某桥桥墩结构计算

-1-设计计算书设计人：日期：复核人：日期：审核人：日期：２０17年2月-2-F匝道桥桥墩计算一、概述本桥上部结构采用2×(4×25)+4×（3×25）PC连续箱梁+1×43.5简支钢箱梁+4×17钢筋砼连续箱梁+1×33简支钢箱梁+（18+20.5）+3×21+3×46+4×25米PC连续箱梁，下部桥墩采用花瓶墩、板式墩配桩基础。现选取其中有代表性的21#墩（花瓶墩（1.7x2.2米），上部为43.5米钢箱梁接4x17米钢筋砼现浇梁）、23#墩（板式墩（4x1.8米），上部为4x17米钢筋砼现浇梁）、25#墩（花瓶墩（1.5x2.0米），上部为33米钢箱梁接4x17米钢筋砼现浇梁），相应构造见下图：21#墩构造（单位：cm）-3-23#墩构造（单位：cm）25#墩构造（单位：cm）材料：墩身：C40砼承台：C30砼桩基：C25砼其中21#墩墩高：32.3m，23#墩墩高：33.4m，25#墩墩高：32.9m。二、使用阶段荷载效应1）结构恒载2）活载:包含活载引起的竖向反力及引活载引起的纵横向弯矩-4-3）风荷载：按规范JTGD60－2004第4.3.7条计算：单独风荷载作用时选用27.4m/s（1/100），风荷载与其它荷载共同作用时选用25.8m/s（1/50）4）船撞击力：根据《荆东互通水中桥墩群防撞设施设计说明》确定，并考虑1.1的安全系数：桥梁桥墩防撞船型撞击速度防撞力标准防撞设施方案增设防撞设施后船撞力撞击点距离承台顶（#）(DWT)(m/s)(MN)(MN)(m)F匝道18、19、25~272×300吨级顶推船队2.63.9桥墩：固定式复合材料防撞设施防护承台：橡胶护舷防护2.84.422~242×300吨级顶推船队2.74.042.94.420、212×300吨级顶推船队2.84.22.944.4主要荷载工况：①恒载+活载+风荷载②恒载+活载+船撞力③恒载+风荷载+船撞力④恒载+风荷载（百年一遇）三、结构内力计算1）单项结构内力计算墩号撞击点高度上部恒载下部恒载恒载合计（竖向集中力）活载小桩号侧大桩号侧合计墩自重竖向反力横向弯矩纵向弯矩（m）（kN）（kN）（kN）（kN）（kN.m）（kN.m）214.43567.11862.65429.73585.46300.31266.21076.32687.7234.42046.621054151.66461.010612.61275.12295.23506.5254.43077.927005777.92955.65844.51127.6845.72860.1墩号船撞击力（kN）风荷载（1/50）风荷载（1/100）横向纵向横向弯矩纵向弯矩横向弯矩纵向弯矩（kN）（kN）（kN.m）（kN.m）（kN.m）（kN.m）21308015402545.41272.73057.61528.823319015952032.91016.452442122125323416171603.2801.61925.7962.85-5-2）组合内力计算墩号恒载+活载+风荷载承载能力极限组合短期效应组合长期效应组合轴力横向弯矩纵向弯矩轴力横向弯矩纵向弯矩轴力横向弯矩纵向弯矩（kN）（kN.m）（kN.m）（kN）（kN.m）（kN.m）（kN）（kN.m）（kN.m）219333.04306.75162.87186.61771.52390.56806.71448.71584.22314520.25449.56027.211505.22419.82861.111122.61731.21809.2258592.12947.54885.96633.81233.32322.76295.6979.61464.7墩号恒载+活载+船撞力（偶然组合）恒载+风荷载+船撞力（偶然组合）承载能力极限组合承载能力极限组合轴力横向弯矩纵向弯矩轴力横向弯矩纵向弯矩（kN）（kN.m）（kN.m）（kN）（kN.m）（kN.m）217186.67529.45269.46300.38557.84278.92311505.215642.69472.610612.615459.07729.5256633.87706.85559.55844.58237.04118.5墩号恒载+风荷载（百年一遇）承载能力极限组合短期效应组合长期效应组合轴力横向弯矩纵向弯矩轴力横向弯矩纵向弯矩轴力横向弯矩纵向弯矩（kN）（kN.m）（kN.m）（kN）（kN.m）（kN.m）（kN）（kN.m）（kN.m）216300.33363.41681.76300.31223.0611.56300.31223.0611.52310612.62686.21343.110612.6976.8488.410612.6976.8488.4255844.52118.31059.15844.5770.3385.15844.5770.3385.13）结构验算取用内力根据上述计算，结构横桥向强度由恒载+风荷载+船撞力（偶然组合）控制，顺桥向强度由恒载+活载+船撞力（偶然组合）控制，结构正常使用阶段由恒载+活载+风荷载组合控制。四、截面配筋验算墩号承载能力极限组合结构抗力承载能力极限组合结构抗力横桥向控制内力顺桥向控制内力轴力横向弯矩轴力横向弯矩轴力横向弯矩轴力横向弯矩（kN）（kN.m）（kN）（kN.m）（kN）（kN.m）（kN）（kN.m）216300.38557.87253.019489.47186.65269.425198.0557712310612.615459.048910.217780011505.29472.635259.876854.8255844.58237.06526.017539.56633.85559.515939.035923墩号恒载+活载+风荷载裂缝短期效应组合长期效应组合轴力横向弯矩纵向弯矩轴力横向弯矩纵向弯矩横向纵向（kN）（kN.m）（kN.m）（kN）（kN.m）（kN.m）（mm）（mm）217186.61771.52390.56806.71448.71584.20.0640.0632311505.22419.82861.111122.61731.21809.2全截面受压0.044-6-256633.81233.32322.76295.6979.61464.70.0640.076附表1：21#墩顺桥向墩身承载力及裂缝验算，计算过程及结果：-7--8-本墩顺桥向承载力及裂缝宽度满足规范和设计要求。21#墩横桥向墩身承载力及裂缝验算，计算过程及结果：1、已知的计算参数结构重要性系数γ0构件的计算长度L0（m）截面高度h(m)截面宽度b(m)纵向受拉的普通钢筋直径(mm)纵向受拉的普通钢筋根数纵向受压的普通钢筋直径(mm)纵向受压的普通钢筋根数混凝土轴心抗压强度设计值fcd(MPa)普通钢筋抗拉强度设计值fsd(MPa)普通钢筋抗压强度设计值f'sd(MPa)普通钢筋的弹性模量Es(MPa)混凝土的极限压应变εcu轴向力Nd(KN)弯矩Md(KN.m)相对界限受压区高度ξb(m)系数β282828纵向受拉的普通钢筋至受拉边的距离as(m)0.1纵向受压的普通钢筋至受压边的距离a's(m)0.1286300.38557.83302.0E+050.0033330纵向受拉的普通钢筋截面面积As(cm2)172.4纵向受压的普通钢筋截面面积A's(cm2)172.41.72.21.118.40.8400.56-9-正截面抗压承载力复核规范《JTGD62-2004》第5.3.5-1条(因为x2a',所以不需要验算此项)因为构件为大偏心受压构件，所以σs=330γ0Nd=6930.33(KN)7253.0091(KN)满足规范公式5.3.5-1规范《JTGD62-2004》第5.3.5-2条18622.29805（KN.m）满足规范公式5.3.5-2规范《JTGD62-2004》第5.2.5条8226.803054KN.m8534.325KN.m满足规范公式第5.2.5条γ0Nde'=19489.36（KN.m）γ0Nde＝ssssdcddAAfbxfNσγ''0ssssdcdAAfbxfσ'')'('')2(000sssdcddahAfxhbxfeNγ)'('')2(00sssdcdahAfxhbxf)'('0ssssddaahAfeNγ)'(ssssdaahAf1、已知的计算参数截面高度h（m）截面宽度b(m)偏心受压构件的计算长度L0(m)纵向受拉的普通钢筋根数纵向受拉的普通钢筋换算直径d(mm)纵向受拉的普通钢筋的弹性模量Es(MPa)纵向受拉的普通钢筋的截面面积As(cm2)受拉区普通钢筋至受拉边的距离as(m)作用长期效应组合的轴力Nl(KN)作用长期效应组合的弯矩Ml(KN.m)作用短期效应组合的轴力Ns(KN)作用短期效应组合的弯矩Ms(KN.m)钢筋表面形状系数C1与构件受力性质有关的系数C37186.61771.510.928200000172.410.16806.71448.7裂缝宽度验算2.21.74028-10-2、计算过程截面的有效高度h02.1(m)轴向力对截面重心轴的偏心距e0作用长期效应影响系数c2偏心距增大系数ηs所以ηs取轴向力作用点至纵向受拉钢筋合力点的距离es=1.42(m)纵向受拉钢筋合力点至截面受压区合力点的距离Z＝1.276（m)1.827(m)1.2761.276(m)钢筋应力σss纵向受拉钢筋的配筋率ρ裂缝宽度Wfk0.0048≤0.006所以ρ取0.006=0.064(mm)1.4741.7041.7040.87h0=所以Z取47.09(MPa)0.247(m)sahh0slNNc5.012sssyee0ssNMe0020]))('1(12.087.0[hehZsf0200})](')'(1[12.087.0{hehbhhbbsffZAZeNsssss)(0bhAs)1028.030(321dEcccWsssfk200011()4000/slehhη本墩横桥向承载力及裂缝宽度满足规范和设计要求。-11-附表2：23#墩顺桥向墩身承载力及裂缝验算，计算过程及结果：1、已知的计算参数结构重要性系数γ0构件的计算长度L0（m）截面高度h(m)截面宽度b(m)纵向受拉的普通钢筋直径(mm)纵向受拉的普通钢筋根数纵向受压的普通钢筋直径(mm)纵向受压的普通钢筋根数混凝土轴心抗压强度设计值fcd(MPa)普通钢筋抗拉强度设计值fsd(MPa)普通钢筋抗压强度设计值f'sd(MPa)普通钢筋的弹性模量Es(MPa)混凝土的极限压应变εcu轴向力Nd(KN)弯矩Md(KN.m)相对界限受压区高度ξb(m)系数β400.560.8矩形截面偏心受压构件正截面抗压承载力复核330纵向受拉的普通钢筋截面面积As(cm2)480.3纵向受压的普通钢筋截面面积A's(cm2)480.31.84.01.118.411505.29472.63302.0E+050.0033287828纵向受拉的普通钢筋至受拉边的距离as(m)0.1纵向受压的普通钢筋至受压边的距离a's(m)0.178正截面抗压承载力复核规范《JTGD62-2004》第5.3.5-1条因为构件为大偏心受压构件，所以σs=330(MPa)γ0Nd=12655.72(KN)35259.801(KN)满足规范公式5.3.5-1规范《JTGD62-2004》第5.3.5-2条27585.31178（KN.m）满足规范公式5.3.5-276854.78（KN.m）γ0Nde＝ssssdcddAAfbxfNσγ''0ssssdcdAAfbxfσ'')'('')2(000sssdcddahAfxhbxfeNγ)'('')2(00sssdcdahAfxhbxf-12-1、已知的计算参数截面高度h（m）截面宽度b(m)偏心