下部结构设计计算示例

混凝土桥梁下部结构病害分析与加固发布时间：2022-08-30T03:25:10.613Z 来源：《工程建设标准化》2022年第37卷第8期作者：杨芬[导读] 下部结构是混凝土桥梁的重要组成结构，决定了桥梁的整体稳定性及传荷能力。

杨芬(湖北省交通规划设计院股份有限公司，湖北武汉430051)摘要：下部结构是混凝土桥梁的重要组成结构，决定了桥梁的整体稳定性及传荷能力。

根据下部结构的常见形式对病害类型及产生机理进行分析。

以武汉某桥梁为研究对象，通过对该桥梁进行定期检查，确定桥梁下部结构存在病害类型及部位，对该桥梁技术状况进行评分计算为66分，属于3类桥梁，需要对下部结构进行加固处置。

采用粘贴钢板法以及套箍加固法对下部结构进行加固，提高了桥梁下部结构的耐久性。

关键词：混凝土桥梁，下部结构，病害分析，加固措施1 引言随着我国公路工程建设的不断发展，我国已经建成的公路桥梁总数超过35万座[1]。

虽然公路桥梁建设的速度快、数量多，但是由于桥梁建设较早有些桥梁已经出现了一些病害，影响了桥梁的整体性及耐久性[2]。

下部结构是桥梁主要的承重结构，包括桥墩、桥台以及基础组成，下部结构材料多为钢筋混凝土材料，在车辆活载和桥跨恒载的共同作用下，导致桥梁结构在使用过程中出现大量病害，严重降低耐久性[3]。

由于桥梁结构组成复杂，下部结构病害产生的原因较多，且产生机理复杂，因此需要对桥梁下部结构病害产生机理及加固方式进行研究[4]。

本文以武汉某桥梁为例，根据桥梁下部结构的组成及分类，研究下部结构病害存在的类型及部位，确定下部结构病害产生的机理。

通过对该桥下部结构进行定期检查，确定该桥梁的病害类型及数量，根据调查结果对该桥梁下部结构进行技术状况评定，依据评定结果，针对相应病害提出该桥梁下部结构加固措施。

2 混凝土桥梁下部结构病害及产生机理混凝土桥梁下部结构病害的产生主要包括两方面原因。

一方面是内因，主要由于混凝土桥梁在勘察设计以及施工方面存在问题导致桥梁下部结构提前出现病害，需要进行加固处理。

任务书目录50601015015013013070130150506015010010330330760220220220220220220505014201 设计资料1.1 地质资料 按任务书填1.2 桩、墩尺寸与材料 按任务书填本设计下部结构采用桩柱式墩台基础。

根据该桥梁设计跨径*****，桥墩型式采用单排双柱式。

桥墩帽梁高度取***m ，系梁高度取***m ，宽度取***，位于地面线以上，墩径取**m ，桩径取***m 。

具体尺寸参见图1—1：图1—1 桥墩构造图2内力计算 ： 2.1恒载反力：（1）上部结构恒载反力(见表2—1)：表2—1 上部结构荷载情况2、盖梁自重反力：[14.2×1.5×0.5+0.5×(14.2+9.1)×0.6×1.5]×25=528.38kN3、系梁自重反力：4.31×1.0×25=107.75kN 4、墩柱自重每延米：21.32533.17/4kN m π⋅⨯=5、桩自重每延米： 21.501526.494q kN m π=⨯⨯=（浮容重）2.1活载反力：（1）各主梁荷载横向分布系数计算：本设计计算各主梁荷载横向分布系数应用杠杆原理法，采用两种布载形式，即偏心布载和对中布载。

○1偏心布载(图2—1)： 公路—Ⅱ级: ∑=i i m η21,汽 11(0.9550.136)0.5462m =⨯+=汽21(0.0450.8640.545)0.7272m =⨯++=汽31(0.4550.7270.136)0.6592m =⨯++=汽.2731.0000.6820η1η2η3η4η5η6η71.0001.0001.0000.8640.3180.7270.2730.9090.09141(0.2730.8640.318)0.7282m =⨯++=汽51(0.6820.727)0.7052m =⨯+=汽61(0.2730.909)0.5912m =⨯+=汽710.0910.0462m =⨯=汽图2-1偏心布载时各主梁荷载横向分布系数根据上述计算，将各主梁荷载横向分布系数汇总在表2—2中：0.0.7050.295η4η3η2η10.8861.0000.2951.0000.7050 表2-2 各主梁荷载横向分布系数汇总(偏载时)○2对中布载(图2-2)：图2-2 对中布载时各主梁荷载横向分布系数公路—Ⅱ级: ∑=i i m η21,汽 1'10.5230.2622m =⨯=汽2'1(0.4770.7050.114)0.6482m =⨯++=汽1.0001.0001.012=178.5kNk P 3'1(0.2950.8860.295)0.7382m =⨯++=汽4'1(0.7050.705)0.7052m =⨯+=汽根据上述计算，将各主梁荷载横向分布系数汇总在表2-3中： 表2-3各主梁荷载横向分布系数汇总(对中布载时)（2）按顺桥方向布置活载(图2-3)，求得支座活载反力的最大值：公路—Ⅱ级: 考虑到支点外布置 荷载，布置长度为：19.50.2519.75l m =+=。

底部框架顶层门刚的建模及计算总结底部框架顶层门刚结构的建模及计算总结（本文以PKPM为例，如果你使用其他软件，你应该自己解决相关问题。

本文只是一个启发。

）建模方法：建议使用“门式刚架三维设计”建模，模型中建立各个刚架立面，下部框架可按夹层或直接绘制网格线建立。

立面建完之后，将系杆建入（纵向框架梁可以按系杆输入），纵向的次梁不建。

屋面水平支撑、柱间支撑可在此建模。

设计方法：三维建模完成后，进行加载和计算，并根据设计结果将截面调整到合适的截面。

应设计每个标高，直到完成所有标高。

在参数设置中，设计规范应选择钢结构规范，结构类型可以是“门式刚架灯塔钢结构”（如果只有局部夹层）或“多层钢结构厂房”（如果有多个楼层）。

建议根据门规检查和计算屋顶梁，并通过按压弯曲构件进行重新检查。

（题外话：关于规范和结构类型的选择，和结构本身的特点以及抗震均有关系，不能简单地认为按上面的说法设置一定是正确的，需要更加深入的探讨。

）框架补充建模：进入框架的“三维模型和载荷输入”，此时仍进入模型目录。

可以看到，程序会自动生成每个标准层，并且会自动为顶层的倾斜屋顶设置“上部节点高度”。

这也是我建议首先使用门式刚架建模的原因，以便可以轻松生成顶层的斜梁和变截面梁。

（注：1、保留原模型，复制一个目录来进行以下步骤。

2、使用其他的设计软件，可能更容易建立空间模型。

总之大家可以适当选择设计软件和建模方法，不可拘泥于此。

）此处，有必要补充框架部分的纵向钢梁和未布置的支架等必要部件。

最后，生成楼层和布局荷载。

楼板和顶板可根据实际需要设置弹性板或刚性板。

一般来说，我们没有考虑楼板对钢梁的影响。

建议不要考虑面外刚度，我们可以选择刚性板或弹性膜。

如果要考虑楼板对钢梁的影响，最好采用“钢-混凝土组合梁”。

屋面板一般采用彩色压型钢板，结构计算不考虑板的刚度。

因此，可以输入0厚度的板来引导荷载，而无需为构件提供额外刚度。

然而，这样做有一个问题。

顶层刚度远小于下层框架，振型、平移或扭转的计算结果相对较差。

一、桥涵水文基础知识跨水域桥梁，满足洪水宣泄要求。

桥梁基本尺寸，包括桥孔长度、桥面标高、基础埋深等的确定，必须考虑设计使用年限内可能发生的最大洪水，包括其流量、流速及水位等因素。

1大、中桥设计流量推算设计流量的推算，要按《公路工程水文勘测设计规范》的要求，根据所掌握的资料情况，选择适当的计算方法。

对于大、中河流，具有足够的实测流量资料时，主要采用水文统计法。

而缺乏实测流量资料时，则多采用间接方法或经验公式计算。

计算时要注意水文断面与桥位的关系，正确推算桥位处的设计流量和设计水位。

2小桥涵设计流量推算桥涵一般都缺乏观测资料。

因此相关部门制定了各种小流域流量计算公式和相应的图表作参考，设计时，应以多种计算方法予以比较。

常用的方法：形态调查法、暴雨推理法和直接类比法。

暴雨推理公式是直接根据设计规定频率P推求出对应的洪峰流量Qp，此方法计算出的Qp即是拟建小桥涵处设计流量。

形态调查法和直接类比法仅推出了形态断面处或原有小桥涵位处的流量Q‘p故须向拟建小桥涵位处折算成设计洪峰流量Qp。

在条件许可情况下，宜用几种方法计算互相核对比较，并通过加强调查研究、积累资料、进行科学实验，找出适合本地区的计算方法，结合实际情况确定计算公式和有关的参数。

3桥位选择的一般规定（1）调查和勘测。

对复杂的大桥、特大桥应进行物探和钻探；考虑现状，征求有关部门的意见，经全面分析认证，确定推荐方案。

（2）在整体布局上与铁路、水力、航运、城建等方面规划互相协调配合；保护文物、环境和军事设施等；照顾群众利益，少占良田，少拆迁。

（3）高速公路、一级公路的特大、大、中桥桥位线形应符合路线布设要求。

原则上应服从路线走向；桥、路综合考虑；注意位于弯、坡、斜处的桥梁设计和施工的难度。

（4）对水文、工程地质和技术复杂的特大桥位、应在已定路线大方向的前提下、根据河流的形态特征、水文、工程地质、通航要求和施工条件以及地方工农业发展规划等，在较大范围内作全面的技术、经济比较确定。

目录第一部分项目概况及基本设计资料 (1)1.1 项目概况 (1)1.2 技术标准与设计规范 (1)2.2.3 罗望线T梁构造配筋与部颁图比较 (6)2.3 结构分析计算 (6)2.3.1 活载横向分布系数与汽车冲击系数 (6)2.3.2 预应力筋计算参数 (6)2.3.3 温度效应及支座沉降 (7)2.3.4 有限元软件建立模型计算分析 (7)第三部分桥梁墩柱设计及计算 (8)3.1 计算模型的拟定 (8)8891011121313 3.3.1 计算模型的选取13 3.3.2 15米墩高计算 (14)3.3.3 30米墩高计算 (23)3.4 30米T梁墩柱计算 (33)3.4.2 15米墩高计算 (34)3.4.3 30米墩高计算 (44)3.4.4 40米墩高计算 (53)4.2.2 动力特性特征值计算结果4.2.3 E1地震作用验算结果 (87)4.2.4 E2地震作用验算结果 (87)4.2.5 延性构造细节设计 (88)第一部分项目概况及基本设计资料1.1 项目概况贵州省余庆至安龙高速公路罗甸至望谟段，主线全长77.4公里，项目地形起伏大，山高坡陡，地质、水文条件复杂，桥梁工程规模大，高墩大跨径桥梁较多，通过综合比选，考虑技术、经济、结构耐久、施工方便、维修便利及施工标准化等因素。

主线）（3）中华人民共和国交通部标准《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004），以下简称《规范》（4）中华人民共和国交通部标准《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2007）（5）中华人民共和国交通部标准《公路坞工桥涵设计规范》（JTG D61-2005）（6）中华人民共和国交通部标准《公路工程抗震规范》（JTG B02-2013）（7）中华人民共和国交通部标准《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/T B02-01-2008）1.3 基本计算资料（1）桥面净空：2x净-11.0米、净11.25米C50；根据贵州高速公路集团有限公司2013年6月3日下发的《黔高速专议【2013】44号》会议纪要，热轧光圆钢筋采用HPB300，直径小于22mm的热轧带肋钢筋采用HRB400，直径大于等于22mm的热轧带肋钢筋采用HRB500。

桥梁下部结构计算（要点总结）第一篇：桥梁下部结构计算(要点总结)1．梁、板式桥墩台作用效应组合1．1 梁、板式桥墩第一种组合：按在桥墩各截面和基础底面可能产生最大竖向力的状况组合。

此时汽车荷载应为两跨布载，集中荷载布在支座反力影响线最大处。

若为不等跨桥墩，集中荷载应布置在大跨上支座反力影响线最大处，其他可变荷载作用方向应与大跨支座反力作用效果相同。

它是用来验算墩身强度和基地最大压应力的。

第二种组合：按在桥墩各截面顺桥向上可能产生最大偏心距和最大弯矩的状况组合。

此时应为单跨布载。

若为不等跨桥墩，应大跨布载。

其他可变作用方向应与汽车荷载反力作用效果相同。

它是用来验算墩身强度、基底应力、偏心距和稳定性的。

第三种组合：当有冰压力或偶然作用中的船舶或漂流物是，按在桥墩各截面横桥向可能产生与上述作用效果一致的最大偏心距和最大弯矩的状况组合。

此时顺桥向应按第一种组合处理，而横桥向可能是一列靠边布载（产生最大横向偏心距）；也可能是多列偏向或满布偏向（竖向力较大，而横向偏心较小）。

它是用来验算横桥向上的墩身强度、基底应力、横向偏心距及稳定性的。

1．2 梁、板式桥台第一种：汽车荷载仅布置在台后填土的破坏棱体上（此时根据通规，以车辆荷载形式布载）；第二种：汽车荷载（以车道荷载形式布载）仅布置在桥跨结构上，集中荷载布在支座上；第三种：汽车荷载（以车道荷载形式布载）同时布置在桥跨结构和破坏棱体上，此时集中荷载可布在支座上或台后填土的破坏棱体上。

2．桩柱式墩台验算——盖梁计算2．1 作用的特点及计算作为梁式桥，上部荷载是以集中力的形式作用于盖梁上，所以作用的作用位置是固定的，而其作用力的大小，随着汽车横向布置不同而变化。

汽车横向布置原则是依据盖梁验算截面产生最大内力的不利状况而确定。

一般计算盖梁时汽车横向布置及横向分配系数计算可做如下考虑：2.1.1 单柱式墩台盖梁在计算盖梁支点负弯矩及各主梁位置截面的剪力时，汽车横桥向非对称布置（即按规范要求靠一侧布置），横向分配系数按偏心受压法计算。

桥梁下部结构设计0 前言随着经济不断发展，桥梁建设得到了飞速发展，它已从最开始的方便人们过河、跨海之用，已广泛应用于各种场合，它的用途不断多样化，它的形式也在最基本的三种受力体系上逐渐多样化，不仅从功能上、规模上，还从美观上、经济效益上，逐渐与时代发展相协调。

所以桥梁建筑已不仅是交通线上的重要载体，也是一道美丽的风景被人津津乐道。

面对着新工艺、新挑战，原有的桥梁建设正面对历史的考验，当代建设者肩负着光荣而又艰巨的任务，为明天创造历史。

本设计说明书所编写的是沈阳至阜新公路桥的下部设计方案。

通过上部荷载传力，拟定桥墩尺寸，以确定相应的尺寸是否满足要求，配置以合适的钢筋，使提高桥墩的承载力，使达到桥梁的耐久性要求。

在桥梁的使用期内，完成桥梁墩台的使命。

通过本次设计，我基本上掌握了桥梁下部设计的基本内容，从选截面尺寸，到配置钢筋，每一个细节都是经过多次考虑，通过反复验算，使桥梁墩台满足要求，且以经济合理的材料用量完成。

所以下部设计是要求桥梁设计者，从上部得到内力组合后，设计以适应下部使用的尺寸结构进行验算。

本次设计旨在使我巩固、加深本科期间所学理论知识，使自己具备在以后工作中利用知识解决问题的的能力。

1 桥型方案比选沈阳至阜新公路桥，桥孔布置为5×35m的预应力混凝土箱型简支梁桥，桥梁全长175m。

本桥上部为预应力混凝土箱型梁，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：4×3.75m+0.5m=15.5m；2．荷载等级：公路-Ⅰ级荷载；3．设计洪水频率：1/100；4．环境类别：Ⅱ类环境；5．设计安全等级：二级，结构重要性系数01.0γ=。

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．沈阳至阜新公路桥设计资料1.3 工程地质资料根据地质勘察，揭露的地层岩性主要为素黏土、砾石、亚砂土、粉砂、泥岩。

梁钢筋计算实例梁是建筑结构中常见的承重构件，它承受着楼板、墙体等上部结构的重力荷载，并将其传递到下部结构中。

在梁的设计与施工过程中，梁的钢筋计算是非常重要的一环。

下面我们以某个具体的实例来进行梁钢筋计算的演示。

假设我们有一根梁，其长度为4.5米，宽度为0.3米，高度为0.5米，要求根据设计荷载计算出梁中所需的钢筋数量。

我们需要计算梁的设计荷载。

假设该梁所承受的设计荷载为20kN/m，根据梁的长度和宽度，可以计算出梁的自重为：自重 = 长度× 宽度× 高度× 混凝土密度混凝土密度一般取24kN/m³，代入数据计算可得：自重= 4.5m × 0.3m × 0.5m × 24kN/m³ = 16.2kN接下来，我们需要计算梁的活载荷载。

假设该梁所承受的活载荷载为10kN/m，根据梁的长度，可以计算出活载荷载的总值为：活载荷载 = 活载荷载× 长度代入数据计算可得：活载荷载= 10kN/m × 4.5m = 45kN根据设计要求，梁的荷载组合为1.4倍的自重加上1.6倍的活载。

所以，梁的设计荷载为：设计荷载= 1.4 × 自重+ 1.6 ×活载荷载代入数据计算可得：设计荷载= 1.4 × 16.2kN + 1.6 × 45kN = 120.6kN接下来，我们需要计算梁中所需的钢筋数量。

根据设计荷载和梁的尺寸，可以计算出梁的弯矩。

梁的弯矩计算公式为：弯矩 = 设计荷载× 梁长度² / 8代入数据计算可得：弯矩= 120.6kN × (4.5m)² / 8 = 304.5kNm根据梁的弯矩和混凝土的抗弯承载力，可以计算出梁的钢筋面积。

梁的钢筋面积计算公式为：钢筋面积 = 弯矩/ (0.87 × 抗弯承载力× 梁高度)混凝土的抗弯承载力一般取为5MPa，代入数据计算可得：钢筋面积= 304.5kNm / (0.87 × 5MPa × 0.5m) = 1114.6mm²根据钢筋的直径和间距，可以计算出梁中所需的钢筋数量。