第五课重力式U台设计.docx

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第五课重力式U台设计

第五课重力式U型桥台设计

经过上几节课学习，我们了解了微型桥梁（涵洞）的设计，这节课我们开始讲具体的设计，也是桥的重要部件桥台，桥台承受上部梁传递过来的荷载，并通过基础又将荷载和本身自重传递到地基上，起到承上启下的作用。

其中重力式U型桥台应用最为广泛，大部分的小桥或者城市立交均采用U台形式。

一U台的构造

二．U台的受力特点

说到这里有同学就要说了，老师你这是纯理论的东西，能不能搞简单点，老师要说可以，老师讲这些是想同学们能对桥台的构造和受力有个大概印象，也给对理论比较关注的同学一个提升的机会。

下面老师送大家一个小软件就可以把这繁琐的计算过程轻松搞定。

又有同学要说了，老师，你这光是计算，我们平时还得画图。

能不能更简单点，计算画图一体化，老师说可以。

下面老师教授一个软件计算和出图一体化的软件—桥梁通。

三重力式U型桥台计算与绘图

3.1概述

重力式U型桥台计算与绘图模块是专门用来计算Ｕ台内力和应力，并进行强度和稳定验算。

通常，计算与绘图配合使用，先拟定好桥台各部尺寸后，选择绘制U型桥台一般构造图，进入AutoCAD调入图形，在屏幕上观察桥台各部尺寸是否合适，是否有填错的数据。

当图形各部尺寸无错后，再运行桥台计算程序，验算受力、基底应力及稳定性。

然后反复调整桥台尺寸，使其优化。

计算结束后，再选择绘图生成图形。

考虑到U台的特点，仅对顺桥向进行分析和验算。

重力式U型桥台计算后将输出一份详细的计算书，包括台身各计算截面的几何特性计算、内力计算、偏心距验算、强度验算和基底截面的几何特性计算、应力计算、稳定性验算，以便用户能够进行分析和判断，做出既经济又安全的设计。

重力式U型桥台绘图可用于绘制重力式U型桥台一般构造图、台帽钢筋构造图。

3.2功能

3.2.1验算以下4个截面

程序将对4个截面进行验算。

即⑴台身顶截面、⑵台身1/2高截面、⑶台身底截面和⑷基础底截面，各截面的编号分别为：

1、2、3、4。

当验算基础底截面时，又按三种情况分别验算，A表示台后土压力算至基顶断面位置，B表示台后土压力算至基底截面位置，C表示台后土压力算至基底断面位置并计入浮力。

A用于基底应力验算，B、C用于桥台稳定验算。

对1、2、3号截面进行偏心距和强度验算，对4号截面进行应力计算和稳定性验算。

3.2.2单项荷载包括以下14种

⑴上部结构重力；⑵下部结构重力；

⑶土的重力；⑷土侧压力；

⑸水的浮力；⑹汽车荷载；

⑺汽车引起台后土压力；⑻人群荷载；

⑼挂车荷载；⑽挂车引起台后土压力；

⑾汽车制动力；⑿温度影响力

⒀支座摩阻力；⒁施工荷载。

3.2.3内力组合包括以下8种

⑴汽车＋人群＋恒载；

⑵汽车＋人群＋恒载＋温度＋支座摩阻力；

⑶汽车＋人群＋恒载＋制动力；

⑷汽车＋人群＋恒载＋温度＋制动力；

⑸汽车＋人群＋恒载＋温度＋支座摩阻力；

⑹验算荷载＋恒载；

⑺未架梁，台后已填土；

⑻施工荷载（含上部）＋下部恒载。

3.2.4布载考虑以下4种

⑴台后布车最不利，桥上无车；

⑵台后布车最不利，桥上按车列布载（可能的话）；

⑶桥上布车最不利，台后无车；

⑷桥上布车最不利，台后按车列布载（可能的话）。

3.2.5设计荷载

⑴人群荷载

⑵汽车荷载：

汽车-10级、汽车-15级、汽车-20级、汽车超-20级、汽车城-A级、汽车城-B级或自定义。

⑶验算荷载：

履带-50、挂车-80、挂车-100、挂车-120、特挂-160、特挂-220、特挂-300、特挂-420或自定义。

3.2.6计算结果输出表格有8类，它们分别为

⑴截面几何特性；

⑵单项荷载内力；

⑶台身验算结果；

⑷基底内力组合结果；

⑸基底应力计算结果；

⑹基底应力汇总；

⑺基底稳定验算结果；

⑻基底稳定验算汇总。

a.截面几何特性

该项无条件输出4个截面的几何要素，内容如下：

⑴截面面积；⑵截面惯性矩；

⑶截面形心至河心方向边缘的距离；⑷截面形心至河岸方向边缘的距离；

⑸截面全高；⑹截面全宽；

⑺截面凹进的高度，矩形截面时该值为０。

⑻截面凹进的宽度，矩形截面时该值为０。

b.单项荷载内力

分别输出每个截面的弯矩（M）、竖直力（N）、水平力（Q）。

单项荷载的内容见前述。

c.台身验算结果

该项无条件输出1、2、3号截面的计算偏心距Ej和容许偏心距（E），计算强度Nj、Qj和极限强度N、Q。

荷载的组合内容见前述。

d.基底内力组合结果

分别输出4号截面的弯矩（M）、竖直力（N）、水平力（Q）。

荷载的组合内容见前述。

e.基底应力计算结果

输出4号截面A、B、C三种情况河心、河岸方向边缘应力。

荷载组合内容见前述。

f.基底应力汇总

4号截面的应力，内容包括：

河心方向边缘最大应力和最小应力；河岸方向边缘最大应力和最小应力。

g.基底稳定验算结果

分别输出4号截面A、B、C三种情况的抗倾覆稳定系数和最小抗倾覆稳定系数，以及抗滑动稳定系数和最小抗滑稳定系数。

荷载的组合内容见前述。

h.基底稳定验算汇总

该项无条件输出4号截面的抗倾覆稳定系数和最小抗倾覆稳定系数，以及抗滑动稳定系数和最小抗滑稳定系数。

荷载的组合内容见前述。

3.2.7台身制作材料

⑴石料；⑵片石砌体；⑶块石砌体；⑷粗料石砌体；

⑸混凝土预制块砌体；⑹混凝土；⑺片石混凝土砌体。

3.2.8浮力计算

3.2.9基础形式：

矩形截面，Ｕ形截面。

3.2.10绘图程序

重力式U型桥台（以下简称U台）绘图程序，是专门用来绘制U台的一般构造图。

它与U台设计程序配合应用，使得整个U台的设计工作计算机自动化。

程序的主要功能综述如下：

1、正交或任意斜交U台均可绘制。

2、基础截面可采用矩型或U型或L型，基础阶数为1～3阶。

3、U台前墙两侧的坡度可为直墙或斜坡，也可在U台内侧设置齿形放置桥头搭板。

4、单向坡或双向坡。

5、计算并绘制U台的圬工数量表。

包括：

⑴台帽体积；⑵背墙体积；⑶侧墙上体积；

⑷台身体积；⑸侧墙下体积；⑹基础体积。

6、绘图的比例既可以由用户输入，也可程序自动计算。

3.3计算说明

3.3.1设计规范及标准

⑴中华人民共和国交通部部标准《公路工程技术标准JTJB01-2014》

⑵中华人民共和国交通部部标准《公路桥涵设计通用规范JTG60-2004》

⑶中华人民共和国交通部部标准《公路圬工桥涵设计规范JTGD61-2005》

⑷中华人民共和国交通部部标准《公路桥涵地基与基础设计规范JTGD63-2007》

3.3.2斜桥的计算

⑴以桥孔斜长为计算跨径，按正交桥的方法计算。

⑵土压力按斜长宽度作用计算。

⑶钝角处的计算强度或应力的提高值，由用户酌情考虑。

3.3.3支座传递的水平力作用点位置

⑴温度力及制动力作用点按台帽顶面+支座垫块高+支座高/2计算。

⑵支座摩阻力作用点按台帽顶面+支座垫块高计算。

3.3.4浮力

设计水位仅在计算浮力时采用，当用户计算低水位浮力时，将低水位值赋给设计水位即可。

3.3.5地基土容许承载力提高系数

应力计算未计地基土的容许承载力的提高系数，应力汇总按以下提高系数计入。

荷载组合Ⅰ：

k=1.0；

荷载组合Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ：

k=1.25。

荷载组合见公路桥涵设计通用规范。

3.3.6台后主动土压力按朗金理论计算

3.3.7墩身正截面直接抗剪验算，其材料的摩擦系数取0.7

3.4用户界面

3.5如何进行U台设计

3.5.1样板文件的使用

系统为用户提供了文件名为ukt1.qlt的样板文件，编号为0号桥台的数据是完整的，该数据文件既可计算又可绘图。

3.5.2建立用户工程文件名

有两种方法，一是在桥梁通主菜单的工程管理下拉式菜单的“创建工程”下建立，另一种是在桥梁通主菜单的“盖梁计算与绘图”下拉式菜单的“打开文件”按钮下建立。

3.5.3输入U台尺寸

打开桥梁通主菜单的“桥台计算与绘图”下拉式菜单的“扩基U型桥台计算与绘图”，弹出“U型桥台计算与绘图”数据输入窗体，选择“U台计算”，再点击“U台尺寸”按钮，弹出数据输入窗体，根据提示输入U型桥台的基本数据，数据输入完毕点击“生成U台一般构造图”按钮，进入AutoCAD将该图显示（见后面示例），检查

有无错误，直到U台一般构造图数据正确，关闭该窗体。

3.5.4输入U台材料

点击“U台材料”按钮，弹出数据输入窗体，根据提示输入U台材料数据，数据输入完毕关闭该窗体。

台身制作材料：

石料、片石砌体、块石砌体、粗料石砌体、混凝土预制块砌体、混凝土、片石混凝土砌体。

台身圬工材料的抗压极限强度、台身圬工材料的抗剪极限强度：

依据《公路砖石及混凝土桥涵设计规范》编号JTJ022-85的第二章材料查取。

桥台台后填土的浮容重（kN/m3）、桥台台后填土的容重（kN/m3）：

点击该按钮弹出规范表格供参数。

台帽材料的容重（kN/m3）：

一般取25。

台身材料的容重（kN/m3）：

一般取23。

桥台台后填土的摩阻角（度）：

点击该按钮弹出规范表格供参数。

施工时上部所有荷载支反力：

指施工阶段桥台的支反力，应计入梁重（单位:

kN）。

台帽顶至设计水位线的距离：

当不计浮力时输入0。

基底摩擦系数：

一般取0.4。

台身按U型整体截面计算极限系数：

《砖石规范》规定取值为0.4。

当U型桥台截面的两侧墙宽度与同一水平截面前墙全长的比值大于该值时按U型整体截面计算，否则按挡墙计算。

如果强制按实际截面计算取值为0。

如果强制按挡墙截面计算取值为1。

基础按U型整体截面计算极限系数：

《砖石规范》没有规定，可取0.4，当U型桥台截面的两侧墙宽度与同一水平截面前墙全长的比值大于该值时按U型整体截面计算，否则按挡墙计算。

该值也可取0，表示强制按实际截面计算。

如果强制按挡墙截面计算取值为1。

3.5.5输入设计数据

点击“设计数据”按钮，弹出数据输入窗体，根据提示输入设计数据，数据输入完毕关闭该窗体（窗体显示见桩柱式桥墩计算与绘图章节）。

3.5.6计算书输出数据

点击“计算书输出数据”按钮，弹出数据输入窗体，根据提示输入计算书输出数据，数据输入完毕关闭该窗体。

3.5.7进入设计检查

重力式U型桥台的尺寸优化要由用户根据计算结果来判断，它取决于U型桥台的尺寸、U台高度、上部荷载等，通过打开“U台尺寸”、“U台材料”、“设计数据”、“计算书输出数据”等窗体可进行数据修改，然后点击“U型桥台计算”按钮进行计算，点击“浏览U型桥台计算结果”按钮阅读计算书关键内容，如台身的偏心距、极限强度验算、基底应力计算、基底稳定验算是否满足要求。

如果不符合设计者的要求，再重复修改数据存盘后进行计算、浏览计算结果，直到设计者满意。

当点击“U型桥台计算”按钮后，弹出提示框，提供U台工程数量。

3.5.8浏览和打印U型桥台计算书

点击“浏览U型桥台计算结果”，选择工程文件名，这时，浏览结果窗体被显示在屏幕中央，设计者就可以快速浏览U型桥台计算结果。

如果设计者想浏览基底应力计算结果，仅需点击“应力汇总”按钮，如果想浏览基底稳定验算计算结果，仅需点击“稳定验算”按钮。

设计者还可以打开另一个工程的计算结果，然后点击桥梁通主菜单的Window下拉式菜单的“平铺”，两个不同计算结果可同时浏览、比较。

用户也可点击打印按钮将U型桥台计算结果打印出来存档、备查。

3.5.9生成U型桥台一般构造图

点击“U台绘图”，再点击“U台尺寸”按钮，输入数据后存盘，点击“生成U型桥台一般构造图”按钮，即可完成该图纸的设计，提供U台材料数量表。

3.5.10生成U型桥台台帽钢筋构造图

点击“U台绘图”，再点击“台帽绘图”按钮，输入数据后存盘，点击“生成U型桥台台帽钢筋构造图”按钮，即可完成该图纸的设计。

如果是L型台帽台阶式背墙放置搭板，该台帽图可利用薄壁桥台台帽钢筋图进行绘制。

3.6工程应用及示例

3.6.1U型桥台一般构造图，数据输入见6.5.3输入U台尺寸

3.6.2U型桥台台帽钢筋构造图

台帽钢筋构造图数据输入窗体

台帽钢筋构造图

L型台帽台阶式背墙放置搭板时利用薄壁桥台台帽绘制的台帽钢筋构造图