竖向承载力、位移、截面强度验算

1计算目的计算槽墩的竖向承载力、沉降分析、截面强度验算、承载力分析。2基本资料本次计算以翁家沟渡槽6#槽墩为例，槽身为单槽U型矩形简支梁结构型式。槽墩为挖孔桩形式，槽身跨度按16.0m考虑，槽身采用常规C50混凝土，槽墩采用挖孔桩型式，基础采用混凝土灌注桩，直径1.0m。本计算中槽身按U型断面考虑，跨度按16m考虑。排架结构设计图见图1。本项目对桩基的变形及内力分布计算采用弹性法计算，对桩的竖向承载力和平均沉降采用解析法计算。解析法仅用于分析竖向荷载作用下的群桩竖向承载力，其分析结果包括群桩的竖向承载力和平均沉降。弹性法可以对整个桩基的变形以及每根单桩的内力分布进行计算。作用在桩上的荷载定义为N、M、M、M₂、H、Hy的组合。弹性法的一个重要计算结果为刚性承台的转角和位移，以及进一步得到的每根桩的配筋。2.2基本设计参数名称：工况阶段：144A△△名称：项目信息工况阶段：1名称：项目信息工况阶段：1承台结构尺寸承台宽度bx为2.0m,承台宽度by为7.4m,桩数nx为1处，桩数ny为2处，桩径为1.0m,桩间距sx为1.6m,桩间距sy为3.5m。装顶露出地面高度为0.55m,承台厚度为1.2m,桩长为15m。结构重度为钢筋采用HRB400,Fyk=400.00Mpa。第一层为素填土，深度为2.19m,第二层为粉质粘土，深度为5.8m,第三层 (以上为坐标数据)桩侧承载力系数：βp=0.50[-浮重度的计算模式：标准(饱和重度、水重度)饱和重度：Ysat=18.00kN/m3桩侧承载力系数：βp=0.60[-一沉降参数-压缩模量?变形计算：输入压缩模量Eoed一浮重度?浮重度的计算模式：标准(饱和重度、水重度)▽ 岩土类别岩土类别名称：粉砂质泥岩1黏性土-粉质黏土，可塑基本参数有效应力法变形计算：输入压缩模量Eoed????岩土类别岩土类别名称：粉砂质泥岩2黏性土-粉质黏土，可塑基本参数有效应力法桩侧承载力系数：泊松比：变形计算：压缩模量：浮重度浮重度的计算模式：饱和重度：输入压缩模量Eoed标准(饱和重度、水重度)??根据初步设计翁家沟结构图，计算出挖孔桩盖梁以上的荷载如下：承载力极限状态计算时，荷载效应组合设计值按下式计算：S=1.05×SG₁K正常使用极限状态验算应按荷载效应的标准组合进行，并采用下列表达式：2.作用于槽身的均布荷载标准值计算槽壳自重qk1=Yh∑A₁=25×4.5822=114.556kN/m横杆重qk2=4.800kN/m人行道板重Qk3=4.500kN/m计算水深重Qk4=244.050kN/m外挑板上人群荷载Qkr1=4.200kN/m人行道板上人群荷载Qkr2=1.800kN/m3.荷载计算基本组合下槽身均布荷载q为：q=YG1K×(qk₁+qk2+qk₃)+Yq₂k×qk₄+Yqik×(qkr1+Qkr2)=405.703kN/m荷载效应的标准组合下槽身均布荷载qk为：根据初步设计翁家沟结构图所示，由于挖孔桩95%以上未露出地面，故本次不考虑风压力对挖孔桩的影响。计算公式式中K1--风载体形系数。根据《铁路桥涵基本规范TB100002.1-2005》表4.4.1.-1,对于槽身取1.2;对于顶帽顺水流向取k1=1.3,垂直水流向取K1=0.9;对于立柱顺水流向、垂直水流向均取K1=0.8;对于横梁顺水流向取K1=1.4;K2--风压高度变化系数。为简化计算，根据《铁路桥涵设计基本规范TB10002.1-2005》表4.4.1-2对槽身、槽墩均取K2=1.0;K3--地形、地理条件系数。根据《铁路桥涵设计基本规范TB10002.1-2005》表4.4.1-3,考虑渡槽所处地为山区，取K3=1.2;WO--基本风压值，Kpa。系按平坦空旷地面，离地面14m高，频率1/100的20min平均最大风速v(m/s)计算确定；因没有实测资料，这里代入数据，计算得：槽身：W=1.2×1.0×1.2×0.5=0.72Kpa盖梁顺水流向：W=1.3×1.0×1.2×0.5=0.78Kpa盖梁垂直水流向：W=0.9×1.0×1.2×0.53.1.2.2风压力计算计算公式：式中以本项目6#挖孔桩为例，风压力计算如下：槽身：F=1.05×0.72×85.12=64.35KN盖梁顺水流向：F=1.05×0.78×2=1.64KN盖梁垂直水流流向：F=1.05×0.54×73.1.2.3风压力对盖梁产生的弯矩计算将作用在槽身、盖梁上的风压力转换到挖孔桩顶端，由此产生的弯矩计算如槽身风压力产生的弯矩：盖梁风压力产生的弯矩顺水流向：垂直水流向：设计值：◎设计值○标准值标准值：确定+国确定+☑确定区取消○设计值3.2计算竖向承载力βp.j_第j层土的桩侧承载力系数0o.j_由上覆超载引起的第j层土的平均有效应力Asi_第j层土中的桩侧表面积桩端阻力由下式计算得到：R₃=qp.A₃=NpσpA其中：qp_单位桩端阻力Np_桩端承载力系数op_桩底有效应力桩端承载力系数N和桩侧承载力系数β的推荐值如下表所示。βp的值通常都位于表中所建议的取值范围，且很少大于1.0。土体类型黏土粉土砂土砾石总竖向正应力oz由下式计算：Yef_土体有效重度(浮容重)Z_计算点到地表的深度上式的广义形式可以表述为所谓的有效应力原理式中：σ_总应力(整体)Oef_有效应力(作用力)u-中性应力(孔隙水压力)有效应力原理只适用于正应力o,因为剪应力t无法通过地下水来传播，其本身即是有效应力。总应力可以通过理论力学的基本方法得出，有效应力则可通过总应力减去中性压力(孔隙水压力)得到(有效应力只能通过计算得到，无法直接测量)。孔隙水压力可以通过试验、原位测试或计算得出。实际分析中很难直接判断是采用总应力法还是有效应力法。对于孔隙水压力，我们假设流动的孔隙水为动水压力，其他情况则为静水压力。对于非饱和土体，计算孔隙压力时要考虑孔隙水压力和孔隙气压力两部分。在非均质地基土中，若各水平地层的土体具有不同的重度，则竖向总应力等于计算点之上的所有土层重量和孔隙水压力的总和：一地下水位之上时为天然重度一地下水位之下时为浮容重d—地下水位深度z-计算点距地表的深度得到单桩的竖向承载力后，群桩的竖向承载力最终由下式计算得到：其中：n—群桩中的桩数ng_群桩效应系数群桩效应系数采用Seiler-Keeney法计算桩间距经计算，群桩效应系数为0.8。Va_最大竖向作用力(包括盖梁自重)内摩擦角Φ灌注桩载力系数Nq58名称：竖向承载力工况阶段-分析工况：1-1桩侧承载力Rs=4327.14KN桩端承载力Rb=5429.91KN单桩竖向承载力Rc=9752.05KN群桩效应系数g=0.80群桩竖向承载力Rg=15603.28KN最大竖向荷载Vd=7529.05KN安全系数=2.07≥2.00群桩竖向承载力满足要求。对于无黏性土中的群桩沉降，采用线性理论(Poulos法)进行计算。由于群桩效应的影响，群桩的荷载-沉降曲线以及总沉降sg,都需要乘以群桩沉降系群桩沉降由下式计算得到：其中：Sg_群桩沉降gf_无粘性土中的群桩沉降系数(PileBuckInc.1992)so_单桩沉降量(由荷载-沉降曲线得到)bx_群桩宽度(承台短边长度)Poulos法中最重要的一点是确定达到桩极限侧摩阻力时的荷载Rsy。达到该荷载后，侧摩阻力将不再增加，荷载增量将完全由桩端阻力承担。该荷载由下式计算得到：桩端阻力荷载分担比β由下式计算得到：荷载R作用下，达到桩极限侧摩阻力时的沉降s,可以由下式计算得到：EdR沉降影响系数I由下式计算得到：Iβ----桩身压缩性修正系数Ck=0.96沉降影响系数：由长径比L/d确定的分项系数L0=0.11桩身压缩性修正系数Rk=1.03土体泊松比修正系数Rv=0.92名称：沉降分析名称：沉降分析工况阶段一分析工况：1-12131.93197.9群桩沉降系数gf=1.41达到极限桩侧摩阻力时对应的桩顶荷载Ryu=5329.83KN荷载Ryu引起的桩顶沉降sy=25.0mm总抗压承载力Rc=5329.83KN最大允许沉降值slim=25.0mm内力、位移、弹簧分析采用弹性法计算，弹性法即采用有限元方法对群桩进行分析。分析时，假设承台完全刚性。输入的荷载作用于承台中心，将上部槽身的荷载直接加载在盖梁上部。弯矩包络图N弯矩、剪力、轴力内力图根据以上计算，轴向压力最大值=-3840.55KN,轴向压力最小值=-2865.31KN,水平位移=1.9mm,桩承台最大转角=1.9E-02°工况阶段一分析工况：1-1工况阶段一分析工况：1-1弯矩最大值=162.02kNm轴向压力最小值=-2865.31kN