橋梁工程重力式橋墩課程設(shè)計(jì)總結(jié)

北京交通大學(xué)橋梁工程墩臺(tái)設(shè)計(jì)任務(wù)書第一章工程設(shè)計(jì)概況一、線路、水文、地質(zhì)情況線路為I級(jí)鐵路，單線，直線，平坡?；氐刭|(zhì)粘土，液性指數(shù)0.13,孔隙比0.69基本承載力400kPa,土的容重19.5kN/m3o水文、氣象：無流水、無冰凍。二、設(shè)計(jì)活載及建筑材料概述程版載 普遞談設(shè)計(jì)活載為中一活載，且乘以荷載系數(shù)1.3。程版載 普遞談圖1—1中一活載圖示墩帽采用標(biāo)號(hào)C30,鋼筋混凝土，托盤及縮頸以下40cm墩身采用C30號(hào)混凝土，墩身及基礎(chǔ)采用C20號(hào)混凝土。三、橋梁跨度、樣式、尺寸說明跨度24m單線鐵路先張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁。梁全長(zhǎng)24.6m,梁縫0.1m,梁高2.1m,支座鉸中心至支撐墊石頂面為0.325m,軌底至梁底2.6m,軌底至支撐墊石頂高度3.0m,墊石高度為0.2m,支座底板尺寸為0.5mx0.5m,支座全高0.4m,每孔梁重1568kN。橋上設(shè)雙側(cè)人行道及欄桿。四、橋墩形式及尺寸頂帽及托盤尺寸見附圖一。墩身及基礎(chǔ)尺寸見附圖二。各部分尺寸確定依據(jù)及最終取值如下：墩帽厚度墩帽直接支撐橋跨結(jié)構(gòu)承受較大的支座反力，為了把支座反力均勻地傳遞給墩身，鐵路規(guī)范規(guī)定，墩帽的厚度不小于40cm,并應(yīng)采用不低于C30的混凝土，一般要設(shè)置鋼筋。依據(jù)以上規(guī)范規(guī)定，設(shè)置墩帽厚度為40cm,采用C30混凝土，并設(shè)置鋼筋。墩帽平面尺寸°L當(dāng)相鄰跨度相等時(shí)，相鄰支座間的順橋方向中心距離為北京交通大學(xué)橋梁工程墩臺(tái)設(shè)計(jì)任務(wù)書〃一梁支座底板縱向尺寸e—梁端至支座中心線的距離（e=0.3m）e0—為相鄰兩梁之間應(yīng)留的縫隙（e°：0.1m）支座底板尺寸給定0.5mx0.5m，經(jīng)過驗(yàn)算：a=0.5m<2e+e=0.7m滿足規(guī)范要求。Q為了提高局部承壓力，并考慮施工誤差及預(yù)留錨栓孔的要求，支撐墊石邊緣至支座底板邊緣應(yīng)保持一定的距離b,其值為15?20cm。依據(jù)以上規(guī)范規(guī)定，取b=20cm。Q支撐墊石邊緣至頂帽邊緣的距離的為了滿足架梁時(shí)或養(yǎng)護(hù)時(shí)安放移梁及頂梁設(shè)備的需要，應(yīng)符合以下規(guī)定：a.順橋方向（縱向）：跨度L<8m時(shí)，c不應(yīng)小于15cm；8m<L<20m時(shí)，c不應(yīng)小于25cm；L>20cm時(shí)，c不應(yīng)小于40cm。b.橫橋方向（橫向）：當(dāng)頂帽為圓弧形時(shí)，支撐墊石角至頂帽最近邊緣的最小距離與順橋方向相同。當(dāng)頂帽為矩形時(shí)，支撐墊石角至頂帽邊緣的最小距離為50cm。這樣等跨度直線橋頂帽縱向尺寸為：A=f+a+2b+2c考慮到一般架橋機(jī)架設(shè)分片式梁時(shí)，每片梁不能直接落在設(shè)計(jì)位置，需在墩頂上作橫向移動(dòng)，為了給出一定的工作位置，確保操作安全，鐵路規(guī)范規(guī)定，頂帽橫向?qū)挾菳還應(yīng)滿足下列要求：當(dāng)跨度L<8m時(shí)，B>4m;8m<L<20m時(shí)，B>5m;L>20m時(shí)，B>6m。依據(jù)以上規(guī)范規(guī)定，取c=80cm,取B=8m。A=f+a+2b+2c=70+50+2x20+2x80=320cm托盤尺寸為了保證懸出部分的安全，根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，試驗(yàn)資料和構(gòu)造要求，規(guī)定墩帽下四周設(shè)10?20cm寬的飛檐，托盤底面橫向?qū)挾菳不宜小于支座底板外緣的距離b；托盤側(cè)面與豎直線間的夾角p<45。；支撐墊石橫向邊緣外側(cè)50cm處的頂帽底緣點(diǎn)豎直線與該底緣點(diǎn)至托盤底部邊緣處的連線的夾角a<30°，如圖1—2所示。

北京交通大學(xué)橋梁工程墩臺(tái)設(shè)計(jì)任務(wù)書圖1北京交通大學(xué)橋梁工程墩臺(tái)設(shè)計(jì)任務(wù)書圖1-2橋墩托盤尺寸(單位cm)墩身尺寸鐵路橋墩的側(cè)坡不應(yīng)小于20:1,更多情況下采用30:1?40:1。設(shè)計(jì)中橋墩的縱向、橫向傾斜度均采用35:1。明挖基礎(chǔ)尺寸明挖基礎(chǔ)可采用單層式或多層式，每一層的厚度不宜小于1.0m。雙向受力矩形墩臺(tái)的明挖基礎(chǔ)，其最上一層基礎(chǔ)臺(tái)階兩正交方向的破線與豎直線所成的夾角，對(duì)于混凝土基礎(chǔ)不應(yīng)大于35°；其下各層臺(tái)階正交方向的夾角不應(yīng)大于45°,如圖1-3所示基礎(chǔ)側(cè)面基礎(chǔ)側(cè)面圖1-3橋墩托盤尺寸(單位cm)北京交通大學(xué)橋梁工程墩臺(tái)設(shè)計(jì)任務(wù)書第二章荷載計(jì)算一、主力（一）垂直荷載1、梁及橋面重（按木枕橋面計(jì)）N1=1568+38義24.7=2506.6kN2、橋墩圬工重（1）頂帽C30號(hào)鋼筋混凝土N2=8.0*3.2*0.6義25=384kN（2）托盤C30號(hào)混凝土… /、c1N3=（4.3+7.6）x2x-x2.8x23=766.36kN（3）墩身圬工重圬工體積.（ 2hY 2h\V=』hd+絲IB+”dh01035人035廣Bd4=dBh+（—0-+0）h2+ h300 3535 352x3當(dāng)d0=2.8，B0=4.3時(shí)N4=23V，計(jì)算結(jié)果見表2—1表2—1h(m)V(m3)N彳(kN)565.411504.3710141.773260.8115229.925288.0820330.657604.9622.2379.178720.97北京交通大學(xué)橋梁工程墩臺(tái)設(shè)計(jì)任務(wù)書（二）垂直荷載1、單孔輕載（圖2—1）圖2—1單孔輕載（單位m）1430x2.65+17.2x119.6x15.7524=1507.88kN—1507-88X口35=527J58卜刈m2、單孔重載（圖2—2）圖2—2單孔重載（單位m）_1430x21.35+17.2x119.6x8.25R. 2 24=1979.24kNMR2=197924x035=692534kN.巾3、雙孔重載（圖2—4）由結(jié)構(gòu)力學(xué)原理可知，如果相鄰兩孔梁的跨度分別為々和1V兩孔梁上靜活載分別為G和G，則當(dāng)號(hào)=G時(shí)，簡(jiǎn)算墩的支座反力之和為最大，因?yàn)槭堑瓤? 2LL梁，所以公式簡(jiǎn)化成q=G2，計(jì)算X值：

北京交通大學(xué)橋梁工程墩臺(tái)設(shè)計(jì)任務(wù)書圖2—3x計(jì)算簡(jiǎn)圖（單位m）G1=G2104x(11.9—x)+119.6x[24.7-(11.9-x)]=1430+119.6x[24.7—x—7.51nx=5.32m由此可以得出雙孔重載圖示：圖2—4雙孔重載（單位m）R=R'+R"1430x7.97+11.88x119.6x18.41104x6.58x2.94+119.6x18.12x15.29= 1 24 24=3029.27kNM=(R'-R")x0.35二(1564.79-1464.49)x0.35=35.105kN?m北京交通大學(xué)橋梁工程墩臺(tái)設(shè)計(jì)任務(wù)書4、雙孔空載（圖2—54、雙孔空載（圖2—5）圖2—5雙孔空載（單位m）R4=R4'+RJ24.7x13x12「 x224=321.1kNM=0R4二、附加力（一）順橋方向水平力1、制動(dòng)力（牽引力與制動(dòng)力大小相等，方向相反）（1）單孔輕載和單孔重載P二（1430+17.2x119.6）x0.10=348.712kNz對(duì)墩身任意截面的力矩：MZ=348.712x（0.325+2.6+h）=1020+348.712h見表2—2表2—2h(m)510152022.2M(kN?m)2763.564507.126250.687994.248761.41(2)雙孔重載P;(1430+11.88x119.6)x0.10=Z285<348.712kNP;(18.12x119.6+6.58x104)x0.10=Z285<348.712kN

北京交通大學(xué)橋梁工程墩臺(tái)設(shè)計(jì)任務(wù)書因?yàn)榫∮谝豢琢嚎绲墓潭ㄖё乃搅Γ嗜圆捎脝慰琢嚎缰苿?dòng)力。2、風(fēng)力風(fēng)壓強(qiáng)度按W=1.1kN/m2計(jì)算。（1）頂帽及托盤風(fēng)力（縱向）P=（8x0.6+7'+4.3x2）x1.10% 2=（4.8+11.9）x1.10=18.37kNx1.10+PWxh… /c小cc、x1.10+PWxhM=4.8x(0.3+2)+11.9x-x /L 3 7.6+4.3=26.444+18.37xh見表2—3表2—3h(m)510152022.2M(kN?m)P1118.294210.144301.994393.844434.258（2）墩身風(fēng)力（計(jì)算結(jié)果見表2—4）b=4.3m2hB=b+——nn=35風(fēng)壓強(qiáng)度按W=1.1kN/m2計(jì)算。受風(fēng)面積A=-2—xh=(b+h/n)xh風(fēng)力P=AxWW2大尸辛h2b+Bh3b+2h/n力臂c=—x =—x 3b+B32b+2h/nh2力矩(對(duì)計(jì)算截面)MP=PWxc=—x(3b+2h/n)xW北京交通大學(xué)橋梁工程墩臺(tái)設(shè)計(jì)任務(wù)書力矩(對(duì)基頂截面)MP=PW義(c+22.2—h)h2 .=—x(3b+2h/n)*W+P*(22.2—h)6 W2h2=—x(3b+2h/n)*W+(b+h/n)*h義W義(22.2—h)6表2—4h(m)510152022.2P(kN)W224.4450.4478.02107.17120.5MP（kN?m）（對(duì)計(jì)算截面）60.43246.98567.481029.811280.19MP（kN?m）（對(duì)基頂截面）480.72862.381129.231265.591280.19（二）橫橋方向水平力1、梁及列車風(fēng)力鋼軌高度采用h=0.16m0軌底至梁底h=2.6m2軌底至支撐墊石頂h3=3m軌頂至梁底高度,=2.6+0.16=2.76m列車風(fēng)力力臂c=3+2.16=5.16m梁上受風(fēng)面積F=2.76x24.7=68.172m21一孔列車受風(fēng)面積F=3x24.7/2=37.05m23北京交通大學(xué)橋梁工程墩臺(tái)設(shè)計(jì)任務(wù)書(1)橋上無車E0=1.1義68,172=74.99kNM0=E0義(h3+0.16——=74.99X1.78=133.48kN?m(2)橋上有車單孔活載J=1.1x(68.172+37.05)=115.74kNM=1.1x(68.172X1.78+37.05x5.16)=343.78kN?m(3)橋上有車雙孔活載E2=1.1x(68.172+74.1)=156.5kNM=1.1x(68.172X1.78+74.1x5.16)=554.07kN?m以上力矩為對(duì)支撐墊石頂面力矩，對(duì)墩身截面再增加：AM=Ex(2.6+h)，計(jì)算結(jié)果見表2—5表2—5h(m)5+2.610+2.615+2.620+2.622.2+2.6橋上無車E0(kN)74.9974.9974.9974.9974.99M0(kN-m)703.4041078.3541453.3041828.2541993.232一單孔活載一EJkN)115.74115.74115.74115.74115.74M(kN?m)1223.4041802.1042380.8042959.5043214.132一雙孔活載一E2(kN)156.5156.5156.5156.5156.5M(kN?m)1743.472525.973308.474090.974435.2710北京交通大學(xué)橋梁工程墩臺(tái)設(shè)計(jì)任務(wù)書2、頂帽及托盤風(fēng)力(表2—6)P=(3.2x0.6+2.8x2)x1.1嗎二(1.92+5.6)x1.1=8.272kNM二(1.92x2.3+5.6x1)x1.1+8.272hp3=11.02+8.272h表2—6h(m)510152022.2M(kN?m)P352.3893.74135.1176.46194.663、墩身風(fēng)力（表2—7）b=2.8m2hB=b+——nn=35風(fēng)壓強(qiáng)度按W=1.1kN/m2計(jì)算。受風(fēng)面積A=—2—xh=(b+h/n)xh風(fēng)力P=AxW%大尼辛_h2b+B h3b+2h/n/力臂c=x=x3b+B32b+2h/n力矩(對(duì)計(jì)算截面)MP=PWxc=—x(3b+2h/n)xW力矩(對(duì)基頂截面)MP=Px(c+22.2—h)h2=—x(3b+2h/n)xW+Px(22.2—h)6 W4h2=—x(3b+2h/n)xW+(b+h/n)xhxWx(22.2一h)611

北京交通大學(xué)橋梁工程墩臺(tái)設(shè)計(jì)任務(wù)書表2—7h(m)510152022.2P(kN)%16.1933.9453.2774.1783.87MP（kN?m）（對(duì)計(jì)算截面）39.81164.48381.86699.81873.59MP（kN?m）（對(duì)基頂截面）318.2578.58765.41862.98873.593、列車橫向搖擺力（表2—8）PYB=130kNM=130x5.16+130x(2.6+h)pYbh(m)510152022.2M(kN?m)pYb2360.84050.85740.87430.88174.412

北京交通大學(xué)橋梁工程墩臺(tái)設(shè)計(jì)任務(wù)書第三章墩身計(jì)算圖3—1矩形截面計(jì)算圖示(單位m)計(jì)算公式：截面面積A=Bd(m2)截面慣性矩I=竺(m4) I=竺3(m4)X12 y12截面抵抗矩W=竺巴(m3) W=SE(m3)x6 y6各截面計(jì)算結(jié)果如表3—1h(m)B(m)d(m)A(m2)I(m4)W(m3)I(m4)W(m3)54.593.0914.183111.28517.304324.900910.8501104.873.3716.411915.53249.218032.436613.3210155.163.6618.885621.082011.520241.903416.2416205.443.9421.433627.727214.074752.858119.433122.25.574.0722.669931.293715.377758.610921.045213

北京交通大學(xué)橋梁工程墩臺(tái)設(shè)計(jì)任務(wù)書一、截面偏心檢算(一)縱向偏心檢算截面偏心應(yīng)按各種荷載最不利組合，對(duì)墩身各截面進(jìn)行檢算，一般系單孔輕載(主加附)控制縱向偏心，按單孔輕載時(shí)列出截面計(jì)算結(jié)果如表3—2。單孔輕載(主+附)縱向偏心檢算 表3—2截面位置h(m)510152022.2恒載N1+N2+N3+N4(kN)5161.336917.778945.0411261.9212377.93活載R1(kN)1507.881507.881507.881507.881507.88垂直力合計(jì)EN(kN)6669.218425.6510452.9212769.813885.81制動(dòng)力PZ(kN)348,712348,712348,712348,712348,712風(fēng)力PW+PW(kN)42.8168.8196.39125.54138.87水平力合計(jì)EP(kN)391.522417,522445,102474,252487.582垂直力力矩MJkN.m)527.758527.758527.758527.758527.758水平力力矩MJMp^+,(kN?喻2942.2844964.2447120.1549417.89410475.86力矩合計(jì)EM(kNm)3470.0425492.0027647.9129945.65211003.62偏心e=EM/EN0.5200.6520.7320.7790.792容許偏心[e]=0.6S=0.3d0.9271.0111.0981.1821.22114

北京交通大學(xué)橋梁工程墩臺(tái)設(shè)計(jì)任務(wù)書（二）橫向偏心檢算1、橋上無車，墩身橫向偏心檢算（表3—3）截面位置h（m）510152022.2zN=N1+N2+N+N4(kN)5161.336917.778945.0411261.9212377.93"=E。+P3+PJkN)99.452117.202136.532157.432167.132ZM=M0+MJ m)795.5941336.5741970.2642704.5243061.482e=ZM/ZN0.1540.1930.2200.2400.247[e]=0.3xB1.3771.4611.5481.6321.6712、雙孔空載，墩身橫向偏心檢算（表3—4）表3—4截面位置h（m）510152022.2ZN=N1+N2+N3+N4+R4(kN)5482.437238.879266.1411583.0212699.03ZP=E2+P+P(kN)180.962198.712218.042238.942248.642ZM=M2+Mp+Mp(kN?m)1835.662784.193825.434967.245503.52e=ZM/ZN0.3350.3850.4130.4290.433[e]=0.3xB1.3771.4611.5481.6321.6713、雙孔空載列車橫向搖擺力，墩身橫向偏心檢算（表3—5）表3—5截面位置h（m）510152022.2ZN=N1+N2+N3+N4+R4(kN)5482.437238.879266.1411583.0212699.03ZP=PYJkN)130130130130130ZM=M(kN-m)2360.84050.85740.87430.88174.4e=ZM/ZN0.4310.5600.6200.6420.644[e]=0.3xB1.3771.4611.5481.6321.67115

北京交通大學(xué)橋梁工程墩臺(tái)設(shè)計(jì)任務(wù)書二、穩(wěn)定性和強(qiáng)度檢算（一）整體縱向穩(wěn)定性驗(yàn)算E0=28GPaI—I—0x-Idx2：866L二0.2531.2937查表內(nèi)插計(jì)算變截面影響系數(shù)m=1.61R=R=3600kPaA=17.35m2010=49.6m 10/2=24.8m計(jì)算臨界荷載N“，計(jì)算結(jié)果見表3—6表3—6項(xiàng)目單孔重載雙孔重載N12506.62506.6R2或R31979.243029.27墩頂垂直力N=N1+R4485.845535.87墩頂水平力PZ348.712348.712支點(diǎn)反力力矩MR692.73435.105制動(dòng)力或牽引力力矩Mz=PZ義0.325113.33113.33墩頂外力力矩M=MR+MZ806.064148.435eM/N-0= h3.4350.0520.0078剛度修正系數(shù)a氏一01—+0.160.2+e0/h0.5570.6414amEIl21277593147026516

北京交通大學(xué)橋梁工程墩臺(tái)設(shè)計(jì)任務(wù)書臨界荷載入「 4mEI, 1 、N=a 0—dx( - )cr 12 1 4mEI 10 1+a 0-dx-, l2 1.1RA0 a06520065639主力+附加力時(shí)安全系數(shù)K=1.67177<652008857<65639B-LIRaA0-Nyy1.1RA0-KN0.0570.051（二）強(qiáng)度檢算1、計(jì)算彎矩增大系數(shù)n/計(jì)算結(jié)果見表3—7表3—7項(xiàng)目單孔重載雙孔重載KN 八KN(主+附K-1.6)Ncry0.110.135丑—1+a,t' cr\) /10/2u'u'-7.61.00191.0021u'-12.61.00321.0035u'-17.61.00451.0050u'-22.61.00571.0063u，-24.81.00631.006917

北京交通大學(xué)橋梁工程墩臺(tái)設(shè)計(jì)任務(wù)書2、墩身強(qiáng)度檢算（1）單孔重載（主+附）（表3—8）h510152022.2N+G=N1+R2+N2+N3+N47140.578897.0110924.2813241.1614357.17"M2+M2+O+，3635.0185656.9787812.88810110.6311168.59ny1.00191.00321.00451.00571.0063不 n+gnM-、o= + (kPa)ma' A Wx1002.0561157.7591259.6871340.2251364.175N N+GnM/“、o= -—(kPa)min1 A Wx4.85615-73.5448-102.797-104.674-97.5462（2）雙孔重載（主+附）（表3—9）h510152022.2N+G=N1+R3+N2+N3+N48190.69947.0411974.3114291.1915407.2MUMR4+MZ+MPW1+MPW22977.3894999.3497155.2599452.99910510.96ny1.00211.00351.0051.00631.0069不 n+gnMo= +-_x(kPa)max2 A Wx985.96751150.3321258.2551342.6281367.868N N+GnMZZDAo= -——x(kPa)mi% A Wx169.012761.842459.83348-9.09613-8.6034618

北京交通大學(xué)橋梁工程墩臺(tái)設(shè)計(jì)任務(wù)書(3)計(jì)算最大壓應(yīng)力從以上計(jì)算結(jié)果可以看出，墩身單孔重載較雙孔重載應(yīng)力大，因?yàn)榻孛娉霈F(xiàn)拉應(yīng)力故按單孔重載作應(yīng)力重分布計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表3—10表3—10h510152022.2d3.093.373.663.944.07A14.183116.411918.885621.433622.6699丑?Mey―N+G0.51000.63790.71840.76790.7828e才0.1650.1890.1960.1950.192九2.002.142.192.192.16N+G、o= 九maxA1007kPa=1.007MPa1160kPa=1.16MPa1267kPa=1.267MPa1353kPa=1.353MPa1368kPa=1.368MPa墩身C20號(hào)混凝土容許壓應(yīng)力［。］=13.5MPa，計(jì)算主力加附加應(yīng)力時(shí)容許壓應(yīng)力可以提高30%，即［。］=13.5x1.3=17.55MPa，以上計(jì)算最大壓應(yīng)力。max均在容許范圍以內(nèi)。從前面荷載計(jì)算和墩身截面模量計(jì)算可以看出，順橋方向垂直力以及彎矩均比橫橋向的大，截面模量則順橋向比橫橋向的小，所以墩身強(qiáng)度判定順橋向作為控制設(shè)計(jì)，橫橋向不再計(jì)算。19

北京交通大學(xué)橋梁工程墩臺(tái)設(shè)計(jì)任務(wù)書三、墩頂彈性水平位移檢算沿墩身高度H等分為若干段，采用3m分一段，墩身分段及編號(hào)見圖3—2。圖3—2墩身分段（單位cm）20北京交通大學(xué)橋梁工程墩臺(tái)設(shè)計(jì)任務(wù)書用虛功原理數(shù)積法計(jì)算橋墩墩頂縱向水平位移，計(jì)算結(jié)果見表3—11。3—11墩身分晅序列數(shù)i史分段截i墩頂距小Y(m)i踞段截口￥慣性矩I(m4)“ 分段截面彎條矩N?m)MlIM.-ixiIi墩頂偏心彎矩M0'墩頂水平的彎矩P-Yi力身縱風(fēng)力矩MW彎矩總計(jì)Mi008.17806.06500806.098.661013.18.171081.00736.221117.229136.7477136.747726.210.202162.014123.712285.729224.0911448.182239.312.583243.022258.833501.861278.3673835.1019412.415.364324.029443.464767.494310.38371241.535515.518.575405.036679.466084.502327.65221638.261618.622.266486.043968.717454.757334.89482009.369721.726.467567.051313.088880.13