某桥梁桩基础设计计算

中国桥梁网第一章桩基础设计一、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，一般冲刷线标高为38.5m，最大冲刷线为35.2m，常水位42.5m。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容重软塑粘土3810402012密实粗砂3251012038123、桩、承台尺寸与材料承台尺寸：7.0m×4.5m×2.0m。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hE=2.6×104MPa4、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：05659.4NKN、0298.8HKN、03847.7MKNm恒载及二孔活载时：06498.2NKN。桩（直径1.0m）自重每延米为：21.01511.78/4qKNm故，作用在承台底面中心的荷载力为：中国桥梁网5659.4(7.04.52.025)7234.4298.83847.7298.82.04445.3NKNHKNMKN恒载及二孔活载时：6498.2(7.04.52.025)8073.4NKN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，一般冲刷线以下深度为3h，则：002221[]{[](3)}2hiiNpUlmAkh当两跨活载时：8073.213.311.7811.7842hNh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22202021211.153.6,0.485,0.740.9,6.0,[]550,12/40,120,aaaumAmmKKpKNmKpKp1[]3.16[2.740(2.7)120]0.700.90.7852[5506.012(3.33)]2057.175.898.78kphhNhm现取h=9m，桩底标高为26.2m。桩的轴向承载力符合要求。具体见如图1所示。中国桥梁网纵桥向断面最大冲刷线一般冲刷线河床常水位承台中国桥梁网横桥向断面三、桩顶及最大冲刷线处荷载iP、iQ、iM、0M、0Q、0P＜一＞、参数计算1、桩的计算宽度1b100.9(1)0.9(11)1.8jbKKKddKKK又：111.5:3(1)6:2:0.6Lmhdmnb故：111110.61.50.60.7670.60.660.990.7671.38LbKbhb2、桩的变形系数：15mbEI中国桥梁网331121222233(2)8102.72510(22.71.3)1.3417.2510/mmhmhhhmhKNm324431570.670.672.610/0.04916417.25101.380.4890.672.6100.0491kEEKNmdImm桩在最大冲刷线以下深度h=9m，其计算长度为：0.48994.4012.5hh故按弹性桩计算。3、桩顶刚度系数1、2、3、4值计算22013.3;9;;0.78524dlmhmAm35300101025102.510/CmKNm按桩中心距计算面积，2202.54.914Am1175000513.39112[]310.7852.6102.5104.918.355100.977lhAECAEI已知：0.48994.4014hh，取用4。000.4893.31.614ll中国桥梁网由已知资料和查附表得：0.262564;0.448403;1.063181Qmmxx30.031QQEIxEI、20.107mmEIxEI、0.520mmEIEI4、计算承台底面原点O处位移000b、、017234.41851.4240.977NbnEIEI2241140.500.97741.258.185miinxEIEIEI23222340.0310.12440.1070.429()(0.429)0.184()nEIEInEIEInEIEI所以：24131022241312()()()8.185298.80.4294445.352299.660.1248.1850.184()miimiinxHnMnnxnEIEIEIEIEIEI23022241312()()0.1244445.30.429298.8820.800.1248.1850.184()miinMnHnnxnEIEIEIEIEIEI中国桥梁网二计算作用在每根桩顶上的作用力ipiQiM。竖向力：001851.42820.80()0.977[1.25]2810.87{806.33iiipbxEIEIEIKNKN水平力：2005299.66820.800.0310.10774.7imQEIEIEIEIKN弯矩：400820.805299.660.5200.107141.50imMEIEIEIEIKNm校核：474.7298.8298.8inQKNHKN12(2810.87806.33)1.254(141.50)4445.34445.3niiiixpnMKNmMKNm12(2810.87806.33)7234.47234.4niinpKNMKN三计算最大冲刷线处桩身弯矩0M水平力0Q及轴向力0P。00141.5074.73.3105.00iiMMQlKNm074.7QKN、02810.870.7853.3152849.73PKN四、最大弯矩maxM及最大弯矩位置maxZ的计算0.4890.48994.401h、中国桥梁网000.489105.000.68774.7QMCQ由设计规范查表得：1.0431.0432.1321.9720.489mZZK、、所以：max0105.001.972207.06mMMKKNm五、桩顶纵向水平位移验算桩在最大冲刷线处水平位移0x和转角0：2.44066,1.62100,1.62100,1.75058xxABAB0003232374.71052.440661.621000.4890.4892.644102.6446xxQMxABEIEIEIEImmmmm符合规范要求。00023274.7105(1.62100)(1.75058)1.027100.4890.489QMABEIEIradEIEI33300574.73.31.042101.042338.58810QlxmmEI23405141.503.38.97100.897228.58810mMlxmmEI所以桩顶纵向水平位移中国桥梁网313(2.6441.02712.31.0420.897)1015.431015.43xmm水平位移容许值[]0.5252.5cm，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=2.132处，次处设计最大弯矩为207.06jMKNm，设计最大弯矩为：112849.732.13211.78403.612.132222708.36jNKN由截面强度的计算公式：22hbjgcsNRArRCr330bbjjgcsNeMRBrRDgr取以上两式的临界状态分析，整理得：00agBrAeRRCeDgr现拟定采用20号钢筋，I级钢筋，11240agRMPaRMPa、1、计算偏心距增大系数0207.0676.5270.39jjMemmN因4.4014.0h，故桩的计算长度4.00.53.3507400.489plmm，中国桥梁网长细比57405.74071000pld，可不考虑纵向弯矩对偏心距的影响，取1。2、计算受压区高度系数01000176.576.550022demmrmm、设g=0.9则0.90500450grgrmm。001150076.524076.54505500841.518360108000agBrAeRRCeDgrBACDBACD、22220.950.95115002405001.251.25209000045600000bbugcsNRArRCrACAC现采用试算法列表计算，见下表：0.960.970.980.991.00A2.58902.61582.64242.66852.6943B0.40110.38650.37170.35660.3413C2.33592.36902.40122.43242.4627D0.68470.65900.63390.60940.5856-0.000880.0027260.0073530.0134350.021637uN53173105761310632831070673108061310jN24083102408310240831024083102408310ujNN1.9632.1272.3362.6092.976由计算表可见，当=0.97时，计算纵向力uN与设计值jN之比较为合理，中国桥梁网故取=0.97，=0.002726为计算值。3、计算所需纵向钢筋的截面积2220.002726(500)2141gArmm现选用10φ18，225.45gAcm，布置如图2所示。混凝土净保护层206050252cmmmm纵向钢筋间净距为256mm80mm。8钢筋布置示意图二对截面进行强度复核由前面的计算结果076.5,60,450,0.9gemmammrmmg实际配筋率224425.450.0129650gAd1、在垂直与弯矩作用平面内长细比5.7407pld，故纵向弯曲系数1。中国桥梁网混凝土截面积为227853984hdAmm，实际纵向钢筋面积22545gAmm，则在垂直于弯矩作用平面内的承载力为：11()1110.95(117853982402545)1.251.257030.1372708ubahggcsjNRARAKNNKN2、在弯矩作用平面内0110.012960.9240500110.0129624055001327.95113.110agagBRDgRerARCRBDACBDAC同样采用试算法可得，当0.98时0()78.99emm，与设计的076.5emm很接近，故取0.98为计算值。在弯矩作用平面内的承载力为22220.950.95112.6424(500)2402.36900.007353(500)1.251.256327.732708bbuagcsjNRArRCrKNNKN32320.950.95110.3717(5