完整版14米景观板拱桥计算书doc.docx

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完整版14米景观板拱桥计算书doc

景观桥

结构设计计算书

设计阶段施工图

部位拱圈、基础

审核人

校核人

计算人

2010年2月

1

一、工程概况1

二、计算内容1

三、基本设计资料1

四、地质、水文资料2

1、地形地貌2

2、地基岩土的构成2

3、地下水3

4、场地及地基条件综合评价3

5、建议4

五、计算程序5

六、说明5

1、拱圈结构验算5

2、地基承载力、基础稳定性验算11

2

一、工程概况

本桥为小区内的一座景观桥，是小区工程的一部分，主要用于小区内日常通行和消防通行。

桥梁基本尺寸和外观由景观设计人员结合小区总体情况进行拟定后，我们对此桥进行了桥梁结构设计。

本桥为一座一跨14米的钢筋混凝土板拱桥。

桥梁横断面布置则为：

2x0.4m栏杆+2x1.5m人

行道+2x4.5m车行道=12.8m。

桥梁拱圈采用等截面钢筋混凝土圆弧拱，拱圈外半径为9.1m，内半

径为8.7m，拱圈夹角为105.29°。

拱圈中心线矢高3.5m，跨径14.15m，矢跨比为1/4.04。

拱圈

采用等截面，截面高0.4m，宽12.8m。

桥台采用重力式桥台，桥台台身长12.8m。

基础为浅基础，

基础长13.8m。

桥梁轴线按道路线型近似取值进行设计，桥梁正交。

二、计算内容

拱圈结构验算，地基承载力、基础稳定性验算，按极限状态法设计。

三、基本设计资料

1、设计荷载：

（1）

永久荷载：

恒载：

片石混凝土容重

25KN/m3，钢筋混凝土容重

26KN/m3，人行道石栏杆

2.6KN/m，沥青混凝土铺装

24KN/m3。

基础变位作用：

不均匀沉降

0.01m。

（2）

可变荷载：

车道荷载：

按双向二车道加载，荷载采用：

公路-Ⅱ级，车道荷载见规范。

人群荷载：

3.0kN/m2。

温度荷载：

根据《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）取值。

（3）偶然荷载：

地震动峰值加速度为0.10g，建筑场地为稳定的建筑场地。

2、材料性能：

1）拱圈、拱座采用C35混凝土。

其轴心抗压强度设计值为fcd=16.1MPa，轴心抗拉强度设

计值为ftd=1.52MPa，弹性模量为Ec=3.15×104MPa。

2）挡板压顶、侧墙压顶、栏杆基座、栏杆立柱灌浆采用C25混凝土；其轴心抗压强度设计值

为fcd=11.5MPa，轴心抗拉强度设计值为ftd=1.23MPa，弹性模量为Ec=2.80×104MPa。

3）桥台台身、基础、侧墙、挡板采用C25片石混凝土，其中混凝土轴心抗压强度设计值为fcd=11.5Mpa，轴心抗拉强度设计值为ftd=1.23Mpa，弹性模量为Ec=2.80×104Mpa；

片石采用MU40片石，片石含量不多于总体积的20％。

1

4）基础垫层采用C15素混凝土，其轴心抗压强度设计值为fcd=6.9MPa，轴心抗拉强度设计

值为ftd=0.88MPa，弹性模量为Ec=2.20×104Mpa。

5）普通钢筋采用R235、HRB335级，其技术指标分别符合《钢筋混凝土用热轧光圆钢筋》（GB

13013-91）、《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》（GB1499-1998）之规定。

R235抗拉、抗压

强度设计值fsd、fsd’均为195MPa，弹性模量为Es=2.1×105MPa。

HRB335抗拉、抗压强度设计值fsd、fsd’均为280MPa，弹性模量为Es=2.0×105MPa。

3、主要规范：

1.《城市桥梁设计准则》（CJJ11-93）

2.

《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）

3.

《公路桥涵设计通用规范》（

JTGD60-2004）

4.

《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（

JTGD62-2004）

5.

《公路桥涵地基及基础设计规范》（JTGD63-2007

）

6.

《公路桥梁抗震设计细则》（

JTG/TB02-01-2008

）

7.

《公路圬工桥涵设计规范》

（JTGD61--2005）

四、地质、水文资料

岩土工程勘察报告（详勘）。

1、地形地貌

拟建场地其第四纪地貌形态属江淮丘陵岗地与坳沟交错的地貌单元。

在场地东侧分布有一坳

沟，后经人工活动，场地整体进行整平，现场地较平坦（两侧局部堆有少量填土），依钻探孔孔口

地面高程计，一般为33.81～43.62m，最大高差为4.78m。

该高程引测于习友路上一甲方指定的吴

淞高程点，并知其高程BM＝38.96m（吴淞高程系，具体位置见建筑物与勘探点平面位置图）。

2、地基岩土的构成

根据钻探、原位测试、土试资料成果及场地附近有关地质资料，拟建场地地基土构成层序自上

而下为：

①层杂填土（Qml）——层厚0.20～9.90m，层底标高为30.03～43.12m。

褐色、灰色，松散或

可塑状态，含植物根、碎砖、碎石、生活垃圾及建筑垃圾等，在场地东侧坳沟中分布有流塑～软塑

状态淤泥质土（淤泥）。

②层粘土（粉质粘土）（Q4al+pl）——此层以透镜体状不均匀地分布于场地中，层厚0.00～3.30，

层底标高为32.28～40.42m。

黄灰～灰黄色，可塑状态，含氧化铁、铁锰结核等，稍光滑，无摇振

反应，干强度、韧性中等。

其静力触探比贯入阻力Ps值一般为1.5～1.9Mpa，平均值为1.61Mpa。

2

③

al+pl

）——此层以透镜体状不均匀地分布于场地中，层厚

0.00～2.90m，层底标高

1

层粘土（Q

3

为34.42～39.54m。

灰黄～褐黄色，可塑～硬塑状态，含氧化铁、铁锰结核及高岭土等，光滑，无

摇振反应，干强度高、韧性高，层状结构。

其静力触探比贯入阻力

Ps值一般为2.0～2.5Mpa，平均

值为2.11Mpa。

③2

层粘土（Q3

al+pl

）——此层部分地段缺失，层厚0.00

～5.00m，层底标高为30.03～39.79m。

灰黄～褐黄色，硬塑状态，含氧化铁、铁锰结核及高岭土等，光滑，无摇振反应，干强度高、韧性

高，层状结构。

其静力触探比贯入阻力Ps值一般为2.6～4.3Mpa，平均值为3.06Mpa；其标贯试验

实测击数N值一般为10～13击/30cm，平均值为11.70击/30cm。

③3层粘土（Q3al+pl）——层厚17.30～29.00m，层底标高为8.81～16.11m。

黄褐～褐黄色，硬

塑～坚硬状态，稍湿，光滑，无摇振反应，干强度高、韧性高，层状结构；含氧化铁、铁锰结核等，

下部局部地段混有钙质结核，该层下部部分夹粉质粘土层。

其静力触探比贯入阻力Ps值一般为

4.4～6.6Mpa，平均值为5.04Mpa；其标贯试验实测击数N值一般为14～25击/30cm，平均值为21.4

击/30cm。

3、地下水

根据钻探揭露，拟建场地①层杂填土和②层粘土（粉质粘土）表部埋藏有上层滞水型地下水，

受大气降水和地表水渗入补给，一般无稳定的自由水面，受季节性影响较大；勘察期间测得静止水

位埋深为0.9～5.4m，地下水水位标高为36.06～40.33m。

根据环境水文地质条件分析，该场地地下水对砼无侵蚀性。

4、场地及地基条件综合评价

4.1场地的稳定性

通过区域地质资料与勘探结果综合分析，未发现有影响建筑场地稳定性的断裂构造，拟建场地

属稳定的建筑场地。

4.2场地和地基的抗震性

合肥市抗震设防烈度为七度，设计基本地震加速度值为0.10g，设计地震分组为第一组。

根据钻探及测试结果拟建场地覆盖层厚度在27.80～33.00m，平均为29.70m，建筑场地在覆盖

层埋深范围内场地土等剪切波速为250.0～311.3m/s，平均值为277.9m/s，故判定建筑场地类别为

Ⅱ类。

拟建场地属对抗震有利地段。

场地的特征周期取0.35s。

4.3天然地基设计参数

根据现场钻探、原位测试、结合室内岩土试验成果资料分析，该场地内各层土的地基承载力特

征值fak、相应的压缩模量Es及基床系数K可按下表取值：

3

分层

②

③1

③2

③3

指标

fa0（kPa）

150

200

270

320

Es（MPa）

6.5

9.0

14.0

16.0

3

55

60

K（MN/M）

4.4深基坑围护设计参数

有关深基坑设计参数（重度γ、土的内摩擦角标准值φk、内聚力标准值Ck、土对重力式挡墙的

基底摩擦系数μ及土钉（锚杆）与土体的极限摩阻力标准值

qsik）可按下表取值：

分层

①

②

③1

③2

③3

指标

γ（KN/m3）

18.5*

19.2*

19.5

19.9

20.1

C（kPa）

40.0*

45.0*

76.0

81.9

k

Φk（。

）

18.0*

10.0*

12.0*

16.1

16.6

μ

0.32*

0.35*

Q（kPa）

20.0*

45*

60*

70*

75*

sik

注：

带*的为经验值

4.5地基土的膨胀性能

根据③层粘土的液限与自由膨胀率（δst＝40％～59％）和合肥地区区域地质资料，拟建场

地③层粘土具有弱膨胀潜势。

5、建议

5.1深基坑开挖与支护

拟建场地的③层粘土为膨胀土，具有遇晒开裂，遇水易崩塌的特点，若场地具备放坡条件，可

采用上部1：

0.75放坡，下部宜设置1.0～1.5m的重力式挡墙，坡面采用砂浆抹面，对于开挖深度

超过5m的基坑和不具备放坡条件时，可采用土钉墙支护方案。

基坑开挖和地下室设计与施工时，应认真做好降水、排水或截水工作。

坑内采用集水、明沟降

排地下水，坑外地表面宜设置截水沟或低挡墙截挡水，以防地表水大量流入坑内，开挖期间严禁在

4

基坑四周可能影响基坑稳定的范围内大量堆土和放置重型设备。

基坑开挖和基础、地下室施工期间，应加强对周围建筑、道路和支挡结构的变形观测，以便发

现问题及时处理。

5.2基础施工

采用天然地基方案时，由于③层粘土具有弱膨胀潜势，基坑开挖至设计标高时，严禁地基土长

时间积水或曝晒。

五、计算程序

桥梁博士3.0版、手算。

六、说明

本计算书给出拱圈结构验算，地基承载力、基础性稳定验算，均满足要求。

1、拱圈结构验算

采用桥博3.0计算内力，不考虑拱上建筑的联合作用。

按无铰拱建立模型，划分单元。

计算模型

如下：

1、截面抗压强度验算

截面选取主拱圈的拱脚截面、1/4截面、跨中截面等共计3个截面。

按照《公路圬工桥涵设计规范（JTGD61-2005）》5.1.4.1的规定，验算拱的截面强度。

由

于截面强度验算与拱的整体“强度-稳定”验算所采用公式相同，只是为考虑长细比及弯曲系数的影

响，因此，略去该节，直接验算拱的整体“强度-稳定”。

2、抗剪强度验算

依据《公路圬工桥涵设计规范JTGD61-2005》4.0.13条的规定，应该按4.0.13的公式验算

剪力：

5

γ0Vd<=A*fvd+1μfNk

1.4

Vd------

剪力设计值

A------

受剪截面面积=12.8*0.4=5.12m

2

fvd------

抗剪强度设计值=2280KN/m2，按<圬工>3.3.2等查。

fvd------

摩擦系数，采用

0.7。

Nk------

与受剪截面垂直的压力标准值。

计算结果如下表所示：

（组合Ⅰ为基本组合，组合Ⅱ为偶然组合）

拱脚（节点

1）

荷载组合

Rn=A*fvd+

1/1.4*μ

Vd

A

fvd

μf

Nk

fNk

γ0Vd

是否满足

组合

Max

2060

5.12

2280

0.7

5710

14528.6

2060

满足

Ⅰ

Min

29.6

5.12

2280

0.7

5800

14573.6

29.6

满足

组合

Max

862

5.12

2280

0.7

4770

14058.6

862

满足

Ⅱ

Min

862

5.12

2280

0.7

4770

14058.6

862

满足

荷载组合

1/4

截面（节点

8）

组合

Max

726

5.12

2280

0.7

3280

13313.6

726

满足

Ⅰ

Min

-455

5.12

2280

0.7

2890

13118.6

455

满足

组合

Max

115

5.12

2280

0.7

2620

12983.6

115

满足

Ⅱ

Min

115

5.12

2280

0.7

2620

12983.6

115

满足

荷载组合

跨中截面（节点

15）

组合

Max

553

5.12

2280

0.7

4130

13738.6

553

满足

Ⅰ

Min

-356

5.12

2280

0.7

2650

12998.6

356

满足

组合

Max

68

5.12

2280

0.7

2420

12883.6

68

满足

Ⅱ

Min

68

5.12

2280

0.7

2420

12883.6

68

满足

3、拱的整体“强度-稳定”验算

按照《公路圬工桥涵设计规范（JTGD61-2005）》5.1.4.1的规定，验算拱的整体“强度-稳

定”。

1）、依据《公路圬工桥涵设计规范JTGD61-2005》4.0.8条，受压承载力应按下列公式就算：

γ0Nd<=φfcdAc

6

γ0------结构重要系数，见4.0.4。

Hd

Nd------轴力设计值，Nd=（见5.1.4条）。

cosm

φ------弯曲平面内轴心受压构件弯曲系数，按表4.0.8选用，计算时L0按5.1.4条，

无铰拱L0=0.36s。

混凝土拱桥截面强度计算时可取为1.0。

Ac------混凝土受压区面积。

fcd------混凝土轴心抗压强度设计值。

2）、本桥截面为矩形，按照按公式4.0.8-3计算

γ0Nd<=φfcdb（h-2e）

h-----矩形截面高度

b-----矩形截面宽度

e-----轴向力的偏心距

L0/h=0.36s/h=0.36*16.355/0.4=14.72，

按照表4.0.8内插求得φ=0.98

3）、按照4.0.9条规定，受压构件偏心距限值应满足：

基本组合：

e<=0.6s=0.6*h/2=0.6*0.4/2=0.12m

偶然组合：

e<=0.7s=0.7*h/2=0.7*0.4/2=0.14m

对于偏心距不超限的截面的计算结果见下表。

7

截面抗力计算表

拱脚（节点1）

偏心

是

荷载组合

Rn=φ

否

M（kN.m）

N（KN）

e=M/N

距限

Ac=b*（h-2e）

fcd

φ

0

*fcd*b*（h-2e）

γNd

满

值e0

足

组合

Max

1110

5710

0.194

0.12

偏心超限按

4.0.10

计算

Ⅰ

Min

-2820

6120

0.461

0.12

偏心超限按

4.0.10

计算

组合

Max

-996

4770

0.209

0.14

偏心超限按

4.0.10

计算

Ⅱ

Min

-996

4770

0.209

0.14

偏心超限按

4.0.10

计算

荷载组合

1/4截面（节点

8）

满

组合

Max

1190

3080

0.386

0.12

偏心超限按

4.0.10

计算

足

Ⅰ

满

Min

-360

3820

0.094

0.12

1.028

13690

0.98

13792.0

3820.0

足

满

组合

Max

226

2620

0.086

0.14

1.081

13690

0.98

14498.7

2620.0

足

Ⅱ

满

Min

226

2620

0.086

0.14

1.081

13690

0.98

14498.7

2620.0

足

荷载组合

跨中截面（节点

15）

组合

Max

1100

3150

0.349

0.12

偏心超限按

4.0.10

计算

Ⅰ

Min

-742

3350

0.221

0.12

偏心超限按

4.0.10

计算

满

组合

Max

41.9

2420

0.017

0.14

1.536

13690

0.98

20603.6

2420.0

足

Ⅱ

满

Min

41.9

2420

0.017

0.14

1.536

13690

0.98

20603.6

2420.0

足

由上表可见有部分截面偏心距超过《公路圬工桥涵设计规范JTGD61-2005》4.0.9条的规

定，应该按4.0.10的公式计算：

γ0Nd<=φA*ftmd

A*e1

W

W=1/6bh2=1/6*12.8*0.4*0.4=0.3413m3

φ=0.98

2

A=12.8*0.4=5.12m

ftmd=1140kN/m2混凝土弯曲抗拉强度设计值按<圬工规范>表3.3.2。

8

偏心距超限截面抗力计算表

拱脚（节点

1）

荷载组合

M（kN.m）

N（KN）

e=M/N

A

ftmd

W

Rn=φ

γ

是否满足

*A*ftmd/（A*e/w-1）

0Nd

组合

Max

1110

5710

0.194

5.12

1140

0.3413

2985.5

5710

满足

Ⅰ

Min

-2820

6120

0.461

5.12

1140

0.3413

967.6

6120

不满足

组合

Max

-996

4770

0.209

5.12

1140

0.3413

2682.9

4770

不满足

Ⅱ

Min

-996

4770

0.209

5.12

1140

0.3413

2682.9

4770

不满足

荷载组合

1/4

截面（节点

8）

组合

Ⅰ

Max

1190

3080

0.386

5.12

1140

0.3413

1192.8

3080

不满足

荷载组合

跨中截面（节点

15）

组合

Max

1100

3150

0.349

5.12

1140

0.3413

1349.7

3150

不满足

Ⅰ

Min

-742

3350

0.221

5.12

1141

0.3413

2465.2

3350

不满足

由上表可见有部分截面不满足要求。

由于本桥设置了钢筋，进一步考虑钢筋的作用后：

Rs=As*fsd=128*3.14*（22/2）

2*280/1000=13616.9KN，128根钢筋的抗压能力。

考虑钢筋参与受压（混凝土仍按全截面）

拱脚（节点1）

荷载组合

Rn=φ

Rs

Rn+Rs

γ0Nd

是否满足

*A*ftmd/（A*e/w-1

）

组合Ⅰ

Min

967.6

13616.9

14584.5

2610

满足

组合Ⅱ

Max

2682.9

13616.9

16299.8

2250

满足

Min

2682.9

13616.9

16299.8

1860

满足

荷载组合

跨中截面（节点8）

组合Ⅰ