桥单排双柱式钻孔灌注桩设计.docx

基础工程2015年6月27日基础工程课程设计题目:河南新县解放桥单排双柱式钻孔灌注桩设计一、初始条件：河南解放桥加宽部分2号桥墩为单排双柱式钻孔灌注桩基础,其中墩柱直径为1.0m,基桩直径为1.20m,墩柱和桩均为c20砼,容重为24.3kn/m3,弹性模量eh=2.6*104mpa,桩采用旋转钻孔灌注桩,为摩擦桩。水文资料、荷载作用详图荷载作用中每根墩柱和桩承受荷载大小为:1) 两跨恒载n1=834.53 kn;2) 盖梁自重反力n2=183.1 kn;3) 一根敦自重反力n3=187.3 kn;4) 桩每沿米自重n4=16.96 kn/m(已扣浮力);5) 活载反力:a)两跨:n5=536.68 kn; b)单跨: n6=409.21 kn; n6在顺桥方向引起m=126.00 kn.m;c) 制动力 t=45.00 kn,对桩顶力臂6.197m; d)纵向风力:盖梁w1=2.65 kn,对桩顶力臂5.45m墩身w2=2.35 kn, 对桩顶力臂2.45m;地质条件:（为方便学生查教材上图表及一生一题，地质条件与实际工程不同）最大冲刷线于河床下2.8m,地基土上层为硬塑黏性土, 地基土比例系数m15000kn/m4, 桩周极限侧摩阻力55 kpa，下层为密实粉砂,0=327kpa，桩周极限侧摩阻力87 kpa;地基土平均有效重度1=8.0 kn/m3(已考虑浮力)。二确定每根桩桩顶受力p、q、m及地面或局部冲刷线处的横向荷载q和m。 根据公路桥涵地基与基础设计规范（jtg d60-2007）第1.0.5条，按承载能力极限状态要求，结构构件自身承载力应采用作用效应基本组合验算。 根据公路桥涵设计通用规范（jtg d60-2004）第4.1.6条。恒载分项系数取1.2，活载作用的分项系数取1.4,风荷载分项系数取1.1,当除汽车荷载外尚有两种可变作用参与组合时，其组合系数取0.7,当除汽车荷载外尚有三种可变作用参与组合时，其组合系数取0.6。 p=1.2(834.53+183.1)+1.4409.21=1794.05(kn) q=0.7(1.445+1.12.65)=46.14(kn) m=1.4126+0.71.445(6.197-4.9)+1.12.65(5.45-4.9)-2.35 (4.9-2.45)=239.15(kn)换算到局部冲刷线处： qo=0.71.445+1.1(2.65+2.35)=47.95(kn) m0=1.4126+0.71.445(6.197+4。8)+1.1(2.6510.25+2.357.25)=695.40(kn)三拟定桩的断面尺寸（已定），确定桩在最大冲刷线下的入土深度。 用公路桥涵地基与基础设计规范（jtg d60-2007）确定单桩轴向受压承载力容许值经验公式初步反算桩长，该桩埋入局部冲刷线以下深度为h,一般冲刷线以下深度为h3,则： 根据公路桥涵地基与基础设计规范（jtg d60-2007）第1.0.8条，地基进行竖向承载力验算时，传至基地的作用效应应按正常使用极限状态的短期效应组合采用，且可变作用的频遇值系数均取1.0。当两跨活载时，桩底所承受的竖向荷载最大，则 nh=1.0n1+n2+n3+l1n4+h(n4-)+1.0n5 =1.0834.53+183.1+187.3+(78.1-75.3)16.96+(16.96-8)h+1.0536.68 =1789.098+8.96h 计算ra时取以下数据：桩的设计桩径1.2m，桩周长=1.2=3.77（m）,ap=1.13(m2),=0.7,m0=0.8,k2=2.5, 0=327kpa,2=8kn/m3,qk1=55kpa, qk2=87kpa.所以得：ra=3.77555+87(h-5)+1.130.80.7327+2.58(h+2.8-3)=nh=176.651h-97.206所以h=11.25m现取h=12m,桩底高程为63.3m,桩总长为16.8m.四验算单桩轴向承载力. 由上可知，h=12m,ra=0.53.77(555+877)+1.130.80.7(327+2.58(12.8-3)=1997.29knnh=1896.618kn所以桩的轴向受压承载力符合要求。五确定桩的计算宽度b1。 =1.00.9（1.2+1）=1.98m6 计算桩的变形系数，并判断是否属于弹性桩。 =0.426所以属于弹性桩。7 计算桩身各截面的弯矩mz绘出mz的分布图，确定最大弯矩mmax的值及其截面位置。（1） 局部冲刷线以下深度z处桩截面的弯矩mz计算（2） =112.56+695.4无量纲系数am、bm由附表3、附表7分别查得，mz计算列表如下 mx计算列表zambmm0bmmx0.00.00 0.00000 1.00000 0.00 695.40 695.40 0.20.47 0.19696 0.99806 22.17 694.05 716.22 0.40.94 0.37739 0.98617 42.48 685.78 728.26 0.61.41 0.52938 0.95861 59.59 666.62 726.20 0.81.88 0.64561 0.91324 72.67 635.07 707.74 1.02.35 0.72305 0.85089 81.39 591.71 673.09 1.22.82 0.76183 0.77425 85.75 538.41 624.16 1.43.29 0.76498 0.68694 86.11 477.70 563.80 1.84.23 0.68488 0.49889 77.09 346.93 424.02 2.25.16 0.53160 0.32025 59.84 222.70 282.54 2.66.10 0.35458 0.17546 39.91 122.01 161.93 3.07.04 0.19305 0.07595 21.73 52.82 74.55 3.58.22 0.05081 0.01354 5.72 9.42 15.13 (2) 桩身最大弯矩mmax及最大弯矩位置计算。 由qz=0得： =5.122查附表13得：=0.481，故=0.481/0.426=1.129m 及5.122，查附表13得：km=1.052mmax=kmm0=1.052695.4=731.56(kn.m)(3) 局部冲刷线以下深度z处横向土抗力pzz计算。无量纲系数ax、bx由附表1、附表5分别查得，计算列表如下pzz计算列表zaxbxpzz(kpa)0.00.00 2.44066 1.62100 0.00 0.00 0.00 0.20.47 2.11779 1.29088 4.37 16.46 20.83 0.40.94 1.80273 1.00064 7.44 25.51 32.95 0.61.41 1.50268 0.74981 9.30 28.68 37.98 0.81.88 1.22370 0.53727 10.10 27.40 37.50 1.02.35 0.97041 0.36119 10.01 23.02 33.04 1.22.82 0.74588 0.21908 9.24 16.76 25.99 1.43.29 0.55175 0.10793 7.97 9.63 17.60 1.84.23 0.25386 -0.03572 4.72 -4.10 0.62 2.25.16 0.06461 -0.09940 1.47 -13.94 -12.47 2.66.10 -0.03981 -0.11136 -1.07 -18.46 -19.52 3.07.04 -0.08741 -0.09471 -2.71 -18.11 -20.82 3.58.22 -0.10495 -0.05698 -3.79 -12.71 -16.50 八验算桩的强度或进行配筋设计，计算桩顶水平位移。 由上可知，最大弯矩发生在局部冲刷线以下z=1.129m,该处mj=731.56kn.m.计算轴向力nj时， 根据公路桥涵设计通用规范（jtg d60-2004）第4.1.6条，恒载分项系数取1.2，活载分项系数取1.4.则nj=1.2834.53+183.1+187.3+16.964.8+（16.96-81.129）-+1.4409.21 =1.2(1422.13-0.53.77551.129)+572.89=1988.069(kn)(1) 纵向钢筋面积桩内竖向钢筋按含筋率0.2%配置现选用8根20的hrb335级钢筋： ag=25.1210-4m2 桩采用c20混凝土，fcd=9.2mpa. (2)计算偏心距增大系数因为长细比： 所以偏心距增大系数：其中； 取2=1.所以 （3）计算截面实际偏心距 (4)求轴向力偏心距e0 其中r=0.6m,=0.002，并设g=0.9，则以下采用试算法列表abcd()0.491.14220.6206-0.04781.90530.3818050.51.73150.627101.90180.2534050.511.20490.6331-0.0481.89710.3679080.521.23640.6386-0.09631.89090.361885(5)截面承载力复核=ar+=1.20490.69.2-0.0480.0020.6280 =3980.952 kn nj=1988.069kn =0.63310.69.2+1.89710.0020.90.6280=1464.62knm mj=731.56knm符合要求。根据弯矩分布，钢筋骨架应至局部冲刷线以下10m，考虑分段配筋，在z=4.69m截面为界：m=351.86 knmn=1.2（834.53+183.1+187.3+16.964.8+（16.96-8）4.69-1/21.2554.69）+1.4409.21 =1583.4 kn截面面积：a=1.131 m截面弹性抵抗距：w=0.17 m截面应力： ，此处出现拉应力，不能分段配筋。（6）裂缝宽度验算 =-432 mpa 24mpa 说明在作用短期效应组合下桩身弯矩最大截面处于受压状态，可不必验算裂缝宽度。（7）桩顶纵向水平位移计算桩在局部冲刷线的水平位移和转角：因为z=0m,查表得：=2.44066，=1.621，=-1.621，=-1.75058，则：=47.95/(0.4262.1216106) 2.44066+695.4/(0.4262.1216106) （1.621） =-0.0036（m）=47.95/(0.4262.1216106) （-1.621）+695.4/(0.426