泰安市石臘河大橋U型橋臺設計計算

朱曉崑

摘 要：本文通過驗算橋臺應力，確保所設計橋臺經濟、安全、穩定。

關鍵詞：橋臺；荷載；土壓力

The Tai'an City U-shaped abutment the paraffin River Bridge design calculations

Zhu Xiao-kun

Abstract： This article by checking Abutment stress， to ensure that the design of abutments economic， security， and stability.

Key words： abutment； loads； earth pressure

1.設計資料

橋臺采用U型橋臺，地質勘測地基承載力為10MPa，上部構造自重反力即空心板與橋面鋪裝重2977.73KN，漿砌片石容重取22KN/m3，鋼筋混凝土容重取22KN/m3，臺后回填料容重取18KN/m3，臺后回填料內摩阻角φ=350；土壓力計算僅計算基礎頂到擋土墻頂面范圍內土壓力，基礎本身高度和被動土壓力均不考慮。驗算橋臺穩定性時主動土壓力按照整個橋臺高度-即基礎底面到臺頂-計算。

2.荷載計算

2.1恒載計算

2.1.1上部構造恒載反力2977.73KN。

2.1.2臺身、側墻及填土恒載計算見下表

2.1.3基礎恒載計算188.8×22 =4153.6

2.2車輛荷載反力計算

2.2.1汽車-超20級荷載的反力

臺后無荷載，橋上有荷載

R=2×〔140×（1+18.2/19.6）+120×（11.2/19.6+9.8/19.6）+30×6.8/19.6=817.96 KN

臺后橋上均有荷載，重車在臺后，主車在橋上

R=2×〔140×1+120×（12.6/19.6+11.2/19.6）+30×8.2/19.6=596.5 KN

臺后橋上均有荷載，主車在臺后，重車在橋上

R=2×〔120×（1+18.2/19.6）+140×（11.2/19.6+9.8/19.6） =762.86KN

2.2.2掛車-120荷載反力

R=300× （1+18.4/19.6+14.4/19.6+13.2/19.6）=1004.08 KN

2.3人群荷載反力及其它荷載計算

人群荷載反力1/2×20×0.75×2.5×2=37.5 KN

摩阻力T=2977.73×0.2=595.55 KN

制動力H=550×0.3=165 KN

2.4土壓力計算

H=6.08 m，b=21.5 m， φ=350 ，臺后回填料容重取18KN/m3

E=ET + Ec ， ET =9.018×21.5=193.80 KN（查表得9.018數值） 查表得Ec=249.89 KN

掛車-120在臺后Ec查表得Ec=26.04KN

4.基礎底面應力計算

基礎底面截面特征計算A=22.3×7.55=168.365 m2

I=bh3/12=1×22.3×7.553/12=799.77 m4

Y=1/2×7.55=3.775 m

4.1汽車荷載作用時

4.1.1汽車-超20級荷載在橋上，臺后無荷載

外力對基礎底中性軸的彎矩：

上部構造M=2977.73×1.3=3871.05KN. m

汽-超20 M=817.96×1.3=1063.35KN. m

人群荷載M=37.5×1.3=48.75KN. m

橋臺自重M=17813.15×（3.775-0.8-3.58）=-10776.96KN. m

土壓力M=193.8×（1/3×6.08+1.5）=683.47 KN. m

基礎M=3776×（-2×3.73×3.05×3.775/168.365） =-1926.35KN. m

摩阻力M=±595.55×（4.94+1.5）=±3835.34 KN. m

則得∑M =3871.05+1063.35+48.75-10776.96+683.47-1926.35=-7036.69KN. m

附加組合時

∑M =3871.05+1063.35+48.75-10776.96+683.47-1926.35-3835.34

=-10872.03KN. m>-7036.69×1.25 KN. M

由附加荷載控制設計。

外力對基礎底面的垂直力

∑P=2977.73+817.96+37.5+17813.15+3776=25422.34KN

應力驗算：

σmax=∑P/A+∑My/I=25422.34/168.365+∑10872.03×3.775/799.77=202.32KN/ m2小于地基承載力10MPa

4.1.2汽車-超20級荷載在臺后，橋上無荷載

外力對基礎底中性軸的彎矩：

土壓力M=9.018×21.5+249.89×（1/3×6.08+1.5）=1818.28 KN. m

則得主要組合

∑M=3871.05+1818.28-10776.96-1926.35=-7013.98KN. m

附加組合時

∑M=3871.05+1818.28-10776.96-1926.35-3835.34=-10849.32KN. m>-7013.98×1.25 KN. M

由附加荷載控制設計。

外力對基礎底面的垂直力

∑P=2977.73+17813.15+3776=24566.88KN

應力驗算：

σmax=∑P/A+∑My/I=24566.88/168.365+∑10849.32×3.775/799.77=197.12KN/ m2小于地基承載力10MPa

4.1.3掛車-120荷載在橋上，臺后無車輛荷載

外力對基礎底中性軸的彎矩：

1004.08×1.3=1305.3 KN. M

其他部分的彎矩同前面4.1.1種情況，即

∑M=3871.05+1305.3+683.47-10776.96-1926.35-115.26=-6958.75 KN. m

外力對基礎底面的垂直力

∑P=2977.73+1004.08+17813.15+3776=25570.96KN

應力驗算：

σmax=∑P/A+∑My/I=25570.96/168.365+∑6958.75×3.775/799.77=184.74KN/ m2小于地基承載力10MPa

4.2施工荷載時，無上部結構（僅有土壓力）

∑M=683.47-10776.96-1926.35=-12019.84 KN.m

外力對基礎底面的垂直力∑P=17813.15+3776=21589.15KN

應力驗算：

σmax=∑P/A+∑My/I=21589.15/168.365+∑12019.84×3.775/799.77=184.96KN/ m2小于地基承載力10MPa

因篇幅有限抗傾覆驗算從略。

參考文獻

[1] 姚玲森.橋梁工程.人民交通出版社，1998

[2] 中華人民共和國交通部部標準.公路橋涵設計規范，JTJ021-89