桥梁墩台基础工程课程设计.doc

《桥梁墩台与基础工程》课程设计任务书
一、课程设计目的
该课程设计是为了更好的掌握桥梁墩台与基础的一般设计方法，使其具备初步的独立设计能力；掌握如何综合考虑上部结构、水文、地质条件来进行一般墩台基础设计能力；提高综合运用所学的理论知识独立分析和解决问题的能力；培养学生在综合性和实践性方面能力，以期能独立地、系统地完成一个工程设计的全过程。
二、课程设计题目
某简支梁桩柱式墩、台设计
三、课程设计内容和要求
（一）课程设计内容
1、设计荷载标准
公路Ⅰ级，人群荷载-3.5KN/m2。
公路Ⅱ级,人群荷载-3。0KN/m2.
2、桥面净空
5梁式:净7+2×1。0m。
6梁式：净9+2×1.0m。
3、上部构造
该桥上部构造尺寸及永久荷载见下表1和2： 表1
编号
跨径
（m）
主梁间距
（cm）
计算跨径
（m）
梁长
（m）
支座尺寸
（cm）
肋宽
(cm）
每片主梁自重
（kN/m）
5梁式（6梁式)
1、5号
(1、6号）
2、4号
（2、5号）
3号
（3、4号）
1
13
160
12.6
12。96
16＊25＊2.8
18
15。655
13。625
13。625
2
16
160
15.5
15.96
18＊25*2。8
18
17。77
18.09
17。90
3
20
160
19.5
19。96
18＊25＊2。8
18
19。377
19.425
18。451
4
25
160
24。3
24。96
20＊35＊4.2
36
23.975
20。1
22.61
5
30
160
29.16
29。96
20＊35＊4。2
40
27。022
23.239
27。732
表2
编号
跨径
（m）
上部一孔恒载
（kN）
每一个支座恒载反力
（kN)
5梁式（6梁式）
5梁式
6梁式
1、5号
(1、6号）
2、4号
(2、5号）
3号
（3、4号)
1
13
935。52
1110.80
101．44
88．29
88．29
2
16
1430.34
1716。02
141．80
144．36
142．84
3
20
1917。26
2285。54
193．38
193．86
184．14
4
25
2764.57
3328.92
299．21
250．85
282．17
5
30
3842.49
4673。34
404．79
348．12
415．43
注:冲击系数为1+μ=1.3
4、水文地质资料（a)
（1）地质资料 表3
土层
天然容重
（kN /m3）
桩侧摩阻力
（kPa）
液性指数
孔隙比
中砂
20.5
60

粘性土
19。5
65
0。4
0.8
中砂厚度如下: 表4
中砂厚度
（m）
(1)
（2）
（3）
（4）
（5）
(6)
3。0
4。0
4.5
5。0
5.5
6。0
（2）水文资料
墩帽盖梁顶标高：246m,常水位:242。5m，河床标高:240。5m，一般冲刷线：238.5m，局部冲刷线：235.2m.
水文地质资料（b)
（1）地质资料
标高20。00以上桩侧土为软塑亚粘土,各物理性质指标为:容重g =18.5kN/m3,土粒比重Gs=2。70,天然含水量w=21%，液限wL=22。7%,塑限wp=16.3％；标高20。00以下桩侧及桩底均为硬塑性亚粘土,其物理性质指标为：容重g =19.5kN/m3，土粒比重Gs=2。70，天然含水量w=17。8％，液限wL=22。7％,塑限wp=16。3％.
(2）水文资料
墩帽盖梁顶标高：127m，常水位:125m，河床标高:122.00m，一般冲刷线:120。00m，局部冲刷线：118.00m.
5、主要材料
(1)盖梁和墩身均采用C30混凝土；
（2）承台与桩基采用C25混凝土;
（3)主筋采用级钢筋；
箍筋采用级钢筋。
（二）课程设计成果要求
（1）设计成果完整，计算数据准确，图表规范。
（2）墩台基础结构构造图,图纸一律用铅笔绘制，幅面采用3号图纸（A3）
(3）计算书一律采用A4纸用碳素笔书写。
四、课程设计时间安排
1、盖梁及桩柱尺寸拟定; (用时0.5天）
2、盖梁内力计算； (用时1。5天）
3、墩柱内力计算； （用时1天）
4、桩的内力计算； (用时1天）
5、绘制墩柱与桩的构造图（用A3纸画）； （用时0。5天）
6、答辩及资料整理 。 （用时0.5天)
五、参考文献
1、公路桥涵地基与基础设计规范；
2、墩台设计手册;
3、桥梁墩台与基础工程;
4、桥梁工程。
《桥梁墩台与基础工程》课程设计指导书
第一部分 盖梁及桩柱尺寸拟定
盖梁是柱式桥墩的墩帽，一般用20-30号的钢筋混凝土就地浇筑，也有用预制安装或预应力混凝土的。盖梁的横截面形状一般为矩形或者T形。盖梁宽度 B根据上部构造形式、支座间距和尺寸确定。盖梁高度H一般为梁宽的0。8—1。2倍.盖梁的长度应大于上部构造两边梁间的距离，并应满足上部构造安装时的要求。设置橡胶支座的的桥墩应预留更换支座所需的位置，即支座垫石的高度以端横隔板底与墩顶面之间的距离以能安置千斤顶来确定，盖梁悬臂高度h不小于30cm。各截面尺寸与配筋需通过计算确定.
墩柱一般用直径0。6—1.5m的圆柱或方形、六角形柱。墩柱配筋由计算确定。有关构造的具体要求参照《公路钢筋混凝土、预应力钢筋混凝土桥涵设计规范》采用。
为使墩柱与盖梁或承台有较好的整体性,桩柱顶一般应嵌入盖梁或承台15—20cm.当墩身桩的高度大于1。5倍桩距时,通常就在桩柱之间布置横系梁。横系梁的高度可取为桩径的0.8—1。0倍，宽度可为桩径的0。6—1.0倍.横系梁一般不直接承受外力，可不作内力计算,按横截面的0。10%配置构造钢筋即可.
墩柱的间距应保证盖梁的正负弯矩绝对值相等为最经济。
第二部分 盖梁内力计算与配筋
（一)盖梁的内力计算
当盖梁与墩柱的线刚度（)之比大于5时,可将盖梁简化成简支梁或连续梁计算。
1、恒载内力计算
（1）上部构造恒载
每个支座反力已给出为kN,详见基本资料.
(2）盖梁自重
引起的内力按简支梁或连续梁计算.
盖梁自重及产生的弯矩、剪力计算表
截面编号
自重（kN)
弯矩（kN·m）
剪 力（kN）
Q左
Q右
1-1

2—2

2、活载内力计算(找横桥向最不利位置用车辆荷载，顺桥向用车道荷载）
（1）活载横向分布系数计算
对称布置用杠杆法,非对称布置用偏心压力法.
横桥向： a 对称单列b 对称双列c 非对称单列d非对称双列
顺桥向： a 双孔布载b单孔布载
人群荷载:a双孔布载b单孔布载
单列汽车对称布置：
多列汽车同理
横桥向非对称布置车列（举例)
由η1=1/n+eai²/（∑a²） 已知n=5，e=2.65，∑a²=2×（2.6²+5.2²）67.6
则η1=1/5+2。65×5.2/67。6=0。404
η2=1/5+2.65×2。6/67.6=0。302
η3=0。2
η4=1/5—2.65×2。6/67.6=0。098
η5=1/5—2。65×5。2/67。6=—0。004
（2）按顺桥向活载移动情况，求得支座活载反力的最大值。（车道荷载）
分别按照双孔双列、三列加载，单孔双列、三列加载求得最大支座反力B.
(3）活载横向分布后各梁支点反力的计算
公式为：Ri=B×ηi
按照双孔双列、三列对称布置，双孔双列、三列非对称布置求得各梁支座反力，进而得到盖梁的最大弯矩、墩柱底截面的最大轴向力。
按照单孔双列、三列对称加载，单孔双列、三列非对称加载求得各梁支座反力,进而得到墩柱底截面的最大弯矩、盖梁的最大扭矩.
活载横向分配后各梁支点反力（5梁式)为例
梁号

1
2
3
4
5
对称单列
分布系数
支座反力

对称双列
分布系数
支座反力

非对称单列
分布系数
支座反力

非对称双列
分布系数
支座反力

人群

双孔布载
分布系数
支座反力

单孔布载
分布系数
支座反力

3、各梁恒载与活载反力组合
荷载情况
1号梁
R1（kN)
2号梁
R2(kN）
3号梁
R3（kN)
4号梁
R4(kN）
5号梁
R5（kN）
上部恒载

汽-
(双孔双列对称）＊(1+μ)

汽—
(单孔双列非对称）＊（1+μ）

4、双柱反力计算
各梁的恒载、活载支反力求出后，按照简支梁或连续梁求得各种组合下的墩柱的支反力.
5、恒载、活载作用下盖梁各截面的内力计算
按照简支梁或连续梁求得盖梁最大弯矩、及对应的剪力：
最大弯矩值，支点负弯矩取用非对称布置时数值,跨中弯矩取用对称布置时数值。
墩柱反力计算表
荷载情况
计算公式
G1（kN）
上部恒载

汽—
(双孔双列对称)

汽—
（单孔双列非对称）

弯矩计算表
荷载 情况
墩柱反力
G（kN）
梁的反力
各截面的弯矩 (kN·m）
R1（kN）
R2（kN)
1—1
2-2
3—3
4—4
5-5
上部恒载

汽—20
对称

非对称

人群
对称

非对称

相应最大弯矩时剪力的计算
荷载 情况
墩柱反力
G(kN）
梁的反力
各截面的弯矩 (kN·m)
1—1
2-2
3-3
4—4
5—5
R1（kN）
R2（kN）
R2（kN)
Q左
Q右
Q左
Q右
Q左
Q右
Q左
Q右
Q左
Q右
上部恒载

汽20
对称

非对称
人群
对称

非对称

截面内力组合
a 弯矩组合
截面号
内力组合
1-1
2—2
3-3
4—4
5—5
1
上部恒载

2
盖梁自重

3
汽-20对称布载

4
汽-20非对称布载

7
（1+2）×1。2+3×1.4

8
（1+2）×1。2+4×1。4

b 剪力组合
截面号
内力组合
1-1
2-2
3—3
4—4
5—5
1
上部恒载
Q左

Q右

2
盖梁自重
Q左

Q右

3
汽—20对称布载
Q左

Q右

4
汽—20非对称布载
Q左

Q右

7
（1+2）×1.2+3×1。4
Q左

Q右

8
(1+2）×1。2+4×1.4
Q左

Q右

(二）盖梁的配筋及强度复核
钢筋混凝土盖梁的正截面抗弯承载力应按下列规定计算：
抗剪截面应符合下列要求：
钢筋混凝土盖梁的斜截面抗剪承载力按下列规定:
（跨高比)
（三)各截面抗扭强度验算
1、按构造要求配受扭钢筋的条件
按控制斜压破坏
2、 验算抗扭强度采用的公式
3、 盖梁各截面剪力及扭矩计算表
截面号
荷载情况
1—1
2—2
3-3
4-4
5—5
剪力
(kN）
Q左

Q右

弯矩
（kN。m)

制动力引起的弯矩

偏载引起的弯矩

组合弯矩

4、Qjmax和相应MT的计算
a 制动力：
b汽车偏载:
c盖梁各截面抗扭强度验算
截面号
Qj
kN
MTj
kN.m
B
cm
H0
cm
C
cm
D
cm
che
cm
dhe
cm
she
cm
sk
cm

1-1

2-2

3—3

4—4

5—5

第三部分 墩柱的内力计算与配筋
1、恒载内力计算
由前面计算可得:上部构造恒载总重:KN；
盖梁自重（半根盖梁）：KN;
横系梁重：KN;
墩柱自重：KN；
只有盖梁自重时墩柱的反力为：G1；G2;
盖梁恒载作用下的内力计算，按照简支梁或连续梁计算得到
2、活载内力计算
荷载布置及行驶情况同盖梁活载计算分布图，由盖梁计算可知. 但须加上汽车产生的制动力。
即：墩柱底截面的最大弯矩是单孔双列、三列非对称形式对应的计算结果。墩柱的最大轴向力是双孔、双列或三列非对称布置对应的计算结果。
3、进行恒载、活载的内力组合
4、按照钢筋混凝土偏心受压构件进行截面的配筋与强度复核
第四部分 钻孔灌注桩的设计计算
1、荷载计算
每一根桩承受的荷载包括:一孔恒载反力、盖梁恒重反力、系梁恒重反力、一根墩柱恒重、灌注桩每延米自重、活荷载反力,求的作用于桩顶的外力和作用于地面处桩顶上的外力。
2、桩长、桩径拟定
按照桥梁设计的要求，桩径范围为0。8-2。0米,跨径大时取较大值。
桩长按最大竖向力及地质情况经计算确定。
3、桩的内力计算(m法）
（1）桩的计算宽度b1 b1=kf×k×（d+1）
（2）桩的变形系数a a=
（3)桩身内力计算
按着绘制图的顺序进行内力计算（包括确定最大弯矩截面相对应的 ）。
（4）桩柱底最大压应力验算。
(5）桩柱顶水平位移验算。
（6）桩身强度验算与配筋设计.