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-U级；桥面净空：净-8+2xim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 HRB335 钢筋，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、设计依据公路桥涵地基与基础设计规范（JTG D63-2007）3.2.2 盖梁计算（一）荷载计算图 3-17 :尺寸单位 cm

2、1、上部结构永久荷载见表 3-15 :表 3-15每片边板自重（KN/m）每片中板自重（KN/m）一孔上部构造自重每一个支座恒载反力（KN）1、9 号28 号(KIN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、剪力效应计算截面自重弯矩剪力（KN编号(KIN(KN m)V左V右5=0.7X0.625X1.5M1=-0.7X0.625X1.5X25X1-1X25+0.625X0.2X21.5X25=18.750.6250.625-X0.2X1.5X25X2 2.6

3、25=-5.613-18.75-18.751q2= (0.9+1.1)X2M2=-0.7X1.25X1.5X25X2-21 250.625- X0.4X1.5X25X-42.19-42.190.625X1.5X25=23.4421.25门 =-24.413311，a1一2134?00丄567/2_ K96 加C3-3q3=0.75X1.1X1.5X25=30.94M3=-0.7X1.25X1.5X25X1 251.375-X0.4X1.5X25X(一20 75+0.75)-30.94 X 5 - =-69.6121.253-73.13116.94M4=190.07X0.65-(30.94+26

4、.81)Xq4=0.65X1.1X1.5X0.7-0.7X1.25X1.5X25X4-425=26.811 25 1 252.025-X0.4X1.5X25X(+90.1390.13231.4)=-0.36M5=190.07X2.835-(30.94+26.81 +q5=2.185X1.1X1.590.13)X1.7925-0.7X1.25X1.5X255-5X25=90.131 25X4.21- X0.4X1.5X25X200(1.25+3.585)=98.123q1+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

5、置用偏心受压法。公路-I 级a 、单车列，对称布置(图 3-19)时：P/2P/2板板板板号号号号2 3 4 5图 3-191=6=012二50.088 =0.0442 521340.912 =0.4562b、双车列，对称布置（图 3-20）时：P/2尸/2 P/2P/2L180 1T1 111166 _L 一L. 153L 1531&6、呂7-d5号板号板图 3-2011960.093 =0.047212，50.907 =0.45425213二40.9250.075 = 0.5002c、单车列，非对称布置（图 3-21）时:板板号号1 2O00.661&153 丄 15315

6、3 图 3-211由jeai/ 2、a1 2 3 4 5 6，已知 n = 6 , e = 3.185 ,2 2 2 22、a =2 (0.7652.2953.955 ) = 42.9911.635 3.955= 十-642.9911.635 2.295=I -642.9911.635 0.765= I -642.991318,5501180 228,53.185 3.955=丄0.2930二0.460610.1700 =0.337610.0567 =0.223642.993.185 2.29561=+642.9913.185 0.765-642.991二丄-0.0567=0.1106166d

7、、双车列，非对称布置（图 3-21）时:已知：n = 6, e = 1.635, 2、a2=42.9910.1504二0.317610.0873 =0.254610.0291 =0.1960.0291 =0.138610.0873 =0.079160.1504 =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）238KN105KN/m11 t rir f T vI I 1 *._ liso_,L.公路-I 级双孔布载单列车时:双孔布载双列车时:2B=2 442.75 = 885.5KN单孔布置单列车时：19 5X10 5B =- 238 =340.375K

8、N2单孔布载双列车时：2B=2 340.375 = 680.75KN（3）可变荷载横向分布后各梁支点反力（计算的一般公式为 R = B ）,见表 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计算方法何载布置横向分布系数 n单孔双孔19.5 2 10.52238二442.75KN图 3-221BR1BR1对称布置按单列行车公n1=0343.890.00447.880.00杠杆法算路-I 级n2=0.04415.1319.71n3=0.456156.81204.235=0.456156.81204.23 =0.04415.1319.71n6=00.000.00双列

9、行车公路-I 级50.047687.7832.33895.7642.10 =0.454312.25406.68n3=0.5343.89447.88n4=0.5343.89447.88n5 =0.454312.25406.68n6=0.04732.3342.10非对称布置按偏心受压法算单列行车公路-I 级S0.46343.89158.19447.88206.02n2=0.337115.89150.94n3 =0.22376.6999.88”4=0.1137.8349.27n5 =-0.003-1.03-1.34n6=-0.126-43.33-56.43双列行车公路-I 级= 0.319687.7

10、8219.40895.76285.75n2=0.254174.70227.52 =0.196134.80175.57n4=0.13894.91123.61n5 =0.07954.3370.77n6=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、可变荷载基本组合计算表(单位：KN)编号荷载情况1 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

11、双列对称54.18523.31576.33576.33523.3154.18公路-I 级双列非对称367.70292.78225.92159.0791.0618.44（3）639.911042.571095.591095.591042.57639.91C3+C3953.43812.04745.18678.3610.32604.174、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 G 计算何载组合情况计算式反力G1(KN组合1-(639.91父6.79 +1042.57江5.13 +1095.59父3.6+ 1095.59

12、疋2.07 5.67公2778.07路-I+ 1042.57汇0.54639.91汉1.12) =2778.07级双列对称组合O公路-I级双 列非 对称1 (953.43x6.79 +812.65x5.13 +745.18 x 3.6 +678.33X 2.07 5.67+ 610.02 X0.54 604.17x1.12) = 2536.572536.57由上表知应取组合06控制设计，此时 G =G2= 2778.07KN（二）内力计算1、恒载加活载作用下各截面的内力（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

13、置时数值。各截面弯矩计算式为：M1 4- 0M2a = -Ri0.37M3_Ri1.12M44 二-尺 1.77-R20.11 G10.65Ms= -R13.955 -R22.30 -R30.77 G 2.835各种荷载组合下的各截面弯矩计算见表 3-20表 3-20 :各截面弯矩计算何载组合情况墩柱反力（KN）板支座反力（KN）各截面弯矩（KN m）G1R1R2R3截面2-2截面3-3截面4-4截面5-5组合 06 公路-I 级2778.07639.911042.571095.59-236.77-716.70558.422103.47双列对称组合 C7 公路-I 级双列非对称2536.579

14、53.43812.65745.18-352.77-1067.84-128.19977.48（2）相应于最大弯矩时的剪力计算般计算公式为:截面 1-1 :V左,V右= -R1；截面 2-2 :V左二V右-R1;截面 3-3 :V左=-R1,V右二G1- Rj;截面 4-4 :V左 二V右=G1- R1- R2;截面 5-5 :V左=7 右G1- R- R2- R3计算值见表 3-21 :表 3-21 :各截面剪力计算何载组合情况墩柱反力G1（KN板支座反力（ KN各截面剪力（KNR1R2R3截面 1-1截面 2-2截面 3-3截面 4-4截面 5-5V左V右V左V右V左V右V左V右V左V右组合

15、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面 1-1截面 2-2截面 3-3截面 4-4截面 5-5弯矩(KN m)M自重-5

16、.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-972.18-995.622255.101185.7225.31

17、（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（钢筋中心至混凝 土边缘）。fcd=13.8MPa，fsd= 280MPa。1.正截面抗弯承载力验算0Md - fedbxh0-二2fsdAs二fedbxAs二fdbxfsd以下取 3-3 截面作配筋设计，其它截面雷同。已知：bh =150 110cm，Md= -1137.45KN m，取0=1.1，h0=110 -5 =105cm即:6X1.1汉1137.45W06兰13.8X500汉x 1050一 I2丿化简后为:x2_2100 x 112522.85 =0解方程得 x = 59mm空二13

18、.8 1499 1500 59二4379mm2sd100% =0.290%。1500 1050该截面实际承载力Mu为:2804561 2= 2804561.2疋1050 -一I 2丿1303.32KNm .0Md=1137.45 1.1 =1251.20KN m就正截面承载能力与配筋率而言，配筋设计满足公预规要求。其它截面的配筋设计如表 3-23表 3-23 :各截面钢筋量计算表截面号M所需钢筋面积所需22实际选用含筋率KN mAs(mm2)（根数）根数As(mm2)(%1-1-5.61830410.1932-2-377.1814243.71038010.2413-3-1137.4543791

19、1.51239080.2904-4558.0621175.61038010.2415-51075.6413410.91239080.2902. 斜截面按公预规5.2.10 条要求，当截面符合：Vd乞0.50 10亠pftdbh。KN可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。用 22 钢筋，其根数n二As43793 9=11.5根,实际选用 12 根,配筋率：二380.1MufsdAsh059fsd混凝土抗拉设计强度，本例取fsd=1.39MPa。对于 1-1 截面：0.510:2ftdbh。=0.510-1.01.391500 850 =886.13KN对于

20、2-2 截面5-5 截面：0.510J：2ftdbh0=0.510-1.01.39 15001050 = 1094.63KN按公预规规定：V0Vd0.5V1，取-2=12re0= 367mm : 370mm。按桥墩墩柱的计算方法，查公预规附录 C 相关表格，可得到相关系数。经试算，当E=0.59 时，从表格中查得：A=1.4589,B=0.6635,C=0.4485,D=1.8052另设 g=0.88，因p=0.23%,fcd=11.5MPa, fsd/=195MPa 代入下式:D；f：rAfed+CPfsd0.6635 11.5 1.8052 0.0023 0.88 195 .7501.45

21、89 11.5 0.4485 0.0023 195=369mm 370mm则:22j2Nd-1.1 2717.44 -2718.54KN辽Ar fedC fsd=：AfcdLfsdr= 16.98 7502=9550KNNde。= 2718.54 0.37 =1005.86KN乞Br3fedD：、gr3fsd二BfedD：、gfsdr3= 8.34 75003=3520KN m钻孔桩的正截面受压承载力满足要求。（五）墩顶纵向水平位移验算1.桩在地面处的水平位移和转角（X0,；：0）计算偏心增大系数:=11400e。/(r)(2r丿1 2= 1.096什牛AxBx:El : El当：.h _4 , z=0 时，查表得到：Ax=2.44066, Bx=1.621:3EI二0.30432.6 1070.67 0.249 =1.219 1052275:-EI二0.3042.6 100.67 0.249 =4.040 103374：3EI r(0.294)33 1070.67 0.0491 1.4