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第一章工程设计概）兄一、线路、水文、地质情况线路为I级铁路，单线，直线，平坡。基地地质粘土，液性指数0.13,孔隙比0.69基本承载力400kPa, 土的容重 19.5kN/m3。水文、气象：无流水、无冰冻。二、设计活载及建筑材料概述设计活载为中一活载，且乘以荷载系数1.3o捌活载普通活载N ?.柚 mkN QkN也kN?5。k 时 |I I.iiiBiBiBii linir if i i i i i B i ii i i占 i .虹 , EI I Illi i I i I Illi 一ill图1 1中一活载图示墩帽采用标号C30,钢筋混）疑土，托盘及缩颈以下40cm墩身采用C30号混 凝 土，墩身及基础采用C20号混）疑土。三、桥梁跨度、样式、尺寸说明跨度24m单线铁路先张法预应力混）疑土简支梁。梁全长24.6m,梁缝0.1m,梁 高2.1m，支座铰中心至支撑垫石顶面为0.325m,轨底至梁底2.6m,轨底至支 撑垫石 顶高度3.0m,垫石高度为0.2m,支座底板尺寸为0.5m 0.5m,支座全高0.4m,每孔梁 重1568kN。桥上设双侧人行道及栏杆。四、桥墩形式及尺寸顶帽及托盘尺寸见附图一。墩身及基础尺寸见附图二。各部分尺寸确定依据及 最终取值如下：（1）墩帽厚度墩帽直接支撑桥跨结构承受较大的支座反力，为了把支座反力均匀地传递给墩 身，铁路规范规定，墩帽的厚度不小于40cm,并应采用不低于C30的混）疑土，一般 要设置钢筋。依据以上规范规定，设置墩帽厚度为40cm,采用C30混）疑土，并设置钢筋。（2）墩帽平面尺寸 当相邻跨度相等时，相邻支座间的顺桥方向中心距离为f 2e eoaa-梁支座底板纵向尺寸e 一梁端全支座中心线的距离伉0.3m）eo 一为相邻两梁之间应留的缝隙（eo0.1m）支座底板尺寸给定0.5m 0.5m，经过验算：a 0.5m 2e e00.7m满足规范要求。 为了提高局部承压力，并考虑施工误差及预留锚栓孔的要求，支撑垫石边缘至支座底板边缘应保持一定的距离b,其值为1520cmo依据以上规范规定，取b=20cm。 支撑垫石边缘至顶帽边缘的距离c,为了满足架梁时或养护时安放移梁及顶梁设备的需要，应符合以下规定：a. 顺桥方向（纵向）：跨度L 8m时，c不应小于15cm； 8m L 20m时，c不 应小于25cm ； L 20cm时，c不应小于40cm。b. 横桥方向（横向）：当顶帽为圆弧形时，支撑垫石角全顶帽最近边缘的最小 距离与顺桥方向相同。当顶帽为矩形时，支撑垫石角全顶帽边缘的最小距离为 50cm。这样等跨度直线桥顶帽纵向尺寸为：A f a 2b 2c考虑到一般架桥机架设分片式梁时，每片梁不能直接落在设计位置，需在墩 顶 上作横向移动，为了给出一定的工作位置，确保操作安全，铁路规范规定，顶帽横 向宽度B还应满足下列要求：当跨度L 8m时，B 4m; 8m L 20m时，B 5m; L 20m时，B 6m。依据以上规范规定，取c=80cm，取B=8m。A f a 2b 2c70 50 2 20 2 80320cm（3）托盘尺寸为了保证悬出部分的安全，根据设计经验，试验资料和构造要求，规定墩帽 下四周设1020cm宽的飞檐，托盘底面横向宽度B不宜小于支座底板外缘的距离 b;托盘侧面与翌直线间的夹角45支撑垫石横向边缘外侧50cm处的顶帽底缘点竖直线与该底缘点至托盘底部边缘处的连线的夹角30，如图12所示。图1 2桥墩托盘尺寸（单位cm）（4）墩身尺寸铁路桥墩的侧坡不应小于20:1,更多情况下采用30:140:1。设计中桥墩的纵 向、横向倾斜度均采用35:1。（5）明挖基础尺寸明挖基础可采用单层式或多层式，每一层的厚度不宜小于1.0m。双向受力矩形墩台的明挖基础，其最上一层基础台阶两正交方向的破线与翌直线所成的夹 角，对于混）疑土基础不应大于35；其下各层台阶正交方向的夹角不应大于45如图1 3所示第二章荷载计算 主力（）垂直荷载1、梁及桥面重（按木枕桥面计）N 1568 38 24.72506.6kN2、桥墩圬工重（1）顶帽C30号钢筋混）疑土N2 8.0 3.2 0.6 25384kN（2）托盘C30号混）疑土1N3(4.3 7.6) 2 -2.8 23 766.36kN（3）墩身圬工重圬工体积2h2hdB dh0 035。35d Bh_4 330 352h当 d。2.8，B。4.3 时N4 23V，计算结果见表2- 1表2 1h(m)V(m3)NkN)565.411504.3710141.773260.8115229.92广5288.0820330.6522.2379.17872W（二）垂直荷载1、单孔轻载（图2 - 1）图2- 1单孔轻载（单位m）1430 2.65 17.2 119.6 15.75241507.88kNMr 1507.88 0.35527.758kN m2、单孔重载（图2-2）? qZ5H T.11rH24/图2- 2单孔重载（单位m）r 1430 21.35 17.2 119.6 8.25&241979.24 kNM 1979.24 0.35692.734kN mR23、双孔重载（图2-4）由结构力学原理可知，如果相邻两孔梁的跨度分别为L和L2,两孔梁上静活载分别为G和G2，则当G1 G时，简算墩的支座反力之和为最大，因为是等跨 l1 l2梁，所以公式简化成G G2,计算x值：6 Gtk RL图2- 3 x计算简图(单位m)G1 G2104 (11.9 x) 119.624.7 (11.9 x) 1430 119.6 24.7 x 7.5x 5.32 m由此可以得出双孔重载图示：11 “6.5 &S32TLuJ24卅Iiff/b压24图2- 4双孔重载（单位m）R3 R3 R3”1430 7.97 11.88 119.6 18.41 243029.27kNM% (R3 RT) 0.35 (1564.79 1464.49) 0.35 35.105kN m4、双孔空载(图2-5)104 6.58 2.94119.6 18.12 15.2924L1图2- 5双孔空载(单位m)R4 R4 R424.7 13 1222321.1kNMR. 0二、附加力()顺桥方向水平力1、制动力(牵引力与制动力大小相等，方向相反)(1) 单孔轻载和单孔重载PZ (1430 17.2 119.6) 0.10348.712kN对墩身任意截面的力矩：MZ 348.712 (0.325 2.6 h)1020 348.712h见表22表22h(m)510152022.2MZ(kN m)2763.564507.126250.687994.248761.41(2) 双孔重载FZ1 (1430 11.88 119.6) 0.10 285 348.712kNFz2 (18.12 119.6 6.58 104) 0.10 285 348.712kN因为均小于一孔梁跨的固定支座的水平力，故仍采用单孔梁跨制动力2、风力 风压强度按W 1.1kN /m2计算。(1) 顶帽及托盘风力(纵向)7.6 4.3P (8 0.62) 1.101 2 (4.8 11.9) 1.10 18.37kN2 2 7.6 4.3MP4.8 (0.3 2) 11.91.10 币 hW3 7.6 4.3ra26.444 18.37 h见表23表23h(m)510152022.2MA(kN m)118.294210.144301.994393.844434.258（2）墩身风力（计算结果见表24）b 4.3m2hn 35/m2计算。h (b h / n) hh 3b 2h/ n3 2b 2h/ n风压强度按W 1.1kN受风面积AbB2风力PW2 AWh 2b B 力臂c3 b B力矩（对计算截面）M %h2c (3b 2h/ n) W力矩（对基顶截面）M% 血（C 22.2 h）3bc/ 函62h/n) WPW2(22.2 h)(3b、3 2h/n) W(b h/n) h W (22.2 h)6表2 4h(m)510152022.224.4450.4478.02107.17120.5M （kN m）PV2（对计算截面）60.43246.98567.481029.811280.19M% （kN m）（对基顶截面）480.72862.381129.231265.591280.19（二）横桥方向水平力1、梁及列车风力钢轨高度采用h00.16m轨底至梁底h22.6m轨底至支撑垫石顶h3 3m轨顶至梁底高度Q2.6 0.162.76m列车风力力臂c 3 2.16 5.16m梁上受风面积F1 2.76 24.7 68.172m2一孔列车受风面积F33 24.7/237.05m2(1)桥上无车E1.1 68.17274.99kNMo Eo (h30,16 I)74.99 1.78133.48kN m(2) 桥上有车单孔活载E11.1 (68.172 37.05) 115.74kNM1 1.1 (68.172 1.78 37.05 5.16)343.78kN m(3) 桥上有车双孔活载E21.1 (68.172 74.1)156.5kNM2 1.1 (68.172 1.78 74.1 5.16)554.07kN m以上力矩为对支撑垫石顶面力矩，对墩身截面再增加：M E (2.6 h)，计算结果见表25表2 5h(m)5+2.610+2.615+2.620+2.622.2+2.6桥上 无车E。(kN)74.9974.9974.9974.9974.99M0(kN m)703.4041078.3541453.3041828.2541993.232单孔 活载E1 (kN)115.74115.74115.74115.74115.74M1(kN m)1223.4041802.1042380.8042959.5043214.132双孔活载E2(kN)156.5156.5156.5156.5156.5M2(kN m)1743.472525.973308.474090.974435.272、顶帽及托盘风力(表26)P W (3.2 0.6 2.8 2) 1.1(1.92 5.6) 1.18.272kNM% (1.92 2.3 5.6 1) 1.1 8.272h11.02 8.272h表2 6h(m)510152022.2M%(kN m)52.3893.74135.1176.46194.663、墩身风力（表27）b 2.8m2hn 35风压强度按W 1.1kN /m2计算。受风面积AbBh (b h / n) h2风力Pw4 A W力臂h c3 一2b B b Bh 3b3 2b2h/ n2h/ n力矩（对计算截 面）M%h2瓯c6(3b 2h/ n) W力矩M%（对基顶截面）（c 22.2 h）hl6(3b2h/ n)W PW4(22.2 h)h!6(3b2h/ n)W (bh/n) h W(22.2 h)表2 7h(m)510152022.2%( kN)16.1933.9453.2774.1783.87MpJkN m）（对计算截面）39.81164.48381.86699.81873.59M 亦（kN m）（对基顶截面）_318.2578.58765.41862.98873.593、列车横向摇摆力（表28）PYB 130kN邮 130 5.16 130 (2.6 h)h(m)510152022.2M pb (kN m)2360.84050.85740.87430.88174.4第三章墩身计算墩身截面几何与力学性质计算矩形截面如图3- 1c图3 - 1矩形截面计算图示（单位m）计算公式：截面面积A Bd （m2）截面惯性矩lx电（nIy世（m4）截面抵抗矩 W EJ （m3）Wy俎6（m3）x 6各截面计算结果如表3- 1h(m)B(m)d(m)A(m2)Ix(m4)wjm)Iy(m )wjm )54.593.0914.183111.28517.304324.900910.8501104.873.3716.411915.53249.218032.436613.3210155.163.6618.885621.082011.520241.903416.2416205.443.9421.433627.727214.074752.858119.433122.25.574.0722.669931.293715.377758.610921.0452、截面偏心检算(一)纵向偏心检算截面偏心应按各种荷载最不利组合，对墩身各截面进行检算，一般系单孔轻载 (主加附)控制纵向偏心，按单孔轻载时列出截面计算结果如表3- 2。单孔轻载(主+附)纵向偏心检算表3 2截面位置h(m)510152022.2恒载N1 N2 N3 N4(kN)5161.336917.778945.0411261.9212377.93活载RJkN)1507.881507.881507.881507.881507.88垂直力合计N(kN)6669.218425.6510452.9212769.813885.81制动力Pz(kN)348.712348.712348.712348.712348.712风力 PW. Fw2 (kN )42.8168.8196.39125.54138.87水平力合计P(kN)391.522417.522445.102474.252487.582垂直力力矩M ( kN m)R527.758527.758527.758527.758527.758水平力力矩Mz M 画 Mp 2 (kN m)2942.2844964.2447120.1549417.89410475.86力矩合计M (kN m)3470.0425492.0027647.9129945.65211003.62偏心e M / N0.5200.6520.7320.7790.792容许偏心e 0.6S0.3d0.9271.0111.0981.1821.221(二)横向偏心检算1、桥上无车，墩身横向偏心检算(表33)表3 3截面位置h (m)510152022.2N N1 N2 N3 N4(kN)5161.336917.778945.0411261.9212377.93P EM、kN)99.452117.202136.532157.432167.132M MoMPw Mp(kN m)795.5941336.5741970.2642704.5243061.482e M / N0.1540.1930.2200.2400.247e 0.3 B1.3771.4611.5481.6321.6712、双孔空载，墩身横向偏心检算(表34)截面位置h (m)510152022.2N N1 N2 N3 N4+R4(kN)5482.437238.879266.1411583.0212699.03P E2启攵启攵(kN)180.962198.712218.042238.942248.642M M2 M% MA/kN m)1835.662784.193825.434967.245503.52e M / N0.3350.3850.4130.4290.433e 0.3 B1.3771.4611.5481.6321.6713、双孔空载列车横向摇摆力，墩身横向偏心检算(表35)截面位置h (m)510152022.2N N1 N2 N3 N4+R4(kN)5482.437238.879266.1411583.0212699.03P PYB(kN)130130130130130M M /N m)2360.84050.85740.87430.88174.4e M / N0.4310.5600.6200.6420.644e 0.3 B1.3771.4611.5481.6321.671二、稳定性和强度检算()整体纵向稳定性验算E0 28GPa地 7.8661 0.2531.2937dx查表内插计算变截面影响系数m 1.61凡 3600kPa2Ao 17.35m2l0 49.6m l0 /224.8m计算临界荷载N cr计算结果见表3 6表3 6项目单孔重载双孔重载N12506.62506.6R或R31979.243029.27墩顶垂直力N 口 R4485.845535.87墩顶水平力PZ348.712348.712支点反力力矩MR692.73435.105制动力或牵引力力矩MZ FZ 0.325113.33113.33墩顶外力力矩mMrMz806.064148.435q M / N h 3.4350.0520.0078刚度修正系数0g.1/h0.160.5570.6414 mEldxl0212775931470265临界何载N哭1)cr2crlo24mEoIdx1J1气1.1RaAo6520065639主力+附加力时安全系数K 1.61111 65200885/ 656391.1RA N y 1.1RaA)KN0.0570.051（二）强度检算1、计算弯矩增大系数y，计算结果见表3 - 7表3 7项目单孔重载双孔重载(主 + 附 K 1.6)KNn cry0.110.1351 1 u彳 KN n1BDN ycryy 1I/2u 7.61.00191.0021u 12.61.00321.0035u 17.61.00451.0050u 22.61.00571.0063u 24.81.00631.00692、墩身强度检算（1）单孔重载（主+附）（表3 8）h510152022.2N G N1 R2 N2 N3 N47140.578897.0110924.2813241.1614357.17m xMR2 m ZM% M%3635.0185656.9787812.88810110.6311168.59y1.00191.00321.00451.00571.0063N GM-AA(kpa)x maxiAWx1002.0561157.7591259.6871340.2251364.175N GM 仆、m叫A-铲(kPa)4.85615-73.5448-102.797-104.674-97.5462（2）双孔重载（主+附）（表3 9）h510152022.2N G N1RsN2 N3 N48190.69947.0411974.3114291.1915407.2DM AM%M x M R4M Z MP2977.3894999.3497155.2599452.99910510.96y1.00211.00351.0051.00631.0069N GyM x、max2AWx()985.96751150.3321258.2551342.6281367.868也(kPa)m.n g _.;2 AWc169.012761.842459.83348-9.09613-8.60346(3) 计算最大压应力从以上计算结果可以看出，墩身单孔重载较双孔重载应力大，因为截面出现拉应力故 按单孔重载作应力重分布计算，计算结果见表310表 310h510152022.2d3.093.373.663.944.07A14.183116.411918.885621.433622.6699M y x切 N G0.51000.63790.71840.76790.7828虫d0.1650.1890.1960.1950.1922.002.142.192.192.16N G max .八A1007kPa= 1.007MPa1160kPa1.16MPa1267kPa1.267MPa1353kPa1.353MPa1368kPa1.368MPa墩身C20号混凝土容许压应力13.5MPa，计算主力加附加应力时容许压应力可以提高30%，即13.5 1.3 17.55MPa，以上计算最大压应力max均在容许范围以内。从前面荷载计算和墩身截面模量计算可以看出，顺桥方向垂直力以及弯矩均比 横桥向的大，截面模量则顺桥向比横桥向的小，所以墩身强度判定顺桥向作为控制设 计，横桥向不再计算。三、墩顶弹性水平位移检算沿墩身高度H等分为若干段，采用3m分一段，墩身分段及编号见图3- 2图32墩身分段（单位cm）用虚功原理数积法计算桥墩墩顶纵向水平位移，计算结果见表3 11。311墩身分段序列数I分段截 面墩顶 距离Y(m)i全段截 面惯性 矩1何)分段截面弯矩kN m)MI / hMi 10.57 9.4710.57 9.472108.71kPa400 1.2 480kPa max 270kPa 基底压应力检算通过（三）基底稳定性检算1、倾覆稳定性检算根据墩身偏心验算可知，通过纵向单孔轻载（主力+附加力）来控制基底倾覆稳 定性。 i墩顶偏 心弯矩M墩顶水平1的弯矩P Y力产身纵 向风力 矩-MJ弯矩总 计MI008.17。806.0650W806.098.661013.18.171081.00736.221117.229136.7477136.747726.210.202162.014123.712285.729224.0911448.182239.312.583243.022258.833501.861278.3673835.1019412.415.364324.029443.464767.494310.38371241.535515.518.575405.036679.466084.502327.65221638.261618.622.266486.043968.717454.757334.89482009.369721.726.467567.051313.088880.133335.60592349.242824.831.278648.0581714.4410362.5331.3882651.1048 M i .I墩顶位移二 1HE11309.54 c, 旷 3.1 28 106 1.25 10 3(m)1.25(mm)5 . L 524 24.5mm 1.25mm四、基底检算(一)基底合力偏心距检算10.57 9.47189.4 69.6531.21748.07931.95Mxy88.54kPaW 10.57 9.472A 6 10.57 9.471.58m1 minNA88.541.58 1 -189.40.84e 1.58m 0.84m基底合力偏心距验算通过（二）基底压应力检算根据墩身截面强度验算可知，通过纵向单孔重载（主力+附加力）来控制 基底压应力。max14357.17 46016 1.007 12659.1610.57 9.4710.57 9.472270kPaM y x minWvX14357.17 46016 1.007 12659.16Me NM R MZ MP MP-1W1WNN2 N3 N4 RG12494.1918486.81O. 68K。丫 e 0368&96 1.5倾覆稳定性验算通过2、滑移稳定性检算(1) 单孔轻载纵向滑移稳定性检算Kc(13885.81 4601) 0.25487.5829.481.3(2) 双孔空载横向滑移稳定性检算Kc(12699.03 4601) 0.25248.64217.39 1.3滑移稳定性验算通过（三）基底以下软弱土层的压应力检算由于明挖扩大基础底面以下不存在软弱土层，所以无需对该项目进行检算IxIy14357.17 4601.2411003.62 4.7355503.52 5.285
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