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
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(完整版)14米景观板拱桥计算书
目 录
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 ............................................................ 4 六、说明 ................................................................ 4 1、拱圈结构验算......................................................... 4 2、地基承载力、基础稳定性验算 .......................................... 10
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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/m,钢筋混凝土容重26KN/m,人行道石栏杆2。6KN/m,沥青混凝
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土铺装24KN/m。
基础变位作用:不均匀沉降0。01m。
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(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》(JTG D60—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=1.52
MPa,弹性模量为Ec=3。15×10 MPa。
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
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fcd=11.5MPa,轴心抗拉强度设计值为ftd=1。23 MPa,弹性模量为Ec=2。80×10 MPa。
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,
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轴心抗拉强度设计值为ftd=1。23 Mpa,弹性模量为Ec=2.80×10 Mpa;片石采用MU40片石,片石含量不多于总体积的20%。
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=0.88
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MPa,弹性模量为Ec=2.20×10Mpa。
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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》(GB 1499-1998)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。1×10 MPa。HRB335抗拉、抗压强度设计值fsd、fsd’均为280MPa,弹性模量为Es=2。0×10 MPa。
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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》(JTG B01-2003) 3. 《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)
4. 《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004) 5. 《公路桥涵地基及基础设计规范》(JTG D63—2007) 6. 《公路桥梁抗震设计细则》(JTG/T B02—01-2008) 7. 《公路圬工桥涵设计规范》(JTG D61--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(Q)——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)(Q4
al+pl
ml
)——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。
③1层粘土(Q3
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。
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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(Q3
al+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:
分层 指标 fa0 (kPa) Es(MPa) K(MN/M)
3② 150 6。5 ③1 200 9.0 ③2 270 14.0 55 ③3 320 16。0 60 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
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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 指标 γ(KN/m3) Ck(kPa) Φk(。) μ Qsik(kPa) 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.
① 18。5* ② 19。2* 40。0* 10.0* ③1 19。5 45。0* 12.0* ③2 19。9 76.0 16。1 0。32* 70* ③3 20.1 81。9 16。6 0.35* 75* 18.0* 20。0* 45* 60* 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
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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 (JTG D61-2005)》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 JTG D61—2005》4。0.13条的规定,应该按4.0。13的公式验算剪力:
γ0 Vd <=A*fvd+
1μfNk 1.4Vd —————— 剪力设计值
A —---—- 受剪截面面积 =12.8*0.4=5.12m
fvd —-—-—- 抗剪强度设计值=2280KN/m,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) Rn=A*fvd+ 1/1。μf Nk 4*μfNk 0.7 5710 14528。6 0.7 5800 14573。6 0。7 4770 14058.6 0.7 4770 14058。6 1/4截面(节点8) 2
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荷载组合 Max Min 组合Max Ⅱ Min 荷载组合 组合Ⅰ
Vd 2060 29.6 862 862 A 5.12 5。12 5.12 5。12 fvd 2280 2280 2280 2280 γ0 Vd 2060 29。6 862 862 是否满足 满足 满足 满足 满足 5
Max Min 组合Max Ⅱ Min 荷载组合 组合Max Ⅰ Min 组合Max Ⅱ Min 组合Ⅰ 726 -455 115 115 553 -356 68 68 5。12 5.12 5。12 5。12 5。12 5。12 5.12 5。12 2280 2280 2280 2280 2280 2280 2280 2280 0.7 3280 13313.6 0。7 2890 13118.6 0。7 2620 12983.6 0。7 2620 12983.6 跨中截面(节点15) 0。7 4130 13738。6 0。7 2650 12998.6 0。7 2420 12883。6 0.7 2420 12883。6 (完整版)14米景观板拱桥计算书 726 满足 455 115 115 553 356 68 68 满足 满足 满足 满足 满足 满足 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 (JTG D61-2005)》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 JTG D61-2005》4。0。8条,受压承载力应按下列公式就算:
γ0Nd<=φfcdAc
γ0————-— 结构重要系数,见4.0。4。
Nd -————— 轴力设计值,Nd =
Hd (见5.1.4条)。
cosmφ--——-— 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
γ0 Nd <=φ fcd b (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
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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。
截面抗力计算表
拱脚(节点1) 荷载组合 偏心M(kN.m) N(KN) e=M/N 距限Ac=b*(h-2e) 值e0 1110 -2820 -996 -996 5710 0。194 0.12 6120 0。461 0.12 4770 0。209 0。14 4770 0.209 0.14 fcd φ Rn=φ*fcd*b*(h—2e) γ0Nd 是否满足 组合Max Ⅰ Min 组合Max Ⅱ Min 荷载组合 组合Ⅰ Max Min 组合Ⅱ Max 偏心超限按4.0.10计算 偏心超限按4.0。10计算 偏心超限按4。0。10计算 偏心超限按4。0。10计算 1/4截面(节点8) 偏心超限按4.0。10计算 1。028 1.081 13690 0.98 13690 0.98 13792。0 14498。7 1190 -360 226 226 1100 —742 41.9 41。9 3080 0。386 0。12 3820 2620 0.094 0.12 0.086 0.14 Min 荷载组合 组合Max Ⅰ Min 组合Ⅱ Max Min 2620 0。086 0。14 3150 0.349 0。12 3350 0。221 0。12 2420 0。017 0.14 2420 0.017 0.14 1。081 13690 0.98 14498.7 跨中截面(节点15) 偏心超限按4。0.10计算 偏心超限按4.0。10计算 1.536 1.536 13690 0.98 13690 0。98 20603.6 20603.6 满足 满3820.0 足 满2620。0 足 满2620.0 足 满2420。0 足 满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 JTG D61-2005》4.0。9条的规定,应该按4.0.10的公式计算:
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(完整版)14米景观板拱桥计算书
γ0 Nd <=φ
A*ftmd
A*eW1W=1/6bh2=1/6*12。8*0。4*0。4=0。3413m3
φ=0。98
A=12。8*0.4=5.12m2
f2
tmd=1140kN/m 混凝土弯曲抗拉强度设计值 按〈圬工规范〉表3.3.2。
偏心距超限截面抗力计算表
拱脚(节点1) 荷载组合 (MkN.m) N(KN) e=M/N A ftmd W Rn=φ*A*γ是否ftmd/(A*e/w-1) 0Nd 满足 组合Max 1110 5710 0.194 5。12 1140 0。3413 2985.5 5710 满足 Ⅰ 不满Min —2820 6120 0。461 5.12 1140 0.3413 967。6 6120 足 不满组合Max -996 4770 0.209 5。12 1140 0.3413 2682.9 4770 足 Ⅱ 不满Min -996 4770 0.209 5.12 1140 0.3413 2682。9 4770 足 荷载组合 1/4截面(节点8) 组合不满Ⅰ Max 1190 3080 0。386 5。12 1140 0。3413 1192.8 3080 足 荷载组合 跨中截面(节点15) 不满组合Max 1100 3150 0.349 5.12 1140 0.3413 1349.7 3150 足 Ⅰ 不满Min —742 3350 0.221 5.12 1141 0。3413 2465。2 3350 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*A*ftmd/(A*e/w-1) Rs Rn+Rs γ0Nd 是否满足 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)
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组合Ⅰ Max 1192。8 13616。9 14809.7 1830 满足 荷载组合 跨中截面(节点15) 组合Ⅰ Max 1349。7 13616.9 14966.6 2610 满足 Min 2465。2 13616。9 16082。1 1240 满足 4、裂缝验算
经计算,裂缝验算结果如下:
单元号 短期组合裂缝宽度(mm) 容许裂缝宽度(mm) 是否满足 1 上缘裂缝 0.132 0.2 是 下缘裂缝 4.27E-02 是 2 上缘裂缝 7.07E—02 0。2 是 下缘裂缝 4.27E—02 是 3 上缘裂缝 3。28E-02 0。2 是 下缘裂缝 4.20E-02 是 4 上缘裂缝 1.08E-02 0。2 是 下缘裂缝 4。24E-02 是 5 上缘裂缝 0 0。2 是 下缘裂缝 3。86E-02 是 6 上缘裂缝 0 0。2 是 下缘裂缝 3。24E-02 是 7 上缘裂缝 0 0。2 是 下缘裂缝 4。68E-02 是 8 上缘裂缝 0 0。2 是 下缘裂缝 5.33E—02 是 9 上缘裂缝 8.65E—03 0。2 是 下缘裂缝 5.57E-02 是 10 上缘裂缝 1。32E—02 0。2 是 下缘裂缝 5。64E-02 是 11 上缘裂缝 1。83E—02 0。2 是 下缘裂缝 5.47E—02 是 12 上缘裂缝 2.28E—02 0。2 是 下缘裂缝 5。13E—02 是 13 上缘裂缝 2。59E-02 0。2 是 下缘裂缝 4。91E-02 是 14 上缘裂缝 2.73E-02 0.2 是 下缘裂缝 4。58E-02 是 15 上缘裂缝 2.72E—02 0。2 是 下缘裂缝 4.23E—02 是 16 上缘裂缝 2。97E—02 0.2 是 下缘裂缝 4.25E—02 是 17 上缘裂缝 3.09E—02 0。2 是 下缘裂缝 4。31E—02 是 18 上缘裂缝 3。02E—02 0.2 是 下缘裂缝 4.31E-02 是 19 上缘裂缝 2。77E-02 0。2 是 9
20 21 22 23 24 25 26 27 28
下缘裂缝 上缘裂缝 下缘裂缝 上缘裂缝 下缘裂缝 上缘裂缝 下缘裂缝 上缘裂缝 下缘裂缝 上缘裂缝 下缘裂缝 上缘裂缝 下缘裂缝 上缘裂缝 下缘裂缝 上缘裂缝 下缘裂缝 上缘裂缝 下缘裂缝 4.27E-02 2。38E-02 4.13E—02 1.88E—02 3。76E-02 1。37E-02 3.24E-02 9.56E-03 2。40E—02 7.28E—03 1.19E—02 1。66E-02 1.45E—02 3.48E-02 1。56E-02 6.44E—02 1.43E—02 0.107 1。46E—02 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0。2 0。2 0.2 0.2 (完整版)14米景观板拱桥计算书
是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 5、依据《公路圬工桥涵设计规范 JTG D61-2005》5。1。4混凝土拱可不考虑横向稳定,整体“强度-稳定”验算需按4。0.8条规定计算,即上述的截面强度验算。
6、本桥采用先施工拱桥再开挖下方土体,故不验算裸拱的稳定性。 7、挠度验算
依据《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004),本设计正常使用极限状态的如下两种组合计算结果为最大位移=0.004cm,最小位移=—1。11cm,短期荷载效应组合,在一个桥跨范围内的正负挠度的绝对值之和的最大值不应大于计算跨径的1/1000,1400/1000=1。4cm,满足要求.
2、地基承载力、基础稳定性验算
桥台采用重力式桥台,基础为浅基础。故在满足构造要求的前提下,不做强度验算;现对地基承载力和基础稳定性进行验算。(力距逆时针为正,水平力向左为正,竖直力向下为正) 桥台、基础断面如图:
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1、作用计算
1)、拱脚反力组合值:
水平力(KN) 竖向力(KN) 弯距(KN*M)
1 3740 4780 -588 2 1950 4200 2070 3 2690 5100 955 4 2420 4120 438 5 2170 5000 2620 6 3610 4410 -1390 2)、基础以上恒载重(栏杆、填料、铺装、拱座、台身等):P1=3682.8KN,对基底中心轴偏心距e=0.1987(m),力矩M4=731。65(KN*m).
3)、基础恒载:P2=4780。8KN, 对基底中心轴偏心距e=0(m),力矩M6=0(KN*m).
4)、土压力(朗肯主动土压力):T=-1355.9KN,土压力合力点距基底的距离e=1.55m,力矩M6=-2012.9(KN*m):
2、以下验算中地基承载力验算和基础稳定性验算取拱脚反力组合值1为例计算。
各力组合后对基底中心有:水平力T=2404.3KN,竖直力P=13243KN,力矩M=1983。1KN。 1)地基承载力验算:
σmax/min=(ΣP/A)±(ΣM/W) 基底应力计算 单位(Kpa) 244。1 169。7 A W 基宽b 基长l 13.8 σmax σmin 64 53.3 5 可见基底应力小于持力层容许承载力标准值320kpa,故地基承载力必满足要求。 2)基底偏心距验算
e0=∑M/∑P=0。15≤ρ=W/A=0.63 故满足要求 3)倾覆稳定性验算 主要组合中y=b/2 e0=∑M/∑P =0。15 K0=y/e0=16。7 >1。5 满足要求
4)滑移稳定性验算 摩擦系数f= 0。32
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(完整版)14米景观板拱桥计算书
主要组合Kc=f*/P/N=1。76>1。3 满足要求
经验算,拱脚反力组合取其它各值均能满足地基承载力和基础稳定性要求.
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