课程设计铁路桥墩桩基工程设计中南大学

基础工程课程设计PAGEPAGE1基础工程课程设计基础工程课程设计——铁路桥墩桩基础设计指导老师：班级：姓名：学号：2010年6月目录设计说明书……………2设计计算书……………3收集资料…………………3拟定尺寸…………………5承台底面形心处的位移计算………7墩身弹性水平位移δ的计算………11桩基检算………………13电算结果………………19第一篇设计说明书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》TB1002.5《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》TB1002.3-992．铁路桥墩桩基础设计内容及步骤=1\*GB3①收集资料=2\*GB3②拟定桩的尺寸及桩数=3\*GB3③承台底面形心处的位移计算=4\*GB3④墩身弹性水平位移计算=5\*GB3⑤承载力、位移、稳定性、抗裂性检算及桩身截面配筋设计=6\*GB3⑥绘制桩基础布置及桩身钢筋构造图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1m，成孔直径为1.05m，钻孔灌注桩，用旋转式钻头，桩身采用C25混凝土，桩长40m，粗砂层为持力层，桩底标高为-6.69m。地基容许承载力[σ]=644kPa，单桩轴向受压容许承载力[P]=3048.92KN，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16根Φ18的光圆钢筋，钢筋总长13m，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44.4kN/m。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0.09。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。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~~36.299耕地0.5-3.51~~-12.331粗砂(中密))8.836.29~~30.779软塑砂粘土5.5-12.311~-22.331中砂(中密))10.030.79~~21.229粉砂9.5-22.311~-29.331砾砂(中密))7.021.29～～19.889淤泥质砂粘土(松软)1.4-29.311~-46..31硬塑粘土17.019.89～～-3.551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标高：梁顶标高+53.483m，墩底+35.81m。风力：W=800Pa（桥上有车）。桥墩尺寸：如图1所示(单位：cm，标高：m)。59060¢ñ13059060¢ñ130185185130604527045360750206020602501200150604024163824116636816620320201661841841667002413193192411120¢ñ50:150:133.3135.8147.8150.31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=18629.07kN,H=341.5KN,M=4671.75kN.m;双线、纵向、一孔重载：N=17534.94kN,H=341.5kn,M=4762.57kN.m2、墩顶外力：双线、纵向、一孔重载：H=253.44KN,M=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=1m，成孔桩径为1.05m,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36.82m，则取桩长l=40m。桩底标高-6.69m，进入持力层3.18m。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，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8，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0.5d（设计桩径）且不得小于0.25m，且钻孔灌注桩中心距不应小于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，∴，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∴而而，则桩为弹弹性桩，假假设成立。3、计算算单桩桩顶顶刚度其中，∴∴又，查表有，∴4、计算算承台刚性性系数对于低承台台桩基，承台完全全处于软塑塑砂粘土中中，因此，承承台的计算算宽度为：：，∴5、计算算承台底面面形心处的的位移a，b，β桩基为竖直桩桩基，桩群群对称布置置，，则有：由上式得承台台形心位移移：荷载情况1——双线、纵纵向、二孔重载：②荷载情况况2—双线、纵纵向、单孔孔重载：四、墩身弹性性水平位移移δ的计算假定墩帽、托托盘和基础础部分产生生刚性转动动，将墩身身分为四个部分，（由于墩身身4-5段下部分分在土中，故故将其分为为两段，只只计算土上上部分风力力），分别计算算它们所受受的风荷载载,桥上有车车时的风压压强度W=8000Pa，纵向水水平风力等等于风荷载载强度乘以以迎风面积,分别计算算出四部分分的上下底底边长及中中线长，然然后计算出出各个截面面的弯矩，再再求和即可可得到托盘盘底面所受受的总弯矩矩。1、和纵向风风力引起的的力矩：墩冒所受风力力：托盘所受风力力：墩身身风力：风力合力作用用点位置距距长边的距离离为y，梯形形形心轴距长长边的距离离公式为：：，其中a为长长边，b为短边，h为梯形高高计算得：，，将墩身分成四四段，利用几几何关系分分别求出边边长及中线线长，如下图：：风力及截面弯弯矩值计算算表对各截面弯矩矩M（KN·m）水平力(KNN)托盘顶0托盘底1234墩底5墩顶水平力152.0664532.22241292.55442052.88642813.11843573.5504墩帽风力1.086.4817.2828.0838.8849.68托盘风力6.02929.429952.829976.229999.6299墩身风力21.384464.2966107.2008150.122021.815565.5911109.366722.246666.886620.2400墩顶弯矩893.166893.166893.166893.166893.166893.166总计1046.33041437.88932253.77973113.00444016.44984962.55862、墩顶水平平位移计算算注：墩帽托盘盘C40：，墩身C30：墩冒969.73320.60.329.16007.58166E+0882.302EE-07托盘1242.00991.51.3517.749934.61488E+0885.450EE-061-2段1845.884533.617.207754.12988E+0884.827EE-052-3段2683.442136.619.564464.69555E+0881.133EE-043-4段3564.777139.622.152215.31655E+0881.931EE-044-5段4489.5542312.624.983395.99611E+0882.830EE-04总计6.434EE-04表中，：分段段高度，：：分段中线线到墩顶铰铰支座距离离，五、桩基检算算1、单桩桩承载力检检算（按双双孔重载计计算）则桩顶内力：：桩身C25混混凝土容重重，土平均重重度则桩自重：桩入土部分同同体积土重重：则其中，，故单单桩轴向受受压承载力力满足要求求。2、群桩承载载力检算（按双孔重载计算）将桩群看作一一个实体基基础，则实实体基础为为一台体，台台体底面由由于内摩擦擦角（）较顶面放放大（如右右图），底底面尺寸：：桩自重：桩侧土重：承台重：承台部分土重重：3、墩顶水平平位移检算算（按一孔重载载）墩高：则墩顶位移4、结构在在土面处的的位移（按按一孔重载载）在《桥规》中中查m、m0时，只适适用于结构构在地面处处的最大位位移为6mm，若超过6mm就不能采采用“m”法进行计计算，故需需要对桩在在土面处的的位移进行行检算。墩身埋于土中中高度：∴可以用m法法直接查表表计算5、桩身截截面配筋设设计（一孔孔重载）（1）桩身弯弯矩计算∴任意深度zz处桩身截面弯矩：列表计算如下下：00.00010.0001.9941.9940.20.4770.1970.9988.1421.99010.13220.40.9550.3770.98615.58221.99617.54880.61.4320.5290.95921.86551.91223.77770.81.9090.6460.91326.70001.82128.52111.02.3870.7230.85129.88331.69731.58001.22.8640.7620.77431.49551.54333.03881.43.3410.7650.68731.61991.37032.98991.63.8190.7370.59430.46221.18431.64661.84.2960.6850.49928.31220.999529.30772.04.7730.6140.40725.37880.81226.19002.25.2510.5320.3221.98990.63822.62772.45.7280.4430.24318.31000.48518.79552.66.2050.3550.17513.84660.34914.19552.86.6830.270.1211.16000.23911.39993.07.1600.1930.0767.9770.1528.1293.58.3530.0510.0142.1080.0282.1364.09.547000.0000.0000.000由表知：（2）计算偏偏心距初始偏心距：：偏心距放大系系数：其中，影响系系数计算长度：，（为变形系系数）主力+附附加力，所所以K=0.6则∴（3）配筋根据灌注桩构构造要求，桥桥梁桩基主主筋宜采用用光圆钢筋筋，主筋直直径不宜小小于16mm，净净距不宜小小于1200mm，且且任一情况况下不得小小于80mmm，主筋筋净保护层层不应小于于60mmm。在满足最最小间距的的情况下，尽尽可能采用用单筋、小小直径的钢钢筋，以提高桩桩的抗裂性性，所以主主筋采用I级钢筋。桩桩身混凝土土为C25，根据《桥桥规》规定定，取=00.5%,,则选用16φ118的Ⅰ级钢筋，，取净保护层层厚度，采用对对称配筋，则则主筋净距距为：，符合要求。桩与承台的联联结方式为为主筋伸入入式，桩身身伸入承台台板0.1m，主筋伸伸入承台的的长度（算算至弯钩切切点）对于于光圆钢筋筋不得不小小于45倍主筋直直径（即810mmm），取900mm,主筋应配配到4/α处以下2m处（约为11.555m）,取其长度度为12m，则主筋筋总长为13m。箍筋采用用Φ8@2000mm，为为增加钢筋筋笼刚度，顺顺钢筋笼长长度每隔2m加一道φ18的骨架钢钢筋。顺钢筋笼笼长度每隔隔2m在四个个节点处加加四个定位位钢筋，直直径为Φ18。桩身截面配筋筋如设计图图纸。（4）判断大大小偏心取n=15换算截面面积积：换算截面惯性性矩：核心距：故属小偏心构构件（5）应力检检算小偏心构件，全全截面受压压，则应力合格（6）稳定性性检算桩计算长度查《混凝土结结构设计原原理》表11-44得Φ=1.0，查表11-3得m=122.4则稳稳定性满足足要求6、单根根桩材料表表（1）钢筋直径mm根数单根长m单重kg/mm总长m总重kg受力纵筋1816132208416环向箍筋8652.760.395179.470.86骨架钢筋1862.65215.931.80定位钢筋18240.424210.1820.36总539.022（2）混凝土土等级直径m长m体积桩C251.054034.6366六、电算结果果1、电电算输入文文件22662200..5222800000005000280..58000285..58000289..54000281..415000288223.42500028888.841..11.04400-2.22541..11.044002.2250.9811.22000341.5177534..9447662.577341.5188629..0746771.7552、电算输出出文件*****************************************************************第一部分原始数据*****************************************************************桩桩类型组数数土层数作用力H方向上一一排桩的桩桩数22622桩端嵌固类类型MD==.0桩传力类类型系数XS==0.50000最小桩间净净距LS==2.000(米)桩材砼弹弹性模量E=0.28800E++08(kkN/m22)地基比例系数数(kN//m4)内摩擦角(度)第I土层的厚厚度(米)50000.28.0000.5080000.28.0055.5080000.28.0099.5040000.28.0011.40150000.28.00233.40250000.28.0088.80IITDDDBLLOLIIAAHX141..0001..0000..00040..0000.00000-22.25000241..0001..0000..00040..0000.0000022.25000承台埋入地地面或局部部冲刷线以以下的深度度：11.0承台的实际宽度：111.2荷载类型II水平力H(kNN)轴向力N(kNN)弯矩M(kNN.m)10.000..000.023341.55177534..947622.633341.55188629..146711.8*****************************************************************第二部分计算结果*****************************************************************基础的变变形系数a及桩顶刚刚度系数IAFLLO1LLO2LO3LO410..40499515440.066769972.1121766685..6965591611.4420..40499515440.066769972.1121766685..6965591611.44承台刚度矩阵IK1K2KK3166611779.911017440.00000000--13988653..882338820.00000000776123320.550000000..00000003-133986553.888238880.000000004438188231..1829946**************************************荷载类类型NP=1(单孔轻载)**************************************承台位移水平位移移(毫米)竖向位移(毫米)转角(rad))0.0000.0000..00000E+000I=1第1根桩的桩桩顶位移JA1(JJ)A22(J)P2(JJ)10.00000.000.0000000020.00000.000.0000000030.00000.000.00000000第1根桩桩身内力JH(m))MMy(kNN.m)Qy((kN)ddy(kNN/m)100.500..0000..0000.0000200.990..0000..0000.0000311.490..0000..0000.0000411.980..0000..0000.0000522.480..0000..0000.0000622.970..0000..0000.0000733.470..0000..0000.0000833.960..0000..0000.0000944.460..0000..0000.00001044.960..0000..0000.00001155.450..0000..0000.00001255.950..0000..0000.00001366.440..0000..0000.00001466.940..0000..0000.00001577.430..0000..0000.00001677.930..0000..0000.00001788.420..0000..0000.00001888.920..0000..0000.00001999.420..0000..0000.00002099.910..0000..0000.0000I=2第2根桩的桩桩顶位移JA1(JJ)A22(J)P2(JJ)10.00000.000.0000000020.00000.000.0000000030.00000.000.00000000第2根桩桩身内力JH(m))MMy(kNN.m)Qy((kN)ddy(kNN/m)100.500..0000..0000.0000200.990..0000..0000.0000311.490..0000..0000.0000411.980..0000..0000.0000522.480..0000..0000.0000622.970..0000..0000.0000733.470..0000..0000.0000833.960..0000..0000.0000944.460..0000..0000.00001044.960..0000..0000.00001155.450..0000..0000.00001255.950..0000..0000.00001366.440..0000..0000.00001466.940..0000..0000.00001577.430..0000..0000.00001677.930..0000..0000.00001788.420..0000..0000.00001888.920..0000..0000.00001999.420..0000..0000.00002099.910..0000..0000.0000**************************************荷载类类型NP=2(单孔重载)**************************************承台位移水平位移移(毫米)竖向位移(毫米)转角(rad))0.8002.3300..13422E-033I=1第1根桩的桩桩顶位移JA1(JJ)A22(J)P2(JJ)10.88000.8037.8895666422.00022.0019904.4464733730.11300.13--52.99459778第1根桩桩身内力JH(m))MMy(kNN.m)Qy((kN)ddy(kNN/m)100.50-34..34836..8074.2251200.99-16..77633..8367.5575311.49-1..04329..4639.9906411.9812..27624..17911.2260522.4822..84918..45111.7719622.9730..55912..69111.4411733.4735..4797..24110.4496833.9637..8302..3609.1144944.4637..941-1..7787.55211044.9636..208-5..0745.77751155.4533..056-7..5024.00301255.9528..912-9..0842.33781366.4424..181-9..8850.88791466.9419..230-9..986-0.44401577.4314..384-9..478-1.55821677.939..923-8..444-2.55711788.426..091-6..948-3.44491888.923..105-5..035-4.22671999.421..167-2..720-5.00752099.910..4750..000-5.9910I=2第2根桩的桩桩顶位移JA1(JJ)A22(J)P2(JJ)10.88000.8037.8895666422.66122.6124479.2270266330.11300.13--52.99459778**************************************荷载类类型NP=3(双孔重载)**************************************承台位移水平位移移(毫米)竖向位移(毫米)转角(rad))0.8002.4450..13200E-033I=1第1根桩的桩桩顶位移JA1(JJ)A22(J)P2(JJ)10.88000.8037.9926477022.11522.1520045.9989799030.11300.13--53.55803552第1根桩桩身内力JH(m))MMy(kNN.m)Qy((kN)ddy(kNN/m)100.50-34..96736..8434.2229200.99-17..37333..8867.5543311.49-1..61129..5309.8871411.9811..74624..26311.2228522.48