XX大桥下部结构设计

前言随着我国社会的发展与进步和人民的生活水平的日益提高，交通的便利程度和安全性得到了人们的广泛关注，桥梁又是现代交通中不可缺少的组成部分，于此同时，桥梁建设得到了迅猛发展，我国桥梁工程无论在建设规模上，还是在科技水平上，均已跻身世界先进行列。

各种功能齐全、造型美观桥梁开始频繁的出现在人们的生活中，给人们带来方便的同时很多桥梁也逐渐成为城市的标志性建筑。

本设计为XX河大桥下部结构设计，是根据《公路桥涵设计手册》系列丛书，以及依照交通部颁发的有关公路桥涵设计规范（JTG系列）拟定设计而成。

在设计过程中，我们还参考了诸如桥梁工程、土力学、基础工程、桥涵水文、桥梁结构力学、材料力学、专业英语等相关书籍和文献。

设计中考虑了各种尺寸与材料的选用符合规范中对强度、应力、局部承压强度的要求，并且产生在规范容许范围内的变形，使桥梁在正常使用的情况下能够达到安全，稳定和耐久的标准。

在可预期偶然荷载下仍能达到基本正常使用的标准。

设计时还充分考虑XX河大桥所处区域的地质和水文条件，既保证符合规范要求，同时保证因地制宜并且便于施工和维护，并且兼顾桥梁本身的美观性与社会经济性，既要设计合理，又要起到良好的社会经济效益。

1 原始资料及方案比选XX河大桥位于葫芦岛寺缸线上，桥孔布置为4×35m的预应力混凝土T型简支梁桥，桥梁全长140m。

本桥上部为预应力混凝土T型梁，下部结构为钻孔灌注桩墩台。

1.1 技术设计标准1）桥面净宽：10.5m；2）荷载等级：公路—Ⅱ级荷载；3）设计洪水频率：1/100；4）设计安全等级：二级；5）环境类别：Ⅱ级；6）计算行车速度：60km/h；7）公路等级：公路—Ⅱ级，二车道。

1.2 主要设计依据1）《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）；2）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）；3）《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2007）；4）《公路桥涵设计手册——墩台与基础》；5）《公路桥梁墩台设计与施工》；1.3 工程地质资料根据地质勘察，得出地形、地貌及地层的特征如下：1）地形地貌：XX河大桥位于葫芦岛市缸屯镇钢东村北侧，勘察场地较平坦，属河谷、洪积相地貌。

2）地层特征：地层由上至下主要划分为三层：①.圆砾、②.强风化花岗岩、③.中风化花岗岩，各岩层特征分述如下：（1）圆砾：黄褐色，松散—中实，以稍密为主，由辉岩、砂岩、安山岩、花岗岩等卵、砾及长石、石英质砂砾组成，卵、砾呈中风化、次圆状，级配中等，厚度3.4—3.7m，基层标高92.21—93.26m，分布普通。

（2）强风化花岗岩：太古界，黄褐色，花岗结构，块状构造，由长石、石英、云母等矿物组成，结构部分破坏，风化裂隙发育，岩石较软，属软岩，岩体基本质量等级为Ⅴ级。

控制层厚2.0—3.8m，层底标高88.41—91.26m，分布普遍。

（3）中风化花岗岩：黄褐色，花岗结构，块状构造，结构少部分破坏，风化裂隙较发育，矿物成分主要为长石、石英和云母，岩石硬度较大，岩芯呈短柱状，属较软岩，岩体基本质量等级为Ⅳ级，岩石质量指标RQD较好。

控制层厚3.6—4.5m，层底标高84.81—86.76m，分布普遍。

3）地下水状况：拟建场地地下水主要赋存于圆砾层中，水量较丰富，属第四季孔隙式潜水类型，地下水对钢结构有弱腐蚀性，对钢筋混凝土无腐蚀性。

4）该区域地震基本烈度为Ⅵ度，标准冻层深度为1.10m。

5）岩土层承载力（表1-1）表1-1 岩石承载力图层编号岩（土）层名称容许承载力[o]水下钻孔灌注桩极限侧阻力标准值（sikq）极限侧阻力端准值（pkq）①圆砾400 130②强风化花岗岩500 140 1800③弱风化花岗岩1200 200 2800注：单位：KPa1.4 水文资料桥位滩面广阔，主河槽沟形不太明显，相对较窄，河道弯曲。

测量时水面宽约5.0m，水深约0.5m。

设计洪水频率为1/100，设计流量为3895.00sm3，设计水位为100.501m，桥址上游汇水面积5422km/s。

1.5 气候资料该地区地处严寒地区，年平均最高气温为30℃，年平均最低气温为-14℃，本区地震基本烈度为Ⅵ度。

1.6 桥型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、适用、经济和美观四个方面分析。

同时，桥型的选择应充分考虑施工及养护维修的便利程序。

根据水文、气象、地质等条件，初拟桥型方案有三种。

方案一：斜拉桥图1-1斜拉桥示意图方案分析：斜拉桥抗风能力较大，且跨越能力较强，做成变截面时，外形也很美观；但是它风险较大，塔也过高，支架昂贵，维修费用高，多适用于城市桥梁。

方案二：预应力混凝土连续T型梁桥图1-2预应力混凝土连续T型梁桥方案分析：预应力连续梁的技术先进，工艺要求比较严格，需要专门设备和专门技术熟练的队伍，但预应力梁的反拱度不容易控制。

从使用效果方面看，该结构属于超静定结构受力较好，无伸缩缝，行车条件好，养护方便，但是该方案机具耗用多，前期投入大，成本较多，成本回收难。

方案三：预应力混凝土简支T型梁桥图1-3预应力混凝土简支T型梁桥方案分析：简支梁受力明确，构造简单施工方便，可便于装配施工，省时省工，适用于本设计的规模。

简支梁属于静定结构，受力不如连续梁，同时伸缩缝多，养护麻烦，但是造价低廉劳动力耗用少，工作量小，经济，中小型桥尤其适用。

1.7 比选结果综上所述：结合XX河大桥的地质、水文条件进行比选，本着安全、经济、适用、美观的桥梁建造原则以及未来使用条件，XX河大桥不是城市的标志性建筑，故不用过多考虑美观性因素。

方案一由于造价昂贵，虽然桥型美观，但是XX河大桥不是城市道路桥梁，因此，可不考虑美观性因素。

方案二属于超静定结构，施工比较复杂，同时造价也比较高。

而方案三的简支T型梁桥具有结构造型灵活、整体性好、重量轻、用料省、造价低、耐久性强、行车舒适、外形美观等特点，其跨径较小，可便于装配施工，省时省工，适用于本设计的规模。

方案三虽然在工期上会比方案一长，但在从安全角度看，更具有优势，而且方案三中混凝土材料以砂、石为主，对于本设计可就地取材，更加经济合理。

1.8 墩台比选1.8.1 桥墩比选方案一：双柱式钻孔灌注桩桥墩：它由分离的两根桩柱所组成。

外形美观、圬工体积小、重量比较轻、施工便利、速度快、工程造价低。

最重要的是它能减轻墩身重力节约圬工材料，还能配合各种基础，设计灵活多样。

它也是目前运用最广泛的桥墩结构之一。

方案二：重力式桥墩：它是靠自身重量来平衡外部作用、保持稳定。

墩身比较厚实，可以不用钢筋，而用天然石材或片石混凝土砌筑。

它适用于承受作用值较大的大、中型桥梁或流水、漂浮物较多的河流中，或在砂石方便的地区，小桥也可以采用。

它的缺点就是圬工材料数量多、自重大，因而要求地基承载力高。

另外，阻水面积也较大。

1.8.2 比选结果综上，着重从经济、安全的立足点出发，结合本设计联系的相关地质条件情况。

方案二虽然有着承载能力强、配用钢筋少的优点，但是其所用的圬工材料巨大、地基承载力要求也高。

不是很符合本设计的经济和安全的立足点原则，而方案一能够节省材料，节约成本。

所以，选择方案一。

1.8.3 桥台比选方案一：重力式桥台：适用于填土高度为4-10m的单孔及多孔桥。

它的结构简单，基础底承压面积大，应力较小。

但圬工体积较大，两侧墙间的填土容易积水，除增大土压力外还易受冻胀而使侧墙裂缝。

方案二：轻型桥台：轻型桥台体积轻、自重小，它借助结构物的整体刚度和材料强度承受外力，从而可以节省材料，降低对地基强度的要求和扩大应用范围。

1.8.4 比选结果综上，根据XX河大桥的地质条件，桥址周围的材料以及经济、节约的角度进行比选。

重力式桥台体积较大，使用材料较多，不符合节约的原则，所以方案一不适用。

而方案二对地基承载力的要求相对较小，节省材料降低成本。

因此选择方案二。

2 桥梁上部结构设计2.1 内力计算2.1.1 上部构造恒载、活载所产生的剪力计算：盖梁各截面剪力计算见表2-1。

表2-1 恒载、活载剪力计算表/KN荷载情况 1-11Q 2-22Q 3-33Q 4-44Q 5-55Q 左 右 左 右 左右左右左右上部恒载 0 -601.44 601.44 -601.44 804.31 804.31 274.48 274.48 -274.48公路—Ⅱ级双列 非对称0 -80.8580.85-80.85 637.84 637.84 242.56 242.56 -242.56对称-136.55 136.55 -136.55 150.93 150.93 46.72 46.72 -25.152.1.2 构造恒载、活载产生的盖梁各截面弯矩计算见表2-2。

表2-2 恒载、活载弯矩计算表/KN m ⋅截面位置上部恒载公路—Ⅱ级双列非对称 对称 1-1 00 0 0 2-2 121.0R M -= -60.14 -13.66 -8.09 3-3 130.1R M -=-601.44 -136.55 -80.85 4-4 1140.10.2G R M +-= 405.74 79.06 556.99 5-521150.20.30.4R G R M -+-=1503.66107.811042.102.1.3 盖梁自重反力、剪力、弯矩计算耳墙: '1P =12(0.75+2.4)⨯(3.6-0.4)⨯0.25⨯25=35.44KN "1P =2.4⨯0.4⨯0.25⨯25=4.875KN图2-1盖梁各截面内力计算图/cm挡块：2P =1.3⨯1.35⨯0.25⨯25=10.97KN背墙：'3P =2.5⨯0.4⨯10.5⨯25=262.50KN (每米重206.25/10.5=25KN) 盖梁：'4P =12（0.6+1.6）⨯1.25⨯1.8⨯25⨯2=123.75KN "4P =1.6⨯1.8⨯10⨯25=720.00KN (每米重720.00/10.0=72KN)合计：(35.44+4.88)⨯2＋10.97⨯2＋262.5＋123.75＋720=1211.06KN 每片墙反力：G=53.605206.1211=KN 盖梁各截面自重剪力计算见表2-3表2-3 盖梁自重剪力计算表截面 计算式Q / KN 1-1 左()2525.025.156.16.02112597.10875.444.35⨯⨯⨯++⨯+++-85.85 2-2左 ()75.12325.075.12597.1088.444.35+-⨯+++-213.66 右 75.1235.12597.1044.41+⨯++-213.66 3-3 左 729.075.12325.22541.52⨯++⨯+-297.21 右 21.29753.605-308.33 4-4左 9.0)2572(33.308⨯+-133.73 右盖梁各截面自重弯矩的计算见表2-4表2-4 盖梁自重弯矩计算表截面部分重力/KN x/m M/KN⋅m1-111P P'''+35.44+4.88=41.44 1.0-0.125=0.875 -36.26 2P10.97 0.875 -9.60 背墙25⨯(1.0-0.25)=18.75 1⨯0.5=0.5 -9.38 盖梁12(0.6+1.56)⨯1.25⨯1.8⨯25=60.75 0.178 -43.62 合计-98.852-211P P'''+41.44 1.3-0.125=1.175 -48.69 2P10.97 1.175 -12.89 背墙25⨯(2.0-0.25)=43.75 1.05⨯0.5=0.525 -13.78 4P'123.75 0.75 -92.81 合计-168.173-311P P'''+41.44 2-0.125=1.875 -77.70 2P10.97 1.875 -20.57 背墙25⨯(2.0-0.25)=43.75 1.75⨯0.5=0.875 -38.28 4P'123.75 1.14 -141.08 盖梁72⨯0.7=50.4 0.35 -17.64 合计-295.274-411P P'''+41.44 3.25-0.125=3.125 -129.49 2P10.97 3.125 -34.28 背墙25⨯(3.25-0.25)=75 1.5 -112.5 4P'123.75 0.75+1.5=2.25 -278.44 盖梁72⨯1.95=140.4 1.25 -175.5 G 605.53 1.25 756.92 合计156.25-511P P'''+41.44 5-0.125=4.875 -202.01 2P10.97 4.875 -53.47 背墙25⨯4.75=118.75 2.375 -282.03 4P'123.75 2.25+2=4.25 -525.94 盖梁72⨯3.95=284.4 1.975 -561.69 G 605.532 3.25 1967.98 合计395.872.1.4 内力汇总表见2-5表2-5 内力汇总表/KN KN m截面位置恒载公路—Ⅱ级上部构造盖梁合计1-1 Q1左0 -85.85 -85.85 0右-601.44 -85.85 -687.29 -136.55 M1+ 0 0 0 0- 0 98.85 98.85 02-2 Q2左601.44 -213.66 387.78 136.55 右601.44 -213.66 387.78 136.55 M2+ 0 0 0 0- 601.44 168.17 228.31 13.663-3 Q3左-601.44 -297.21 -888.65 -136.55 右804.31 308.33 1112.64 150.93 M3+ 0 0 0 0- 601.44 295.27 896.71 136.554-4 Q4左804.31 133.73 938.04 150.93 右274.48 0 274.48 46.72 M4+ 405.74 156.20 561.94 14.38 - 0 0 0 05-5 Q5左274.48 0 274.48 46.76 右-274.48 0 -274.48 -25.153 M5+ 1503.66 395.87 1899.53 107.81 - 0 0 0 02.2 盖梁计算盖梁截面尺寸见图2-2。