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1、第 1 页1 重力式 U 型桥台设计1.1 原始数据1.1.1 地质资料地基土分为五层，天然路面依次向下为亚砂土、亚粘土、粘土、亚砂土、粉砂，各种土质的重度 为 19kN/m3、19.8kN/m 3、19.5kN/m 3、18.5kN/m 3、19.6kN/m 3，压缩模量 Es为 15MPa、14.6MPa、14.5MPa、15.1MPa、15MPa，承载力基本容许值为f ao=420kPa，空隙比 e在 0.550.60之间，台内填土重度 =18kN/m 3，内摩擦角 =35。1.1.2 桥梁结构资料上部结构采用单箱双室空心梁，标准跨径 20.00m，计算跨径 19.50m，梁长 19.9
2、2m,桥面净宽 7+21.5m，其中车道两边分隔带宽 0.5m。桥台采用板式橡胶支座，支座高40cm，空心板为 C40钢筋混凝土，容重 2500kg/m3。桥梁上部断面图 1-1，桥梁上部铺设 6cm厚的沥青混凝土铺装层，容重 2300kg/m3，613cm 厚的 40现浇混泥土调平层，容重 2400kg/m3，空心梁截面积为 5m2。图 1-1 桥梁断面图 （尺寸单位：m ）1.2 几何设计1.2.1设计荷载公路级，人群荷载 3kN/m2。1.2.2设计材料台帽用 C30钢筋混泥土，密度 =25kN/m 3，台身采用 C20混凝土，重度 =25kN/m3，轴心抗压强度 fcd =7.82MP
3、a，基础采用 15号混凝土砌块石，重度 =23kN/m3，轴心抗压强度 fcd =5.17MPa，人行道板按标准值 5.0kN/m2计算。第 2 页1.2.3设计依据公路桥涵设计通用规范 （JTG D602004）公路桥涵地基与基础设计规范 （JTG D632007）1.2.4设计高程桥面高程为 76.648m；设计水位高程 73.748m；河床高程为 69.10m。1.2.5拟定桥台尺寸（1）基础采用两个台阶，每层台阶厚 0.85m，襟边宽 0.2m。基础采用块石砌体，其容许最大刚性角为 max=30，基础的扩散角为：（满足规范要求）301.2=.740tan-则桥台高度为： 7.48(m)
4、=+698H（2）顺桥向台帽宽度，图 1-2。图 1-2 台帽顺桥向尺寸图台帽宽度(1.2.1)21101C+aeb式中：e 0伸缩缝宽度，取 e0=2cm；e1支座中心至梁端距离，取 e1=18cm；a支座顺桥向宽度，a=20cm；C1支座边缘到台身顶边缘距离，C 1=20cm；C2台帽檐口宽度，C 2=10cm。计算得： (cm)60=+0/18+=b（3）横桥向台帽宽度第 3 页桥面宽为 B=10m，台帽一般设置 10cm的檐口，故取 B0=10.2m。（4）桥台侧墙长度锥坡高度 h=7.548m，按 1:1放坡，按规定要求，桥台侧墙后端应伸入桥头锥坡定点以内长度 75cm，则桥台侧墙长
5、度为：(m)7.180.5).6(/10).47.58(.4b （5）前墙底宽度按规范要求，取前墙顶宽 b2=1m，则前墙底宽为：b3=3.11 0.4H=3.10m (满足规范要求)（6）侧墙底宽度按规范要求，取侧墙顶宽 b5=0.8m，侧墙底宽为：b6=0.8+7.748/4=2.737 0.35H=2.71m (满足规范要求)桥台与基础的其他细部尺寸见图 1-3。第 4 页图 1-3 桥台与基础细部尺寸图 (尺寸单位：m )第 5 页2 荷载计算2.1 结构重力计算2.1.1上部结构重力沥青混凝土桥面铺装层为： (kN/m)9.6=2370.6现浇混凝土调平层为： (kN/m)154/)
6、1+(人行道： (kN/m)5桥梁： (kN/m)一孔上部结构重力： (kN)7.1592/.)096.(PR 2.1.2台身、侧墙及填土重力桥台台帽、前墙、侧墙及填土重力计算见表 2-1。2.1.3基础及襟边上土重对于基础自重及襟边上土重，两台阶基础近似采用单台阶基础计算，差别不大。基础重： (kN)3184.=2.71087.542=P力臂： (m)/对 O1O1的弯矩： (kNm)6.03.台边襟边土重，由河床线计起，则：(kN)1.84=9.521.804=P1力臂： (m) /对 O1O1的弯矩： (kNm)3.).(6.台侧襟边土重，由河床线计起，则：(kN)21.04=9.502
7、.74=P2力臂: (m)/对 O1O1的弯矩： (kNm).3.12.1.4台身底截面以上自重的重心全部自重合计为 11565.38kN，对 O1O1的弯矩合计为 43101.45kNm，全部自重作用点距 O1O1为 3.727m；则其对台身底截面形心偏心距 e=3.727-3.371=0.356m（靠台背一侧） 。第 6 页台身、侧墙及填土重力及对 O1O1重心矩的计算表 表 2-1自重力 力臂 弯矩图中序号 自重力/力臂 计算式kN m kNm0.70.410.22510.640.52 71.40 0.89 63.551110252120.50.64 250.00 1.64 410.00
8、0.90.4102530.920.50.64 90.00 1.59 143.100.646.34810251242/30.54 507.84 0.36 182.821.56.348102550.641.5/22380.50 1.39 3308.900.977.74810251/260.9731.50.64 939.45 2.46 2314.17墙重：1/20.977.7480.81/20.977.7482.737-0.81/32253.11-0.97/3271.62 2.79 756.91土重：1/20.977.74810-5.4741/30.977.7482.737-0.81873.110.
9、973393.48 2.79 1096.50墙重：120.82.7377.7483.6322523.111/23.6322488.34 4.9312257.59土重：1/210-2.7372101.67.748183.63283.11123.6323273.72 4.9316126.37墙重：1/20.81.151.41.578503.113.6321.5782 107.70 7.53 811.08土重：1210-1.610-2.31.5780.41893.113.6320.4291.46 6.94 634.92第 7 页2.1.5基础底截面以上自重的重心全部自重合计为 14788.11kN，
10、对 O1O1的弯矩合计为 53905.14kNm，全部自重作用点距 O1O1为 3.645m，则其对台身底截面形心偏心距 e=3.645-3.371=0.274m。2.2 荷载布置、支座反力和土压力计算2.2.1台后无荷载，车道荷载作用在桥上（1）根据公路桥涵设计通用规范集中荷载标准值有以下规定： 公路级车道荷载的均布荷载标准值为 qK10.5kN/m； 集中荷载标准值按以下规定选取：桥梁计算跨径小于或等于 5m时，P K180kN；桥梁计算跨径等于或大于 50m时，P K360kN； 桥梁计算跨径在 5m50m 之间时，P K值采用直线内插求得。计算剪力效应时，上述集中荷载标准值 PK应乘以
11、 1.2的系数。桥梁跨径为 19.5m，采用直线内插得 PK=238kN。车道荷载的均布荷载标准值应满布于使结构产生最不利效应的同号影响线上，集中荷载标准值只作用于相应影响线中一个最大影响线峰值处，也就是作用在最不利的位置上。荷载布置见图 2-1。墙重：121.5786.3481.15121.5786.3482.7371.1513252103.113.6321.5783420.47 7.27 3055.97第 8 页图 2-1 仅桥上布置荷载图计算剪力效应时， ，则：285.6kN=.13Pk75.9kN=2)10.9/(R1 （2）相应土压力计算作如下考虑： 计算桥台地基承载力时，仅计算基础
12、顶面范围的土压力，基础高度内的主动土压力和被动土压力均不考虑； 验算桥台滑动稳定性时，主动土压力按整个桥台高度（基础底面到桥台顶面）计算。根据公路桥涵设计通用规范：总的主动土压力：(2.2.1)21EHB(2.2.2)cos()cos(ini1)cos(-u2 （式中：E主动土压力标准值（kN） ；土的重度（kN/m 3） ；B桥台的计算宽度（m） ；H计算土层高度（m） ；填土表面与水平面的夹角；桥台台背与竖直面的夹角；台背与填土间的摩擦角，取 = /2。根据资料： ， ， ， ，故 =7.13，355.172/00.97/48=tan 则： 10.53.7cos).513.7cos(ini
13、1)5.73.1cos(.7cs .csu2 2 （所以：(kN)275.4=0.17.4812 =E2E的着力点自计算土层底面算起为：(m)3.3HC第 9 页水平向分力：(kN)5.7204)3.175cos(4.275)cos(EH 离基础底面的距离：(m).83=CH对基底形心轴的力矩：(kNm)649.7 2.5047 E =MH竖直向分力：(kN)35.18).1sin(.)cos(V 作用点离基础形心轴的距离：(m)0.584 =CV对基底形心轴的力矩：(kNm)670.4).(1.3EMV2.2.2台后桥上均有布载，车辆荷载在台后，车道荷载在桥上车辆荷载布置如图 2-2所示。图
14、 2-2 台后和桥上均布置荷载图此时车道荷载仅考虑均布荷载，则台后布载长度确定可作如下考虑：（1）土破坏棱体长度由侧墙根算起；（2）侧墙端部的折线近似作直线处理。根据公路桥涵设计通用规范 ，布载长度： Htan.304.6bl3)t)(costant 其中 ， ，（355.172/.13.659920.)17tan.)(ta3659t3(s69tant (m)8.04=27.4+.0.4=l第 10 页此时支反力为：(kN)5.7204.1592R1土压力车辆荷载等代布土层厚度计算式为：(2.2.3)0hBlG破坏棱体长度 l0由前墙后缘算起：(m)6.84=1.28.64=l0等代布土层厚度：(m)53.0.1)(h土压力为： 21E )53.40248.7(.82)H( B105(kN)37.6=(m)h23C17.243.8.4. 其水平分力：(kN)4.69).517(cos.60)(cosEH 离基础底面的距离：(m) 2.=CH对基底形心轴的力矩：(kNm)7601.9.7964 E =MH竖直分力：(kNm)3.28).51sin(.30)(sinV 作用点离基础形心轴的距离：(
