋入最大冲刷线以下深度L,一般冲刷线以下深度为h,h=L+2.32。

单桩轴向受压容许承载力：

RaUqikliApλm0fa0k2γ2h3 式中：桩身周长Uπ1.54.71m;

桩端截面面积Apπ1.521.77m2； 地基土与桩侧的摩阻力qik60kPa； 修正系数λ取0.7，清孔系数m0取0.9；

fa0430kPa，k25，γ211.8kN/m3砂土透水，考虑浮力作 用；代入单桩轴向受压容许承载力公式得：

12 207.09l434.76

1412 Ra4.7160l1.770.70.9430511.8l2.323 计算单桩的竖向受力：

根据规范规定：按作用短期效应组合计算，且可变作用的频遇值系数均取1.0；桩身自重与置换土重的差值作为荷载考虑。 汽车与人群荷载按两跨布载时的支座反力计算为最不利。 则单桩的竖向受力为：

'NhP1P2P3P4P5P6q78.3273.62lAplγ1467.402.00165.3266.901184.2466.25.9178.3273.62l1.77l11.83336.5275.024l令 Nh=RRa；

取R=1.0 3336.527 + 5.024l = 434.76 + 207.09l 解得 l=14.36 m

取l=15m,则桩底高程为58.62，同时桩的轴向承载力满足要求。 2、桩的计算宽度和桩的变形系数计算

1）桩的计算宽度b1

因d=1.5m>1.0m,对单排桩k=1.0,圆形桩kf0.9。 所以： b1kfd10.91.512.25m 2）计算桩的变形系数

π1.540.248m4 I E0.8Ec0.82.81072..24107kP a

α5mb15100002.250.332m1 7EI2.08100.248 αh00.332154.982.5 所以按弹性桩计算。

3、计算墩帽顶上受力Pi、Qi、Mi及桩在最大冲刷线处受力P0、Q0、M0 按承载能力极限状态作应效应基本组合计算。

汽车和人群荷载按一跨布载时的支座反力计算为最不利。 1）

墩帽顶上受力

Pi1.21467.401.4280.500.81.432.2121.66KN Qi1.432.545.5KNMi1.4117.460.81.413.18179.21KNm

2）最大冲刷线处受力

P021.661.266.902.00165.3225.914.72931.26KNQ045.50.81.110.754.92KNM0179.2145.511.10.81.1[5.3(4.75.8)5.4(2.54.7)]767.45KNm4、墩柱顶纵向水平位移验算

按承载能力极限状态作用效应基本组合进行验算，根据步骤3的计算可知：桩在最大冲刷线处受力为Q054.92KN,M0767.45KNm;墩

帽顶上受力为Qi45.5KN,Mi179.21KNm

墩柱顶纵向水平位移：x1x00(78.3273.62)xQxm 其中，桩在最大冲刷线的水平位移x0和转角0

Q0M0ABXx32EIEI54.92767.452.440661.6210037270.3320.82.8100.2480.3320.82.8100.2482.69103mx0x06mm,符合相关规范要求. 0Q0M0AB2EIEI54.92767.45（1.62100）（1.750582770.3320.82.8100.2480.3320.82.8100.2488.74104radI1.34xQ0.14,E1E,nE1I1EII1I(1.31.5)40.56 Q13[(nh2h31)nh1h2(h1h2)]E1I1345.5133[(0.564.75)0.564.75(4.75)] 70.82.8100.1432.74103mxMM[h12nh2(2h1h2)]2E1I1179.21[520.564.7(254.7)] 720.82.8100.141.82103mx1x00(78.3273.62)xQxm(2.690.8749.72.741.82)10315.72103m1.572cm水平位移容许值[]0.5302.74cmx1[]墩柱顶纵向水平位移符合要求

5.桩身截面强度验算

1）确定最大弯矩Mmax及其截面位置

计算最大冲刷线以下深度Z处的桩身截面弯矩MZ,计算公式为：

MZQ0AmM0Bm其中：Am.Bm可由附表3.7查的 MZ的计算结果见表1z 0 0.60 1.20 1.81 2.11 3.01 4.22 5.42 6.63 7.83 9.04 az 0 0.2 0.4 0.6 0.7 1.0 1.4 1.8 2.2 2.6 3.0 al 4.98 4.98 4.98 4.98 4.98 4.98 4.98 4.98 4.98 4.98 4.98 Am Bm Mz(KNm) 0 0.19696 0.37739 0.52938 0.59223 0.72305 0.798 0.68488 0.53160 0.35458 0.19305 1.0000 0.99806 0.98617 0.95861 0.93718 0.850 0.68009 0.498 0.32025 0.14778 0.04619 767.45 798.54 819.26 823.26 817.21 772.62 8.48 496.17 333.71 172.07 67.38 经比较可得最大弯矩Mmax=823.26 kN·m，所在截面位置为z=1.81m 2）桩身配筋及强度验算

按最大弯矩所在截面（Z=1.78m）的内力经行配筋和强度验算，并按承载能力极限状态作用效应基本组合计算内力，该截面的轴力组合设计值

NdP01.2qzdzqik2928.081.225.911.813.141.51.8160 2472.85KN桩内竖向钢筋按含筋率0.5%配置

AS4d23.141.520.5%88.31104m28831mm2 4现选用18根B25（HRB335）钢筋AS8836.2mm2 实际配筋率为As0.5% 2r'HRB335钢筋抗压强度设计值fsd280Mpa

桩身混凝土强度等级采用C25，其抗压强度设计强度fcd11.5Mpa 偏心距e0Md823.260.333m Nd2472.85计算长度 l0=0.7l=0.719.7= 13.79m 长细比l02r13.791.59.194.4

所以考虑纵向弯曲影响，考虑偏心距增大系数，取混凝土保护层厚度为60mm，则

纵向钢筋所在圆周半径rs1.520.060.02520.6775m 圆形截面有效高度h0rrs0.750.67751.4275m grs0.67750.903 r0.75系数10.22.7e0h00.82＜1.0,取10.83

21.150.01l0h1.061.0,取21.011l1(0)2121400（e0h0)h113.792()0.831.01400(0.3331.4275)1.5121e00.404m'BfcdDgfsd11.5B1.22D已知e0r750AfcdCfsd11.5A1.4C

利用试算法查表得 ε 6.0 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 由

上

A 1.4908 1.5228 1.5548 1.5868 1.6188 1.6508 1.6827 表

可

B 0.6651 0.6661 0.6666 0.6666 0.6661 0.6651 0.6635 见

，

C 0.5021 0.5571 0.6319 0.6734 0.7373 0.8080 0.8766 当

D 1.7856 1.7636 1.7387 1.7103 1.6763 1.6343 1.5933 =0.61

e0(mm) 443.30 405.50 394.7763 384.05 373.2868 362.2125 351.5051 时

，

e0405.50与e0404相差为0.37%2%，符合要求

因此，截面所能承受的轴向容许值为

'NuAr2fcdCr2fsd1.52280.75211.51030.55710.0050.752280103102.33KN0Nd2472.85KN(0为结构重要性系数，当设计安全等级为二级时，取1.0，下同）

'MuBr3fcdDgr3fsd0.66610.75311.51031.76360.9030.7530.0052801034172.21KN.m0Md823.26KNm计算结果表明，截面符合承载力要求

10、裂缝宽度的验算

由于偏心距e0333mm,桩长l154.719.7m，r750mm,rs677.5mm又考虑到l0/2r13.79/1.59.194.4,故考虑偏心增大系数s由公式s11ll(0)24000e0/(rrs)2r

19.713.792（）4000330/750677.51.52.78

作用短期效应组合NSP1P2P3P4qlAprl0.7P5P61467.702.30165.6266.925.9119.71.7711.8150.71184.5466.3056.615KN作用长期效应组合NLP1P2P3P4qlAprl0.4P50.4P61467.402.00165.3266.9025.9119.71.7711.8150.41184.540.466.2661.209KN2Nsse0ss59.422(2.801.0)1.653rrfcu,k3056.6152.7833359.421.01.650.0053 2.8027503.147502556.08MPa2ssdWtkC1C20.03(0.0041.52CEs2661.20956.001.51.0(10.5)[0.03(0.0041.5260)]53056.6150.0052.010 1.01.435[0.0328.585105(1.291.2)]5.87103mm0.2mm其中C11.0,C210.5满足规范要求。Nl1.435NS五、施工工序

桩基础在施工前应根据已定出的桥台纵横中心轴线直接定出桩基础和各基础桩位，并设置好固定桩位标志，以便施工时随时校核。

（一） 准备工作 1、准备场地

施工前应将场地平整好，以便安装钻架进行钻孔。 2、埋置护桶 3、制备泥浆

（二） 钻孔

采用正循环进行旋转钻进成孔。在钻孔过程中，始终保持钻孔水位要高出筒外1~1.5m的水位差和护壁泥浆的要求，钻孔要一气呵成。钻孔过程中加强对桩位、成孔情况的检察工作。

（三）清孔及装吊钢筋骨架 （四）灌注水下混凝土

混凝土应拌合均匀，灌注时连续作业，随时测量和记录孔内混凝土灌注标高和导管入孔长度。