桥梁桩基础设计计算部分

一方案比选优化

公路桥涵结构设计应当考虑到结构上可能出现的多种作用，例如桥涵结构构件上除构件永久作用（如自重等）外，可能同时出现汽车荷载、人群荷载等可变作用。《公路桥规》要求这时应该按承载力极限状态和正常使用极限状态，结合相应的设计状况进行作用效应组合，并取其最不利组合进行计算。

1、按承载能力极限状态设计时，可采用以下两种作用效应组合。

（1）基本作用效应组合。基本组合是承载能力极限状态设计时，永久作用标准值效应与可变作用标准值效应的组合，基本组合表达式为

(1-1)

或 (1-2)

γ0－桥梁结构的重要性系数，按结构设计安全等级采用，对于公路桥梁，安全等级一级、二级、三级，分别为1.1、1.0和0.9；

γGi－第i个永久荷载作用效应的分项系数。分项系数是指为保证所设计的结构具有结构的可靠度而在设计表达式中采用的系数，分为作用分项系数和抗力分项系数两类。当永久作用效应（结构重力和预应力作用）对结构承载力不利时，γGi=1.2；对结构的承载能力有利时，γGi=10；其他永久作用效应的分项系数详见《公路桥规》；

γQ1－汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）的分项系数,取γQ1＝1.4；当某个可变作用在效用组合中，其值超过汽车荷载效用时，则该作用取代汽车荷载，其分项系数应采用汽车荷载的分项系数；对专门为承受某种作用而设置的结构或装置，设计时该作用的分项系数取与汽车荷载同值；计算人行道板和人行道栏杆的局部荷载时，其分项系数也与汽车荷载取同值。

γQj－在作用效应组合中除汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）、风荷载以外的其他第j个可变作用效应的分项系数，取γQ1＝1.4,但风荷载的分项系数取γQ1＝1.1；

S gik、S gid－第i个永久作用效应的标准值和设计值；

S Qjk－在作用效应组合中除汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）外的其他第j个可变作用效应的标准值；

S ud－承载能力极限状态下，作用基本组合的效应组合设计值，作用效应设计值等于作用效应标准值S d与作用分项系数的乘积。

S Q1k、S Q1d－汽车荷载效用含汽车冲击力、离心力）的标准值和设计值；

φc－在作用效应组合中，除汽车荷载效应效应（含汽车冲击力、离心力）以外其他可变作用效应的组合系数，当永久作用与汽车荷载和人群荷载（或其他一种可变作用）组合时，人群荷载（或其他一种可变作用）的组合系数取0.80；当除汽车荷载（含汽车冲击力、离心力）以外尚有两种其他可变作用参与组合时，其组合系数取0.70；尚有三种可变作用组合时，其组合系数取0.60；尚有四种及多于四种的可变作用参与组合时取0.50。

（2）偶然荷载。永久作用标准值效应与可变作用某种代表值效应、一种偶然作用标准值效应相组合。偶然作用的效应分项系数取1.0与偶然作用同时出现的可变作用，可根据观测资料和工程经验取用适当的代表值。地震作用标准值及其表达式按现行《公路工程抗震设计规范》中的规定采用。

表1-1 永久作用效应的分项系数

1.1 上部荷载计算

1.1.1 永久荷载

主要考虑桩基础上部结构的自重荷载，其他形式的永久作用如砼收缩作用等可忽略。计算简式如下：

永久荷载=预应力T 型梁重+盖梁重+系梁重+墩身重 (1-3) 钢筋与混凝土的比例小于3％，不考虑钢筋的重量。 1 T 梁自重——单位体积重26KN/m 3

G T 梁 =205.96×26=5354.96KN 2 墩身重——单位体积重24KN/m 3，则：

墩身体积

3.14×

/4×15.14=30.43

墩身重量G 墩身=24×30.43=730.32 KN 3 盖梁重——单位体积重24KN/m 3

体积:V 1=11.95×0.85×2=20.32

V 2= (11.95×2-1.35×2)/2×0.85×2=18.02

V 3=2×0.35×0.5×2=0.75

盖梁体积V 改良体积= V 1 +V 2 +V 3=20.32+18.02+0.75=39.09

24×39.09=938.16KN

4 系梁重——单位体积重24KN/m 3

系梁体积V 系梁体积=7.25×1.8×1.5=19.58 m 3

系梁重量G系梁=24×19.58=469.92 KN

5 桥面铺装——单位体积重26KN/m3

桥面铺装体积V桥面铺装=38.27 m3；

G桥面铺装=38.27×26=995.02 KN

6 防撞墙——单位体积重24KN/m3；

防撞墙体积V防撞墙=21.06m3；

G防撞墙=21.06×24=505.44 KN

作用在墩身底面总的垂直永久荷载为：

G= G T梁/2+G墩身+G盖梁/2+G系梁/2+G桥面铺装/2+G防撞墙/2

=5354.96/2+730.32+938.16/2+469.92/2+995.02/2+505.44/2

=4862.07 KN

1.1.2 可变荷载

为高速公路桥梁,可变荷载主要考虑汽车荷载、汽车冲击力、汽车制

动力(风荷载，流水荷载，温度荷载等均可忽略)几个方面。

(1) 汽车荷载

计中汽车荷载采用2车道荷载进行分析，由于汽车荷载等级为公路-Ⅰ级，据《公路桥涵设计通用规范》JTCD-60-2004,车道荷载计算图示如下:

P k一集中荷载标准值 q k一均布荷载标准值

据《公路桥涵设计通用规范》JTCD-60-2004,公路-Ⅰ级车道荷载的均布荷载标准值为q k=10.5KN/m标准值按以下规定选取：桥梁计算跨径小于或等于5m时，P k=180

KN；算跨径等于或大于50m时，P k=360KN；桥梁计算跨径在5m~50m之间时P k值采用直线内插求得。计算剪力效应时，上述集中荷载标准值P k应乘以1.2的系数。

P k=180+180/45×（30-5）=280KN

q k =10.5 (KN / m )

计算剪力效应时集中荷载标准值Pk乘以1.2；

汽车荷载P k=280×1.2+10.5×30=651 KN

(2) 汽车冲击力

据《公路桥涵设计通用规范》JTCD-60-2004，汽车荷载的冲击力标准值为汽车荷载标准值乘以冲击系数μ。

冲击系数μ可按下式计算：

f表示结构基频（HZ）；

当f＜1.5HZ时，μ=0.05；当f＞14HZ 时，μ=0.45；

当1.5HZ≤f≤14 HZ 时，μ=0.176lnf-0.0157；

汽车冲击力=汽车荷载×μ

此桥的频率f=4HZ,带入式中，故u＝0.228；

则汽车冲击力N1=651×0.228=148.43 KN

(3) 汽车制动力

一个设计车道上由汽车荷载产生的制动力标准值按规范规定的车道荷载标准值在加载长度上计算以总重力的10%计算，但公路—Ⅰ级汽车荷载的制动力标准值不得小于165KN。

10%的总重力=322 KN＞165KN；

取汽车制动力N2=322 KN；

由以上计算可变荷载可归纳列入下表：

表1-2 可变荷载