泰安市石腊河大桥U型桥台设计计算

朱晓崑

摘 要：本文通過验算桥台应力，确保所设计桥台经济、安全、稳定。

关键词：桥台；荷载；土压力

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.设计资料

桥台采用U型桥台，地质勘测地基承载力为10MPa，上部构造自重反力即空心板与桥面铺装重2977.73KN，浆砌片石容重取22KN/m3，钢筋混凝土容重取22KN/m3，台后回填料容重取18KN/m3，台后回填料内摩阻角φ=350；土压力计算仅计算基础顶到挡土墙顶面范围内土压力，基础本身高度和被动土压力均不考虑。验算桥台稳定性时主动土压力按照整个桥台高度-即基础底面到台顶-计算。

2.荷载计算

2.1恒载计算

2.1.1上部构造恒载反力2977.73KN。

2.1.2台身、侧墙及填土恒载计算见下表

2.1.3基础恒载计算188.8×22 =4153.6

2.2车辆荷载反力计算

2.2.1汽车-超20级荷载的反力

台后无荷载，桥上有荷载

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

台后桥上均有荷载，重车在台后，主车在桥上

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

台后桥上均有荷载，主车在台后，重车在桥上

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

2.2.2挂车-120荷载反力

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

2.3人群荷载反力及其它荷载计算

人群荷载反力1/2×20×0.75×2.5×2=37.5 KN

摩阻力T=2977.73×0.2=595.55 KN

制动力H=550×0.3=165 KN

2.4土压力计算

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

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

挂车-120在台后Ec查表得Ec=26.04KN

4.基础底面应力计算

基础底面截面特征计算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汽车荷载作用时

4.1.1汽车-超20级荷载在桥上，台后无荷载

外力对基础底中性轴的弯矩：

上部构造M=2977.73×1.3=3871.05KN. m

汽-超20 M=817.96×1.3=1063.35KN. m

人群荷载M=37.5×1.3=48.75KN. m

桥台自重M=17813.15×（3.775-0.8-3.58）=-10776.96KN. m

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

基础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

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

附加组合时

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

=-10872.03KN. m>-7036.69×1.25 KN. M

由附加荷载控制设计。

外力对基础底面的垂直力

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

应力验算：

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

4.1.2汽车-超20级荷载在台后，桥上无荷载

外力对基础底中性轴的弯矩：

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

则得主要组合

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

附加组合时

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

由附加荷载控制设计。

外力对基础底面的垂直力

∑P=2977.73+17813.15+3776=24566.88KN

应力验算：

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

4.1.3挂车-120荷载在桥上，台后无车辆荷载

外力对基础底中性轴的弯矩：

1004.08×1.3=1305.3 KN. M

其他部分的弯矩同前面4.1.1种情况，即

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

外力对基础底面的垂直力

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

应力验算：

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

4.2施工荷载时，无上部结构（仅有土压力）

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

外力对基础底面的垂直力∑P=17813.15+3776=21589.15KN

应力验算：

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

因篇幅有限抗倾覆验算从略。

参考文献

[1] 姚玲森.桥梁工程.人民交通出版社，1998

[2] 中华人民共和国交通部部标准.公路桥涵设计规范，JTJ021-89