简支梁桥下部结构计算书.docx
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简支梁桥下部结构计算书
计算书
工程名称：
设计编号：
计算内容：
桥梁计算书
共页
计算年月日
校核年月日
审核年月日
专业负责年月日
一、计算资料
1．设计荷载
汽车荷载：
城—A级
人群荷载：
按《城市桥梁设计规范》（CJJ11-2011）10.0.5条取用。
2．桥梁跨径及横断面布置
跨径组合：
3×13m简支梁桥，单孔计算跨径：
l0=12.60m；
桥梁横断面：
4.5m（人行道）+15m（混行车道）+4.5m（人行道）=24m。
3．桥梁主要构造
上部结构采用3跨13m装配式先张法预应力空心板梁（使用《中华人民共和国交通行业公路桥梁通用图》板梁系列，编号36-2分册，交通部专家委员会等编制）。
下部结构采用桩柱式桥墩、桥台。
墩台基础采用φ120cm钻孔灌注桩。
4．桥梁主要材料
（1）、混凝土
空心板梁：
采用C50砼预制，C40砼封端，板梁铰缝采用C50砼浇注；
桥面铺装：
10cm厚C50砼现浇层+4cm细粒式沥青砼（AC-13C）+6cm中粒式沥青砼（AC-20C）；
墩台盖梁：
C30砼；
墩台桩基础：
C30水下砼。
（2）、钢筋
普通钢筋采用HPB300和HRB400钢筋，板梁预应力钢筋为Φs15.2高强度低松弛预应力钢绞线。
5．计算依据
《城市桥梁设计规范》（CJJ11-2011）
《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）
《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD60-2004）
《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD60-2004）
6．计算内容
由于设计周期较短，设计时桥梁上部结构套用《中华人民共和国交通行业公路桥梁通用图》（板梁系列，编号36-2分册，交通部专家委员会等编制）图纸，不再进行验算，本计算书主要对桥梁墩台、桩基等下部结构进行计算。
二、桥梁纵向荷载计算
1．永久作用
（1）、单片板梁自重（含封端砼）：
中板：
4.93×26+0.24×25=134.18kN
边板：
6.61×26+0.24×25=177.86kN
（2）、二期恒载
①、单条铰缝：
1.029×25=25.72kN
②、防水砼铺装（单片板梁宽度）：
0.1×1×13×25=32.5kN
③、沥青砼铺装（单片板梁宽度）：
0.1×1×13×24=31.2kN
④、单侧单孔栏杆自重：
8×13=104kN
⑤、单侧单孔人行道（枕梁+人行道板+铺装）自重：
（5.73+3.94+3.04）×25=317.75kN
2．可变作用
（1）、汽车荷载：
城—A级，q=10.5kN/m，P=212kN/m
（2）、汽车冲击荷载：
冲击系数u=0.368
（3）、人群荷载：
3.5kPa
三、桥墩、桥台盖梁抗弯、抗剪承载力计算及裂缝宽度计算
桥墩、桥台盖梁采用桥梁通V7.78计算，盖梁按照连续梁模式分别计算其抗弯、抗剪和裂缝宽度验算。
计算时程序自动对汽车荷载和人群荷载进行最不利加载，并计入纵横向折减，永久作用为计算者手动输入到程序中。
计算结果：
桥墩、桥台盖梁弯矩包络图、剪力包络图和裂缝配筋图详见“附图1桥墩盖梁弯矩包络图、剪力包络图和裂缝配筋图”、“附图2桥台盖梁弯矩包络图、剪力包络图和裂缝配筋图”。
根据包络图可见，桥墩、桥台盖梁纵向配筋基本由裂缝验算控制。
控制因素
部位
计算配筋
实际配筋
桥墩盖梁
裂缝
上缘
12C25
16C25
裂缝
下缘
8C25
16C22
桥台盖梁
裂缝
上缘
11C22
13C22
裂缝
下缘
7C22
13C20
盖梁抗剪验算按照已知箍筋间距计算斜筋根数的方法计算，盖梁配置四肢C14箍筋，计算其在盖梁桩顶截面需要配置的斜筋根数，具体根数详见剪力包络图。
四、墩台桩基竖向承载力计算
由桥梁通对桥墩、桥台盖梁的计算可知，桥墩桩基墩柱顶竖向荷载Nmax=2236.8kN，桥台桩基桩顶竖向荷载Nmax=2014.3kN。
在桥台桩长计算时，由于场地赋存较厚软弱土层，应考虑桩基负摩阻力的不利作用。
其中0#桥台桩基负摩阻力Nq=371kN，3#桥台桩基负摩阻力Nq=410kN，负摩阻力作为外荷载加在桩顶。
墩台桩基竖向承载力验算采用计算者自编excel程序计算，桩基均按摩擦桩设计，计算过程见附表1～4。
五、桥台桩身内力计算
1、桥台桩顶荷载计算
桥台荷载计算时，一般考虑以下三种工况：
（一）桥上有活载，台后无活载；
（二）桥上无活载，台后有活载；
（三）桥上有活载，台后有活载。
由于在前述桥梁通计算桩顶竖向荷载时，为考虑了桥跨与搭板上均分布有汽车荷载所得到的结果，同时本桥跨径小，为计算简便，故盖梁底水平荷载与弯矩按第三种工况计算，其他两种工况不再计算。
此时需计算的荷载包括：
恒载（上部结构自重、桥台自重）、桥上汽车、人群荷载、台后有车辆荷载等时产生的土压力，同时考虑制动力的不利影响。
桥台盖梁底水平力与弯矩计算结果（弯矩以主动土压力方向为正）
水平力（kN）
弯矩（kN.m）
上部结构自重
-89.9
桥台自重
-1769.7
台后主动土压力
259.0
190.0
台后车辆荷载等产生的附加土压力
310.0
341.0
汽车、人群荷载（含汽车冲击力）
-42.4
汽车制动力
165
214.5
合计
734
-1156.5
则桥台单桩桩顶水平力H=734/5=146.8kN，弯矩M=-1156.5/5=-231.3kN/m。
2、桥台桩基变形系数计算
桩基直径d=1.2m，kf=0.9，k=1.0
桩台桩基计算宽度b1=kkf（d+1）=1.98m
桩惯性矩I=1/64×3.1416×1.24=0.1018m4
桩抗弯刚度EI=0.8ECI=0.8×3×107×0.1018=2442902kN.㎡
地基土水平抗力系数的比例系数m=4000kN/m4
桩台桩基变形系数
=0.318/m
桥台桩长h=31m，αh=0.318×31=9.86>2.5，故桥台桩基可按弹性桩计算。
3、m法计算桥台桩身内力
桥台桩基内力采用m法计算，利用桥梁博士V3.3基础模块输出计算结果如下：
单桩内力和位移效应输出
坐标
位移
弯矩
剪力
土应力
0.00
0.0030
-231.3
146.8
0.0
-1.55
0.0023
-17.0
122.5
14.1
-3.10
0.0015
133.7
69.9
18.6
-4.65
0.0008
198.1
15.9
15.6
-6.20
0.0004
191.4
-22.3
9.1
-7.75
0.0001
140.4
-39.7
2.6
-9.30
-0.0001
77.0
-39.4
-2.4
-10.85
-0.0001
25.5
-25.9
-5.9
-12.40
-0.0002
2.3
-2.8
-9.0
-13.95
-0.0002
-0.0
-0.0
-10.5
-15.50
-0.0002
-0.0
-0.0
-11.6
-17.05
-0.0002
-0.0
-0.0
-12.8
-18.60
-0.0002
-0.0
-0.0
-13.9
-20.15
-0.0002
-0.0
-0.0
-15.1
-21.70
-0.0002
-0.0
-0.0
-16.3
-23.25
-0.0002
-0.0
-0.0
-17.4
-24.80
-0.0002
-0.0
-0.0
-18.6
-26.35
-0.0002
-0.0
-0.0
-19.8
-27.90
-0.0002
-0.0
-0.0
-20.9
-29.45
-0.0002
-0.0
-0.0
-22.1
-31.00
-0.0002
-0.0
-0.0
-23.2
六、桥墩桩身内力计算
1、桥墩墩柱顶荷载计算
由桥梁通对桥墩盖梁的计算可知，桥墩墩柱顶竖向荷载Nmax=2236.8kN，此时考虑制动力分配作用于墩柱顶。
单个墩柱承担的制动力Fbk=165/5=33kN
制动力在墩柱顶产生的弯矩M=165×1.3/5=42.9kN.m
2、桥墩桩基变形系数计算
桩基直径d=1.2m，kf=0.9，k=1.0
桩墩桩基计算宽度b1=kkf（d+1）=1.98m
桩惯性矩I=1/64×3.1416×1.24=0.1018m4
桩抗弯刚度EI=0.8ECI=0.8×3×107×0.1018=2442902kN.㎡
地基土水平抗力系数的比例系数m=4000kN/m4
桩墩桩基变形系数
=0.318/m
桥墩位于冲刷线以下的桩长h=29.9m，位于冲刷线以上的墩柱长l=2.1m，
αh=0.318×29.9=9.51>2.5，故桥墩桩基可按弹性桩计算。
3、m法计算桥墩桩身内力
桥墩桩基内力采用m法计算，利用桥梁博士V3.3基础模块输出计算结果如下：
冲刷线以下单桩内力和位移效应输出
坐标
位移
弯矩
剪力
土应力
0.00
0.0018
112.2
33.0
0.0
-1.49
0.0011
155.1
21.2
6.7
-2.99
0.0006
170.6
-0.7
7.4
-4.48
0.0003
155.0
-19.3
4.8
-5.98
0.0001
118.2
-28.2
1.3
-7.47
-0.0000
75.3
-27.8
-1.3
-8.97
-0.0001
38.1
-21.3
-2.8
-10.47
-0.0001
14.3
-12.3
-3.1
-11.96
-0.0001
2.7
-3.5
-2.8
-13.45
-0.0001
0.0
0.0
-2.8
-14.95
-0.0001
0.0
0.0
-3.1
-16.45
-0.0001
0.0
0.0
-3.4
-17.94
-0.0001
0.0
0.0
-3.7
-19.43
-0.0001
0.0
0.0
-4.1
-20.93
-0.0001
0.0
0.0
-4.4
-22.42
-0.0001
0.0
0.0
-4.7
-23.92
-0.0001
0.0
0.0
-5.0
-25.41
-0.0001
0.0
0.0
-5.3
-26.91
-0.0001
0.0
0.0
-5.6
-28.40
-0.0001
0.0
0.0
-5.9
-29.90
-0.0001
0.0
0.0
-6.2
七、桥台、桥墩桩基桩身强度校核
1、桥台桩基桩身强度校核
由前述桥台桩身内力计算可知，桥台桩基受力控制截面位于桩顶，该截面弯矩Md=231.3kN.m，竖向力
。
由于在前述单桩竖向反力及m法计算桩身内力时，各荷载组合均未计入荷载组合系数，计算桩基配筋时近似取最大弯矩乘以组合系数1.25作为桩身弯矩进行配筋验算，即Md=289.1kN.m。
桥台桩基延桩周对称布置20C22钢筋，桩身强度按圆形截面偏心受压构件计算，桩的计算长度
8.8m。
计算过程详见下表：
结构重要性系数γ0
1.1
轴向力设计值Nd
2014.3
kN
弯矩设计值Md
289.1
kN.m
偏心距e0
144
mm
圆形截面半径r
600
mm
纵向钢筋所在圆周半径rs
514
mm
g
0.857
混凝土轴心抗压强度设计值fcd
13.8
MPa
纵向钢筋抗压强度设计值f'sd
330
MPa
纵向受压钢筋根数n
20
纵向受压钢筋直径d
22
mm
纵向钢筋配筋率ρ
0.67%
构件计算长度l0
8.8
m
长细比l0/i=
29.33
＞17.5
应考虑偏心距增大系数的影响
截面有效高度h0
1114
mm
荷载偏心率对截面曲率的影响系数ζ1
0.548
构件长细比对截面曲率的影响系数ζ2
1.000
偏心距增大系数η
1.163
系数A
2.2450
系数B
0.5519
系数C
1.8029
系数D
1.0139
轴向承载力Nu
12593.0
kN
轴向承载力满足要求
抗弯承载力Mu
2061.3
kN.m
抗弯承载力满足要求
2、桥墩桩基桩身强度校核
由前述桥墩桩身内力计算可知，桥墩桩基受力控制截面位于冲刷线以下2.99m处，该截面弯矩Md=170.6kN.m，竖向力
由于在前述单桩竖向反力及m法计算桩身内力时，各荷载组合均未计入荷载组合系数，计算桩基配筋时近似取最大弯矩乘以组合系数1.25作为桩身弯矩进行配筋验算，即Md=213.3kN.m。
桥墩桩基延桩周对称布置20C22钢筋，桩身强度按圆形截面偏心受压构件计算，桩的计算长度
10.28m。
计算过程详见下表：
结构重要性系数γ0
1.1
轴向力设计值Nd
2380.7
kN
弯矩设计值Md
213.3
kN.m
偏心距e0
90
mm
圆形截面半径r
600
mm
纵向钢筋所在圆周半径rs
514
mm
g
0.857
混凝土轴心抗压强度设计值fcd
13.8
MPa
纵向钢筋抗压强度设计值f'sd
330
MPa
纵向受压钢筋根数n
20
纵向受压钢筋直径d
22
mm
纵向钢筋配筋率ρ
0.67%
构件计算长度l0
10.28
m
长细比l0/i=
34.27
＞17.5
应考虑偏心距增大系数的影响
截面有效高度h0
1114
mm
荷载偏心率对截面曲率的影响系数ζ1
0.417
构件长细比对截面曲率的影响系数ζ2
1.000
偏心距增大系数η
1.272
系数A
2.4501
系数B
0.4699
系数C
2.0507
系数D
0.8483
轴向承载力Nu
12188.5
kN
轴向承载力满足要求
抗弯承载力Mu
1404.2
kN.m
抗弯承载力满足要求
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