某桥梁桩基础设计计算详解.docx
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某桥梁桩基础设计计算详解
笫一章桩基础设计
一、设计资料
1、地址及水文
河床土质:
从地面(河床)至标高32.5m为软塑粘土,以下为密实粗砂,深度达30m;河床标高为40.5m,—般冲刷线标高为38.5m,最大冲刷线为35.2m,常水位42.5mo
2、土质指标
表一、土质指标
类型
地基系数m
$
极限摩阻力T
内摩擦角0
容重了
软塑粘土
8xlO3
40
20
12
密实粗砂
25xl03
120
38
12
3、桩、承台尺寸与材料
承台尺寸:
7.0mX4.5mX2.0mo拟定采用四根桩,设计直径1.0m。
桩身混凝土
用20号,其受压弹性模量F/j=X104MPa
4、荷载情况
上部为等跨25m的预应力梁桥,混凝土桥墩,承台顶面上纵桥向荷载为:
恒载及
一孔活载时:
为=5659.4册、工=298.8AW、工M。
=3847.7/GV 工N()=649&2KN。 桩(直径i.om)自重每延米为: =£XLO_X15=1178KW/也 4 故,作用在承台底面中心的荷载力为: 工N二5659.4+(7.0x4.5x2.0x25)二7234.4KN 工H二 二298.8KN =3847.7+298.8x2.0二4445.3KN 恒载及二孔活载时: =649&2+(7・0x4.5x2.0x25)=8073.4A7V 桩基础采用冲抓锥钻孔灌注桩基础,为摩擦桩 二、单桩容许承载力的确定 根据《公路桥涵地基与基础设计规范》中确定单桩容许承载力的经验公式,初步反算桩的长度,设该桩埋入最大冲刷线以下深度为h,—般冲刷线以下深度为包,则: =工也+加0人{[久]+32(鸟-3)} 当两跨活载时: 8073.21 N.=3.3x11.78+—xl1.78/z /? 42 计算[p]时取以下数据: 桩的设计桩径1.0m,冲抓锥成孔直径为1.15m,桩周长 X12 u=ttx\.15=3.6m,A==0.485,,兄=0.7 4 m0=0.9,K2=6.0,[久]=55QKpa,y2=l2KN/m2 Qi=40Xp“,「2=120®“, [p]=-3」6x[2.7x40+(/? —2.7)x120]+0.70x0.9x0.785x2 [550+6.0x12x(/? +3.3-3)]二Nk=2057.17+5.89 h=8.78m 现取h二9叫桩底标高为26.2mo桩的轴向承载力符合要求<>具体见如图1所示。 ■-常水位 \/\d 、gJ河床 承台 一般冲刷线 sr~7r~c •・2・•i".丿 最大冲刷线 2620 纵桥向断面 横桥向断面 三、桩顶及最大冲刷线处荷载£、Qi、、00、几 <一>、参数计算 1、桩的计算宽度勺 b{=K广K°・K・d=0.9x(〃+1)K=0.9x(l+1)K=1・8K 又: 厶=1.5/7: : ]\-3(d+1)=6/71\n-2\b-0.6 故: ”「l-bf厶「1-0.61.5 K=bx二-=0.6Hx=0.767 0.6hA0.66 •・4=0.99x0.767=1.38 42 血_m}hx+ni2(2h}+/? 2)/? 2_8x10’x2.7+25x10“x(2x2.7+1.3)x1.3 =17.25x10‘KN/"F E=0.67Ea=0.67x2.6x10’KN/加2 7ZY/4 I=——=0.049W 64 桩在最大冲刷线以下深度h=9m,其计算长度为: h=ah=0.489x9=4.401>2.5 故按弹性桩计算。 3、桩顶刚度系数卩、02、03、值计算 j/rd2 1(、=3.3m;h—9m\g=—;A=——=0.785m2 24 Co=10m0=10x25xl03=2.5xl05/CA^/m3 i3.3+-x9[ p==[2+r1 /()+3h10.785x2.6xl072.5x10〉x4.91 aeQ)A) =8.355x10s=0,911El 已知: h=ah=0.489x9=4.401>4,取用4。 Zo=6z/()=0.489x3.3=1.614 由已知资料和查附表得: =0.262564;^=0.448403;^=1.063181 Pq=&EIxq=0.03IE/、pm=a2Elxm=0.107E/、pm,=ccEI(/)m=0.520£7 4、计算承台底面原点0处位移Q。 、b()、0() N7234.41851.42 =——== np}4x0.977£/El m 斤门+口工#=4%o.5OE/+0.977E/x4xl.252=8.185E/ i=l np2=4x0.03IE/=0.124£/m/? 3=4x0.107£/=0.429E/(Hy93)2=(0.429£/)2=0.184(E/)2 m i=l m (%4+。 1工斤)日+np3M = np2(“4+□》#)—(np3)2 i=\ 8」85Elx298.8+0.429E/x4445.3_52299.66 0.124EIx8.185EZ-0.184(EZ)2~EI _np2M+np3H_ Po=扁—: = np2(“4+Q1工彳)一Sc)2 i=\ 0,124EZx4445.3+0.429E/X298.8_820.80 0.124E/x8.185EZ-0.184(EZ)2"El <二>计算作用在每根桩顶上的作用力卩‘QiA",。 竖向力: Pi=A00+兀0。 )=09T1EIX[兰芋±1・25X聖罗 ElE1 水平力: =74.7KN 弯矩: “ncsci820.80csrr5299.66 M,=O0()一Q〃0o=0520EIx——0.107EZx―—— ElEl =—141.50KN•加 校核: nQ.=4x74.7=298.8/^=^H=298.8AW f无Pi+nMt=2x(2810.87-806.33)x1.25+4x(-141.50)i=l =4445.3^/7? =工M=4445.3^/71 £np.=2x(2810.87+806.33)=7234.4KN=^M=7234.4KN/=1 <三>计算最大冲刷线处桩身弯矩水平力0()及轴向力人。 M()=Mj+Qh=-141.50+74.7x3.3=105.00KNm Qo=74.7KN、^=2810.87+0.785x3.3xl5=2849.73KN 四、最大弯矩及最大弯矩位置Zn疵的计算 a=0・489、ah=0.489x9=4.401 -0.489x105.00 Co=——==0.687 °Go74.7 由设计规范查表得: &Z=1.043、Z=^^=2.132、=1.972 0.489 所以: Mniax=M0Km=105.00x1.972=207.06KN% 五、桩顶纵向水平位移验算 桩在最大冲刷线处水平位移X。 和转角血: 4=244066,B,=1.62100,观=—1.62100,爲=—1.75058 车4+叫仗 a3EIa2EI 747105 =—x2.44066+—x1.62100 0.489£/0.489-E/符合规范要求。 =2.644x10一m=2.644mm<6mm 观=孕—短+如坊 0a2EI°aEI° =x(―1.62100)+105x(-1.75058)=-1.027x10』rad 0.4892£Z0.489EZ 鶉■鳥爲。 广lgxl0f=l・042〃 =-8.97xl0_4m=-0.897m Mil_-141.50x3.33 2EI~2x8.588xl05 所以桩顶纵向水平位移 £=(2.644+1.027x12.3+1.042-0.897)x10-3 =15.43x10-3=15.43加加 水平位移容许值[a]=0.5^25=2.5cm,符合要求。 六、桩身截面配筋的计算 <一〉、配筋的计算 最大弯矩截面在z二处,次处设计最大弯矩为Mj=2(yi.06KNm,设计 最大弯矩为: M=2849.73+1x2.132x11.78—40x3.61x2.132x1 丿22 =2708.36KN 由截面强度的计算公式: N.<^RAr2+^RCur2 NjXrt细二 二qMW况RqBJ+NrDyg/ YeYs 取以上两式的临界状态分析,整理得: &C(g)-Dgr 现拟定采用20号钢筋,I级钢筋,心=HMPa、R=240MPa 1、计算偏心距增大系数 =207X)6=765wwN」270.39 =50740〃〃〃, 40\ 因a/? =4.401>4.0,故桩的计算长度%=0.5x[3.3+6而 1卩5740「杯r 长细比7=Tooo=5,740<7,可不考虑纵向弯矩对偏心距的影响’取2、计算受压区髙度系数 =1x76.5=76.5mm、r=~="°°°=500mm 22 JB—Ag) RgCg)-DgF 11Bx500-A76.5 =x 设g二则r.=gr=0.90X500=450mm N,=NraT+NrCp"Yc人 240Cx76・5-Dx450、=J^xllxAx(500)2+罟x240C“(500)2 =2090000A+45600000C/7 5500B-84L5A 18360C-108000P 现采用试算法列表计算,见下表: $ A B C D 卩 N“ 5317X1O3 5761X103 6328XlO3 7067XlO3 8061XlO3 X 2408X10* 2408xlO3 & 2408XlO3 2408XlO3 2408XlO3 % • 由计算表可见,当: 二时,计算纵向力““与设计值之比较为合理,故取 匚=,“二为计算值。 3、计算所需纵向钢筋的截面积 A>=purr-0.002726xx(5OO)2=2141m/? ? 2 现选用10<
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