铁路桥墩桩基础设计.doc

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：目 录第一篇 设计说明书2第二篇 设计计算书3一、 收集资料3二、 拟定尺寸5三、 承台底面形心处的位移计算 7四、 墩身弹性水平位移的计算11五、 桩基检算 13六、 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 收集资料 拟定桩的尺寸及桩数 承台底面形心处的位移计算 墩身弹性水平位移计算承载力、位移、稳定性、抗裂性检算及桩身截面配筋设计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=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20的光圆钢筋，钢筋总长15m，深入承台0.9m。箍筋用8200mm，且沿钢筋笼方向，每隔2m设一道骨架钢筋和定位钢筋，均为18的一级钢。第二篇 设计计算书一、收集资料 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44.4kN/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0.09。3、 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36.7936.29耕 地0.5-3.51-12.31粗砂(中密)8.836.2930.79软塑砂粘土5.5-12.31-22.31中砂(中密)10.030.7921.29粉 砂9.5-22.31-29.31砾砂(中密)7.021.2919.89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=20KN/m3，土层平均内摩擦角=28，地下水位标高：+30.5m5、 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)。5906013018518513060452704536075020602060250120015060402416382411663681662032020166184184166700241319319241112050:150:133.3135.8147.8150.31图1 桥墩及承台尺寸示意图 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=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36.82m，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d 1m. 所以 ，其中因此，（2）计算基础变形系数， 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，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： 荷载情况1双线、纵向、二孔重载： 荷载情况2双线、纵向、单孔重载： 四、墩身弹性水平位移的计算假定墩帽、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（KNm）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：0.00 0.00 0.000 1.000 0.000 23.18 23.18 0.20 0.57 0.197 0.998 10.827 23.14 33.96 0.40 1.13 0.377 0.986 20.719 22.86 43.58 0.60 1.70 0.529 0.959 29.073 22.23 51.31 0.80 2.26 0.646 0.913 35.503 21.17 56.67 1.00 2.83 0.723 0.851 39.735 19.73 59.46 1.20 3.39 0.762 0.774 41.878 17.94 59.82 1.40 3.96 0.765 0.687 42.043 15.93 57.97 1.60 4.52 0.737 0.594 40.504 13.77 54.28 1.80 5.09 0.685 0.499 37.646 11.57 49.22 2.00 5.66 0.614 0.407 33.744 9.44 43.18 2.20 6.22 0.532 0.320 29.238 7.42 36.66 2.40 6.79 0.443 0.243 24.346 5.63 29.98 2.60 7.35 0.355 0.175 19.510 4.06 23.57 2.80 7.92 0.270 0.120 14.839 2.78 17.62 3.00 8.48 0.193 0.076 10.607 1.76 12.37 3.50 9.90 0.051 0.014 2.803 0.32 3.13 4.00 11.31 0.000 0.000 0.000 0.00 0.00 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2020的级钢筋，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/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8200mm，为增加钢筋笼刚度，顺钢筋笼长度每隔2m加一道18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18。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=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C251.284254.045六、电算结果 1、电算输入文件 2 6 2 0 0.5 3.1 280000005000 28 0.58000 28 5.58000 28 9.54000 28 1.415000 28 23.425000 28 8.84 1.25 1.25 0 42 0 -2.254 1.25 1.25 0 42 0 2.253.48 11.20 0 0341.5 17534.94 4762.57341.5 18629.07 4671.75 * * 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 2 6 2 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+08(kN/m2)地基比例系数(kN/m4) 内摩擦角(度) 第I土层的厚度(米) 5000. 28.0 0.50 8000. 28.0 5.50 8000. 28.0 9.50 4000. 28.0 1.40 15000. 28.0 23.40 25000. 28.0 8.80 I IT D DB LO LI AH X 1 4 1.250 1.250 0.000 42.000 0.0000 -2.2500 2 4 1.250 1.250 0.000 42.000 0.0000 2.2500 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H(kN) 轴向力N(kN) 弯矩M(kN.m) 1 0.0 0.0 0.0 2 341.5 17534.9 4762.6 3 341.5 18629.1 4671.8 * * 第 二 部 分 计 算 结 果 * * 基础的变形系数a及桩顶刚度系数I AF LO1 LO2 LO3 LO4 1 0.353 1480959.50 125253.74 329182.72 1405956.38 2 0.353 1480959.50 125253.74 329182.72 1405956.38 承 台 刚 度 矩 阵 I K1 K2 K3 1 1574549.091687 0.000000 -1969339.527503 2 0.000000 11847676.000000 0.000000 3 -1969339.527503 0.000000 71321930.609031 * 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) 0.00 0.00 0.0000E+00 I= 1 第 1 根桩的桩顶位移 J A1(J) A2(J) P2(J) 1 0.00 0.00 0.000000 2 0.00 0.00 0.000000 3 0.00 0.00 0.000000 第 1 根 桩 桩 身 内 力 J H(m) My(kN.m) Qy(kN) dy(kN/m) 1 0.57 0.000 0.000 0.000 2 1.13 0.000 0.000 0.000 3 1.70 0.000 0.000 0.000 4 2.27 0.000 0.000 0.000 5 2.84 0.000 0.000 0.000 6 3.40 0.000 0.000 0.000 7 3.97 0.000 0.000 0.000 8 4.54 0.000 0.000 0.000 9 5.11 0.000 0.000 0.000 10 5.67 0.000 0.000 0.000 11 6.24 0.000 0.000 0.000 12 6.81 0.000 0.000 0.000 13 7.38 0.000 0.000 0.000 14 7.94 0.000 0.000 0.000 15 8.51 0.000 0.000 0.000 16 9.08 0.000 0.000 0.000 17 9.65 0.000 0.000 0.000 18 10.21 0.000 0.000 0.000 19 10.78 0.000 0.000 0.000 20 11.35 0.000 0.000 0.000 I= 2 第 2 根桩的桩顶位移 J A1(J) A2(J) P2(J) 1 0.00 0.00 0.000000 2 0.00 0.00 0.000000 3 0.00 0.00 0.000000 第 2 根 桩 桩 身 内 力 J H(m) My(kN.m) Qy(kN) dy(kN/m) 1 0.57 0.000 0.000 0.000 2 1.13 0.000 0.000 0.000 3 1.70 0.000 0.000 0.000 4 2.27 0.000 0.000 0.000 5 2.84 0.000 0.000 0.000 6 3.40 0.000 0.000 0.000 7 3.97 0.000 0.000 0.000 8 4.54 0.000 0.000 0.000 9 5.11 0.000 0.000 0.000 10 5.67 0.000 0.000 0.000 11 6.24 0.000 0.000 0.000 12 6.81 0.000 0.000 0.000 13 7.38 0.000 0.000 0.000 14 7.94 0.000 0.000 0.000 15 8.51 0.000 0.000 0.000 16 9.08 0.000 0.000 0.000 17 9.65 0.000 0.000 0.000 18 10.21 0.000 0.000 0.000 19 10.78 0.000 0.000 0.000 20 11.35 0.000 0.000 0.000 * 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) 0.31 1.48 0.7537E-04 I= 1 第 1 根桩的桩顶位移 J A1(J) A2(J) P2(J) 1 0.31 0.31 14.163336 2 1.31 1.31 1940.732059 3 0.08 0.08 3.537224 第 1 根 桩 桩 身 内 力 J H(m) My(kN.m) Qy(kN) dy(kN/m) 1 0.57 11.444 13.498 2.228 2 1.13 18.652 11.764 3.776 3 1.70 24.661 9.332 4.699 4 2.27 29.172 6.535 5.076 5 2.84 32.061 3.657 5.004 6 3.40 33.349 0.923 4.584 7 3.97 33.168 -1.500 3.923 8 4.54 31.727 -3.501 3.117 9 5.11 29.285 -5.026 2.253 10 5.67 26.117 -6.061 1.401 11 6.24 22.496 -6.628 0.614 12 6.81 18.675 -6.776 -0.074 13 7.38 14.875 -6.566 -0.645 14 7.94 11.279 -6.067 -1.095 15 8.51 8.033 -5.345 -1.434 16 9.08 5.246 -4.458 -1.679 17 9.65 2.997 -3.453 -1.853 18 10.21 1.343 -2.364 -1.981 19 10.78 0.326 -1.210 -2.085 20 11.35 -0.020 0.000 -2.180 I= 2 第 2 根桩的桩顶位移 J A1(J) A2(J) P2(J) 1 0.31 0.31 14.163336 2 1.65 1.65 2443.002941 3 0.08 0.08 3.537224 * 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) 0.31 1.57 0.7405E-04 I= 1 第 1 根桩的桩顶位移 J A1(J) A2(J) P2(J) 1 0.31 0.31 14.390883 2 1.41 1.41 2081.893195 3 0.07 0.07 2.225895 第 1 根 桩 桩 身 内 力 J H(m) My(kN.m) Qy(kN) dy(kN/m) 1 0.57 10.262 13.729 2.220 2 1.13 17.602 11.999 3.769 3 1.70 23.746 9.569 4.698 4 2.27 28.391 6.771 5.085 5 2.84 31.412 3.885 5.022 6 3.40 32.826 1.137 4.613 7 3.97 32.761 -1.304 3.960