墩台课程设计

1 某桩柱式桥墩钻孔灌注桩摩擦桩的设计某桩柱式桥墩钻孔灌注桩摩擦桩的设计 一 设计资料一 设计资料 1 设计标准以及上部构造 设计荷载 公路 I 级 桥面净宽 净 11 2 1 m 标准跨径 Lk 20m 梁长 19 96m 计算跨径 19 5m 上部构造 装配式钢筋混凝土简支 T 梁桥设计 2 水文地质条件 各土层地质情况及有关钻孔灌注桩桩基设计参数见附表一 3 材料 钢筋 盖梁主筋用 HRB335 钢筋 其他均用 R235 钢筋 混凝土盖梁 墩柱用 C30 系梁及钻孔灌注桩用 C25 4 桥墩尺寸 图 1 1 双柱式墩计算图 5 水文地质条件 各土层地质情况及有关钻孔灌注桩桩基设计参数见附表一 二 荷载计算 主梁集度 KN m 梁长 m 自重 KN 1 5 26 1419 96521 75 2 4 27 2419 96543 71 327 2419 96543 71 合计 1609 17 一 恒荷载 1 两跨恒载反力 N1 1609 17KN 2 盖梁自重反力 N2 13x1 5x1 6 0 8x0 6x1 6 x25 760 8KN 3 系梁自重反力 N3 1 2x1x9 5x25 285KN 4 一根墩柱自重 N4 3 14x0 62x4x25 113 04KN 5 作用于桩顶恒载反力 123 4 2 NNN NN 恒 1440 53kN 6 每延米桩长自重力 q 3 14x1 52 4x 25 10 26 50 KN m 已扣除浮力 二 活载计算 河床 最大冲刷线 2 1 顺桥向活载计算 1 2 顺桥向可变荷载移动情况 求得支座活载反力最大值 公路 I 级 a 单孔布载 单列车 0 KN 1 B 2 1 19 50 10 5238340 38 2 B KN 12 340 38BBB 双列车 2B 680 76 KN b 双孔布载 单列车 KN 1 1 10 51 0 19 50 2204 75 2 B KN 2 1 238 1 0 10 51 0 21 50350 88 2 B KN 12 204 75350 88555 63BBB 双列车 2B 1111 26KN 图 1 2 单孔 双孔布载 人群荷载 图 1 3 单孔荷载 一侧 KN KN 1 0 00B 2 1 3 51 0 19 534 13 2 B KN 12 34 13BBB 双孔布载 一侧 KN 12 1 3 51 0 19 534 13 2 BB KN 12 68 26BBB 图 1 3 人群荷载 10 5KN m 19501950 238KN 10 5KN m 238KN 1 0 3 5KN m 19501950 1 0 单孔人群 双孔人群 3 汽车荷载中双孔荷载产生支点处最大的反力值 即产生最大的墩柱垂直力 汽车荷载中单孔荷载产生的 最大的偏心弯矩 即产生最大墩柱底弯矩 双柱反力横向分布 汽车荷载 如图 1 4 单列车 1 460475 0 984 950 2 1 0 9840 016 双列车 1 305475 0 821 950 2 1 0 8210 179 人群荷载 图 1 3 单侧 1 600475 1 13 950 2 1 1 130 13 双侧 0 图 1 4 汽车荷载 12 0 5 荷载组合 最大 最小垂直反力计算表 1 1 表 1 1 可变荷载组合垂直反力计算 双孔 编号最大垂直反力 KN 最小垂直反力 KN 1 荷载情况 横向分布 i 1 i B 横向分布 i 1 i B 2单列车0 984682 060 01611 09 3 汽车荷载 双列车0 8211138 150 179248 15 4单侧行人1 1348 11 0 135 53 5 人群荷载 双侧行人0 542 580 542 58 水平力 制动力 T 45 KN 作用点为支座中心处 纵向风力 作用在盖梁处风力 KN 1 1 2 251 125 2 W 墩柱处的风力 W2 1 05 KN 三 钻孔桩计算三 钻孔桩计算 钻孔灌注桩直径为 1 50m 用 C25 混凝土 HRB335 级钢筋 灌注桩按 m 法计算 桩身混凝土受压弹性 模量 4 2 8 10 h EMpa 一 荷载计算 每根桩承受的荷载为 1 作用于桩顶的恒载反力 1609 17 NkN 恒 2 灌注桩每延米自重 已扣除浮力 3 可变荷载反力 a 双孔可变荷载反力 公路 I 级 1 1138 15 NkN 2 1 51526 50 4 qkN m 180130180 600 305 460 475475 4 人群荷载 双侧 1 42 58 NkN b 单孔可变荷载反力 公路 I 级 2 682 06 NkN 人群荷载 单侧 2 42 58 NkN 双孔 max 1609 17 1138 1542 582789 90 NkN 单孔 min 1609 17682 0642 582333 81 NkN 682 0648 110 475 1 125 9 61 1 05 5 18354 27 MkN m H45 1 125 1 0547 175 KN 二 桩长计算 该地基土由多层土组成 根据 公路桥涵地基与基础设计规范 中确定单桩轴向受压承载力容许值的经 验公式初步反算桩长 设该灌注桩局部冲刷线以下的桩长为 h 一般冲刷线以下深度为 h3 则 2 2 0022 1 1 3 2 n ik ia i NRaq lAmfkh 式中 N 一根桩受到的全部竖向荷载 KN 局部冲刷线以下的桩自重力取一半计算 当两跨布载时 350 1 2 NNNNl qqh 恒 1609 17 1138 15 42 58 9 0 x 9 5 0 5x26 5xh 2875 4 13 25h 计算时取以下数据 a R 采用式算法确定桩长 假设桩底达到第 层土 当 h 27m 时 桩的设计直径为 1 5m 采用旋转钻孔施 工 5cm 桩周长 d 1 554 867 m 222 41 5 41 77 Adm 0 75 0 0 80m 2 2 5k 0 200 a fMPa 2 r 9 35 已扣除浮力 根据各层土选取 故 0 5x4 867x 0 59x25 3 1x45 4 69x50 3 48x34 4 94x45 4 33x50 1 19 x 60 a R 1 77x0 8x0 75x 160 2 5x9 45x 27 4 87 3 3369 79 KN N 2875 4 13 25x25 3219 9 KN N a R 综合以的计算结果可知 冲刷线以下土层厚度 h 27m 是合理的 故取地面以下 31 68m 桩的轴向承载力 能满足要求 桩底标高为 303 66m 四 桩的内力计算四 桩的内力计算 1 桩的计算宽度 b1 1 0 x0 9x 1 5 1 2 25 m 1 1 f bkkd 3 2 地基土比例系数 m 当地基侧面或局部冲刷线以下 5 m 深度内有三层土 将三层土的比例系数换算成一2 1 m hd 个 m 值 5 2 1 1212231233 2 2 22 m m hmhh hmhhh h m h 2 2 12 0 593 2 0 593 1 3 1 18 6 2 0 592 3 1 1 31 1 31 9 837 5 2 桩的变形系数 1 5 mb EI KN m2 0 0491 0 249 m40 8 C EIE I C E 7 2 8 10 I 4 d 0 352 5 7 9783 2 25 0 8 2 8 100 249 0 352x27 9 504 2 5h 按弹性计算 3 作用在局部冲刷线处的基本组合值 4 单位 力 作用在局部冲刷线处的 桩柱在该处产生的变位计算 取 9 5044ah 4 0ah 5 局部冲刷线处变位计算 0 0 7 1 41 1 0 7 1 4 45 1 1 2 175 45 77 HHH kN 风制动 34430 337 3443 5 12 441 0 3520 5578 10 1 003 10 HH B DB D EIA BA B 344300 227 3443 4 11 625 0 3520 5578 10 0 0235 10 MHHM A DA D EIA BA B 34430 7 3443 4 11 751 0 352 0 5578 10 0 0089 10 MM ACA C EIA BA B 0044 000 45 74 0 1003 10642 47 0 0235 10 1 976 HHHM XHM 0044 000 2 45 74 0 0235 10642 47 0 0089 10 0 0679 10 MHMM HM 0 1 40 6 1 41 11 4 1 4 682 06 0 320 61 4 45 10 18 1 1 16 25 1 4 13 63 707 25 MMMMM kN m 风人制动汽 6 6 局部冲刷线以下深度各截面内力计算 22724 0 0 3520 5578 100 197 100 136 10EIX 724 0 0 352 0 5758 100 0679 100 1333 10EI 44 3333 0 136 100 133 10642 47129 94MABCD 由表可知 最大弯矩设计值 682 60 d MkN m 1 22Zm 桩身弯矩图Mz KN m 200 00000 0 00000 200 00000 400 00000 600 00000 800 00000 0 57 1 70 2 84 5 11 7 39 9 94 桩长 Z m 弯矩Mz KN m az z A3 B3 C3 D3 MZ 桩身弯矩计算表 h Z 3 A 3 B 3 C 3 D Z M 0 2 0 57 0 00133 0 000130 999990 2 666 81568 0 4 1 14 0 01067 0 002130 999740 39998 682 59806 0 8 1 70 0 08532 0 034120 991810 79854 670 31486 1 0 2 27 0 16652 0 085320 975010 99445 642 64191 1 2 2 84 0 28737 0 172600 937831 18342 595 03603 1 6 3 98 0 67629 0 543480 738591 50695 473 40900 1 8 5 11 0 95564 0 867150 529971 61162 403 54283 2 0 6 25 1 69334 1 90567 0 270871 57538 262 27773 2 4 7 39 2 62126 3 59987 1 877340 91679 135 90656 3 0 8 52 3 54058 5 99979 4 68788 0 89126 36 89931 3 6 9 94 3 91921 9 54367 10 3404 5 85402 41 11265 4 0 11 36 1 61428 11 7307 17 9186 15 0755 64 66321 7 轴向力组合计算 22 000 0333303030303 23 1 Z MH MEIX ABCDEIX AEIBM CH D EIEI 0 11 45 74129 94 0 352 H 1 21 40 8 1 4 1 2 1609 17 1 4 1138 150 8 1 4 42 58 3571 89 d NNNN kN 人恒汽 7 五 桩顶水平位移计算五 桩顶水平位移计算 00120 Xhh 332 01221122121 1 11 1 1 2 32 MH nhhnhh hhhnhhh E IE I 外 式中 1 4 0h 452 12547 125HKN 1 747 1 2 8 100 049 1 2 284 10E I 4 1 1 1 2 0 41 1 5 E I n EI 218 26458 10 10 81 5 44692 61M 外 则有 水平位移容许值 符合要求 5 0 2725 98 5 8 五 桩身配筋计算五 桩身配筋计算 1 按偏心受压构件进行配筋计算 截面设计 偏心矩 00 hrr 偏心矩增大系数 0 682 60 0 191 3571 89 d d M em N 2 12 00 2 1 1 1400 111 84 1 0 633 1 07 1400 0 226 0 750 88 0 75 1 5 1 192 p l ehh 0 1 0 0 226 0 22 70 22 70 633 0 750 88 0 75 e h 1 11 84 1 150 011 150 011 07 1 5 p l h 0 44 0 7 0 7 4 68 11 84 0 327 p llm 33 0 7 2 7 46 1251 0 41 4 000 41 4 0 04 00 0 284 103 692 61 00 41 4 02 04 00 001226 2 0 284 10 00120 222 2 0 197 100 0679 104 000 123 10 0 55 105 8 Xhh mm 8 0 1 192 0 2260 269 em 主筋采用 HRB335 级钢筋 配筋率 承载力 ABCD Nu 0 250 44730 3413 1 23481 6012 0 004003671 40 当 计算纵向力略大于设计值 0 25 u N3571 89 d N 0 2 5h 按弹性计算 3 作用在局部冲刷线处的基本组合值 4 单位 力 作用在局部冲刷线处的 桩柱在该处产生的变位计算 取 9 5044ah 4 0ah 5 局部冲刷线处变位计算 6 局部冲刷线以下深度各截面内力计算 22724 0 0 3520 5578 100 197 100 136 10EIX 0 0 7 1 41 1 0 7 1 4 45 1 1 2 175 45 77 HHH kN 风制动 34430 337 3443 5 12 441 0 3520 5578 10 1 003 10 HH B DB D EIA BA B 344300 227 3443 4 11 625 0 3520 5578 10 0 0235 10 MHHM A DA D EIA BA B 34430 7 3443 4 11 751 0 352 0 5578 10 0 0089 10 MM ACA C EIA BA B 0044 000 45 74 0 1003 10642 47 0 0235 10 1 976 HHHM XHM 0044 000 2 45 74 0 0235 10642 47 0 0089 10 0 0679 10 MHMM HM 22 000 0333303030303 23 1 Z MH MEIX ABCDEIX AEIBM CH D EIEI 0 1 40 6 1 41 11 4 1 4 682 06 0 320 61 4 45 10 18 1 1 16 25 1 4 13 63 707 25 MMMMM kN m 风人制动汽 14 724 0 0 352 0 5758 100 0679 100 1333 10EI 44 3333 0 136 100 133 10642 47129 94MABCD 由表可知 最大弯矩设计值 682 60 d MkN m 1 22Zm 桩身弯矩图Mz KN m 200 00000 0 00000 200 00000 400 00000 600 00000 800 00000 0 57 1 70 2 84 5 11 7 39 9 94 桩长 Z m 弯矩Mz KN m az z A3 B3 C3 D3 MZ 桩身弯矩计算表 h Z 3 A 3 B 3 C 3 D Z M 0 2 0 57 0 00133 0 000130 999990 2 666 81568 0 4 1 14 0 01067 0 002130 999740 39998 682 59806 0 8 1 70 0 08532 0 034120 991810 79854 670 31486 1 0 2 27 0 16652 0 085320 975010 99445 642 64191 1 2 2 84 0 28737 0 172600 937831 18342 595 03603 1 6 3 98 0 67629 0 543480 738591 50695 473 40900 1 8 5 11 0 95564 0 867150 529971 61162 403 54283 2 0 6 25 1 69334 1 90567 0 270871 57538 262 27773 2 4 7 39 2 62126 3 59987 1 877340 91679 135 90656 3 0 8 52 3 54058 5 99979 4 68788 0 89126 36 89931 3 6 9 94 3 91921 9 54367 10 3404 5 85402 41 11265 4 0 11 36 1 61428 11 7307 17 9186 15 0755 64 66321 7 轴向力组合计算 五 桩顶水平位移计算五 桩顶水平位移计算 00120 Xhh 332 01221122121 1 11 1 1 2 32 MH nhhnhh hhhnhhh E IE I 外 式中 0 11 45 74129 94 0 352 H 1 21 40 8 1 4 1 2 1609 17 1 4 1138 150 8 1 4 42 58 3571 89 d NNNN kN 人恒汽 15 1 4 0h 452 12547 125HKN 1 747 1 2 8 100 049 1 2 284 10E I 4 1 1 1 2 0 41 1 5 E I n EI 218 26458 10 10 81 5 44692 61M 外 则有 水平位移容许值 符合要求 5 0 2725 98 5 8 五 嵌固深度计算五 嵌固深度计算 取时的弯矩 3 计算4 0h H MkN m 按构造要求桩底深入岩石层厚度 0 5m 六 桩顶水平位移计算六 桩顶水平位移计算 00120 Xhh 332 01221122121 1 11 1 1 2 32 MH nhhnhh hhhnhhh E IE I 外 式中 1 4 0h 452 12547 125HKN 1 747 1 2 8 100 049 1 2 284 10E I 4 1 1 1 2 0 41 1 5 E I n EI 218 26458 10 10 81 5 44692 61M 外 3 3 522 0 0370 5 0 06550 0655 1 26 101 5 H rk M h f d 33 0 7 2 7 46 1251 0 41 4 000 41 4 0 04 00 0 284 103 692 61 00 41 4 02 04 00 001226 2 0 284 10 00120 222 2 0 197 100 0679 104 000 123 10 0 55 105 8 Xhh mm 16 则有 水平位移容许值 符合要求 5 0 2725 98 5 8 七 桩身配筋计算七 桩身配筋计算 1 按偏心受压构件进行配筋计算 截面设计 偏心矩 00 hrr 偏心矩增大系数 0 1 192 0 2260 269 em 主筋采用 HRB335 级钢筋 配筋率 承载力 ABCD Nu 0 250 44730 3413 1 23481 6012 0 004003671 40 33 0 7 2 7 46 1251 0 41 4 000 41 4 0 04 00 0 284 103 692 61 00 41 4 02 04 00 001226 2 0 284 10 00120 222 2 0 197 100 0679 104 000 123 10 0 55 105 8 Xhh mm 0 682 60 0 191 3571 89 d d M em N 2 12 00 2 1 1 1400 111 84 1 0 633 1 07 1400 0 226 0 750 88 0 75 1 5 1 192 p l ehh 0 1 0