下部结构钻孔灌注桩双柱式桥墩的计算

1、3. 2下部结构钻孔灌注桩、双柱式桥墩的计算3.2.1设计资料1、设计标准及上部构造设计荷载：公路-II级；桥面净空：净-8+2 x 1m标准跨径：Lb =13m ,梁长12.96m；上部构造：预应力简支空心板.2、水文地质条件冲刷深度：最大冲刷线为河床线下 6.88m处；按无横桥向的水平力漂流物、冲击力、水流压力等计算.3、材料钢筋：盖梁主筋用HRB33屋冈筋,其它均用R235钢筋混凝土：盖梁、墩柱用C30,系梁及钻孔灌注桩用 C254、桥墩尺寸 5.5m盖梁融而标高咫 7 -0.7rn撕标商1 I-1 JI II 图3-17 ：尺寸单位 cm5、设计依据?公路桥涵地基与根底设计标准?JTG

2、 D63-20223.2.2 盖梁计算一荷载计算1、上部结构永久荷载见表3-15:靠歹二3.2巾最大冲隧牖C967/E表 3-15每片边板自重KN/m每片中板自重KN/m一孔上部构造自重与一个支座恒载反力KN1、9号2-8号(KN)边板1、9号中板28号12.7499.513248.49292.86259.632、盖梁自重及作用效应计算1/2盖梁长度图 3-18表3-16:盖梁自重产生的弯矩、剪力效应计算截回编R自重KN弯矩(KN m)剪力KNV左V右1-1q1=0.7 X 0.625 X 1.5X 25+0.625 X0.2X21.5 X 25=18.75M1 =-0.7 X 0.625 X

3、 1.5 X 25 X0.625 0.625 X 0.2 X 1.5 X 25X06型=-5.61 3-18.75-18.752-21 ,、q2 = (0.9+1.1 ) X 20.625 X 1.5 X 25=23.44M 2=-0.7 X 1.25 X 1.5 X 25 X1.25 0.625- X 0.4 X 1.5 X 25 X21.25 0 =-24.413-42.19-42.193-3q3 =0.75 X 1.1 X 1.5 X25=30.94M 3=-0.7 X 1.25 X 1.5 X 25 X1 251 251.375- X0.4X1.5X25X (230 75 +0.75

4、) -30.94 X u =-69.61-73.13116.944-4q4 =0.65 X 1.1 X 1.5 x25=26.81M 4 =190.07 X 0.65- (30.94+26.81 ) X0.7-0.7 X 1.25 X1.5 X 25X 1251252.025- X 0.4 X 1.5 X 25X (+231.4) =-0.3690.1390.135-5q5 =2.185 X 1.1 X 1.5X 25=90.13M 5=190.07 X 2.835- (30.94+26.81 +90.13 ) X 1.7925-0.7 X 1.25 X 1.5 X251.25 X4.21X

5、0.4 X 1.5 X25X21 25 +3.585 ) =98.12300q1+q2+q3 + q4 +q5=190.07KN3、可变荷载计算(1)可变荷载横向分布系数计算：荷载对称布置时用杠杆法,非对称布置 用偏心受压法.公路-I级单车列,对称布置(图3-19)时:图 3-191=6=012 = 50.088 =0.0442 5213 = 4 = 0.912 =0.4562b、双车列,对称布置图3-20时:图 3-20P/2P/2P/2P/2板 板 板 板 板 板 号 号 号 号 号 号1 2 3 4 5 S11 = .60.093 -0.047212 = 50.907 =0.454252

6、13 = 4 =-0.925 0.075 = 0.500c、单车列,非对称布置图3-21时:318;5 O 1 8T-I AL PP/2P/2P/2130 I 180 P/2501P/2180 228,51SS153153153图 3-21事 1由i二一士eaj/2 a2 , n=6, e = 3.185,22222、a = 2 0.7652.2953.955 = 42.99贝 U1 3.185 3.955 = 6 1 0.2930 =0.460642.991 3.185 2.2952 -642.9913.185 0.7653 = 642.99161= 0.1700 =0.33761=1 0.

7、0567 =0.22364 - -0.0567 =0.1106150.1700 -0.003616 = - -0.290 = -0.126 6d、双车列,非对称布置图3-21时：n=6, e = 1.635, 2Z a2 =42.99211.635 3.955T 642.991=0.1504 = 0.317611.635 2.295十642.991二一 0.0873 =0.254611.635 0.765 r 1-0.0291 =0.19661 一 一40.0291 =0.1386160.1504 =0.0166(2)按顺桥向可变荷载移动情况,求得支座可变荷载反力的最大值(图3-22)23BK

8、N图 3-2210.5KN/m公路-I级双孔布载单列车时:-19.5 2 10.5B 二238 = 442.75 KN双孔布载双列车时:2B=2 442.75 = 885.5KN单孔布置单列车时：195 105B = 238=340.375KN2单孔布载双列车时：2B=2 340.375 = 680.75KNR =B),见(3)可变荷载横向分布后各梁支点反力(计算的一般公式为表 3-17表3-17 :各板支点反力计算何载横向分布情况公路-I级荷载(KN计算方法横向分布系 数11单孔双孔BB对称仰按单列行车公“1=0343.890.00447.880.00杠杆法算路-I级“2=0.04415.1

9、319.71“3=0.456156.81204.231=0,456156.81204.230 5 =0.04415.1319.7150.000.00双列行车公路-I级10.047687.7832.33895.7642.10“2 =0.454312.25406.68“3 =0.5343.89447.88“4 =0.5343.89447.88n 5 =0.454312.25406.68“6=0.04732.3342.10非对称矶J 按偏心受压 法算单列行车公路-I级10.46343.89158.19447.88206.02n 2=0.337115.89150.94“3=0.22376.6999.8

10、8“4=0.1137.8349.27“5 =-0.003-1.03-1.346 =-0.126-43.33-56.43双列行车公路-I级10,319687.78219.40895.76285.75n 2=0.254174.70227.52“3=0.196134.80175.57“4=0.13894.91123.61n 5 =0.07954.3370.77=0.01611.0014.33(4)各板永久荷载、可变荷载反力组合：计算见表3-18,表中均取用各板的最大值,其中冲击系数为:1 =1 0,2868 =1.2868表3-18 :各板永久荷载、可变荷载根本组合计算表(单位：KN)编R荷载情况1

11、号板R12号板3号板4号板5号板6号板R2R3R4R5R6恒载585.73519.26519.26519.26519.26585.73公路-I级双列对称54.18523.31576.33576.33523.3154.18公路-I级双列非对称367.70292.78225.92159.0791.0618.444+(2639.911042.571095.591095.591042.57639.91+卷953.43812.04745.18678.3610.32604.174、双柱反力Gi计算图3-23所引起的各梁反力表3-19:图3-23 :尺寸单位 cm表3-19 :双柱反力 G1计算何载组反力G

12、1计算式合情(KN)况组合1(639.91 6,79 +1042.57 父 5.13 +1095.59 父 3.6 +1095.59 父 2.076公5.672778.07路-I+ 1042.57 0.54-639.911,12) =2778.07级双列对称组合公路-I1 (953.43 m6.79 +812.65 父 5.13 +745.18 父 3.6+ 678.33父 2.075.672536.57级双+ 610.02 M0.54 -604.17父1.12) = 2536.57列非对称由上表知应取组合U限制设计,止匕时G1 =G2 =2778.07KN二内力计算1、包载加活载作用下各截面

13、的内力1弯矩计算图3-23截面位置见图3-23,为求得最大弯矩值,支点负弯矩取用非对称布置时的 数值,跨中弯矩取用对称布置时数值.各截面弯矩计算式为：M14 =0M22 =-Ri 0.37M33R1 1.12M44 - -R1 1.77 - R2 0.11 G1 0.65M5s=R1 3.955 - R2 2.30 - R3 0.77 G1 2.835各种荷载组合下的各截面弯矩计算见表 3-20表3-20 :各截面弯矩计算荷载组合情况墩柱反力KN板支座反力KN各截回号矩KN,m G1R1R2R3截回2-2截回3-3截回4-4截回5-5组合C5公路-I级2778.07639.911042.571

14、095.59-236.77-716.70558.422103.47双列对称组合Q公路-I级双列非对称2536.57953.43812.65745.18-352.77-1067.84-128.19977.482相应于最大弯矩时的剪力计算一般计算公式为：截面 1-1 : V左=0, V右=-R;截面2-2 : V左=V右=-R1;截面 3-3 : V左=-R , V右=Gi - Ri ;截面 4-4 :V左=Y右=Gi- R- R2 ;截面 5-5 :V左=7右=G1- R1- R2 -R3.计算值见表3-21 :表3-21 ：各截面剪力计算荷载组合情况墩柱反力GKN板支座反力KN)各截回男力KN

15、R2R3截回1-1截回2-2截回3-3截回4-4截回5-5V左V右V左V右V左V右V左V右V左V右组合6公2778.639104210950-639-63-639-63921381095109500路一级07.91.57.59.919.9.91.91.16.59.59组合7公2536.953812.745.0-953-95-953-9531583770.770.25.25.路一级57.436518.433.4.43.43盖梁内力汇总表3-22表中各截面内力取表3-20和表3-21中的最大值,按表3-22可绘制内力计算的包络图表3-22 :盖梁内力汇总表内力截回1-1截

16、回2-2截回3-3截回4-4截回5-5弯矩(KN m)M自重-5.61-24.41-69.61-0.3698.12M荷载0.00-352.77-1067.84558.42977.48M计算-5.61-377.18-1137.45558.061075.60剪力KN V自重左-18.75-42.19-73.1390.130.00右-18.75-42.19116.9490.130.00V荷载左0.00-953.43-953.431095.5925.31右-953.43-953.432138.161095.5925.31V计算左-18.75-995.62-1026.561185.7225.31右-97

17、2.18-995.622255.101185.7225.31三截面配筋设计与承载力核算采用C30混凝土,主筋选用HRB335 i 22,保护层5cm (钢筋中央至混凝 土边缘).fcd =13.8MPa , fsd =280MPa.1.正截面抗弯承载力验算0M d - fcdbx ho -x2fsd As = fcd bXfcdbxAs =d fsd以下取3-3截面作配筋设计,其它截面雷同.：bh =150 110cm, M d =-1137.45KN m ,取 0=11,h0=110-5 = 105cm即：、,“6 j “ J X )1.1 1137.45106 13.8父1500Mx 10

18、50 |2)化简后为:x2 -2100x 112522.85 =0解方程得x = 59mm2=4379 mmfcdbx _ 13.8 1500 59280A.4379用(|)22钢筋,其根数n= -39 = 11.5根,实际选用12根,配筋率：N =一As1 380.14561.21500 1050100% =0.290%该截面实际承载力Mu为:Mu=fsdAs ho59、=280 m 4561.2 m 1050 I2 J= 1303.32KN m . 0Md =1137.45 1.1 =1251.20KN m就正截面承载水平与配筋率而言,配筋设计满足?公预规?要求. 其它截面的配筋设计如表3

19、-23表3-23 :各截面钢筋量计算表截卸号MKN m所需钢筋面积As(mm2 )所需企22(根数)实际选用含筋率(%根数As(mm2 )1-1-5.61830410.1932-2-377.1814243.71038010.2413-3-1137.45437911.51239080.2904-4558.0621175.61038010.2415-51075.6413410.91239080.2902.斜截面按?公预规?5.2.10条要求,当截面符合： 皿 0.50M0J32ftdbh0(KN河不进行斜截面抗剪承载力计算,仅需按?公预规?9.3.13条构造要求配置箍筋.式中：2预应力提升系数,本

20、例取口2=1.0；fsd 混凝土抗拉设计强度,本例取fsd=1.39MPa对于1-1截面：0.5 10-：2ftdbh00.5 10-1.01.391500850 =886.13KN对于2-2截面5-5截面：0.5 10&:2ftdbh0=0.5 10-1.01.3915001050 =1094.63KN按?公预规?规定：0Vd M 0.51 10,fcukbh0 =0.51 10* 30 1500 1050 = 4399.58KN对照表3-23,可按构造要求设置斜筋与箍筋,见图 3-23.图 3-233.全梁承载力校核h0 =1050mm, 0s =280MPa , 一根主筋企22所能承受的

21、弯矩值为：M l =as x As x z , 其 中z = 0.92h = 966mm, 代 入后得Ml =280 380.1 996 =102.8(KN m),据此绘制弯矩包络图和全梁承载力校核图,如图 3-24所示.122Z3.2,3桥墩墩柱计算墩柱直径为130 cm,用30号混凝土,R235级钢筋.尺寸见图3-25.(一)荷载计算1 .恒载计算：(1)上部构造恒载,一孔总重：3248.49KN(2)盖梁自重(半根梁重)：190.069KN(3)横系梁重：72.976KN(4) 一根墩柱自重：169.23KN作用墩柱底面的包载垂直力为：1N横=一父 3248.49+169.23 = 17

22、93.475 KN 22 .汽车荷载计算荷载布置及行驶情况见前述图3-19至图3-21 ,由盖梁计算得知：(1)公路I级单孔荷载单列车时：B1 -0, B2 =343.89KN,B1 B2 =343.89KN相应的制动力：T =343.89 2 0.1 =68.78KN根据?公预规?4.3.6条规定公路I级汽车制动力不小于 165,故取制动力165KN双孔荷载单列车时：B1 B2 = 447.88KN相应的制动力:T =447.88x2x0.1 =89.6KN 165KN ,故制动力取 165KN汽车荷载中双孔荷载产生支点处最大反力值,即产生最大墩柱垂直力；汽车 荷载中单孔荷载产生最大偏心弯矩

23、,即产生最大墩柱低弯矩.3 .双柱反力横向分布系数计算汽车荷载位置见图3-25:二318,5RiRi图3-25 :尺寸单位cm单列车时:318.5 238.5 彳“八 =1.062567=1 -1.062-0.062双列车时:163.5 238.5 = 0.7885672 =1 - 0.788 =0.2124 .荷载组合1最大最小垂直反力计算,见下表表3-24 :可变荷载组合垂直反力计算双孔编号荷载状况最人垂直反力KN最小垂直反力KN1BT(1+u)“2B1 + u )1公路I级单列车1.0621224.13-0.062-71.472双列车0.788908.30.212244.36表中汽车荷载

24、已经乘以冲击系数(1 + =1.2868)(2)最大弯矩时计算(单孔)表3-25 :可变荷载组合最大弯矩计算(单孔)编号荷载情况墩柱顶反力计算式B1+u)垂直力(KN水平力H (KN)对柱顶中央弯矩(KN,m)BiB2B1 +B20.25 B1-B2 )1.14H1上部与盖梁-1814.31002单孔双列车687.78 X0.788 X1.2868697.410697.4182.5174.35127.88表内水平力由两墩柱平均分配(二)截面配筋计算及应力验算1 .作用于墩柱顶的外力(图3-26)(1)垂直力：最大垂直力：Nmax -1814.31 1224.13 -3038.44KN最小垂直力

25、：(需要考虑与最大弯矩值相适应)Nmin =1814.31 697.41 =2511.72KN(2)弯矩：Mmax =174.35 127.88 = 302.23KN m(3)水平力:H =82.5KN2、作用于墩柱底的外力Nmax -3038.44 169.23 =3207.67KNNmin =2511.72 169.23 = 268Q95KNM max =225.65 82.5 5.1 =646.4KN3、截面配筋计算墩柱选用C30混凝土,采用20苴16HRB335I冈筋,Ag =40.22 cm2,那么纵向钢筋配筋率P=Ag4022二 r2二 6502= 0.3%,由于 l0/(2r )

26、=5.1/(2父0.65)=3.97,故不计偏心增大系数：取=中=1.0；(1)双孔荷载,按最大垂直力时,墩柱顶按轴心受压构件验算,根据?公预规?5.3.1条:0Nd 0.9 : fcdAfsdAs A J _. _ * * k一一 一一一一.一一七0.9 fcdA fsdAs 尸0.9 113.8 1327323 280 4022= 17498.89 KN 0Nd= 3038.44 1.1 =3342.28满足标准要求.(2)单孔荷载,最大弯矩时,墩柱顶按小偏心受压构件验算:Nd = 2511.72KNMd =225.65KN m e0 = = 0.090 = 90mmNdl0/ 2r =3

27、.9 :二 7=1 .0 , e0 = 90mm根据?公预规?5.3.9条偏心受压构件承载力计算应符合以下规定:22 _ 0Nd 2.5,可按弹性桩计算3 .地面以下深度Z处桩身截面上的弯矩M与水平压应力(7ZX的计算作用于地面处桩顶上的外力为:N0 =2717.44KN , H0 =84.507 KN , M0 =911.20KN m(1)桩身弯矩MzH0Mz =0 Am MBma式中的无量纲系数Am,Bm可由表格查得,计算见表3-26,分布图见图3-29表3-26 :桩身弯矩 M z计算(单位：KM- mZZ =sZh =othAmBm虫Am aMBmMz0.330.104.000.099

28、60.9997427.69910.96938.650.660.204.000.196960.9980654.75909.43964.181.320.404.000.377390.98617104.91898.601003.511.970.604.000.529380.95861147.16873.491020.642.630.804.000.645610.91324179.47832.141011.613.291.004.000.723050.85089201.00775.33976.334.281.304.000.767610.73161213.38666.64880.034.931.504

29、.000.754660.68694209.78625.94835.726.582.004.000.614130.40658170.72370.48541.198.222.504.000.398960.14763110.90134.52245.429.873.004.000.193050.0759553.6669.21122.8711.513.504.000.050810.0135414.1212.3426.4613.164.004.000.000050.000090.010.080.10(2)桩身水平压应力zx-zBx式中无量纲系数Ax,Bx可由表格查得,z为换算深度,z =A乙计算见表二 H

30、o二 zx二 一bi3-27,桩身的水平压应力分布示于图3-29.最大冲刷线M(KN,n)1U,z(n)z(n)图 3-29表3-27 :水平压力 仃zx计算单位：KM/I- RZZ =ZAxBx也1Ax b1a2MO -D zBxb1鼠0.000.000.000.000.000.660.202.117791.290884.849.6614.501.320.401.802731.000648.2314.9823.212.300.701.360240.6388510.8716.7427.612.960.901.093610.4448111.2414.9826.223.621.100.854410

31、.2860610.7311.7822.514.931.500.466140.062887.983.5311.516.582.000.14696-0.075723.36-5.67-2.319.873.00-0.08741-0.09471-2.99-10.63-13.6313.164.00-0.10788-0.01487-4.93-2.23-7.15四桩身截面配筋与承载力验算图 3-30图 3-30验算最大弯矩值z=1.97m处的截面强度,该处内力值为：M =1020.64KN mN = 2717.44KN桩内竖向钢筋按0.2%配置,那么 ：22As1.50.2% =35.34 cm选用 2016, As= 40.22cm2 , P = 0.23%, n = Eg/Ec=6.7 桩的换算面积为：- -2_42Ao =Ah nAs = 1.56.7 40.22 101.794m4桩的换算截面模量Wo为：2二 3 nAsrs3Wo = R =0.331m 42R0 = 750mms = 0