六巷河大桥主桥（65+120+65）m下部结构毕业设计

'本科毕业论文题目：六巷河大桥主桥（65+120+65）m 下部结构设计学院：土木工程学院班级：土木14-4班姓名：康育刚指导教师：李盛马莉职称：副教授讲师完成日期：2018年05月20日 摘要本设计为六巷河大桥主桥（65+120+65）m变截面预应力混凝土连续刚构桥下部结构设计。主梁采用单箱单室箱梁，主墩与边墩均采用薄壁空心墩，采用翻模施工；基础均采用钻孔灌注桩基础。此设计严格依据《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015）和《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）进行设计。本设计的主要内容有：设计资料搜集，桥型方案比选，桥墩、基础尺寸拟定，桥墩设计计算，基础设计计算，施工组织设计等。此次设计先进行Midas桥梁模型内力分析，然后进行下部结构设计与验算。桥墩验算内容包括：截面强度与偏心距、墩顶水平位移、日照温度应力、局部稳定及配筋设计等；桩基验算内容包括：单桩与群桩承载力、桩顶纵向水平位移等。通过综合比较及验算的结论证明该桥梁下部结构设计基本合理，符合设计任务要求。关键词：预应力混凝土连续刚构桥；方案比选；尺寸拟定；薄壁空心墩；钻孔灌注桩-VII- -VII- AbstractThisdesignisdesignedforthesubstructureofthemainbridgeofLiuxiangRiverBridgewithvariablecross-sectionprestressedconcretecontinuousrigidframebridge.Themaingirderissingleboxgirderwithsinglechamber,themainpierandthesidepierareboththin-walledhollowpiers,andthecast-in-placepilefoundationisusedforthefoundation.ThisdesignisstrictlybasedontheGeneralDesignCodeforHighwayBridgeandculvert(JTGD60-2015)andtheDesignCodeforHighwayreinforcedconcreteandPrestressedconcreteBridgesandculverts(JTGD62-2004).Themaincontentsofthisdesignareasfollows:collectionofdesigndata,comparisonandselectionofbridgeschemes,pier,foundationsizedetermination,pierdesigncalculation,foundationdesigncalculation,constructionorganizationdesignandsoon.ThisdesignfirstcarriesontheMidasbridgemodelinternalforceanalysis,thencarriesonthesubstructuredesignandthecheckingcalculation.Thecheckingcalculationcontentsinclude:sectionstrengthandeccentricity,horizontaldisplacementofpiertop,sunshinetemperaturestress,localstabilityandreinforcementdesign,pilefoundationcheckingcalculationcontentincludes:bearingcapacityofsinglepileandpilegroup,longitudinalhorizontaldisplacementofpiletop,etc.Theconclusionofcomprehensivecomparisonandcheckingcalculationprovesthatthedesignofthebridgeunderstructureisbasicallyreasonableandmeetstherequirementsofthedesigntask.Keywords:PrestressedconcretecontinuousrigidframeBridge;Plancomparisonandselection;Dimensiondetermination;Thin-walledHollowPier;boredpile-VII- -VII- 目录摘要IAbstractII引言11设计资料21.1工程概况21.2设计技术标准21.3工程地质、水文、气象21.3.1工程地质21.3.2水文地质特征31.4主要材料32方案设计42.1方案比选原则 42.2方案拟定52.2.1方案一52.2.2方案二62.2.3方案三72.3方案比选结果83尺寸拟定93.18#墩尺寸拟定93.29#桥墩尺寸拟定93.38#承台及桩基础的尺寸拟定103.49#承台及基础尺寸拟定114主桥内力计算13-VII- 4.1主桥Midas建模134.2主桥Midas模型内力分析144.3引桥Midas模型及支反力165桥墩的设计计算185.18#桥墩计算185.1.1设计资料185.1.2截面强度及偏心计算215.1.3墩顶水平位移验算255.1.4日照温度应力验算275.1.5墩壁局部稳定验算315.1.6配筋计算325.29#桥墩计算345.2.1设计资料345.2.2截面强度及偏心计算405.2.3墩顶水平位移验算455.2.4日照温度应力验算465.2.5墩壁局部稳定验算515.2.6配筋计算516桩基础的设计计算556.18#桩基础计算556.1.1桩基设计资料556.1.2桩基计算566.1.3配筋计算616.1.4承载能力计算63-VII- 6.1.5裂缝验算656.1.6桩顶纵向水平位移计算656.29#桩基础计算666.2.1桩基设计资料666.2.2桩基计算676.2.3配筋计算726.2.4承载能力计算736.2.5裂缝验算746.2.6桩顶纵向水平位移计算747施工方案设计767.1薄壁空心桥墩的施工设计767.1.1模板工程 767.1.2钢筋制作及安装 767.1.3混凝土浇筑767.1.4墩身翻升模板施工767.2钻孔桩群桩基础的施工设计777.2.1准备工作 777.2.2钻孔施工过程 777.2.3清孔及吊装钢筋笼787.2.4灌注水下混凝土78结论80致谢81参考文献82-VII- -VII- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）引言本毕业设计题目为六巷河大桥主桥（65+120+65）m下部结构设计，题目类型为工业设计，属于本科层次的毕业设计，在设计过程采用Midas软件作为辅助进行建模内力分析。连续刚构桥是指墩梁固结的特殊连续梁桥。分为主跨为连续梁的多跨刚构桥和多跨连续刚构桥。连续刚构桥有两个以上主墩，采用墩梁固结体系，具有T形刚构桥和连续梁桥的优点。预应力混凝土连续刚构桥由于采用了主梁与墩部整体刚性连接，使其在竖向荷载的作用下，在墩部上方的主梁产生负弯矩，使其具有卸载作用，从而使跨中的正弯矩减小，因此很大程度地减小了跨中截面的尺寸，致使结构自重得到了减轻，有提高了整个桥梁的跨越能力。但是对基础的变形和温度荷载很敏感，混凝土收缩、温度变化、墩台不均匀沉降和预应力等因素都会在结构中产生附加内力。同时施工过程中预应力混凝土连续刚构桥采用挂篮悬臂施工的方法，施工过程中存在有体系的转化问题，结构体系开始为T型刚构体系，合龙后为超静定结构体系，恒载产生的内力由各个施工阶段产生的内力叠加得到。由于预应力混凝土连续刚构桥大部分结构是在T型刚构体系中完成的，而且合龙段较短，内力较小，所以T型刚构体系受力状态为主要部分。对于预应力混凝土连续刚构桥，合龙后墩部负弯矩很大，而跨中正弯矩很小。二期恒载作用后，墩部负弯矩增大，跨中正弯矩相对较小。-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）1设计资料1.1工程概况六巷河大桥位于西和县和陇南市成县的分界处，其横跨六巷河上空，六巷河大桥采用的是一座分离式高速公路桥梁，该桥主桥部分采用预应力混凝土梁桥，引桥部分采用预应力混凝土小箱梁结构，整个桥采用先简支后连续。1.2设计技术标准（1）主桥跨度：（65+120+65）m；（2）道路等级:高速公路；（3）设计荷载：公路-Ⅰ级；（4）设计安全等级：二级；（5）桥面宽度：12m；（6）桥面横坡：2%（平坡）；（7）桥面纵坡：-0.5%；（8）桥轴平面线型: 直线。1.3工程地质、水文、气象1.3.1工程地质（1）地形地貌该桥桥址位于大夏河二级阶地的后缘带，地势西南低东北高，在地形上稍有一点起伏，地面高程1811~1828m，其相对高程差为5~10m左右。（2）地层岩性根据现场调查及勘探揭示，该桥桥址区主要地层有第四系上更新统冲积砂质黄土、卵石土，上第三系上新统泥岩。砂质黄土:主要分布于桥址区的地表，厚度约为42.5~53.8m，其表现为浅黄色，并且土质不均匀，大量含有黏质黄土夹层，有局部所含黏粒较多，由于河水影响，土质以潮湿为主，Ⅱ级普通土，25m以上岩芯多散状、块状，稍密-中密,σ0=120kPa，25m以下密实为主，岩芯多短柱状，σ0=150kPa。-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）泥岩:桥址区主导基岩，表现为褐红色，成分主要为以黏土矿物，泥质胶结，属于层状构造，弱风化，Ⅳ级软石，σ0=400kPa；强风化，节理不发育，Ⅳ级软石，σ0=250kPa。卵石土:主要分布于桥址区黄土层下，厚1.0~5.0m。青灰色和灰色，粗颗粒成分以砂岩、花岗岩等为主，大多数形状为圆棱状，其中粒径大于20cm的占5%左右，10~20cm占20%左右，6~10cm占30%左右，其余的为圆砾土及杂砂充填，岩层潮湿且密实，属于Ⅳ级软石，σ0=700kPa。（3）地质构造大桥所在区域地质构造不发育，而且构造对工程影响较小，桥址区不良地质不发育。该桥桥址区特殊岩土为膨胀岩、湿陷性黄土。膨胀岩：工程范围内的上第三系上新统泥岩，具膨胀性，遇水易软化，暴露在空气中易崩解，需要做好防排水措施；湿陷性黄土：根据土工试验成果资料，工程范围内的第四系上更新统砂质黄土具Ⅱ级自重湿陷性，湿陷土层厚度9~12m，需要做好防排水措施。1.3.2水文地质特征勘探揭示，在60m深度范围内地下水不发育；桥址区地表水也不发育。1.4主要材料1.梁体混凝土：C55级混凝土；2.桥墩混凝土：C30级混凝土；3.桩基础及承台混凝土：C25混凝土；4.桥面铺装：AC-13C沥青混凝土，AC-16C沥青混凝土，JBS聚合物改性沥青防水涂料，C40混凝土；5.栏杆：C30混凝土；6.墩身，承台及基础所用钢筋：HRB335钢筋。-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）2方案设计2.1方案比选原则 1.适用耐久 桥梁的宽度应该能够满足现当前以及今后规划年限内车辆和人群的交通流量要求，并应保证桥梁在100年的设计基准期内正常使用。桥跨结构的下面还应利于通航、泄洪或行人和车辆的通行等要求。在桥梁结构设计时，首先考虑桥梁结构在可能出现的所有荷载时作用下不会发生过大的位移变形和裂缝，并且要考虑桥梁结构在不同的环境下对桥梁结构耐久性的影响，在选取保护层厚度、各类材料、阻锈等方面满足此要求；然后还要考虑桥梁结构的综合利用，例如能够方便水管和通信电缆的搭载。在一些特殊情况下，桥梁的两端必须要方便车辆行驶，以防止交通堵塞。除此之外，还要便于今后检查与维修。2.经济合理 在桥梁设计中，经济一般是首要考虑的因素。桥梁设计应遵循因地制宜，就地取材和方便施工的原则，进行桥位选取时，首先应当选择地质好、水文条件好的位置，而且桥梁的跨度也要越短。然后桥位的选取应该考虑建立在能够减小河道两岸的运距，其目的促进该地区的经济和文化发展，从而产生较大的经济效益。经济合理的桥型应该是使用年限的养护维修费用和初建桥的造价综合起来最省的桥型，在设计过程中应当充分考虑维修费用最少和维修的方便程度，而且在维修过程中尽可能避免交通中断。3.安全可靠 所设计的桥梁结构，在制造、运输、安装和使用过程中应用有足够的强度、刚度、稳定和耐久性，并且要有足够的安全储备。根据桥上交通和行人情况，桥面应考虑设置人行道、路缘石、护栏及栏杆等设施，以保证行车安全。对于车流量较大的桥梁，桥上应设计有照明设施，并有相应的交通标志，引桥纵坡不宣过大，以避免发生车祸。对于在地震多发区的桥梁，应该按抗震要求采取相应的防震措施；对于要通行较大船只的桥梁，除按规定加大桥跨外，必要时要采取相应的防撞措施，以防止较大船舶对桥墩的撞击，致使桥梁发生破坏。4.技术先进-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）在因地制宜的前提下，要最大程度的采用一些较成熟的新结构、设备、材料和工艺,此外，还要必须认真学习研究一些国内外的先进技术,把学习和创新结合起来,要充分利用最新的科学技术成就,淘汰和摒弃先前落后和不合理的东西。只有这样才能提高我国的桥梁建设水平,方能超越世界先进水平。5.环境保护和可持续发展桥梁设计必须要考虑环境保护和可持续发展要求，包括生态、空气、水、噪声等几个方面，主要从桥位的选取、桥跨的布置、墩身形状、基础样式及桥梁结构施工组织设计等多方面全方位考虑环境要求，采取必要的工程控制措施，并建立环境监测保护体系，从而达到将不利影响降到最低。 6.美观 一座桥梁，尤其是城市桥梁和旅游胜地的桥梁，外形上应具有优美的造型，结构布置要求精炼，空间要有和谐比例，而且要与周围自然环境相协调、相匹配。合理的轮廓和结构布局是美观的主要因素。另外，施工质量也会影响桥梁美观性。桥梁设计应积极采用现当代研发出来的新结构、新材料、新工艺和新设备，学习和利用最新科技成就，从而有利于提高我国桥梁建设水平。2.2方案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，从安全可靠、适用耐久、经济合理及美观四个方面综合考虑。同时桥型的选择应充分考虑施工及养护维修的便利程度。结合水文、气象、地质条件及桥梁设计的各原则，初拟桥型方案有三种。2.2.1方案一主桥（65+120+65）m的变截面预应力混凝土连续刚构桥，如图2.1所示。-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）图2.1变截面预应力混凝土连续刚构桥（尺寸单位：cm）（1）连续刚构桥的特点连续刚构桥是指墩梁固结的特殊连续梁桥。分为主跨为连续梁的多跨刚构桥和多跨连续刚构桥。连续刚构桥有两个以上主墩，采用墩梁固结体系，具有T形刚构桥和连续梁桥的优点。预应力混凝土连续刚构桥由于采用了主梁与墩部整体刚性连接，使其在竖向荷载的作用下，在墩部上方的主梁产生负弯矩，使其具有卸载作用，从而使跨中的正弯矩减小，因此很大程度地减小了跨中截面的尺寸，致使结构自重得到了减轻，连续刚构桥有两个以上主墩，采用墩梁固结体系，具有T形刚构桥和连续梁桥的优点。同时施工过程中预应力混凝土连续刚构桥采用挂篮悬臂施工的方法，施工过程中存在有体系的转化问题，结构体系开始为T型刚构体系，合龙后为超静定结构体系，恒载产生的内力由各个施工阶段产生的内力叠加得到。由于预应力混凝土连续刚构桥大部分结构是在T型刚构体系中完成的，而且合龙段较短，内力较小，所以T型刚构体系受力状态为主要部分。对于预应力混凝土连续刚构桥，合龙后墩部负弯矩很大，而跨中正弯矩很小。二期恒载作用后，墩部负弯矩增大，跨中正弯矩相对较小。2.2.2方案二主桥（65+120+65）m的中上承式钢管混凝土拱桥，如图2.2所示。-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）图2.2中上承式钢管混凝土拱桥（尺寸单位：cm）（1）中上承式钢管混凝土拱桥的特点拱桥的拱肋主要以受压为主，其稳定性问题较为明显；在大跨度桥梁中，一般都采用高强度材料，而桥梁跨度的增加，就要求提高其抗振能力，从而要求结构具有较好的延展性和恢复性能。钢管混凝土组合材料用于拱桥中能很好的解决以上问题。不仅如此,钢管混凝土拱桥能够减小桥梁的自重，还可以在很大程度上改善大跨度拱桥中的抗风能力和抗震能力。但是大跨度拱桥的侧向刚度一般较小，在风荷载作用下，产生较大的侧向变形，影响桥梁的运营，甚至导致破坏。相比其他桥型而言，此桥外形美观。但是造价相对较高，对于大跨高墩桥而言，施工难度较大。（2）方案二的构造采用的桥墩类型为重力式桥墩，基础类型为成井基础。重力式桥墩是实体的混凝土结构墩，主要靠自身的重量来平衡外力，从而保证桥墩的强度和稳定。主要用C15或C15以上的混凝土浇筑，优点是整体刚度大，抗倾覆性能及承重性能都很好；缺点是自重大，重力式桥墩致使桥梁自重加大。沉井基础是一种常见的深基础类型，它的刚性大，稳定性好，与桩基相比，在荷载作用下变位甚微，具有较好的抗震性能，主要针对于基础变位敏感的桥梁。如大跨度悬索桥、拱桥、连续梁桥等。-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）2.2.3方案三主桥（65+120+65）m变截面预应力混凝土连续梁桥，如图2.3所示。图2.3变截面预应力混凝土连续梁桥（尺寸单位：cm）（1）变截面预应力混凝土连续梁桥的特点连续梁桥是指两跨及两跨以上的桥，连续梁桥在恒活载作用下，产生的支点负弯矩对跨中正弯矩有下载作用，此种内力状态比较均匀合理。因此梁的高度可以适当减小，从而节省材料，连续梁桥的另一个特点就是刚度大，整体稳定性好，承载能力较大，安全性较好，桥面伸缩缝少。但是针对于高墩大跨桥而言，施工难度大，而且造价较高。连续梁桥属于超静定结构，基础不均匀沉降将在结构中产生附加内力，因此对桥梁基础要求较高，通常宜用于地基较好的场合。（2）方案三的构造采用的桥墩类型为柱式墩，基础类型为明挖扩大基础。柱式墩一般由基础上的承台、柱式墩身和盖梁组成。优点是能减轻墩身自重，节约圬工材料，比较美观，刚度和强度都较大，在有漂流物和流冰的河流中可以使用。但是对于高墩大跨桥而言，该类型的桥墩稳定性差，不易于运营安全。-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）明挖基础也称扩大基础，系由块石或混凝土砌筑而成的大块实体基础，其埋置深度可较其他类型基础浅，故为浅基础。它的构造简单，由于所用材料不能承受较大的拉应力，故基础的厚、宽比要足够大，使之形成所谓刚性基础，受力时不致产生挠曲变形。为了节省材料，这类基础的立面往往砌成台阶形，平面将根据墩台截面形状而采用矩形、圆形、T形或多边形等。2.3方案比选结果根据六巷河桥址的工程地质、水文、气象、地震资料，以及结合桥梁设计的技术先进、安全可靠、经济合理，适用耐久、美观、持续和可持续发展等诸多方面的综合考虑，决定选取方案一为设计核心。故桥梁类型为主桥（65+120+65）m的变截面预应力混凝土连续刚构桥，桥墩类型均采用薄壁空心墩，基础类型均采用钻孔灌注桩（群桩）基础，总体布置如图2.4所示。图2.4变截面预应力混凝土连续刚构桥（尺寸单位：cm）-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）3尺寸拟定3.18#墩尺寸拟定结合《公路预应力桥规》规定，该桥墩采用等截面薄壁空心墩，桥墩水平截面纵向尺寸为320cm，桥墩水平截面横向尺寸为650cm，桥墩墩身高度为2000cm，墩顶实心部分高为200cm，墩底实心部分高为300cm，其尺寸拟定如图3.1所示。立面图侧面图平面图图3.1顺桥向8#桥墩尺寸（尺寸单位：cm）3.29#桥墩尺寸拟定-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）结合《公路预应力桥规》规定，该桥墩采用等截面薄壁空心墩，桥墩水平截面纵向尺寸为900cm，桥墩水平截面横向尺寸为650cm，桥墩墩身高度为7400cm，墩顶实心部分高为200cm，墩底实心部分高为200cm，其尺寸拟定如图3.2所示：立面图侧面图平面图图3.2顺桥向9#桥墩尺寸拟定（尺寸单位：cm）3.38#承台及桩基础的尺寸拟定结合《公路预应力桥规》规定，考虑到稳定、位移和桩身内力，在桥墩与桩基之间设有承台，规范规定承台的厚度不宜小于1.5m，即该承台厚度为250cm,承台在顺桥向的长度为625cm，在横桥向的长度为700cm；根据地址资料，8#桩采用钻孔灌注桩，桩长为2000cm，桩的直径应该根据施工条件、受力大小及桩径形式确定，钻孔灌注桩的设计桩径不宜小于0.8m，8#桩径采用150cm，为方便工程施工，桩基的布置采用行列式排列，在顺桥向桩心距为375cm，横桥向桩心距为450cm。其尺寸拟定如图3.3所示。-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）立面图侧面图平面图图3.3顺桥向8#承台及基础尺寸（尺寸单位：cm）3.49#承台及基础尺寸拟定结合《公路预应力桥规》规定，考虑到稳定、位移和桩身内力，在桥墩与桩基之间设有承台，规范规定承台的厚度不宜小于1.5m，即该承台厚度为400cm,承台在顺桥向的长度为1500cm，在横桥向的长度为950cm；根据桥梁地址资料，9#桩采用钻孔灌注桩，桩长为4000cm，桩的直径应该根据施工条件、受力大小及桩径形式确定，钻孔灌注桩的设计桩径不宜小于0.8m，9#桩径采用200cm，为方便工程施工，桩基的布置采用行列式排列，在顺桥向桩心距为550cm，横桥向桩心距为550cm。其尺寸拟定如图3.4所示。-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）立面图侧面图平面图图3.4顺桥向9#承台及基础尺寸（尺寸单位：cm）-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）4主桥内力计算4.1主桥Midas建模利用Midas建模来计算连续刚构桥的内力图，建模过程中建立了117个单元，120个节点。主墩为9#墩，边墩为8#墩，其9#墩与主梁采用刚性连接，目的是将墩梁固结在一起，进行整体分析。以主桥顺桥方向为坐标的x轴，以主桥横桥方向为y轴，主桥竖向为z轴进行Midas建模分析。该桥的设计将采用的是以Midas建模为辅，理论计算为主。由于六巷河大桥主桥部分墩身较高，故桥型采用连续刚构桥。主桥为（65+120+65）m预应力混凝土连续刚构桥，主桥部分桥面宽1200cm，桥梁底板宽650cm，腹板厚度均为15cm，0号块梁高为700cm，0号块截面尺寸如图4.1，合拢段及边跨截面尺寸如图4.2所示。图4.10号块截面尺寸（尺寸单位：cm）-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）图4.2合拢段及边跨截面尺寸（尺寸单位：cm）在建模过程中，将墩梁固结在一起进行整体分析。混凝土采用C55级混凝土，单位均定义为kN和m，主桥模型如图4.3所示。图4.3主桥Midas模型主桥建模过程中，墩梁连接处加有两处刚性连接，桥梁墩底采用固定支承，即约束Dx、Dy、Dz、Rx、Ry、Rz,边跨采用活动支承，即约束Dy、Dz、Rx、Rz。主桥所添加的边界条件模型如图4.4所示。图4.4主桥Midas模型的边界条件-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）4.2主桥Midas模型内力分析上部结构所施加的恒载有自重，其容重为26kN/m，二期铺装值为52.3kN/m，栏杆的值为6kN/m，活载有车道荷载、系统升温采用15℃，系统降温采用10℃。正温差为14℃和5.5℃，负温差为-7℃和-2.5℃。（1）在所有荷载工况的组合下，主桥（65+120+65）m预应力混凝土连续刚构桥的整体弯矩图如图4.5所示。图4.5主桥整体弯矩图（2）在所有荷载工况的组合下，主桥（65+120+65）m预应力混凝土连续刚构桥的支反力分别如图4.6所示和表4.1所示。图4.6主桥支反力（单位：kN）-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）表4.1主桥支反力汇总表节点荷载剪力(kN)轴向力(kN)弯矩(kN·m)111成桥过程08338.862088成桥过程08336.0300120成桥过程6820.949143219.901275701.120135成桥过程-6820.949143219.200-276097.1669#桥墩为节点101~115，10#桥墩为节点115~130。9#与10#桥墩为该连续刚构桥的主墩，其墩身高度均为74m，由于主桥是变截面预应力混凝土连续刚构桥，两端约束支承条件一致，而且所施加的荷载工况也一致。故只需进行9#桥墩的设计计算，根据Midas建模运行分析后，在所有荷载工况组合作用下，9#桥墩不同高度处的部分截面的剪力、弯矩、轴力如表4.2所示，其中，工况组合包括上部结构自重、二期铺装、栏杆、系统升温、系统降温及正负温差的组合，即Q、M、N。表4.29#桥墩不同高度处的截面内力图9#墩截面（m）恒载组合轴向力(kN)剪力(kN)弯矩(kN·m)墩高74m处截面自重+二期恒载-48507.34961.75223950.54墩高70m处截面自重+二期恒载-53382.34961.75199372.07墩高65m处截面自重+二期恒载-58257.34961.75174797.68墩高60m处截面自重+二期恒载-63132.34961.75150240.22墩高55m处截面自重+二期恒载-68007.34961.75125828.59墩高50m处截面自重+二期恒载-72882.34961.75101795.58墩高45m处截面自重+二期恒载-77757.34961.7577943.87墩高40m处截面自重+二期恒载-82632.34961.7554280.77-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）墩高35m处截面自重+二期恒载-87507.34961.7530802.05墩高30m处截面自重+二期恒载-92382.34961.757504.91墩高25m处截面自重+二期恒载-97257.34961.75-15169.17墩高20m处截面自重+二期恒载-102132.34961.75-37252.16墩高15m处截面自重+二期恒载-107007.34961.75-59195.59墩高10m处截面自重+二期恒载-111882.34961.75-81000.86墩高5m处截面自重+二期恒载-116757.34961.75-102670.9墩底处截面自重+二期恒载-121632.34961.75-124215.054.3引桥Midas模型及支反力进行主桥边墩设计计算时，由两部分组成，一部分是主桥连续刚构桥对边墩的影响，另一部分是引桥部分的简支梁对边墩的影响，所以要结合起来，进行综合考虑分析，引桥部分是由4片小箱梁构成，每跨跨径为30m，引桥部分梁的横截面如图4.7所示。图4.7引桥部分梁的横截面引桥上部结构所施加的恒载有自重，其容重为26kN/m，二期铺装值为52.3kN/m，栏杆的值为6kN/m，活载有车道荷载、系统升温采用15℃，系统降温采用10℃。正温差为14℃和5.5℃，负温差为-7℃和-2.5℃。根据Midas建模分析后，得每片梁恒载为917.8kN，引桥部分Midas模型及支反力如图4.8所示，即4片梁的恒载为：-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）图4.8引桥部分Midas模型及支反力（单位：kN）-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）5桥墩的设计计算5.18#桥墩计算5.1.1设计资料1.桥墩墩高：边墩墩高为20m；2.设计荷载：公路-I级；3.桥墩材料：桥墩采用C30级混凝土，基础采用C25级混凝土；4.基础形式：采用4根桩基础（顺桥向2排，横桥向2排），桩基为钻孔灌注桩，桩径为1.5m，承台厚度为2.5m。5.桥墩形式：薄壁空心墩（箱型桥墩）；6.材料强度：（1）C30混凝土：轴心抗压强度设计值；轴心抗拉强度设计值；（2）C25混凝土：轴心抗压强度设计值；7.制动力的计算：故同向双车道制动力8.车道荷载计算：（1）车道荷载纵向布置：①双孔荷载、双车道布置如图5.1所示。-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）图5.1双孔布置车道荷载（尺寸单位：cm轴重力单位：kN）对墩中心产生的弯矩为：②单孔荷载、双车道布置如图5.2所示。图5.2单孔布置车道荷载（尺寸单位：cm轴重力单位：kN）对墩中心产生的弯矩为：（2）车道荷载横向布置如图5.3所示，在横桥向车道荷载靠一边布置时，单车道荷载的合力偏离桥中线4.5m，双车道荷载的合力偏离桥中线3.05m。-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）图5.3车道荷载横向布置图（尺寸单位：cm)横桥向中心弯矩分别为：双孔单车道：双孔双车道：9.承载能力组合（1）横桥向内力组合如表5.1所示，其组合方式如下：单跨布载作用下的内力组合：1.2×恒载组合+1.4×车道荷载；双跨布载作用下的内力组合：1.2×恒载组合+1.4×车道荷载。表5.1横桥向内力汇总及组合墩高截面位置（m）恒载组合车道荷载单列双孔布载车道荷载双列双孔布载内力组合单跨布载双跨布载20轴力(kN)14505.6858.751717.518609.019811.2剪力(kN)000弯矩(kN·m)03864.385238.385410.17333.715轴力(kN)15958.1858.751717.520352.021554.2-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）剪力(kN)000弯矩(kN·m)03864.45238.45410.17333.710轴力(kN)17410.6858.81717.522094.823297.2剪力(kN)000弯矩(kN·m)03864.45238.45410.17333.75轴力(kN)18863.1858.81717.523837.825040.2剪力(kN)000弯矩(kN·m)03864.45238.45410.17333.7墩底轴力(kN)20315.6858.81717.525580.826783.2剪力(kN)000弯矩(kN·m)03864.45238.45410.17333.7（2）顺桥向内力组合如表5.2所示，其组合方式如下单跨布载作用下的内力组合：1.2×恒载组合+1.4×车道荷载；双跨布载作用下的内力组合：1.2×恒载组合+1.4×车道荷载；单跨布载作用下的内力组合：1.2×恒载组合+1.4×车道荷载+制动力作用；双跨布载作用下的内力组合：1.2×恒载组合+1.4×车道荷载+制动力作用。表5.2顺桥向内力汇总及组合墩高截面位置（m）恒载组合车道荷载单跨双车道布载车道荷载双跨双车道布载车道荷载制动力（kN）内力组合（一）单跨布载（一）双跨布载（二）单跨布载（二）双跨布载20轴力(kN)14505.6701.3858.818388.518609.018388.518609.0-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）剪力(kN)033000330330弯矩(kN·m)1113.65545.34364.18589099.87446.09957.88304.0续表墩高截面位置（m）恒载组合车道荷载单跨双车道布载车道荷载双跨双车道布载车道荷载制动力（kN）内力组合（一）单跨布载（一）双跨布载（二）单跨布载（二）双跨布载15轴力(kN)15958.1701.3858.820131.520352.020131.520352.0剪力(kN)033000330330弯矩(kN·m)1113.65545.34364.125089099.87446.011607.89954.010轴力(kN)17410.6701.3858.821874.522095.021874.522095.0剪力(kN)033000330330弯矩(kN·m)1113.65545.34364.141589099.87446.013257.811604.05轴力(kN)18863.1701.3858.823617.523838.023617.523838.0剪力(kN)033000330330弯矩(kN·m)1113.65545.34364.158089099.87446.014907.813254.0墩底轴力(kN)20315.6701.3858.825360.525581.025360.525581.0剪力(kN)033000330330弯矩(kN·m)1113.65545.34364.174589099.87446.016557.814904.05.1.2截面强度及偏心计算边墩内力计算主要包括截面强度和偏心的计算。边墩截面如图5.4所示。-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）图5.4顺桥向桥墩截面（尺寸单位：cm）顺桥向为x轴，横桥向为y轴，截面几何性质：其中b=3.2m；h=6.5m；a=0.7m。即x轴方向的惯性矩和弯曲截面系数为：（5.1）由公式（5.1）得：（5.2）由公式（5.2）得：y轴方向的惯性矩和弯曲截面系数为：（5.3）由公式（5.3）得：-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）（5.4）由公式（5.4）得：桥墩截面面积：1.选取边墩墩顶20m处截面进行内力计算，即为墩顶的内力计算：（1）截面强度验算：（5.5）由公式（5.4）得：故强度满足要求。（2）偏心距验算，对于边墩墩高74m处截面，按照组合（二）控制设计。（5.6）（5.7）（5.8）（5.9）截面重心至偏心边缘的距离：（5.10）（5.11）-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）故偏心完全满足要求。2.选取边墩墩高15m处截面进行内力计算：（1）截面强度验算,由公式（5.5）得：故强度满足要求。（2）偏心距验算，对于边墩墩高15m处截面，按照组合（二）控制设计。由公式（5.6）得：由公式（5.7）得：由公式（5.8）得：由公式（5.9）得：截面重心至偏心边缘的距离：由公式（5.10）得：由公式（5.11）得：故偏心完全满足要求。3.选取边墩墩高10m处截面进行内力计算：（1）截面强度验算，由公式（5.5）得：-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）故强度满足要求。（2）偏心距验算，对于边墩墩高10m处截面，按照组合（二）控制设计。由公式（5.6）得：由公式（5.7）得：由公式（5.8）得：由公式（5.9）得：截面重心至偏心边缘的距离：由公式（5.10）得：由公式（5.11）得：故偏心完全满足要求。4.选取边墩墩高5m处截面进行内力计算：（1）截面强度验算，由公式（5.5）得：故强度满足要求。（2）偏心距验算，对于边墩墩高5m处截面，按照组合（二）控制设计。由公式（5.6）得：-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）由公式（5.7）得：由公式（5.8）得：由公式（5.9）得：截面重心至偏心边缘的距离：由公式（5.10）得：由公式（5.11）得：故偏心完全满足要求。5.选取边墩墩底处截面进行内力计算：（1）截面强度验算，由公式（5.5）得：故强度满足要求。（2）偏心距验算，对于边墩墩底处截面，按照组合（二）控制设计。由公式（5.6）得：由公式（5.7）得：由公式（5.8）得：由公式（5.9）得：截面重心至偏心边缘的距离：由公式（5.10）得：-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）由公式（5.11）得：故偏心完全满足要求。5.1.3墩顶水平位移验算墩顶水平位移必须满足：（5.12）1.墩顶日照位移计算：日照位移由公式可知（5.13）（1）顺桥向：式中：；℃；；；（5.14）（5.15）（5.16）（5.17）（其中为壁厚）（5.18）（5.19）（5.20）（5.21）-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）由公式（5.13）得：故（2）横桥向：由公式（5.14）得：由公式（5.15）得：由公式（5.16）得：由公式（5.17）得：由公式（5.18）得：（其中为壁厚）由公式（5.19）得：由公式（5.20）得：由公式（5.21）得：由公式（5.13）得：-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）2.墩顶动力位移计算：在墩顶受P=330kN的顺桥向水平力，承台中心处水平位移和转角为：即，故满足要求。5.1.4日照温度应力验算1.竖向局部温度应力：（5.22）（1）顺桥向：式中：；℃；；；；a=10；；；；；。由公式（5.22）得：-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）顺桥向温度差℃时截面自约应力计算如表5.3所示。表5.3顺桥向截面自约应力计算(单位：MPa)计算项目y(m)①②③④⑤⑥0.018y10y①+③0.0845-④7.5×⑤00011-0.916-6.8660.50.00950.0070.0160.0690.51410.0151000.0150.0700.52120.032000.030.0550.40930.0453000.0450.0400.2963.20.064000.060.0250.184（2）横桥向：式中：；℃；；；；a=10；；。；；；；由公式（5.22）得：横桥向温度差℃时截面自约应力计算如表5.4所示。-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）表5.4横桥向截面自约应力计算(单位：MPa)计算项目y(m)①②③④⑤⑥0.066y10y①+③0.242-④7.5×⑤00.000011.000-0.758-5.6850.50.03350.00670.0400.2021.51710.0661000.0660.1761.320续表计算项目y(m)①②③④⑤⑥0.066y10y①+③0.242-④7.5×⑤20.1322000.1320.1100.82530.1983000.1980.0440.33040.2644000.264-0.022-0.16550.3305000.330-0.088-0.66060.3966000.396-0.154-1.1556.50.4296500.429-0.187-1.403在两方向温差同时作用下，截面应力计算见表5.5所示。表5.5两方向温差同时作用下截面应力顺桥向截面横桥向截面00.034-1.9850.57.4145.217-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）17.4215.02027.3094.52537.1964.0303.27.084-4-3.5355-3.0406-2.5456.5-2.298所以在单向日照温度差作用下：最大压应力；故满足设计要求。2.水平向温度应力计算：（1）水平框架约束温度应力：根据水平框架计算分析如图5.5所示。图5.5横向框架（尺寸单位：cm）求得线性温度分布水平框架约束应力，再乘线性温度分布修正系数。则：（5.23）-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）（5.24）又设；；即（其中：；）顺桥向向阳壁板：顺桥向背阳壁板：同理得横桥向AB、CD板的应力：又设-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）已知由上得；即。由公式（5.23）得：由公式（5.24）得：横桥向向阳壁板：横桥向背阳壁板：（2）横向自约应力计算：（5.25）由公式（5.14）得：（式中h为薄壁墩壁厚）由公式（5.15）得：由公式（5.16）得：由公式（5.17）得：顺桥向和横桥向向阳壁内表面应力：-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）由公式（5.25）得：横向自约应力与横向水平框架约束应力组合后，横桥向AB板与顺桥向AD板表面的横向最小压应力为7.05MPa,满足设计要求，故不会在角隅处发生温度裂缝。5.1.5墩壁局部稳定验算矩形空心桥墩墩壁的临界应力为：（5.26）其中：；由公式（5.26）得：故不会有局部失稳发生。5.1.6配筋计算截面尺寸为6500mm×3200mm，I类环境条件，安全等级为二级，墩身采用C30级混凝土，纵向钢筋为HRB335级钢筋，采用对称配筋。其中：；；；；。1.截面设计：构件长细比，设，根据公式求得轴向力偏心距增大系数。且，故取，故取-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）2.根据下式判别大、小偏心受压：（5.27）由公式（5.27）得：故按大偏心受压构件进行配筋设计。3.求纵向钢筋面积：受压区高度：且受压区高度x满足：且根据下式直接算纵向钢筋的截面面积：（5.28）由公式（5.28）得：式中：x——混凝土受压区高度；——偏心距增大系数；、——受拉、受压钢筋的面积；——钢筋抗压强度设计值；——轴向力对截面中心的偏心距。由于，故进行构造要求配置钢筋。-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）由此，现选择布置90根Ф20的HRB335级钢筋，即>0.002bh()，。主墩截面配筋如图5.6所示，水平向布置90根钢筋，其间距为250mm，顺桥向布置12排钢筋（空心截面除外），混凝土保护层为62mm。图5.6主墩空心截面配筋示意图（尺寸单位：cm）4.截面复核：（1）垂直于弯矩作用平面内的截面复核：长细比，由《结构设计原理》叶见曙主编（第三版）附表1-9查得则：（5.29）由公式（5.29）得：故满足要求。式中：A——构件的毛截面面积；-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）——轴心受压构件稳定系数；（2）在弯矩作用平面内的截面复核：，假定为大偏心受压，即取，根据公式可求得混凝土受压区高度x为：（5.30）由公式（5.30）得：故该构件为大偏心受压构件。即截面承载力为：（5.31）由公式（5.31）得：截面复核满足要求。5.29#桥墩计算5.2.1设计资料1.桥墩墩高：主墩墩高为74m；2.设计荷载：公路-I级；3.桥墩材料：桥墩采用C30级混凝土，基础采用C25级混凝土；4.基础形式：采用6根群桩基础（顺桥向3排，横桥向2排），桩基为钻孔灌注桩，桩径为2m，承台厚度为4m；-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）5.桥墩形式：薄壁空心墩（箱型桥墩）。6.材料强度：（1）C30混凝土：轴心抗压强度设计值；轴心抗拉强度设计值；（2）C25混凝土：轴心抗压强度设计值；7.制动力的计算：故同向双车道制动力8.车道荷载计算：（1）车道荷载纵向布置：①双孔荷载、双车道布置如图5.7所示。图5.7双孔布置车道荷载（尺寸单位：cm轴重力单位：kN）对墩中心产生的弯矩为：②单孔荷载、双车道布置如图5.8所示。-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）图5.8单孔布置车道荷载（尺寸单位：cm轴重力单位：kN）对墩中心产生的弯矩为：（2）车道荷载横向布置如图5.9所示，在横桥向车道荷载靠一边布置时，单车道荷载的合力偏离桥中线4.5m，双车道荷载的合力偏离桥中线3.05m。图5.9车道荷载横向布置图（尺寸单位：cm)横桥向中心弯矩分别为：双孔单车道：双孔双车道：9.承载能力组合：（1）横桥向内力组合，其组合方式如表5.6所示。-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）单跨布载作用下的内力组合：1.2×恒载组合+1.4×车道荷载；双跨布载作用下的内力组合：1.2×恒载组合+1.4×车道荷载。表5.6横桥向内力汇总及组合9#墩墩高截面位置（m）恒载组合车道荷载单列双孔布载车道荷载双列双孔布载内力组合（一）单跨布载（一）双跨布载74轴力(kN)48507.32662.5532561935.965663.76剪力(kN)000弯矩(kN·m)011981.2516241.2516773.7522737.7570轴力(kN)53382.32662.5532567786.2671513.76剪力(kN)000弯矩(kN·m)011981.2516241.2516773.7522737.75续表9#墩墩高截面位置（m）恒载组合车道荷载单列双孔布载车道荷载双列双孔布载内力组合（一）单跨布载（一）双跨布载65轴力(kN)58257.32662.5532573636.2677363.76剪力(kN)000弯矩(kN·m)011981.2516241.2516773.7522737.7560轴力(kN)63132.32662.5532579486.2683213.76剪力(kN)000弯矩(kN·m)011981.2516241.2516773.7522737.75-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）55轴力(kN)68007.32662.5532585336.2689063.76剪力(kN)000弯矩(kN·m)011981.2516241.2516773.7522737.7550轴力(kN)72882.32662.5532591186.2694913.76剪力(kN)000弯矩(kN·m)011981.2516241.2516773.7522737.7545轴力(kN)77757.32662.5532597036.26100763.76剪力(kN)000弯矩(kN·m)011981.2516241.2516773.7522737.7540轴力(kN)82632.32662.55325102886.26106613.76剪力(kN)000弯矩(kN·m)011981.2516241.2516773.7522737.7535轴力(kN)87507.32662.55325108736.26112463.76剪力(kN)000弯矩(kN·m)011981.2516241.2516773.7522737.7530轴力(kN)92382.32662.55325114586.26118313.76剪力(kN)000弯矩(kN·m)011981.2516241.2516773.7522737.7525轴力(kN)97257.32662.55325120436.26124163.76剪力(kN)000弯矩(kN·m)011981.2516241.2516773.7522737.75续表9#墩墩高截面位置（m）恒载组合车道荷载单列双孔布载车道荷载双列双孔布载内力组合（一）单跨（一）双跨-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）布载布载20轴力(kN)102132.32662.55325126286.26130013.76剪力(kN)000弯矩(kN·m)011981.2516241.2516773.7522737.7515轴力(kN)107007.32662.55325132136.26135863.76剪力(kN)000弯矩(kN·m)011981.2516241.2516773.7522737.7510轴力(kN)111882.32662.55325137986.26141713.76剪力(kN)000弯矩(kN·m)011981.2516241.2516773.7522737.755轴力(kN)116757.32662.55325143836.26147563.76剪力(kN)000弯矩(kN·m)011981.2516241.2516773.7522737.75墩底轴力(kN)121632.32662.55325149686.26153413.76剪力(kN)000弯矩(kN·m)011981.2516241.2516773.7522737.75（2）顺桥向内力组合，其组合方式如表5.7所示。单跨布载作用下的内力组合：1.2×恒载组合+1.4×车道荷载；双跨布载作用下的内力组合：1.2×恒载组合+1.4×车道荷载；单跨布载作用下的内力组合：1.2×恒载组合+1.4×车道荷载+制动力作用；双跨布载作用下的内力组合：1.2×恒载组合+1.4×车道荷载+制动力作用。-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）表5.7顺桥向内力汇总及组合9#墩墩高截面位置（m）恒载组合（单位：kN、kN·m）车道荷载单跨双车道布载车道荷载双跨双车道布载车道荷载制动力（kN）内力组合（一）单跨布载（一）双跨布载（二）单跨布载（二）双跨布载74轴力48507.316202662.560476.7661936.2660476.7661936.26剪力4961.75597.05954.15954.16551.16551.1弯矩223950.547560053418.754179374580.65343526.90283503.65347705.9070轴力53382.316202662.566326.7667786.2666326.7667786.26剪力4961.75597.05954.15954.16551.16551.1弯矩199372.077560053418.756567345086.4314032.73345683.4320599.7465轴力58257.316202662.5721176.7673636.2672176.7673636.26剪力4961.75597.05954.15954.16551.16551.1弯矩174797.687560053418.759552315597.22284543.47325149.22294095.4760轴力63132.316202662.578026.7679486.2678026.7679486.26剪力4961.75597.05954.15954.16551.16551.1弯矩150240.227560053418.7512537286128.26255074.51298665.26267611.5155轴力68007.316202662.583876.7685336.2683876.7685336.26剪力4961.75597.05954.15954.16551.16551.1弯矩125828.597560053418.7515522256834.31225780.56272356.31241302.56-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）50轴力72882.316202662.589726.7691186.2689726.7691186.26剪力4961.75597.05954.15954.16551.16551.1弯矩101795.587560053418.7518507227994.70196940.95246501.70215447.9545轴力77757.316202662.595576.7697036.2695576.7697036.26剪力4961.75597.05954.15954.16551.16551.1弯矩77943.877560053418.7521492199372.64168318.89220864.64189810.8940轴力82632.316202662.5101426.76102886.26101426.76102886.26剪力4961.75597.05954.15954.16551.16551.1弯矩54280.777560053418.7524477170976.92139923.17195453.92164400.1735轴力87507.316202662.5107276.76108736.26107276.76108736.26剪力4961.75597.05954.15954.16551.16551.1弯矩30802.057560053418.7527462142802.46111748.71170264.46139210.71续表9#墩墩高截面位置（m）恒载组合（单位：kN、kN·m）车道荷载单跨双车道布载车道荷载双跨双车道布载车道荷载制动力（kN）内力组合（一）单跨布载（一）双跨布载（二）单跨布载（二）双跨布载30轴力92382.316202662.5113126.76114586.26113126.76114586.26剪力4961.75597.05954.15954.16551.16551.1弯矩7504.917560053418.7530447114845.8983792.14145292.89114239.1425轴力97257.316202662.5118976.76120436.26118976.76120436.26剪力4961.75597.05954.15954.16551.16551.1弯矩-15169.177560053418.753343287637.0056583.25121069.0090015.2520轴力102132.316202662.5124826.76126286.26124826.76126286.26剪力4961.75597.05954.15954.16551.16551.1-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）弯矩-37252.167560053418.753641761137.4130083.6697554.4166500.6615轴力107007.316202662.5130676.76132136.26130676.76132136.26剪力4961.75597.05954.15954.16551.16551.1弯矩-59195.597560053418.753940234805.293751.5474207.2943153.5410轴力111882.316202662.5136526.76137986.26136526.76137986.26剪力4961.75597.05954.15954.16551.16551.1弯矩-81000.867560053418.75423878638.97-22414.7851025.9719972.225轴力116757.316202662.5142376.76143836.26142376.76143836.26剪力4961.75597.05954.15954.16551.16551.1弯矩-102670.97560053418.7545372-17365.08-48418.8328006.92-3046.83墩底轴力121632.316202662.5148226.76149686.26148226.76149686.26剪力4961.75597.05954.15954.16551.16551.1弯矩-124215.057560053418.7548357-43218.06-74271.815138.94-25914.815.2.2截面强度及偏心计算主墩内力计算主要包括截面强度和偏心的计算。主墩截面如图5.9所示。图5.9顺桥向桥墩截面（尺寸单位：cm）-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）顺桥向为x轴，横桥向为y轴，截面几何性质：其中b=9；h=6.5m；a=1.5m。即x轴方向的惯性矩和弯曲截面系数为：由公式（5.1）得：由公式（5.2）得：y轴方向的惯性矩和弯曲截面系数由公式（5.3）得：由公式（5.4）得：桥墩截面面积：1.选取主墩墩高74m处截面进行内力计算，即为墩顶的内力计算：（1）截面强度验算，由公式（5.5）得：故强度满足要求。（2）偏心距验算，对于主墩墩高74m处截面，按照组合（二）控制设计。由公式（5.6）得：由公式（5.7）得：由公式（5.8）得：由公式（5.9）得：-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）截面重心至偏心边缘的距离：由公式（5.10）得：由公式（5.11）得：故偏心完全满足要求。2.选取主墩墩高60m处截面进行内力计算：（1）截面强度验算，由公式（5.5）得：故强度满足要求。（2）偏心距验算，对于主墩墩高60m处截面，按照组合（二）控制设计。由公式（5.6）得：由公式（5.7）得：由公式（5.8）得：由公式（5.9）得：截面重心至偏心边缘的距离：由公式（5.10）得：由公式（5.11）得：故偏心完全满足要求。3.选取主墩墩高45m处截面进行内力计算：（1）截面强度验算，由公式（5.5）得：-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）故强度满足要求。（2）偏心距验算，对于主墩墩高45m处截面，按照组合（二）控制设计。由公式（5.6）得：由公式（5.7）得：由公式（5.8）得：由公式（5.9）得：截面重心至偏心边缘的距离：由公式（5.10）得：由公式（5.11）得：故偏心完全满足要求。4.选取主墩墩高40m处截面进行内力计算：（1）截面强度验算，由公式（5.5）得：故强度满足要求。（2）偏心距验算，对于主墩墩高40m处截面，按照组合（二）控制设计。-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）由公式（5.6）得：由公式（5.7）得：由公式（5.8）得：由公式（5.9）得：截面重心至偏心边缘的距离：由公式（5.10）得：由公式（5.11）得：故偏心完全满足要求。5.选取主墩墩高20m处截面进行内力计算：（1）截面强度验算，由公式（5.5）得：故强度满足要求。（2）偏心距验算，对于主墩墩高20m处截面，按照组合（二）控制设计。由公式（5.6）得：由公式（5.7）得：由公式（5.8）得：由公式（5.9）得：截面重心至偏心边缘的距离：-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）由公式（5.10）得：由公式（5.11）得：故偏心完全满足要求。6.选取主墩墩底处截面进行内力计算：（1）截面强度验算，由公式（5.5）得：故强度满足要求。（2）偏心距验算，对于主墩墩底处截面，按照组合（二）控制设计。由公式（5.6）得：由公式（5.7）得：由公式（5.8）得：由公式（5.9）得：截面重心至偏心边缘的距离：由公式（5.10）得：由公式（5.11）得：故偏心完全满足要求。5.2.3墩顶水平位移验算1.墩顶日照位移计算：（1）顺桥向：-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）式中：；℃；；；由公式（5.14）得：由公式（5.15）得：由公式（5.16）得：由公式（5.17）得：由公式（5.18）得：（其中为壁厚）由公式（5.19）得：由公式（5.20）得：由公式（5.21）得：由公式（5.13）得：故（2）横桥向：由公式（5.14）得：由公式（5.15）得：由公式（5.16）得：由公式（5.17）得：-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）由公式（5.18）得：（其中为壁厚）由公式（5.19）得：由公式（5.20）得：由公式（5.21）得：由公式（5.13）得：2.墩顶动力位移计算：在墩顶受P=6551.1kN的顺桥向水平力，承台中心处水平位移和转角为：即，故满足要求。5.2.4日照温度应力验算1.竖向局部温度应力：(5.27）-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）（1）顺桥向：式中：；℃；；；；a=10；；；；；；由公式（5.27）得：顺桥向温度差℃时截面自约应力计算如表5.8所示。表5.8顺桥向截面自约应力计算(单位：MPa)计算项目y(m)①②③④⑤⑥0.015y10y①+③0.0845-④7.5×⑤00011-0.9155-6.86610.0151000.0150.06950.52120.032000.030.05450.40930.0453000.0450.03950.29640.064000.060.02450.18450.0755000.0750.00950.071-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）60.096000.09-0.0055-0.04170.1057000.105-0.0205-0.15480.138000.13-0.0455-0.34190.1459000.145-0.0605-0.454（2）横桥向：式中：；℃；；；；a=10；；。；；；；由公式（5.27）得：横桥向温度差℃时截面自约应力计算如表5.9所示。表5.9横桥向截面自约应力计算(单位：MPa)计算项目y（m）①②③④⑤⑥0.026y10y①+③0.109-④7.5×⑤00011-0.891-6.68250.50.01350.00670.01970.08930.669810.0261000.0260.0830.622520.0522000.0520.0570.4275-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）30.0783000.0780.0310.232540.1044000.1040.0050.037550.135000.13-0.021-0.157560.1566000.156-0.047-0.35256.50.1696500.169-0.06-0.45在两方向温差同时作用下，截面应力计算见表5.10所示。表5.10两方向温差同时作用下截面应力(单位：MPa)顺桥向截面横桥向截面00.034-2.9830.5-4.37017.4214.32327.3094.12837.1963.93347.0843.73856.9713.54366.8593.3486.5-3.25076.746-86.559-96.446-所以在单向日照温度差作用下：最大压应力；故满足设计要求。-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）2.水平向温度应力计算：（1）水平向框架约束温度应力：根据水平框架计算分析如图5.10所示，求得线性温度分布水平框架约束应力，再乘线性温度分布修正系数。图5.10横向框架（尺寸单位：cm）则：（5.28）（5.29）又设：；；即（其中：）-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）顺桥向向阳壁板：顺桥向背阳壁板：同理得横桥向AB、CD板的应力：又设；已知由上得；即。横桥向向阳壁板：横桥向背阳壁板：（2）横向自约应力计算：-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）（5.30）由公式（5.14）得：（式中h为壁厚）由公式（5.15）得：由公式（5.16）得：由公式（5.17）得：顺桥向和横桥向向阳壁内表面应力：由公式（5.30）得：横向自约应力与横向水平框架约束应力组合后，横桥向AB板与顺桥向AD板表面的横向最小压应力为4.2MPa,满足设计要求，故不会在角隅处发生温度裂缝。5.2.5墩壁局部稳定验算矩形空心桥墩墩壁的临界应力为：（5.31）其中：；由公式（5.31）得：故不会有局部失稳发生。5.2.6配筋计算截面尺寸为6500mm×9000mm，I类环境条件，安全等级为二级，墩身采用C30级混凝土，纵向钢筋为HRB335级钢筋，采用对称配筋。其中：；；；1.截面设计：-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）构件长细比，，，根据公式求得轴向力偏心距增大系数。且，2.根据下式判别大、小偏心受压：由公式可求得ξ值，主墩部分截面的ξ值计算结果如表所示。且所有的ξ的值均小于的值，即：故按大偏心受压构件进行配筋设计。3.求纵向钢筋面积：受压区高度，根据计算表格，所有的受压区高度x均满足：，且根据公式，直接算纵向钢筋的截面面积。式中：x——混凝土受压区高度；——偏心距增大系数；、——受拉、受压钢筋的面积；——钢筋抗压强度设计值；其计算结果如表5.11所示。表5.11主墩空心墩配筋计算结果墩高位置轴力（kN）弯矩（kN·m）（mm）偏心大小-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）74m61936.26347705.905613.93111.080.0770.56大10485.6447101.8070m67786.26320599.744729.57111.090.0850.56大9601.2728329.4465m73636.26294095.473993.89111.110.0920.56大8865.609952.6060m79486.26267611.513366.76111.130.0990.56大8238.47-8262.6455m85336.26241302.562827.67111.150.1060.56大7699.37-26254.0450m91186.26215447.952362.720.9111.170.1140.56大7195.58-45334.1845m97036.26189810.891956.080.7911.170.1210.56大6737.13-64861.6640m102886.26164400.171597.880.6811.180.1280.56大6331.44-84209.8035m108736.26139210.711280.260.5811.200.1360.56大5970.65-103350.1630m114586.26114239.14996.970.5011.220.1430.56大5652.82-122054.6925m120436.2690015.25747.410.4211.240.1500.56大5368.73-140467.5820m126286.2666500.66526.590.3511.290.1570.56大5117.68-158385.0115m132136.2643153.54326.580.2911.380.1650.56大4891.78-175994.4110m137986.2619972.22144.740.2411.720.1720.56大4688.35-193265.995m143836.26-3046.83-21.180.191-2.880.1790.56大4500.84-210420.44墩底149686.26-25914.81-173.130.1510.630.1870.56大4331.63-227202.36那么用进行配置构造钢筋。现选择布置90根Ф20的HRB335级钢筋，即<0.002bh()，而且截面所需的最小宽度为，而。主墩空心墩部分则根据构造要求进行配纵向钢筋，主墩截面配筋如图5.11所示，横向布置20排钢筋（除空心部分），其间距为336mm，纵向布置27根钢筋（除空心部分），其间距为340mm，混凝土保护层为62mm。共需要90根Ф20的HRB335级钢筋，。-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）图5.11主墩空心截面配筋示意图（尺寸单位：cm）4.截面复核：（1）垂直于弯矩作用平面内的截面复核：长细比，由《结构设计原理》叶见曙主编（第三版）附表1-9查得，则由公式（5.29）得：故满足要求。式中：A——构件的毛截面面积；——轴心受压构件稳定系数；（2）在弯矩作用平面内的截面复核：，假定为大偏心受压，即取，根据公式（5.30）可求得混凝土受压区高度x为：-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）故该构件为大偏心受压构件。即截面承载力为：（5.32）截面复核满足要求。-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）6桩基础的设计计算6.18#桩基础计算进行桩基计算时，由于桥墩桩基承台底部受有上部传来的∑N、∑H、∑M,故承台与基础将会产生竖向位移、横向位移、转角。通常对桩基础要从两方面进行检算，首先是整个桩基础要有足够的承载力；其二是变形方面。桩基础检算的主要项目有：单桩轴向承载力，桩身强度，群桩基础承载力。6.1.1桩基设计资料1.水文地质资料：河床地表42.5～53.8m土质主要为砂质黄土，内摩擦角取地基土的比例系数。（《桥梁工程与墩台基础》表5.1所查）2.荷载：(荷载为纵向控制设计)承台自重：进行桥面车辆布载后，选取最不利荷载进行桩基础的设计计算，又作用在承台底面中心的设计荷载为：3.桩基础：桩基拟采用桩径为1.5m的钻孔灌注桩，经过初步计算拟采用4根钻孔灌注桩组成的群桩基础，其详细尺寸见第3章的8#和11#承台与桩基图，C25级混凝土重度为（已扣除浮力）。且最小桩心距s=3.75m,桩长为20m，具体桩的布置图如图6.1所示。-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）图6.1顺桥向桩位布置图（尺寸单位：cm）4.材料：采用C25级混凝土，其弹性模量6.1.2桩基计算1.桩的计算宽度：式中：：形状换算系数，对于圆端形截面，因为n=2,所以。则有2.桩的变形系数α：-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）变形系数桩的埋置深度为冲刷线以下h=13.3m,故计算长度为：，按照弹性桩计算。3.桩顶刚度系数、、、值计算：（6.1），钻孔灌注桩：故取，因此：由公式（6.1）得：已知：，查王晓谋主编《基础工程》（第四版）附表17、附表18、附表19得：，，。由式得：-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）4.计算承台底面原点O处位移、、。（6.2）由公式（6.2）得：（6.3）由公式（6.3）得：（6.4）由公式（6.4）得：5.计算作用在每根桩顶上的作用力、、：竖向力（6.5）由公式（6.5）得：-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）水平力（6.6）由公式（6.6）得：弯矩（6.7）由公式（6.7）得：6.计算局部冲刷线处桩身的轴向力、水平力及弯矩：轴向力水平力弯矩求得轴向力、水平力及弯矩后按单桩进行计算和验算，然后进行群桩基础承载力。7.局部冲刷线下深度z处桩截面的弯矩及桩身最大弯矩计算：（1）局部冲刷线以下深度z处桩截面的弯矩计算：（6.8）由公式（6.8）得：无量纲系数、由王晓谋主编《基础工程》（第四版）附表3、附表7分别查得，计算列表如表6.1所示，其结果如图6.2所示。-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）表6.1Mz计算表（单位：kN·m）0.00.000.000001.000000.001587.601587.600.20.870.196600.9978970.521584.251654.770.41.740.374630.98486134.381563.561697.940.62.610.520570.95443186.731515.251701.980.83.480.625880.90390224.501435.031659.531.04.350.686810.83381246.361323.761570.121.25.220.703240.74663252.251185.351437.601.46.090.678450.64648243.361026.351269.711.87.830.530050.42729190.13678.37868.492.29.570.307660.21844110.36346.80457.152.611.300.096670.0619934.6898.42133.093.013.040.00000-0.000070.00-0.11-0.11图6.2局部冲刷线以下的Mz示意图（2）桩身最大弯矩位置及最大弯矩的计算：-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）由得：由及，查王晓谋主编《基础工程》（第四版）附表13得：故由及，查王晓谋主编《基础工程》（第四版）附表13得：,8.局部冲刷线以下深度z处横向土抗力的计算：（6.9）由公式（6.9）得：无量纲系数、由王晓谋主编《基础工程》（第四版）附表1、附表5分别查得，计算列表如表6.2所示，其结果如图6.3所示。表6.2Pzx计算表（单位：kPa）0.00.002.726581.757550.000.000.000.20.872.376401.413854.0110.5614.560.41.742.034001.110016.8616.5723.430.62.611.706510.845538.6318.9427.57-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）0.83.481.399700.619179.4418.4927.931.04.351.117770.428899.4216.0125.431.25.220.863150.271878.7312.1820.911.46.090.636550.144727.517.5615.081.87.830.26201-0.036433.98-2.451.532.29.57-0.02870-0.14905-0.53-12.24-12.772.611.30-0.26999-0.22600-5.92-21.94-27.853.013.04-0.49434-0.29185-12.50-32.68-45.19图6.3局部冲刷线以下的Pzx示意图6.1.3配筋计算该群桩基础的单桩直径为d=1.5m，计算长度为20m,桩控制截面的弯矩计算值M=1701.98kN·m，桩截面的轴向力计算值为N=8378.0kN，采用C25级混凝土，HRB335级钢筋，由已知条件得：，1.计算偏心距增大系数：长细比l/d=20/2=10>4.4,故要进行考虑纵向弯曲对偏心距产生的影响。取0.9r=0.675(m)-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）则截面的有效高度，（6.10）且，故取0.579；，故取1.0；即2.计算截面实际偏心距：3.根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）求得轴向力的偏心距e：（6.11）其中：r=0.75m，设g=0.9，且ρ=0.005，则由公式（6.11）得：下面将采用试算法见表6.3所示。当ξ=0.80时，e=0.307m，与实际的e0=0.310m接近，故取0.80为计算值。表6.3偏心距e的试算表ξABCD（e）e0（e）/e00.802.12340.58981.63811.12120.3070.3100.9900.792.09260.59821.59381.14960.3170.3101.0220.812.15400.58101.68111.09340.2970.3100.958-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）4.纵向钢筋面积：单根桩内的竖向钢筋按含筋率的0.5%进行配置：现选用24根Ф22的HRB335级钢筋：实际配筋率为：钢筋布置如图6.4所示，，纵向钢筋净间距为97.8mm，满足规定的净距不应小于50mm且不应大于350mm的要求，箍筋间距采用200mm。图6.4桩截面配筋图（尺寸单位：cm）5.截面承载力复核：在垂直于弯矩作用的平面内：由长细比为13.3>7,故稳定系数Ψ=1.5，混凝土截面面积为A=7068583mm²，且实际纵向钢筋面积为9122.4mm²，即在垂直于弯矩作用平面的承载力为：（6.12）由公式（6.12）得：6.1.4承载能力计算-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）1.单桩承载力计算单桩的轴向承载能力必须要不大于单桩的容许承载力，且单桩的轴向容许承载力分别按岩土阻力和桩身材料强度计算，最后选取较小值进行比较。（1）岩土阻力下的单桩承载力计算：（6.13）（6.14）式中：——单桩轴向受压承载力容许值（kN）；——桩端截面面积（mm²）；n——土的层数；——承台底面或局部冲刷线以下各个土层的厚度；——与相对应的各层土与桩侧的摩阻力标准值（kPa）；——桩端处土的承载力容许值（kPa）；U——桩身周长（按设计直径计算单桩轴向受压承载力容许值偏于安全）——桩端处土的承载力基本容许值（kPa），根据设计资料选取为；h——桩端的埋置深度；——地基承载力随着深度的修正系数；——桩端以上各土层的加权平均重度（kN/）；——修正系数；——清底系数。其中：U=4.71m；；n=1；；；h=13.3m；；；；；。由公式（6.14）得：-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）由公式（6.13）得：（2）根据桩身材料强度进行单桩承载力计算：（6.15）式中：P——计算的单桩轴向承载力；Ψ——桩的纵向挠曲系数，低承台桩基Ψ=1.5；A——截面处桩的毛截面面积；——混凝土轴心抗压强度设计值；——纵向钢筋截面面积；——纵向钢筋抗压强度设计值；——桥梁结构重要性系数，取1.0。由公式（6.15）得：结合以上两种单桩承载力计算，取其小值21683.14kN,且P>N=8378.0(kN)；故单桩的承载力满足要求。2.群桩承载力计算进行群桩承载能力计算时，根据下式进行计算：（6.16）式中：a、b——桩外缘间距，；、——桩基底边长，；A——桩底面积，；W——桩外缘抵抗矩，；-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）N——桩底轴向力，包括实体范围内的土重、承台重、墩梁恒载及车道布载。单桩自重下的重力：桩的总重力：土重：进行纵向双孔布载时，竖向力最不利；即又桩顶=1587.60kN·m。由公式（6.16）得：且其中：=400kPa；；；h=20m；。则从而，故群桩承载力满足要求。6.1.5裂缝验算裂缝宽度验算根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004)，圆形截面钢筋混凝土偏心受压构件，当按作用短期效应组合计算的截面受拉区最外缘钢筋应力时，可不必验算裂缝宽度。（6.17）式中：N——承载能力组合的轴向力(kN)；——截面配筋率；r——构件截面半径(m)；——轴向力N的偏心距（m）；-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）——边长为150mm的混凝土立方体抗压强度标准值，设计时取混凝土抗压强度等级(MPa)其中；r=0.75m；；；=0.005。在正常承载能力使用组合下桩身最大弯矩及最大弯矩位置位于局部冲刷线z=2.61m处，此位置所对应的N=8378.0kN，。由公式（6.14）得：说明在该效应组合下桩身弯矩最大截面最外缘钢筋处于受压状态，故不进行裂缝宽度验算。6.1.6桩顶纵向水平位移计算桩在局部冲刷线处转角和水平位移：（6.18）（6.19）因为，z=0m，查王晓谋主编《基础工程》（第四版）附表分别得：=2.72658，=1.75755，=-1.75755，=-1.81849。即：由，,，得-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）墩顶纵桥向水平位移的计算：；；；。查王晓谋主编《基础工程》（第四版）附表14、附表15得：，。故由式子：6.29#桩基础计算6.2.1桩基设计资料1.水文地质资料：河床地表42.5～53.8m土质主要为砂质黄土，内摩擦角取地基土的比例系数。2.荷载：上部为（65+120+65）m预应力混凝土连续刚构桥，荷载为纵向控制设计。承台自重：进行桥面车辆布载后，选取最不利荷载进行桩基础的设计计算，又作用在承台底面中心的设计荷载为：-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）3.桩基础：桩基拟采用桩径为2m的钻孔灌注桩，经过初步计算拟采用6根钻孔灌注桩组成的群桩基础，其详细尺寸见第3章的9#和10#承台与桩基图，C25级混凝土重度为（已扣除浮力）。且最小桩心距s=5.5m,具体桩的布置图如图6.5所示。图6.5顺桥向桩位布置图（尺寸单位：cm）4.材料：采用C25级混凝土，其弹性模量6.2.2桩基计算1.桩的计算宽度：式中：：形状换算系数，对于圆端形截面，因为n=3,所以。则有-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）2.桩的变形系数α：变形系数桩的埋置深度为冲刷线以下h=25m,故计算长度为：，按照弹性桩计算。3.桩顶刚度系数、、、值计算：，故取，因此：由公式（6.1）得：已知：，取用4。查王晓谋主编《基础工程》（第四版）附表17、附表18、附表19得：，，。-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）4.计算承台底面原点O处位移、、。由公式（6.2）得：由公式（6.3）得：由公式（6.4）得：5.计算作用在每根桩顶上的作用力、、：由公式（6.5）得：由公式（6.6）得：由公式（6.7）得：6.计算局部冲刷线处桩身的轴向力、水平力及弯矩：轴向力-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）水平力弯矩求得轴向力、水平力及弯矩后按单桩进行计算和验算，然后进行群桩基础承载力。7.局部冲刷线下深度z处桩截面的弯矩及桩身最大弯矩计算：（1）局部冲刷线以下深度z处桩截面的弯矩计算：由公式（6.8）得：无量纲系数、由王晓谋主编《基础工程》（第四版）附表3、附表7分别查得，计算列表如表6.4所示，其结果如图6.6a所示。表6.4Mz计算表（单位：kN·m）0.00.0001014090.4614090.460.20.840.196960.99806903.814063.1214966.920.41.680.377390.986171731.7613895.5915627.350.62.520.529380.958612429.213507.2615936.460.83.360.645610.913242962.5612867.9715830.531.04.200.723050.850893317.9211989.4315307.351.25.040.761830.774153495.8710908.1314404.001.45.880.764980.686943510.329679.3013189.621.87.560.684880.498893142.767029.5910172.352.29.240.531600.320252439.394512.476951.862.610.920.354580.175461627.092472.314099.40-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）3.012.600.193050.07595885.861070.171956.033.514.700.050810.01354233.16190.78423.944.016.800.000050.000090.221.271.49a）b）图6.6局部冲刷线以下的结果图（2）桩身最大弯矩位置及最大弯矩的计算：由得：由及，查王晓谋主编《基础工程》（第四版）附表13得：；故由及，查王晓谋主编《基础工程》（第四版）附表13得：，8.局部冲刷线以下深度z处横向土抗力的计算：-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）由公式（6.9）得：无量纲系数、由王晓谋主编《基础工程》（第四版）附表1、附表5分别查得，计算列表如表6.5所示，其结果如图6.6b所示。表6.5Pzx计算表（单位：kPa）0.00.002.440661.621000000.20.842.117791.2908840.7876.32117.100.41.681.802731.0006469.42118.32187.740.62.521.502680.7498186.80132.99219.790.83.361.223700.5372794.24127.05221.291.04.200.970410.3611993.42106.77200.191.25.040.745880.2190886.1777.71163.881.45.880.551750.1079374.3644.67119.031.87.560.25386-0.0357243.99-19.0024.992.29.240.06461-0.0994013.68-64.64-50.962.610.92-0.03986-0.11136-9.98-85.59-95.573.012.60-0.08741-0.09471-25.24-83.99-109.233.514.70-0.10495-0.05698-35.36-58.95-94.314.016.80-0.10788-0.01487-41.54-17.58-59.126.2.3配筋计算-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）该群桩基础的单桩直径为d=2m，计算长度为40m,桩控制截面的弯矩计算值M=15217.70kN·m，桩截面的轴向力计算值为N=37166.97kN，采用C25级混凝土，HRB335级钢筋，由已知条件得：，1.计算偏心距增大系数：长细比l/d=40/2=20>4.4,故要进行考虑纵向弯曲对偏心距产生的影响。取0.9r=0.9(m)则截面的有效高度。且，故取0.782；，故取0.95；由公式（6.10）得：2.计算截面实际偏心距：3.根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）求得轴向力的偏心距e：其中：r=1.0m，设g=0.9，且ρ=0.005，则由公式（6.11）得：由表6.6可见，当ξ=0.45时，e=0.807m，与实际的e=0.813m接近，故取0.35为计算值。表6.6偏心距e的试算表ξABCD（e）e（e）/e0.350.72010.4828-0.71651.82250.8210.8131.010-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）0.340.69150.4699-0.76571.80710.8390.8131.0320.330.66310.4568-0.81541.79030.8580.8131.0564.纵向钢筋面积：单根桩内的竖向钢筋按含筋率的0.5%进行配置：现选用42根Ф22的HRB335级钢筋：实际配筋率为：钢筋布置如图6.7所示，，纵向钢筋净间距为118.5mm，满足规定的净距不应小于50mm且不应大于350mm的要求，箍筋间距采用200mm。图6.7桩截面配筋图（尺寸单位：cm）5.截面承载力复核：在垂直于弯矩作用的平面内：由长细比为20>7,故稳定系数Ψ=1.5，混凝土截面面积为3.14m²=3140000mm²，且实际纵向钢筋面积为15964.2mm²，即在垂直于弯矩作用平面的承载力为：-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）由公式（6.12）得：6.2.4承载能力计算1.单桩承载力计算：（1）岩土阻力下的单桩承载力计算：其中：U=6.28m；；n=1；；；h=25m；；；；；。由公式（6.14）得：由公式（6.13）得：（2）根据桩身材料强度进行单桩承载力计算：由公式（6.15）得：结合以上两种单桩承载力计算，取其小值54782.97kN,且P>N=37166.97(kN)；故单桩的承载力满足要求。2.群桩承载力计算：单桩自重下的重力：桩的总重力：土重：进行纵向双孔布载时，竖向力最不利；即又桩顶=14090.46kN·m。-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）由公式（6.16）得：其中：=400kPa；；；h=40m；。则从而，故群桩承载力满足要求。6.2.5裂缝验算裂缝宽度验算根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004)，圆形截面钢筋混凝土偏心受压构件，当按作用短期效应组合计算的截面受拉区最外缘钢筋应力时，可不必验算裂缝宽度。其中；r=1m；；；=0.005。在正常承载能力使用组合下桩身最大弯矩及最大弯矩位置位于局部冲刷线z=2.52m处，此位置所对应的N=37166.97kN，。由公式（6.17）得：说明在该效应组合下桩身弯矩最大截面最外缘钢筋处于受压状态，故不进行裂缝宽度验算。6.2.6桩顶纵向水平位移计算由于z=0m，查王晓谋主编《基础工程》附表1、附表5分别得：=2.46900，=1.63159，=-1.63159，=-1.75417。即：-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）由，,，墩顶纵桥向水平位移的计算：；；；。查王晓谋主编《基础工程》附表14、附表15得：，。-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）7施工方案设计7.1薄壁空心桥墩的施工设计7.1.1模板工程 墩身采用组合钢模板施工，且模板的加工必须要符合规范要求。模板应按照设计要求精确无误，且不宜与脚手架进行连接。模板安装时，支撑应牢固，防止模板在浇筑混凝土时产生移位。模板在安裝过程中，必须设置防倾覆的临时固定措施；模板安装完成后，其尺寸、平面位置和顶部高程等应符合设计要求，节点连接应当牢固可靠。固定在模板上的顶埋件和预留孔均不得遗漏，而且位置准确。 7.1.2钢筋制作及安装 钢筋按设计要求配料绑扎，采用双面搭接焊，用同标号的混凝土块，确保混凝土保护层厚度。钢筋加工的一般程序为冷拉、冷拔、调直、下料、切断、弯曲等，其中任何一项工序不得轻易省去。 7.1.3混凝土浇筑混凝土采用拌合站集中拌合、塔吊提料斗吊送、插入式振捣器振捣的施工方法。浇筑混凝土前检查模板、钢筋及预埋件的位置、尺寸和保护层厚度，确保其位置准确、保护层足够；模板支立完毕，经检查无误后，即可浇筑混凝土。浇筑前必须清除模板内的杂物。振捣棒的移动距离不超过振捣器作用半径的1.5倍，并与模板保持5~10cm的距离。混凝土浇注后随即进行振捣，振捣时间一般控制在30秒以上，切不可漏捣和靠模板振捣，有下列情况之一时即表明混凝土已振捣密实：1.混凝土表面停止沉落或沉落不明显；2.振捣时不再出现显著气泡或振动器周围无气泡冒出；3.混凝土表面平坦、无气体排出；4.混凝土已将模板边角部位填满充实。浇筑混凝土时，派专人观察模板的支撑情况，如有变形、移位或沉陷等现象应立即停止浇筑，并通知现场工程师及监理工程师，立即采取适当的措施处理，处理好后方可继续浇筑混凝土。在浇筑过程中，及时做好混凝土试块，以便检查混凝土强度。7.1.4墩身翻升模板施工-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）1.翻模施工工艺原理：先将工作平台建立在强度足够的墩身混凝土上，用液压千斤顶充当动力提升工作平台。当平台到达一定工作高度后在平台上悬挂吊架，在吊架上进行模板的拆卸、提升、安装以及钢筋绑扎等。在工作平台上进行混凝土的浇筑、振捣、吊架移位和中线控制等作业。内外模板各设三层，循环交替翻升。在第三层混凝土浇筑完成后，提升工作平台，拆卸并提升第一层模板至第三层上方，安装校正后浇筑混凝土。以上程序循环进行，直到整个桥墩浇筑完成。2.翻模施工工艺流程：施工准备→翻模组装→钢筋绑扎、混凝土浇筑与养护→提升平台、翻升模板→循环施工至墩顶→拆除模板→拆除工作平台。7.2钻孔桩群桩基础的施工设计7.2.1准备工作 1.场地整平提前整平桩位附近场地，清除杂物、换除软土、平整压实，便于钻孔。孔位旁平台必须坚固稳定，能承受施工作业时所有静活荷载。 2.埋设护筒护筒的作用是固定桩位，引导钻头方向；保护孔口，防止孔口坍塌；隔离孔内外表层水，并保持孔内水位高于施工水位，以此保护孔壁不坍塌。一般埋设深度宜为2~4m，特殊情况应加深以保证钻孔和灌注混凝土顺利进行。护筒应高出地面0.3m或高出水面1.0~2.0m；护筒中心线应与桩中心重合，除设计另有规定外，一般平面允许误差为50mm，护筒与桩轴线的倾斜度偏差不得大于1%；干处可实测定位，湿处可依靠导向架定位。 3.制备泥浆钻孔泥浆一般由水、黏土和添加剂按适当比例调制而成。在钻孔过程中，通常保持孔内泥浆液面高于孔外地下水位，由于孔内泥浆的液柱压力足以平衡孔外地下水压力而形成孔壁土体的一种液体支撑，同时促使泥浆渗入孔壁土体并能在其表面形成一层细密而透水性很小的泥皮，保护孔壁免于坍塌。另外泥浆还有悬浮钻渣的作用，利于钻孔工作顺利进行。-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）7.2.2钻孔施工过程 钻孔灌注桩施工，应根据孔径、孔深、桩位处的水文情况、地质情况、施工环境条件等因素来确定钻孔机械设备，所选用的的钴机及钻孔方法应能满足施工质量和施工安全的要求；钻机安装在平台上，钻机摆放要水平，开钻时应先在孔内灌注泥浆。先空机运转20min确认各部正常后，方可开始钻进，开始钻进时，适当控制进尺，使初期成孔竖直、圆顺，防止孔位偏心、孔口坍塌，钻进过程要确保泥浆水头高度高于地下水位1m，当钻孔深度达到设计要求时，对孔深、孔径、孔位和孔形等进行检查，确认满足设计要求后再进行下一项。正循环旋转钻孔是利用泥浆泵以高压的方式将泥浆从泥浆池压入钻杆内，经钻头喷出，冲刷孔底，泥浆挟带钻渣沿钻孔上升并经孔口排至沉淀池，经沉淀净化再循环使用的一种成孔方法。其优点是钻进与排渣同时连续进行。7.2.3清孔及吊装钢筋笼1.清孔钻孔达到设计深度，终孔后检查孔深、孔径、竖直度等指标，合格后应迅速清孔，用抽浆法进行清孔，抽浆清孔比较彻底，但孔壁易坍塌的钻孔使用抽浆法清孔时，操作要注意，防止坍孔。抽浆法清孔采用以下方法：用反循环回转钻机钻孔时，在终孔后停止进尺，利用钻机的反循环系统的泥石泵持续吸渣5min~15min左右，使孔底钻渣清除干净。 2.钢筋笼的吊装 钢筋骨架在钢筋制作区制作成型后，用平板车运至现场，吊车安装。钢筋笼骨架入孔后，要用可靠焊接吊环将钢筋笼固定于孔口，然后进行钢筋骨架对中固定施工。钢筋笼骨架入孔后，要用可靠焊接吊环将钢筋笼固定于孔口，然后进行钢筋骨架对中固定施工。  7.2.4灌注水下混凝土应按水下混凝土浇筑数量和灌入速度的要求配齐施工机具设备，设备的能力应满足桩孔在规定时间内灌注完毕的要求，对主要设备应有备用。水下混凝土宜采用钢导管灌注，导管的内径宜为200~350mmn。导管使用前应进行水密承压和接头抗拉试验，严禁采用压气试压。进行水密试验的水压应不小于孔内水深1.3倍的压力，也不应小于导管壁和焊缝可能承受浇筑混凝土时最大内压力的1.3倍；混凝土拌和物应具有良好的和易性，浇筑时应能保持足够的流动性，其坍落度当柱孔直径D<1.5m时，-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）宜为180~220mm；D>1.5m时，宜为160~200mm，且应充分考虑气注水下混凝土的技术要求：1.水下混凝土的浇筑时间不得超过首批混凝土的初凝时间；2.混凝土运至浇筑地点时，应检查其均匀性和坍落度等，不符合要求时不得使用；3.首批混凝土入孔后，混凝土应连续浇筑，不得中断；4.浇筑时应采取措施防止钢筋骨架上浮；当浇筑的混凝土顶面距钢筋骨架底部1m左右时，宜降低灌注速度，混凝土顶面上升到骨架底部4m以上时宜提升导管，使其底口高于骨架底部2m以上后再恢复正常浇筑速度；5.采用全护筒钻机施工的桩在浇筑水下混凝土时，护筒应随导管的提升逐步上拔，上拔过程中除应保证导管的埋置深度外，同时应使护筒底口始终保持在混凝土面以下。施工时应边浇筑、边排水，并应保持护筒内的水位稳定；6.浇筑过程中中发生故障时，应查明原因，合理确定处置方案，进行处理；7.在灌注过程中应将桩孔内溢出的水或泥浆引流至适当地点处理，不得随意排放。-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）结论本次毕业设计历时三个多月，在两位老师的悉心指导和同学们的帮助下，本人顺利的完成了毕业设计任务书所要求的各项任务，从中获益匪浅。本次毕业设计使我对过去四年所学的知识联系了起来，让其形成了一个较为完整的知识体系，本设计主要采用的是自己拟定桥墩及桩基尺寸，然后进行设计验算与配筋；在设计过程中，计算机作为辅助来建立Midas桥墩模型。本设计主要设计的是连续刚构桥的下部结构设计，难免少不了考虑施工的可行性。所以，在设计计算过程中必须要综合考虑，将理论知识与实践相结合起来。因为在毕业之后，自己即将要走上工作岗位，所以，本次毕业设计对本人来说显得极其重要，于是想尽各种办法，尽自己最大的努力将本次设计做到更好。通过本次毕业设计，本人发现自己四年来所学知识比较欠缺，相关专业的实践环节甚是不详，对此，在设计过程中，显得很是束手无策。因此在做桥梁毕业设计时遇到了相当大的困难。但是，通过自己查阅相关书籍与资料，以及在两位老师的指导与帮助下，本人确实学到了许多欠缺的知识，同时为此次毕业设计的顺利进行做了铺垫。同时在设计过程中我对本行业规范有了一定了解，更重要的是学会了如何使用规范，并在设计过程中充分考虑施工的可行性。在此过程中我使用较多的是AutoCAD、WPS及Midas等先进软件。这些计算机软件给设计带来了很大的方便。对我而言，由于是第一次做相对完整的设计，加上自己没有设计经验和施工经验，在进行前面的设计环节时不能准确把握后面可能发生的问题，从而造成返工等。为避免此问题再发生，我会在以后的学习和工作中不断提高，积累经验，增强自己的理论知识，并切实有效地与实践相结合起来。通过这次设计，提高了我的综合能力，也为我的大学学习生活划上了圆满的句号。再次感谢各位老师对我的悉心指导和帮助。-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）致谢通过本学期前半学期的努力与坚持，本人所做的毕业设计即将完成，首先非常感谢李老师和马老师对本人毕业设计精心的指导。在此期间，两位老师教给了本人无穷无尽的课本知识，更多的教会了一些为人处事的策略，可谓一举两得。对此，本人对两位老师无怨无悔的辛勤付出表示诚挚地敬意和衷心地感谢。转眼间，美好的大学时光即将就要划上永恒的句号，本人深知自已学识的短浅，在即将毕业之前，迎来大学生涯中最具有意义的一件事，那就是毕业设计。众所周知，做毕业设计时间很艰辛的事，在此期间，困难一个个地接踵而来，曾今想无数次的放弃。但是，在老师的鼓舞与精心指导下，本人一次次地坚持了下来，最终顺利的完成了本次毕业设计，同时为美好的大学生活划上了圆满的句号。在这个过程中，两位老师教给了本人一笔宝贵的人生财富，那就是遇到任何困难都不要退缩，要敢于面对，更重要的是要敢于挑战，终究是会取得一点成绩的。还有一个更重要的因素，那就是态度，有些时候，态度可以决定一切，在做毕业设计期间，对于这个问题本人深有体会，有些事情的成功与否确确实实来自于一个人的态度。所以，使我懂得了态度决定一切这一真理。从最初的Midas建模到如今设计计算的完成，期间经历了无穷无尽的困惑与不解，通过翻阅相关设计资料和两位老师仔细的讲解与指导，使本人拓展了知识体系。本次毕业设计是对大学所学知识的一次完美总结，同时也为本人日后走向工作岗位奠定了知识体系。再次感谢两位老师，让本人在本次毕业设计中学到了人生中的第一笔财富，再次感谢两位老师技术思路与文档编辑的指点，使本人得以顺利完成此次毕业设计。最后，衷心地祝愿土木工程学院的所有领导和老师身体健康、工作顺利。-99- 兰州工业学院本科毕业设计（论文）参考文献［1］公路桥涵设计通用规范（JTGD60-2015）[S].北京：人民交通出版社，2016.［2］周水兴，王小松，田维锋，杜柏松编著.桥梁结构电算[M].北京：人民交通出版社：2013.8.［3］公路工程水文勘测设计规范（JTGC30-2015）[S].北京：人民交通出版社，2016.［4］公路工程施工安全技术规范（JTGF50-2015）[S].北京：人民交通出版社，2016.［5］赵青、李海涛.土木工程专业毕业设计指南（道路桥梁工程方向）［M］.武汉:武汉大学出版社,2014.［6］凌志平.公路桥涵设计手册-墩台与基础.[M].北京：中国交通出版社，1999.06.［7］邵旭东等.桥梁设计与计算[M］.北京:人民交通出版社,2012.［8］邵旭东.公路建设百问丛书《桥梁设计百问》[M].北京：人民交通出版社，2003［9］公路环境保护设计规范（JTGB04-2010）[S].北京：人民交通出版社，2011.［10］公路钢筋混凝土和预应力混凝土桥涵设计规范（JTGD62-2004）[S].北京：人民交通出版社，2005.［11］程耀东.计算机绘图教程[M].甘肃教育出版社：2001.［12］公路工程技术标准（JTGB01-2014）[S].北京：人民交通出版社，2015.［13］公路桥涵地基和基础设计规范（JTGD63-2007）[S].北京：人民交通出版社，2008.［14］公路工程抗震设计细则（JTG/TB02-01-2008）[S].北京：人民交通出版社，2009.［15］公路工程抗震规范（JTGB02-2013）[S].北京：人民交通出版社，2014.［16］公路桥涵施工技术规范（JTG/TF50-2011）[S].北京：人民交通出版社，2012.［17］李亚东.桥梁工程概论[M].成都：西南交通大学出版社，2001.［18］范立础主编.桥梁工程（上册）[M].北京：人民交通出版社，2003年3月第一版.［19］李廉锟.结构力学（上册）[M].北京：高等教育出版社，2002.［20］杨霞林、林丽霞.混凝土结构设计原理[M].北京：人民交通出版社股份有限公司，2014.8.［21］宁贵霞.桥梁基础工程.[M].北京：科学出版社，2011.10.［22］张树仁、郑绍珪.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁结构设计原理[M].北京：人民交通出版社，2005.［23］向中富.桥梁工程专业毕业设计指南［M］.北京:人民交通出版社,2010.-99- 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