桥梁地基与基础结构设计.docx
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桥梁地基与基础结构设计
桥梁地基与基础结构计算书
孟明新25120102201554
结构设计说明
上部结构为多跨简支梁体系,跨径为4x20m,箱形截面,上部结构自重110kN/m,设计荷载为公路一级,重要性系数1.0。
桥面行车道宽度7m(2车道),两边各0.75m人行道。
地基土的比例系数m=10000kN/m4。
本墩柱为双柱式(直径1.5m,C30),采用桩柱式或多排桩承台基础,嵌岩桩,桩径1.2m,单桩承载力7000kN;嵌岩桩,桩径1.8m,单桩承载力17000kN。
标高如下:
桥墩到承台面9m,承台高1.8m,承台底面(标高为水位以下2m)到局部冲刷线7m,局部冲刷线以下(嵌入基岩1.5m)15.5m。
两双柱墩中心距离3m。
水平力取汽车制动力;单桩承载力要承担上部结构自重加桥墩。
要计算内容:
1、荷载计算,要取标准组合;(记得要进行偏心布置以得到桥墩的最大竖向荷载)
2、进行基础选型,验算单桩承载力;
3、桩的计算长度,对于有承台的桩,取k=0.7,长度为冲刷线以上加上4/a;对于桩柱式,取k=1.0;
4、桥墩的计算长度:
对于有承台的墩,取k=0.7;对于桩柱式,取k=1.0;
5、对桥墩和系梁、承台进行配筋计算。
一、荷载计算确定
(一)水平荷载的确定
1.地震力按7度考虑,计算如下:
X号桥墩(两个墩柱)受到的地震力为:
;
重要性修正系数
场地系数
,阻尼调整系数
,
地震动加速度A=0.15g(7度设防),
桥墩基本周期:
,
(从使用阶段结构重力支承反力求和),
,
,
由于是两个柱,则:
;
查抗震规范25页二类场地土,由T=0.42s,
得加速度反应谱S:
每个墩柱受到地震水平力为921/2=460.5KN
2.汽车制动力按汽车活载的0.1计算,桥梁每跨20m,去计算长度19.5m。
则每个墩柱受到的水平力为:
按规范规定,公路一级的制动力不得小于165KN,
取每个墩柱受到的水平力为:
165kN。
由于地震水平力远大于汽车制动力,故本计算不考虑汽车制动力参与计算,仅考虑地震效应组合。
(二)设计荷载计算
(1)上部结构传到该桥墩每个墩柱的重力标准值:
2200/2=1100KN,
(2)上部结构传到该桥墩每个墩柱的汽车荷载标准值:
公路一级荷载:
均布荷载q=10.5KN/m
集中荷载
单面荷载作用下:
双空双列汽车荷载:
上部结构上部结构传到该桥墩每个墩柱的汽车荷载标准值:
500/2=250KN
(3)桥墩重力:
(4)承台重量(承台尺寸:
5.7mx9m):
,纵向水平地震力:
460.5kN
则:
1.作用在承台顶面中心处的设计荷载为:
2.作用在承台底面中心处的设计荷载为:
二、桥墩计算
直径1.5m高9m桥墩,估算钢筋后,配置58根HRB335直径28钢筋,配筋率为2.02%。
1.任务类型:
截面验算
-------------------------------------------------------------------------------
截面高度:
1.5m
构件计算长度:
18.0m
-------------------------------------------------------------------------------荷载信息:
荷载类型:
轴力(KN)剪力(KN)弯矩(KN-m)
结构重力1747.4460.54144.5
汽车冲击系数:
0.0
-------------------------------------------------------------------------------
计算信息:
钢筋混凝土截面承载能力极限状态荷载组合I
-------------------------------------------------------------------------------
计算结果:
荷载组合结果:
内力最大轴力最小轴力最大剪力最小剪力最大弯矩最小弯矩
轴力2.1e+031.75e+032.1e+031.75e+032.1e+031.75e+03
剪力553461553461553461
弯矩4.97e+034.14e+034.97e+034.14e+034.97e+034.14e+03
-------------------------------------------------------------------------------承载能力极限状态荷载组合I强度验算结果:
●最大轴力强度验算
截面受力性质:
下拉偏压
内力描述:
Nj=2.1e+03KN,Qj=553KN,Mj=4.97e+03KN-m
截面抗力:
NR=2.65e+03KN>=Nj=2.1e+03KN(满足)
最小配筋面积Agmin=3.53e-03m**2<实际配筋面积Ag=3.57e-02m**2(满足)
●最小轴力强度验算
截面受力性质:
下拉偏压
内力描述:
Nj=1.75e+03KN,Qj=461KN,Mj=4.14e+03KN-m
截面抗力:
NR=2.65e+03KN>=Nj=1.75e+03KN(满足)
最小配筋面积Agmin=3.53e-03m**2<实际配筋面积Ag=3.57e-02m**2(满足)
●最大弯矩强度验算
截面受力性质:
下拉偏压
内力描述:
Nj=2.1e+03KN,Qj=553KN,Mj=4.97e+03KN-m
截面抗力:
NR=2.65e+03KN>=Nj=2.1e+03KN(满足)
最小配筋面积Agmin=3.53e-03m**2<实际配筋面积Ag=3.57e-02m**2(满足)
●最小弯矩强度验算
截面受力性质:
下拉偏压
内力描述:
Nj=1.75e+03KN,Qj=461KN,Mj=4.14e+03KN-m
截面抗力:
NR=2.65e+03KN>=Nj=1.75e+03KN(满足)
最小配筋面积Agmin=3.53e-03m**2<实际配筋面积Ag=3.57e-02m**2(满足)
-------------------------------------------------------------------------------
计算信息:
钢筋混凝土截面正常使用极限状态荷载组合I
-------------------------------------------------------------------------------
计算结果:
正常使用极限状态荷载组合I抗裂性验算:
上缘
下缘
长期荷载弯矩:
M=4.14e+03KN-m
全部使用荷载弯矩:
Mo=4.14e+03KN-m
长期荷载裂缝宽度:
d_f=0.0mm
容许裂缝宽度:
d_fo=0.2mm
上缘抗裂性验算满足
长期荷载弯矩:
M=4.14e+03KN-m
全部使用荷载弯矩:
Mo=4.14e+03KN-m
长期荷载裂缝宽度:
d_f=0.118mm
容许裂缝宽度:
d_fo=0.2mm
下缘抗裂性验算满足
-------------------------------------------------------------------------------计算信息:
钢筋混凝土截面正常使用极限状态荷载组合II
-------------------------------------------------------------------------------计算结果:
正常使用极限状态荷载组合II抗裂性验算:
上缘
下缘
长期荷载弯矩:
M=4.14e+03KN-m
全部使用荷载弯矩:
Mo=4.14e+03KN-m
长期荷载裂缝宽度:
d_f=0.0mm
容许裂缝宽度:
d_fo=0.2mm
上缘抗裂性验算满足
长期荷载弯矩:
M=4.14e+03KN-m
全部使用荷载弯矩:
Mo=4.14e+03KN-m
长期荷载裂缝宽度:
d_f=0.118mm
容许裂缝宽度:
d_fo=0.2mm
下缘抗裂性验算满足
-------------------------------------------------------------------------------计算成功完成
三、单桩承载力计算
-------------------------------------------------------------------------------数据:
桩类型:
嵌岩桩
桩截面周长:
3.768m,桩截面面积:
1.130m*m
岩石特征:
抗压强度Ra=9000.00KPa,桩嵌入岩石深度h=1.500m,系数C1=0.500,C2=0.040
-------------------------------------------------------------------------------计算结果:
容许承载力:
[P]=7119.7KN
-------------------------------------------------------------------------------计算成功完成
四、弹性多排弹性基础计算
由于弯矩较大,采用6根直径1.2m的钻孔桩。
:
桩的变形系数:
,
,
,
;
,按照弹性桩基础计算。
(小于2.5,按照刚性桩基础计算)
,按照弹性桩基础计算。
(小于2.5,按照刚性桩基础计算)
-------------------------------------------------------------------------------计算类别:
多排弹性基础计算
-------------------------------------------------------------------------------输入数据:
h=15.500m,lo=17.000m
=0.362,m=10000.000,Co=4901000.000,Ao=1.130m*m,EA=27100000.000KN,EI=2448000.000KN-m*m
外力P=2504.5KN,H=460.5KN,M=4973.4KN-m
基底嵌入岩石层
桩排信息:
桩排号桩坐标桩数
1-3.3002
20.0002
33.3002
-------------------------------------------------------------------------------承台刚度信息:
承台单位竖向位移时,桩顶竖向反力合计=4.348e+006KN
承台单位水平位移时,桩顶水平反力合计=1.660e+004KN
承台单位水平位移时,桩顶反弯矩合计=-1.814e+005KN-m
承台单位转角时,桩柱顶反弯矩合计=3.423e+007KN-m
承台位移计算结果:
承台竖向位移=0.0006m,水平位移=0.0311m,转角位移=0.0003弧度
各单桩桩顶内力及地面处的内力列表
桩号X坐标NQMMoQo
1-3.3-324.776.8-803.8500.976.8
20.0417.476.8-803.8500.976.8
33.31159.676.8-803.8500.976.8
单桩效应输出
地面处桩柱弯矩:
Mo=500.9KN-m,剪力Ho=76.8KN
桩柱顶弯矩:
Ma=-803.8KN-m
地面处桩柱变位:
水平位移=0.0041m,转角=-0.0014弧度
桩柱底弯矩:
Mh=-129.9KN-m
坐标位移弯矩剪力土应力
0.000.0041500.976.80.0
-0.780.0031556.060.924.0
-1.550.0022590.125.334.7
-2.330.0015593.5-16.735.5
-3.100.0010565.2-55.629.8
-3.880.0005510.0-86.420.6
-4.650.0002435.7-103.910.7
-5.420.0000351.7-111.01.8
-6.20-0.0001266.2-108.7-4.7
-6.98-0.0001184.8-100.5-8.4
-7.75-0.0001110.5-89.7-9.5
-8.53-0.000146.7-79.8-8.1
-9.30-0.0001-11.0-72.2-5.3
-10.08-0.0000-65.3-67.7-2.7
-10.85-0.0000-116.7-66.1-0.6
-11.630.0000-129.9-65.70.0
-12.400.0000-129.9-65.70.0
-13.180.0000-129.9-65.70.0
-13.950.0000-129.9-65.70.0
-14.730.0000-129.9-65.70.0
-15.500.0000-129.9-65.70.0
-------------------------------------------------------------------------------计算成功完成
规范:
墩顶水平位移不应超过
,l为计算跨经;地面处桩身截面水平位移最大值不超过6mm。
由以上计算可知,地面处桩身截面水平位移最大值为4mm,满足要求。
受力最大桩顶为竖向力1159.6kN,
桩自重的0.5倍:
单桩承载力:
[P]=7119.7KN>1159.6+813=1972.6kN,满足要求。
3.桩配筋计算
桩的计算长度:
;
由多排弹性基础计算得知,单桩最大弯矩:
500.9KNm;最大轴力:
1159.6kN;最大剪力76.8KN.
直径1.2m桩,估算钢筋后,配置20根HRB335直径28钢筋,配筋率为1.08%。
任务类型:
截面验算
-------------------------------------------------------------------------------截面高度:
1.2m
构件计算长度:
19.6m
-------------------------------------------------------------------------------荷载信息:
荷载类型:
轴力(KN)剪力(KN)弯矩(KN-m)
结构重力1.16e+0376.8501
汽车冲击系数:
0.0
-------------------------------------------------------------------------------计算信息:
钢筋混凝土截面承载能力极限状态荷载组合I
-------------------------------------------------------------------------------计算结果:
荷载组合结果:
内力最大轴力最小轴力最大剪力最小剪力最大弯矩最小弯矩
轴力1.39e+031.16e+031.39e+031.16e+031.39e+031.16e+03
剪力92.276.892.276.892.276.8
弯矩601501601501601501
-------------------------------------------------------------------------------承载能力极限状态荷载组合I强度验算结果:
●最大轴力强度验算
截面受力性质:
下拉偏压
内力描述:
Nj=1.39e+03KN,Qj=92.2KN,Mj=601KN-m
截面抗力:
NR=4.38e+03KN>=Nj=1.39e+03KN(满足)
最小配筋面积Agmin=2.26e-03m**2<实际配筋面积Ag=1.23e-02m**2(满足)
●最小轴力强度验算
截面受力性质:
下拉偏压
内力描述:
Nj=1.16e+03KN,Qj=76.8KN,Mj=501KN-m
截面抗力:
NR=4.38e+03KN>=Nj=1.16e+03KN(满足)
最小配筋面积Agmin=2.26e-03m**2<实际配筋面积Ag=1.23e-02m**2(满足)
●最大弯矩强度验算
截面受力性质:
下拉偏压
内力描述:
Nj=1.39e+03KN,Qj=92.2KN,Mj=601KN-m
截面抗力:
NR=4.38e+03KN>=Nj=1.39e+03KN(满足)
最小配筋面积Agmin=2.26e-03m**2<实际配筋面积Ag=1.23e-02m**2(满足)
●最小弯矩强度验算
截面受力性质:
下拉偏压
内力描述:
Nj=1.16e+03KN,Qj=76.8KN,Mj=501KN-m
截面抗力:
NR=4.38e+03KN>=Nj=1.16e+03KN(满足)
最小配筋面积Agmin=2.26e-03m**2<实际配筋面积Ag=1.23e-02m**2(满足)
-------------------------------------------------------------------------------计算信息:
钢筋混凝土截面正常使用极限状态荷载组合I
-------------------------------------------------------------------------------计算结果:
正常使用极限状态荷载组合I抗裂性验算:
上缘
下缘
长期荷载弯矩:
M=501KN-m
全部使用荷载弯矩:
Mo=501KN-m
长期荷载裂缝宽度:
d_f=0.0mm
容许裂缝宽度:
d_fo=0.2mm
上缘抗裂性验算满足
长期荷载弯矩:
M=501KN-m
全部使用荷载弯矩:
Mo=501KN-m
长期荷载裂缝宽度:
d_f=5.37e-02mm
容许裂缝宽度:
d_fo=0.2mm
下缘抗裂性验算满足
-------------------------------------------------------------------------------计算信息:
钢筋混凝土截面正常使用极限状态荷载组合II
-------------------------------------------------------------------------------计算结果:
正常使用极限状态荷载组合II抗裂性验算:
上缘
下缘
长期荷载弯矩:
M=501KN-m
全部使用荷载弯矩:
Mo=501KN-m
长期荷载裂缝宽度:
d_f=0.0mm
容许裂缝宽度:
d_fo=0.2mm
上缘抗裂性验算满足
长期荷载弯矩:
M=501KN-m
全部使用荷载弯矩:
Mo=501KN-m
长期荷载裂缝宽度:
d_f=5.37e-02mm
容许裂缝宽度:
d_fo=0.2mm
下缘抗裂性验算满足
五、承台计算
估算钢筋:
承台上下部均配置HRB335级28@80钢筋,下排钢筋中心至承台底部16cm,上排钢筋中心至承台顶部8cm。
受力最大桩顶为竖向力1159.6kN.
1.承台短悬臂承载力验算:
1)撑杆的抗压承载力:
;
;
;
,
满足要求;
,
满足要求;
2)系杆抗拉承载力验算:
,
满足要求。
2.承台斜截面抗剪承载力计算
,
满足要求。
3.承台冲切承载力计算
1)桥墩向下冲切承载力验算:
,
,
满足要求。
2)边桩、角桩向上冲切承载力验算:
角桩:
;
,
满足要求。
边桩:
满足要求
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- 桥梁 地基 基础 结构设计