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文本内容:
基础工程课程设计——铁路桥墩桩基础设计指导老师班级姓名学号目录第1篇设计说明书……………………………………………………………2第2篇设计计算书……………………………………………………………
31、收集资料…………………………………………………………………
32、拟定尺寸…………………………………………………………………
53、承台底面形心处的位移计算………………………………………
74、墩身弹性水平位移δ的计算………………………………………
115、桩基检算………………………………………………………………
136、电算结果………………………………………………………………19第一篇设计说明书
1.铁路桥墩桩基础设计中所依据规范有《铁路桥涵地基和基础设计规范》TB100
2.5《混凝土结构设计规范》GB50010-2002《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》TB100
2.3-992.铁路桥墩桩基础设计内容及步骤
①收集资料
②拟定桩的尺寸及桩数
③承台底面形心处的位移计算
④墩身弹性水平位移计算
⑤承载力、位移、稳定性、抗裂性检算及桩身截面配筋设计
⑥绘制桩基础布置及桩身钢筋构造图
3.设计方案线路为双线、直线、坡度4‰、线间距5m,双块式无碴轨道桥跨
31.1m,采用桩基础,蹲下设八根桩,设计直径为
1.25m,成孔直径为
1.28m,钻孔灌注桩,用旋转式钻头,桩身采用C25混凝土,桩长42m,粗砂层为持力层,桩底标高为-
8.69m地基容许承载力[σ]=644kPa,单桩轴向受压容许承载力[P]=
4048.52KN,对于主力加附加力[P]乘以
1.2的提高系数桩顶和承台连接为主筋伸入式,桩顶深入承台
0.1m桩身对称布置20根Φ20的光圆钢筋,钢筋总长15m,深入承台0.9m箍筋用Φ8@200mm,且沿钢筋笼方向,每隔2m设一道骨架钢筋和定位钢筋,均为Φ18的一级钢第二篇设计计算书
一、收集资料㈠设计资料
1、线路双线、直线、坡度4‰、线距5m,双块式2无石渣轨道及双侧
1.7m人行道,其重量为4
4.4kN/m
2、桥跨等跨L=
31.1m无渣桥面单箱单室预应力混凝土梁,梁全长32.6m,梁端缝
0.1m梁高3m,梁宽
13.4m,每孔梁重8530kN,简支箱梁支座中心距梁端距离
0.75m,同一桥墩相邻梁支座间距
1.6m轨底至梁底高度为
3.7m,采用盆式橡胶支座,支座高
0.173m,梁底至支座铰中心
0.
093、建筑材料支撑垫石、顶帽、托盘采用C40钢筋混凝土,墩身采用C30混凝土,桩身采用C25混凝土
4、地质及地下水位情况标高地质情况厚度标高地质情况厚度
36.79~
36.29耕地
0.5-
3.51~-
12.31粗砂中密
8.
836.29~
30.79软塑砂粘土
5.5-
12.31~-
22.31中砂中密
10.
030.79~
21.29粉砂
9.5-
22.31~-
29.31砾砂中密
7.
021.29~
19.89淤泥质砂粘土松软
1.4-
29.31~-
46.31硬塑粘土
17.
019.89~-
3.51细砂中密
23.4土层平均重度γ=20KN/m3,土层平均内摩擦角Φ=28°,地下水位标高+
30.5m
5、标高梁顶标高+
53.483m,墩底+
35.81m
6、风力W=800Pa(桥上有车)
7、桥墩尺寸如图1所示单位cm,标高m图1桥墩及承台尺寸示意图㈡设计荷载
1、承台底外力合计双线、纵向、二孔重载N=18629.07kNH=
341.5KNM=
4671.75kN.m;双线、纵向、一孔重载N=17534.94kNH=
341.5knM=
4762.57kN.m
2、墩顶外力双线、纵向、一孔重载H=
253.44KNM=
893.16KN.m
二、拟定尺寸
1、桩身采用C25混凝土
2、设计桩径采用d=
1.25m,成孔桩径为
1.28m钻孔灌注桩,采用旋转式钻头
3、画出土层分布图,选用粗砂层为持力层,桩端进入持力层的临界深度为
1.5d=
1.5m,即桩端进入持力层要大于
1.5m,从承台底面到细沙层底部深度为3
6.82m,则取桩长l=42m桩底标高-
8.69m,进入持力层
5.18m
4、估算桩数(按双孔重载估算)估算公式土层平均天然重度,由于桩侧土为不同土层,应采用各土层容重加权平均,在地下水位以上采用天然重度,在地下水位以下采用浮重度,∴查《铁路桥规》得,地基的基本承载力取密实砂,,深度修正系数∴钻孔灌注桩桩底支撑力折减系数各土层的极限承载摩阻力软塑砂粘土粉砂淤泥质砂粘土细砂粗砂∴单桩的轴向受压容许承载力取,则估算桩数,暂取6,验算后作必要调整
5、桩在承台底面的布置查《铁路桥规》,当时,最外一排桩至承台底板边缘的净距不得小于0.3d(设计桩径)且不得小于
0.5m,且钻孔灌注摩擦桩中心距不应小于
2.5成孔桩径,满足桩间距和和承台边到桩净距的前提下得到桩在承台底面的布置情况,如下图(单位cm)
6、桩与承台连接方式采用主筋伸入式,桩伸入承台板内10cm,具体配筋见后面详述
三、承台底面形心处的位移计算
1、设计荷载双线、纵向、二孔重载双线、纵向、一孔重载
2、计算
(1)桩的计算宽度其中,桩为圆形且d1m.所以∴,其中因此,
(2)计算基础变形系数α,∴假定桩为弹性桩,则其计算深度深度内存在两层不同的土,则m的换算公式为其中,,则∴而,则桩为弹性桩,假设成立
3、计算单桩桩顶刚度其中,∴∴又,查表有,∴
4、计算承台刚性系数对于低承台桩基,承台完全处于软塑砂粘土中,因此,承台的计算宽度为,∴
5、计算承台底面形心处的位移a,b,β桩基为竖直桩基,桩群对称布置,,则有由上式得承台形心位移1荷载情况1—双线、纵向、二孔重载
②荷载情况2—双线、纵向、单孔重载
四、墩身弹性水平位移δ的计算假定墩帽、托盘和基础部分产生刚性转动,将墩身分为四个部分,(由于墩身4-5段下部分在土中,故将其分为两段,只计算土上部分风力),分别计算它们所受的风荷载桥上有车时的风压强度W=800Pa,纵向水平风力等于风荷载强度乘以迎风面积分别计算出四部分的上下底边长及中线长,然后计算出各个截面的弯矩,再求和即可得到托盘底面所受的总弯矩
1、和纵向风力引起的力矩墩冒所受风力托盘所受风力墩身风力风力合力作用点位置距长边的距离为y,梯形形心轴距长边的距离公式为,其中a为长边,b为短边,h为梯形高计算得,,将墩身分成四段,利用几何关系分别求出边长及中线长,如下图风力及截面弯矩值计算表对各截面弯矩M(KN·m)水平力KN托盘顶0托盘底1234墩底5墩顶水平力
152.
064532.
2241292.
5442052.
8642813.
1843573.504墩帽风力
1.
086.
4817.
2828.
0838.
8849.68托盘风力
6.
02929.
42952.
82976.
22999.629墩身风力
21.
38464.
296107.
208150.
12021.
81565.
591109.
36722.
24666.
88620.240墩顶弯矩
893.
16893.
16893.
16893.
16893.
16893.16总计
1046.
3041437.
8932253.
7973113.
0444016.
4984962.
5862、墩顶水平位移计算注墩帽托盘C40,墩身C30墩冒
969.
7320.
60.
329.
1607.5816E+
082.302E-07托盘
1242.
0991.
51.
3517.
74934.6148E+
085.450E-061-2段
1845.
84533.
617.
20754.1298E+
084.827E-052-3段
2683.
42136.
619.
56464.6955E+
081.133E-043-4段
3564.
77139.
622.
15215.3165E+
081.931E-044-5段
4489.
542312.
624.
98395.9961E+
082.830E-04总计
6.434E-04表中,分段高度,分段中线到墩顶铰支座距离,
五、桩基检算
1、单桩承载力检算(按双孔重载计算)则桩顶内力桩身C25混凝土容重,土平均重度则桩自重桩入土部分同体积土重则其中,,故单桩轴向受压承载力满足要求
2、群桩承载力检算(按双孔重载计算)将桩群看作一个实体基础,则实体基础为一台体,台体底面由于内摩擦角()较顶面放大(如左图),底面尺寸桩自重桩侧土重承台重承台部分土重
3、墩顶水平位移检算(按一孔重载)墩高则墩顶位移
4、结构在土面处的位移(按一孔重载)在《桥规》中查m、m0时,只适用于结构在地面处的最大位移为6mm,若超过6mm就不能采用“m”法进行计算,故需要对桩在土面处的位移进行检算墩身埋于土中高度∴可以用m法直接查表计算
5、桩身截面配筋设计(一孔重载)
(1)桩身弯矩计算∴任意深度z处桩身截面弯矩列表计算如下
0.
000.
000.
0001.
0000.
00023.
1823.
180.
200.
570.
1970.
99810.
82723.
1433.
960.
401.
130.
3770.
98620.
71922.
8643.
580.
601.
700.
5290.
95929.
07322.
2351.
310.
802.
260.
6460.
91335.
50321.
1756.
671.
002.
830.
7230.
85139.
73519.
7359.
461.
203.
390.
7620.
77441.
87817.
9459.
821.
403.
960.
7650.
68742.
04315.
9357.
971.
604.
520.
7370.
59440.
50413.
7754.
281.
805.
090.
6850.
49937.
64611.
5749.
222.
005.
660.
6140.
40733.
7449.
4443.
182.
206.
220.
5320.
32029.
2387.
4236.
662.
406.
790.
4430.
24324.
3465.
6329.
982.
607.
350.
3550.
17519.
5104.
0623.
572.
807.
920.
2700.
12014.
8392.
7817.
623.
008.
480.
1930.
07610.
6071.
7612.
373.
509.
900.
0510.
0142.
8030.
323.
134.
0011.
310.
0000.
0000.
0000.
000.00由表知
(2)计算偏心距初始偏心距偏心距放大系数其中,影响系数计算长度,(为变形系数)主力+附加力,所以K=
0.6则∴
(3)配筋根据灌注桩构造要求,桥梁桩基主筋宜采用光圆钢筋,主筋直径不宜小于16mm,净距不宜小于120mm,且任一情况下不得小于80mm,主筋净保护层不应小于60mm在满足最小间距的情况下,尽可能采用单筋、小直径的钢筋,以提高桩的抗裂性,所以主筋采用I级钢筋桩身混凝土为C25,根据《桥规》规定,取=
0.5%则选用20φ20的Ⅰ级钢筋,,取净保护层厚度,采用对称配筋,则主筋净距为,符合要求桩与承台的联结方式为主筋伸入式,桩身伸入承台板
0.1m,主筋伸入承台的长度(算至弯钩切点)对于光圆钢筋不得不小于45倍主筋直径即900mm主筋应配到4/α处以下2m处(约为
13.31m)取其长度为14m,则主筋总长为15m箍筋采用Φ8@200mm,为增加钢筋笼刚度,顺钢筋笼长度每隔2m加一道φ18的骨架钢筋顺钢筋笼长度每隔2m在四个节点处加四个定位钢筋,直径为Φ18桩身截面配筋如设计图纸
(4)判断大小偏心取n=15换算截面面积换算截面惯性矩核心距故属小偏心构件
(5)应力检算小偏心构件,全截面受压,则应力合格
(6)稳定性检算桩计算长度查《混凝土结构设计原理》表11-4得Φ=
1.0,查表11-3得m=
12.4则稳定性满足要求
6、单根桩材料表
(1)钢筋直径mm根数单根长m单重kg/m总长m总重kg受力纵筋
2020152.47300741环向箍筋
8752.
760.
39520781.765骨架钢筋
1876.
14242.
9885.96定位钢筋
18280.
424211.
87223.744总
932.469
(2)混凝土等级直径m长m体积桩C
251.
284254.045
六、电算结果
1、电算输入文件
26200.
53.128000
0005000280.
58000285.
58000289.
54000281.415000
2823.425000
288.
841.
251.250420-
2.
2541.
251.
2504202.
253.
4811.
2000341.517534.
944762.
57341.518629.
074671.75***************************************************第一部分原始数据***************************************************桩类型组数土层数作用力H方向上一排桩的桩数262桩端嵌固类型MD=.0桩传力类型系数XS=
0.5000最小桩间净距LS=
3.10米桩材砼弹性模量E=
0.2800E+08kN/m2地基比例系数kN/m4内摩擦角度第I土层的厚度米
5000.
28.
00.
508000.
28.
05.
508000.
28.
09.
504000.
28.
01.4015000.
28.
023.4025000.
28.
08.80IITDDBLOLIAHX
141.
2501.
2500.
00042.
0000.0000-
2.
2500241.
2501.
2500.
00042.
0000.
00002.2500承台埋入地面或局部冲刷线以下的深度
3.5承台的实际宽度
11.2荷载类型I水平力HkN轴向力NkN弯矩MkN.m
10.
00.
00.
02341.517534.
94762.
63341.518629.
14671.8***************************************************第二部分计算结果***************************************************基础的变形系数a及桩顶刚度系数IAFLO1LO2LO3LO
410.35314809
59.5012525
3.7432918
2.7214059
56.
3820.35314809
59.5012525
3.7432918
2.7214059
56.38承台刚度矩阵IK1K2K3115745
49.09168
70.000000-19693
39.52750
320.00000011847
676.00000
00.0000003-19693
39.52750
30.00000071321
930.609031*******************************荷载类型NP=1单孔轻载*******************************承台位移水平位移毫米竖向位移毫米转角rad
0.
000.
000.0000E+00I=1第1根桩的桩顶位移JA1JA2JP2J
10.
000.
000.00000
020.
000.
000.00000
030.
000.
000.000000第1根桩桩身内力JHmMykN.mQykNdykN/m
10.
570.
0000.
0000.
00021.
130.
0000.
0000.
00031.
700.
0000.
0000.
00042.
270.
0000.
0000.
00052.
840.
0000.
0000.
00063.
400.
0000.
0000.
00073.
970.
0000.
0000.
00084.
540.
0000.
0000.
00095.
110.
0000.
0000.
000105.
670.
0000.
0000.
000116.
240.
0000.
0000.
000126.
810.
0000.
0000.
000137.
380.
0000.
0000.
000147.
940.
0000.
0000.
000158.
510.
0000.
0000.
000169.
080.
0000.
0000.
000179.
650.
0000.
0000.
0001810.
210.
0000.
0000.
0001910.
780.
0000.
0000.
0002011.
350.
0000.
0000.000I=2第2根桩的桩顶位移JA1JA2JP2J
10.
000.
000.00000
020.
000.
000.00000
030.
000.
000.000000第2根桩桩身内力JHmMykN.mQykNdykN/m
10.
570.
0000.
0000.
00021.
130.
0000.
0000.
00031.
700.
0000.
0000.
00042.
270.
0000.
0000.
00052.
840.
0000.
0000.
00063.
400.
0000.
0000.
00073.
970.
0000.
0000.
00084.
540.
0000.
0000.
00095.
110.
0000.
0000.
000105.
670.
0000.
0000.
000116.
240.
0000.
0000.
000126.
810.
0000.
0000.
000137.
380.
0000.
0000.
000147.
940.
0000.
0000.
000158.
510.
0000.
0000.
000169.
080.
0000.
0000.
000179.
650.
0000.
0000.
0001810.
210.
0000.
0000.
0001910.
780.
0000.
0000.
0002011.
350.
0000.
0000.000*******************************荷载类型NP=2单孔重载*******************************承台位移水平位移毫米竖向位移毫米转角rad
0.
311.
480.7537E-04I=1第1根桩的桩顶位移JA1JA2JP2J
10.
310.
3114.16333
621.
311.
311940.73205
930.
080.
083.537224第1根桩桩身内力JHmMykN.mQykNdykN/m
10.
5711.
44413.
4982.
22821.
1318.
65211.
7643.
77631.
7024.
6619.
3324.
69942.
2729.
1726.
5355.
07652.
8432.
0613.
6575.
00463.
4033.
3490.
9234.
58473.
9733.168-
1.
5003.
92384.
5431.727-
3.
5013.
11795.
1129.285-
5.
0262.
253105.
6726.117-
6.
0611.
401116.
2422.496-
6.
6280.
614126.
8118.675-
6.776-
0.
074137.
3814.875-
6.566-
0.
645147.
9411.279-
6.067-
1.
095158.
518.033-
5.345-
1.
434169.
085.246-
4.458-
1.
679179.
652.997-
3.453-
1.
8531810.
211.343-
2.364-
1.
9811910.
780.326-
1.210-
2.
0852011.35-
0.
0200.000-
2.180I=2第2根桩的桩顶位移JA1JA2JP2J
10.
310.
3114.16333
621.
651.
652443.00294
130.
080.
083.537224*******************************荷载类型NP=3双孔重载*******************************承台位移水平位移毫米竖向位移毫米转角rad
0.
311.
570.7405E-04I=1第1根桩的桩顶位移JA1JA2JP2J
10.
310.
3114.39088
321.
411.
412081.89319
530.
070.
072.225895第1根桩桩身内力JHmMykN.mQykNdykN/m
10.
5710.
26213.
7292.
22021.
1317.
60211.
9993.
76931.
7023.
7469.
5694.
69842.
2728.
3916.
7715.
08552.
8431.
4123.
8855.
02263.
4032.
8261.
1374.
61373.
9732.761-
1.
3043.
96084.
5431.425-
3.
3293.
16095.
1129.074-
4.
8792.
300105.
6725.982-
5.
9401.
449116.
2422.422-
6.
5350.
660126.
8118.647-
6.708-
0.
031137.
3814.878-
6.521-
0.
607147.
9411.302-
6.042-
1.
063158.
518.065-
5.336-
1.
409169.
085.279-
4.461-
1.
662179.
653.026-
3.464-
1.
8451810.
211.365-
2.376-
1.
9821910.
780.342-
1.219-
2.
0962011.35-
0.
0060.000-
2.202I=2第2根桩的桩顶位移JA1JA2JP2J
10.
310.
3114.39088
321.
741.
742575.37430
530.
070.
072.22589
53、手算与电算结果对照表表一基础变形系数及桩顶刚度系数 电算结果
0.35314809
59.512525
3.7432918
2.7214059
56.38手算结果
0.3536表二承台刚度系数矩阵 电算结果15745
49.09168711847
676.000000-19693
39.52750371321
930.609031手算结果表三荷载情况承台位移水平位移mm竖向位移mm转角rad单孔重载电算结果
0.
311.
480.7537E-04手算结果
0.
46451.
891.002E-04双孔重载电算结果
0.
311.
570.7405E-04手算结果
0.
46682.
010.9849E-0459060¢ñ130185185130604527045360750206020602501200150604024163824116636816620320201661841841667002413193192411120¢ñ50:150:
133.
3135.
8147.
8150.31。