道路结构设计计算书.doc

公路桥台桩基础结构设计计算书一、 荷载计算（一）恒载恒载可以为桥台自重，桥台上土自重和上部恒载组成1、桥台部分桥台部分划分块如图1.1图1.2所示，分别计算自重，土重。图1.2 桥台分块 桥台自重计算表 表1.1 序号计算式竖直力对基底中心轴偏心弯矩备注1(2.5-0.35)0.750.3-0.30.30.32511.422.825-32.26弯矩正负值规定如下：逆时针取“+”号；顺时针方向取“”号2(2.5-0.35)1.10.3-0.30.30.30.525502.817-140.8330.31.0220.0925179.31.925-345.1541.21.1(1.45+40.8+34.7+1.34)25662.971.5-994.46516.6060.825132.121.0-132.1260.536.6060.825198.18000.71.52319.99482.762.35-1134.487(6.606-0.1)0.719.520.0917842.354192.486295306.9792.2(1.1+2+3.2)1.5425+1.23.31.5256267300102.03.31.519.53579.1500合计13047.912472.41 2）承台及上部填土重力计算承台及上部填土分块如图1.3、图1.4所示图1.3 承台及上部填土分块图1.4 承台及上部填土分块（二）、土压力计算： 土压力按台背竖直，即=0,台后填土为水平，填土内摩擦角 台背与填土间的外摩擦角按，由资料上层： 天然级配沙砾 h1=1.5m =40，=0，= =20，=0， 下层： 原土 h2=8.726m c=30， =16 ， 换算土层重度 将两层土的重度内摩擦角按土层厚度进行加权平均，得： 下部土 把粘聚力换成等效的内摩擦角 换算土层内摩擦角1、台后填土表面五活载时土压力计算台后填土自重引起的主动土压力按库仑土压力计算:式中： 墙后填土重度的加权平均值（）； H 土压力作用的高度； B 土压力作用的宽度；主动土压力作用系数。 土压力作用系数如下： 0.104式中： 墙后填土内摩擦角的加权平均值； 墙背与竖直线之间的夹角； 墙背与填土间的摩擦角； 填土面与水平面之间的倾角；主动土压力作用系数。台后填土自重引起的主动土压力:其水平分力：=1263.5 作用点与基础底面的距离：水平方向土压力对基底形心轴的弯矩：竖向分力：652.14kN与基础底面的距离：竖直方向土压力对基底形心轴的弯矩：2、 台后填土表面有汽车荷载时土压力计算由汽车荷载换算成等代的均布土层厚度式中： 破坏棱体长度， ； H 桥台高度，取10.226m； 破坏棱柱体滑动面与水平面之间的夹角。=0.347破裂棱柱体长度：10.2260.3473.548m在破坏棱体范围内布满均布荷载：31402840将车辆荷载转换为等效土层，厚度为： 台背在填土连同破坏接体上车辆荷载作用下的引起的土压力：水平方向的分力=作用点与基础底面中心的距离：水平方向土压力对基地形心轴的弯矩：竖向分力：1124.69kN与基础底面的距离：竖直方向土压力对基底形心轴的弯矩：3台前溜坡填土自重对桥台前侧面的主动土压力在计算时，以基础前侧边缘垂线作为假想台背，土表面的倾斜度以溜坡坡度为1:1.5，算得=-33.69，则基础边缘至坡面的垂直距离为 主动土压力系数： 主动土压力为：水平方向的分力=作用点与基础底面中心的距离：水平方向土压力对基地形心轴的弯矩：竖向分力：233.45kN与基础底面的距离：竖直方向土压力对基底形心轴的弯矩： （三)、支座活载反力计算 按下列情况计算支座反力：第一，桥上有汽车及人群荷载，台后无活载；第二，桥上有汽车及人群荷载，台后也有汽车荷载，而重车在台后填土上；第三，桥上无活载，台后有汽车荷载。下面分别予以计算。1、桥上有汽车荷载及人群荷载，台后无活载（1）汽车及人群荷载反力在桥跨上的汽车荷载布置如图1.5所示：图1.5 （尺寸单位m）支座反力：人群荷载支座反力：支座反力作用点离基底形心轴的距离： 对基底形心轴的弯矩： （2）汽车荷载制动力车道荷载的均布荷载标准值应满布于是结构产生最不利效应的同号影响线上，而集中荷载标准值只作用于相应影响线中一个最大影响线的峰值处。而集中荷载标准值只作用于在左侧的平板橡胶支座上，则由一个设计车道上由汽车产生的制动力标准值按公路桥涵设计通用规范规定的车道荷载标准值在加载长度上计算得总重力的 10%计算其单车道制动力：（10.519.46+215）10%=41.95 kN 165K N对于端部桥台设滑板橡胶支座的简支梁桥台，应计的制动力为： 0.3H=0.3165=49.5 KN制动力对基地形心轴的弯矩：2桥上，太后均有汽车荷载为得到活载作用下最大竖直力在均部荷载Q=10.5满跨布置集中荷载中集中荷载P=215布置在最大影响线峰值出车辆荷载后轮反力为后台则支座反力为=（215+1/219.4610.5）30.78=742.25KN人群引起的支座反力对基底形心轴的弯矩：（四） 支座摩阻力计算 滑动支座摩擦系数取 f=0.05 ，则支座摩阻力：=2398.080.05=119.904kN支座摩阻力与承台底面的竖直距离：支座摩阻力与承台底面形心轴的弯矩： kN.m（方向按荷载组合需要来确定）对于埋置式桥台不计汽车荷载冲击力，同时从以上对制动力和支座摩阻力的计算结果表明，支座阻力大于制动力。因此在以后的附加组合中，以支座摩阻力为控制设计。五荷载组合作用分类作用名称永久作用结构重力土重力土侧压力可变作用汽车荷载人群荷载汽车制动力支座摩阻力根据实际可能发生的组合，应按五种情形进行荷载组合，对应三种情况，即：桥上有活载，台后无汽车荷载；桥上有活载，台后也有汽车荷载；桥上无活载，台后有汽车荷载。荷载组合基本公式：式中： 承载能力极限状态下作用基本组合的效应组合设计值； 结构重要性系数，该桥为中桥，取=1；第i个永久作用效应的分项系数，桥台自重、恒重、填土自重取1.2，土的侧向压力取1.4 汽车荷载效应的分项系数，取=1.4； 在作用效应组合中除汽车荷载效应外的其它可变作用效应的分项系数，人群荷载分项系数取1.4， 在作用效应组合中除汽车荷载效应外的其它可变作用的组合系数。（一）台后有汽车+汽车制动力（1）主要组合 竖直力 =1.2（11.14+50+179.3+662.97+132.12+198.18+482.76+1748+6295）+0.81.4165+1.41184.76+1.4155.82+1.4795.61=26208.9kN 水平力 =1.42833.93-1248.06=3719.44 kN 弯矩 =1.2（2346.15+2818.56+3495.45）+0.71.41651.48-19663.7+1.4（3198.85+484.46）-1420.714+795.611.481.4=7352.23 kN.m （2）附加组合主要组合+支座摩阻力：竖直力 =26208.94kN水平力 =3719.44+0.71.4118.09=3835.168 kN弯矩 =7158.45+0.71.41087.14=8223.85 kN.m主要组合+汽车驱动力：竖直力 =26208.94kN水平力 =3719.44+0.71.4115.83=3832.95 kN弯矩 =7158.45+0.71.41066.33=8203.45 kN.m（二）桥上有活载，台后也有汽车荷载（1）主要组合 竖直力 =1.2（4917.49+11878.99+2361.79）+0.81.4165+1.41200.06+1.4155.82+1.4795.61=26230.358 kN 水平力=1.4（2833.77-248.06）+0.71.4（2870.53-2833.77）=3656.02 kN 弯矩 =1.2（2346.15+2818.56+2361.79）+0.71.41651.48-19845.92+1.4（3240.162+484.46）-1420.714+795.611.481.4=7227.84 kN.m （2）附加组合主要组合+支座摩阻力：竖直力 =26230.358 kN水平力 =3656.02+0.71.4118.09=3771.75 kN弯矩 =7227.84+0.71.41087.14=8293.23 kN.m主要组合+汽车驱动力：竖直力 =26230.358 kN水平力 =3656.02+0.71.4115.83=3769.53 kN弯矩 =7227.84+0.71.41066.33=8272.84 kN.m（三）桥上无活载，台后有汽车荷载 竖直力 =1.2（4917.49+11878.99+2398.08）+1.41200.06+1.4155.82=24931.704 kN 水平力 =1.4（2833.77-248.06）+0.71.4（2870.53-2833.77）+0.71.4118.09=3771.75 kN 弯矩 =1.2（2346.15+2818.56+2361.79）-9845.92+1.4（3240.162+484.46）-1420.714=7227.84 kN.m 荷载组合汇总表 表1.3荷载组合竖直力（kN）水平力（kN）弯矩（kN.m）一26208.943835.1688223.85二26208.943832.958203.45三26230.583771.758293.23四26230.3583769.538272.84五24931.7043771.757227.84五种荷载组合的汇总表如表1.3所示，荷载组合的计算结果表明：对地基承载力验算，以荷载（一）（二）中的组合最为不利；稳定性验算时，水平力以荷载（一）中的组合最不利，弯矩以荷载（三）中的组合最不利。综上所述，最不利的荷载组合如下:=26230.358 kN =3835.168 kN =8293.23 kN.m二、 桩基础设计桩径取1.2m，设计资料中21.00m-38.00m为密实的砾类土，拟定桩长27m.（一）计算桩顶1桩的计算宽度查教材表318得=0.9 mn=2时，则=0.91.830.8021.2=1.59m2. 桩-土的变形系数查教材表316得查基础工程教材表4-1得，在00.5m的范围内，m=18MN/m4；在0.53m的范围内，m=14MN/M40.417桩在最大冲刷线以下深度24m，则其计算长度： 0.41727=10.008m2.5m属于弹性桩，按弹性桩计算.3. 计算桩顶刚度系数式中： = kN.m 综上所述：=桩的换算深度：， 取。 查附表17.18.19得 。 4计算承台底面中心处的位移、= 5计算各桩桩顶所受作用力、竖向力: =0.716EI( 水平力: = 弯矩: =校核：三 桩基础强度验算1、单桩承载力演算式中 U桩的直径，本桩采用冲击钻，钻头增大80mmA-桩底截面积，=1.1304。p=6222.33kN=4436.27kN故桩长满足要求确定桩长Pi+qh=3.141.28（1460+1504.5+180）+0.70.7450+52120.6 求得：=0.045桩长：0.5+16+4.5+0.045=21.045 m.，所以桩长24米满足要求。2、桩内力及位移计算=-818.58KNmQI=476.45KN=4436.28KN3、计算最大冲刷线以下深度Z处桩截面上的弯矩MZ及水平压应力zx内力汇总表 表1.3=a(kn.m)00401.000000818.58818.580.480.240.196960.99806226.18812.191038.370.960.440.377390.98617433.38802.521235.901.440.640.529380.95861607.92780.091388.012.401.040.723050.85089830.33797.141627.742.881.240.761830.77415874.86629.981504.843.841.640.737340.59373846.74483.161329.994.802.040.614130.40658705.25330.861036.115.762.440.443340.24262509.12197.44706.56图1.5 内力汇总图最大弯矩为1627.74 kN.m,最大弯矩所在位置是2.4m4、桩顶纵向水平位移验算 桩在最大冲刷线处的水平位移和水平位移转角：查附表1，得=2.044066 查附表5，得 =1.62100 251.14（2）对截面进行强度复核由前面的计算结果可知： ，g=0.9实际配筋率： 、在垂直于弯矩作用平面内混凝土截面面积 实际