下部結(jié)構(gòu)鉆孔灌注樁雙柱式橋墩的計(jì)算

1、3.2下部結(jié)構(gòu)鉆孔灌注樁、雙柱式橋墩的計(jì)算3.2.1 設(shè)計(jì)資料1、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及上部構(gòu)造設(shè)計(jì)荷載：公路-II 級(jí)；橋面凈空：凈-8+2x1m標(biāo)準(zhǔn)跨徑：Lb=13m,梁長 12.96m；上部構(gòu)造：預(yù)應(yīng)力簡支空心板。2、水文地質(zhì)條件沖刷深度：最大沖刷線為河床線下 6.88m 處；按無橫橋向的水平力（漂流物、沖擊力、水流壓力等）計(jì)算。3、材料鋼筋：蓋梁主筋用 HRB33 屋岡筋，其它均用 R235 鋼筋混凝土：蓋梁、墩柱用 C30,系梁及鉆孔灌注樁用 C254、橋墩尺寸5.5m蓋梁融而標(biāo)高咫7-0.7rn撕標(biāo)商1I-1JIII1靠歹二3.2巾最大沖隧牖圖3-17：尺寸單位cm5、設(shè)計(jì)依據(jù)公路橋涵地基與基

2、礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（JTGD63-2007）3.2.2 蓋梁計(jì)算（一）荷載計(jì)算1、上部結(jié)構(gòu)永久荷載見表 3-15:每片邊板自重（KN/m）每片中板自重（KN/m）一孔上部構(gòu)造自重與一個(gè)支座恒載反力（KN）1、9號(hào)2-8號(hào)(KN)邊板1、9號(hào)中板28號(hào)12.7499.513248.49292.86259.632、蓋梁自重及作用效應(yīng)計(jì)算（1/2 蓋梁長度）圖3-18表3-16:蓋梁自重產(chǎn)生的彎矩、剪力效應(yīng)計(jì)算截回編 R自重（KN）彎矩(KNm)剪力（KN）V左V右1-1q=0.7X0.625X1.5”0.625“X25+X0.2X21.5X25=18.75M1=-0.7X0.625X1.5X25X0.62

3、50.625X0.2X1.5X25X0.625=-5.613-18.75-18.752-21q2=-(0.9+1.1)x0.625X1.5X25=23.44M2=-0.7X1.25X1.5X25X1.250.625-X0.4X1.5X25X21.25=-24.413-42.19-42.19967/E3-3q3=0.75X1.1X1.5X25=30.94M3=-0.7X1.25X1.5X25X1.25/1.251.375-X0.4X1.5X25X(23、0.75+0.75)-30.94X2=-69.61-73.13116.944-4q4=0.65X1.1X1.5x25=26.81M4=190.0

4、7X0.65-(30.94+26.81)X0.7-0.7X1.25X1.5X25X1.25z1.252.025-X0.4X1.5X25X(+231.4)=-0.3690.1390.135-5q5=2.185X1.1X1.5X25=90.13M5=190.07X2.835-(30.94+26.81+90.13)X1.7925-0.7X1.25X1.5X251.25X4.21X0.4X1.5X25X2125(-+3.585)=98.12300q1+q2+q3+q4+q5=190.07KN3、可變荷載計(jì)算(1)可變荷載橫向分布系數(shù)計(jì)算： 荷載對(duì)稱布置時(shí)用杠桿法， 非對(duì)稱布置用偏心受壓法。公路-I 級(jí)

5、單車列，對(duì)稱布置(圖 3-19)時(shí):圖3-191=6=01.2b5=-0.088=0.0443521.4=4=0.912=0.456542b、雙車列，對(duì)稱布置（圖 3-20）時(shí):1一一一一1m60.093-0.04721_2=5=-0.907=0.4543521_3n,4=0.9250.075）=0.500c、單車列，非對(duì)稱布置（圖 3-21）時(shí):圖3-20P/2P/2P/2P/2一0儂板板板板板板號(hào)號(hào)號(hào)號(hào)號(hào)號(hào)12345S318;5P/2P/2P/2130I180P/2P/2501180228,5166“153153153圖3-211由、=eai/(2a2),已知n=6,e=3.185,222

6、2_2、a=2(0.7652.2953.955)=42.9913.1853.955642.9913.1852.2952=一,642.9913.1850.765642.9910.2930=0.46061=0.1700=0.33761=0.0567=0.223614=0.0567=0.1104651-0.1700-0.0035666=1-0.290u-0.12666d、雙車列，非對(duì)稱布置（圖 3-21）時(shí):已知：n=6,e=1.635,2 工 a2=42.99O18T-IALP1-0.0291=0.13861=-0.0873=0.079611.6353.955=十42.9911.6352.295=

7、I42.9911.6350.765=十42.991=0.1504610.087361-=0.02916=0.317=0.254-0.19616二-0.1504=0.0166（2）按順橋向可變荷載移動(dòng)情況，求得支座可變荷載反力的最大值（圖3-22）公路-I 級(jí)雙孔布載單列車時(shí):雙孔布載雙列車時(shí):2B=2442.75=885.5KN單孔布置單列車時(shí)：195105B=238-340.375KN2單孔布載雙列車時(shí)：2B=2340.375=680.75KN（3）可變荷載橫向分布后各梁支點(diǎn)反力（計(jì)算的一般公式為表 3-17表3-17:各板支點(diǎn)反力計(jì)算何載橫向分布情況公路-I級(jí)荷載（KN計(jì)算方法橫向分布系數(shù)

8、。單孔雙孔BR1B19.5210.52238=442.75KNR=B，）,見圖3-2223BKN10.5KN/m對(duì)稱仰按單列行車公“1=0343.890.00447.880.00杠桿法算路-I級(jí)“2=0.04415.1319.713=0.456156.81204.231=0,456156.81204.235=0.04415.1319.71冊(cè)=00.000.00雙列行車公路-I級(jí)70.047687.7832.33895.7642.10“2=0.454312.25406.68“3=0.5343.89447.88“4=0.5343.89447.88n5=0.454312.25406.68“6=0.0

9、4732.3342.10非對(duì)稱磯J按偏心受壓法算單列行車公路-I級(jí)“10.46343.89158.19447.88206.02n2=0.337115.89150.94“3=0.22376.6999.88“4=0.1137.8349.27“5=-0.003-1.03-1.346=-0.126-43.33-56.43雙列行車公路-I級(jí)“10,319687.78219.40895.76285.75n2=0.254174.70227.52“3=0.196134.80175.57“4=0.13894.91123.61n5=0.07954.3370.77=0,01611.0014.33(4)各板永久荷載、

10、可變荷載反力組合：計(jì)算見表 3-18,表中均取用各板的最大值，其中沖擊系數(shù)為:1=10,2868=1.2868表3-18:各板永久荷載、可變荷載基本組合計(jì)算表(單位：KN)編 R荷載情況1號(hào)板R2號(hào)板3號(hào)板4號(hào)板5號(hào)板6號(hào)板R2R3R4R5R6恒載585.73519.26519.26519.26519.26585.73公路-I級(jí)雙列對(duì)稱54.18523.31576.33576.33523.3154.18公路-I級(jí)雙列非對(duì)稱367.70292.78225.92159.0791.0618.44（4）+(2639.911042.571095.591095.591042.57639.91+卷953.4

11、3812.04745.18678.3610.32604.174、雙柱反力 Gi計(jì)算（圖 3-23）所引起的各梁反力表 3-19:圖3-23:尺寸單位cm表3-19：雙柱反力 G1 計(jì)算何載組反力 G1計(jì)算式合情(KN)況組合11-(639.91 父 6.79+1042.57M5.13+1095.593.6+1095.59 父 2.07（6公5.672778.07路-I+1042.57*0.54-639.91 父 1.12)=2778.07級(jí)雙列對(duì)稱組合公路-I1CC(953.43X6.79+812.65 父 5.13+745.18x3.6+678.33 父 2.075.672536.57級(jí)雙+

12、610.02X0.54-604.17m1.12)=2536.57列非對(duì)稱由上表知應(yīng)取組合 U 控制設(shè)計(jì)，止匕時(shí) G1=G2=2778.07KN（二）內(nèi)力計(jì)算1、包載加活載作用下各截面的內(nèi)力（1）彎矩計(jì)算（圖 3-23）截面位置見圖 3-23,為求得最大彎矩值，支點(diǎn)負(fù)彎矩取用非對(duì)稱布置時(shí)的數(shù)值，跨中彎矩取用對(duì)稱布置時(shí)數(shù)值。各截面彎矩計(jì)算式為：M1=0M2-RI0.37M3q-R11.12M-R11.77-R20.11G10.65乂5/=-R3.955-R22.30-R30.77G12.835各種荷載組合下的各截面彎矩計(jì)算見表 3-20表3-20:各截面彎矩計(jì)算荷載組合情況墩柱反力（KN）板支座反

13、力（KN各截回號(hào)矩（KNm）G1R1R2R3截回2-2截回3-3截回4-4截回5-5組合C5公路-I級(jí)2778.07639.911042.571095.59-236.77-716.70558.422103.47雙列對(duì)稱組合Q公路-I級(jí)雙列非對(duì)稱2536.57953.43812.65745.18-352.77-1067.84-128.19977.48(2)相應(yīng)于最大彎矩時(shí)的剪力計(jì)算一般計(jì)算公式為：截面 1-1:V左=0,V右=-R;截面 2-2:V左=7右=-R截面 3-3:V左=-R1,7右=G1-R1;截面 4-4:V左=7右=Gi-R-R2；截面 5-5:V左=V=G1-R-R2-R3。計(jì)

14、算值見表 3-21:表3-21:各截面剪力計(jì)算荷載組合情況墩柱反力G1(KN)板支座反力(KN)各截回男力(KNR2R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右組合6公2778.639104210950-639-63-639-63921381095109500路一級(jí)07.91.57.59.919.9.91.91.16.59.59組合7公2536.953812.745.0-953-95-953-9531583770.770.25.25.路一級(jí)57.436518.433.4.43.43蓋梁內(nèi)力匯總(表 3-22)表中各截面內(nèi)

15、力取表 3-20 和表 3-21 中的最大值，按表 3-22 可繪制內(nèi)力計(jì)算的包絡(luò)圖表3-22:蓋梁內(nèi)力匯總表內(nèi)力截回1-1截回2-2截回3-3截回4-4截回5-5彎矩(KNm)M自重-5.61-24.41-69.61-0.3698.12M荷載0.00-352.77-1067.84558.42977.48M計(jì)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荷載左0.00-953.43-953.431095.5925.31右-953.43-953

16、.432138.161095.5925.31V計(jì)算左-18.75-995.62-1026.561185.7225.31右-972.18-995.622255.101185.7225.31（三）截面配筋設(shè)計(jì)與承載力核算采用 C30 混凝土，主筋選用 HRB335 企 22,保護(hù)層 5cm（鋼筋中心至混凝土邊緣)。fcd=13.8MPa,fsd=280MPa。1.正截面抗彎承載力驗(yàn)算0Md-fcdbxiho-2fsdA=fcdbx八 fcdbxAsH以下取 3-3 截面作配筋設(shè)計(jì)，其它截面雷同。已知：bh=150 xi10cm,Md=-1137.45KNm,取0=1.1,h0=110-5=105c

17、m即：76Jx)1.1 1137.4510E13.8M1500Mx1050-|2；化簡后為：x2-2100 x112522.85=0解方程得x=59mmfcdbx13.8150059c2cd=4379mm245612父100%=0.290%。15001050該截面實(shí)際承載力 Mu為:Mu=fsdAsh059、=280m4561.2m105012-1303.32KNm0Md=1137.451.1=1251.20KNm就正截面承載能力與配筋率而言，配筋設(shè)計(jì)滿足公預(yù)規(guī)要求。其它截面的配筋設(shè)計(jì)如表 3-23表3-23:各截面鋼筋量計(jì)算表截卸號(hào)MKNm所需鋼筋面積As(mm2)所需企22(根數(shù))實(shí)際選用

18、含筋率(%根數(shù)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.斜截面按公預(yù)規(guī)5.2.10 條要求，當(dāng)截面符合：%VdW0.50M107a2ftdbh(KN)可不進(jìn)行斜截面抗剪承載力計(jì)算，僅需按公預(yù)規(guī)9.3.13 條構(gòu)造要求配置箍筋。用小 22 鋼筋，其根數(shù)門=2 一ASI4379380.1=11.5 根，實(shí)際選用 12 根，配筋率：N=280式中：2 預(yù)應(yīng)力提高系數(shù)

19、，本例取口 2=1.0；fsd混凝土抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度，本例取 fsd=1.39MPa對(duì)于 1-1 截面：0.5102：2ftdbh0=0.510，1.01.391500850=886.13KN對(duì)于 2-2 截面5-5 截面：0.5103：qftdbh。=0.510，1.01.3915001050=1094.63KN按公預(yù)規(guī)規(guī)定：0VdM0.5110工kbh0=0.5110,3015001050=4399.58KN對(duì)照表 3-23,可按構(gòu)造要求設(shè)置斜筋與箍筋，見圖 3-23。3.全梁承載力校核已知 h0=1050mm,3=280MPa,一根主筋企 22 所能承受的彎矩值為：Ml=osMAsMz,其中

20、 z=0.92h0=966mm,代入后得Ml-280380.16996=102.8(KNm),據(jù)此繪制彎矩包絡(luò)圖和全梁承載力校核圖，如圖122Z3.2,3 橋墩墩柱計(jì)算墩柱直徑為 130cm,用 30 號(hào)混凝土，R235 級(jí)鋼筋。尺寸見圖 3-25.(一)荷載計(jì)算1 .恒載計(jì)算：(1)上部構(gòu)造恒載，一孔總重：3248.49KN(2)蓋梁自重(半根梁重)：190.069KN(3)橫系梁重：72.976KN4一根墩柱自重：169.23KN作用墩柱底面的包載垂直力為：-1,一N橫=父3248.49+169.23=1793.475KN2.汽車荷載計(jì)算荷載布置及行駛情況見前述圖 3-19 至圖 3-21

21、,由蓋梁計(jì)算得知：(1)公路 I 級(jí)單孔荷載單列車時(shí)：B1-0,B2=343.89KN,B1B2=343.89KN3-24 所示。相應(yīng)的制動(dòng)力：T=343,8920.1=68.78KNT=447.88x2x0.1=89.6KN165KN,故制動(dòng)力取 165KN汽車荷載中雙孔荷載產(chǎn)生支點(diǎn)處最大反力值，即產(chǎn)生最大墩柱垂直力；汽車荷載中單孔荷載產(chǎn)生最大偏心彎矩，即產(chǎn)生最大墩柱低彎矩。.雙柱反力橫向分布系數(shù)計(jì)算（汽車荷載位置見圖 3-25）:二318,5Ri單列車時(shí):2=1-1.062-0.062雙列車時(shí):2=1-0.788=0.212.荷載組合（1）最大最小垂直反力計(jì)算，見下表表3-24:可變荷載組

22、合垂直反力計(jì)算（雙孔）165KN雙孔荷載單列車時(shí)：B1B2=447.88KN相應(yīng)的制動(dòng)力:Ri圖3-25:尺寸單位cm318.5238.5,“八=1.062567163.5238.5=0.788567編號(hào)荷載狀況最人垂直反力（KN最小垂直反力（KN”1BT(1+u)“2B1+u)1公路I級(jí)單列車1.0621224.13-0.062-71.472雙列車0.788908.30.212244.36表中汽車荷載已經(jīng)乘以沖擊系數(shù)(1+=1.2868)(2)最大彎矩時(shí)計(jì)算(單孔)表3-25:可變荷載組合最大彎矩計(jì)算(單孔)編號(hào)荷載情況墩柱頂反力計(jì)算式B(1+u)垂直力(KN水平力H(KN)對(duì)柱頂中心彎矩(

23、KNm)B2BI+民0.25(B-B2)1.14H1上部與蓋梁-1814.31002單孔雙列車687.78X0.788X1.2868697.410697.4182.5174.35127.88表內(nèi)水平力由兩墩柱平均分配(二)截面配筋計(jì)算及應(yīng)力驗(yàn)算.作用于墩柱頂?shù)耐饬?圖 3-26)(1)垂直力：最大垂直力：Nmax-1814.311224.13-3038.44KN最小垂直力：(需要考慮與最大彎矩值相適應(yīng))Nmin=1814.31697.41=2511.72KN(2)彎矩：Mmax=174.35127.88=302.23KNm(3)水平力:H=82.5KN2、作用于墩柱底的外力Nmax-3038.

24、44169.23-3207.67KNNmin=2511.72169.23=2680.95KNMmax=225.6582.55.1=646.4KN3、截面配筋計(jì)算已知墩柱選用 C30 混凝土，采用 20 苴 16HRB335I 岡筋，Ag=40.22cm2,則縱A4022.向鋼筋配筋率 P=*=2=0.3%,由于 l0/(2r)=5.1/(2 父 0.65)=3.97,二 r 二 650故不計(jì)偏心增大系數(shù)：取=中=1.0；(1)雙孔荷載，按最大垂直力時(shí)，墩柱頂按軸心受壓構(gòu)件驗(yàn)算，根據(jù)公預(yù)規(guī)5.3.1 條：Nd0.9P(fcdA+f5；dAs)0.9：fcdAfsdAs=0.9113.813273

25、232804022=17498.89KN0M=3038.441.1=3342.28滿足規(guī)范要求。(2)單孔荷載，最大彎矩時(shí)，墩柱頂按小偏心受壓構(gòu)件驗(yàn)算:Nd=2511.72KNMd-225.65KNme0=-d-=0.090=90mmNdI0/2r=3.9:=7故州=i.0,e0=90mm根據(jù)公預(yù)規(guī)5.3.9 條偏心受壓構(gòu)件承載力計(jì)算應(yīng)符合下列規(guī)定:0NdAr2fcdClfsd01備2.5,可按彈性樁計(jì)算。.地面以下深度 Z 處樁身截面上的彎矩 M 與水平壓應(yīng)力(7ZX 的計(jì)算已知作用于地面處樁頂上的外力為：N0=2717.44KN,H0=84.507KN,(1)樁身彎矩 MZH0MZ=0Am

26、MBma表3-26:樁身彎矩 MZ計(jì)算(單位：KM-項(xiàng)故:550002.25-0.672.61070.249=0.304M0-911.20KNm式中的無量綱系數(shù) Am,Bm可由表格查得，計(jì)算見表3-26,分布圖見圖 3-29(2)樁身水平壓應(yīng)力ZZ=o(Zh=o(hAmBm生 AmaMBmMZ0.330.104.000.09960.9997427.69910.96938.650.660.204.000.196960.9980654.75909.43964.181.320.404.000.377390.98617104.91898.601003.511.970.604.000.529380.95

27、861147.16873.491020.642.630.804.000.645610.91324179.47832.141011.613.291.004.000.723050.85089201.00775.33976.334.281.304.000.767610.73161213.38666.64880.034.931.504.000.754660.68694209.78625.94835.726.582.004.000.614130.40658170.72370.48541.198.222.504.000.398960.14763110.90134.52245.429.873.004.000

28、.193050.0759553.6669.21122.8711.513.504.000.050810.0135414.1212.3426.4613.164.004.000.000050.000090.010.080.10zx_：Ho、zxF3-27,樁身的水平壓應(yīng)力分布示于圖 3-29.z(n)圖3-29表3-27:水平壓力仃zx計(jì)算（單位：KM/I-R）ZZ=ZAxBx空AXb1a2MO-DzBxb16zx0.000.000.000.000.000.660.202.117791.290884.849.6614.501.320.401.802731.000648.2314.9823.212.3

29、00.701.360240.6388510.8716.7427.612.960.901.093610.4448111.2414.9826.223.621.100.854410.2860610.7311.7822.514.931.500.466140.062887.983.5311.516.582.000.14696-0.075723.36-5.67-2.319.873.00-0.08741-0.09471-2.99-10.63-13.6313.164.00-0.10788-0.01487-4.93-2.23-7.15ozBx式中無量綱系數(shù) Ax,Bx可由表格查得,z 為換算深度,z=A 乙計(jì)算見表最大沖刷線M(KN,n)z(n)（四）樁身截面配筋與承載力驗(yàn)算（圖 3-30）驗(yàn)算最大彎矩值z(mì)=1.97m處的截面強(qiáng)度，該處內(nèi)力值為:M1020.64KNmN2717.44KN樁內(nèi)豎向鋼筋按 0.2%配置，則As=1.520.2%=35.34cm2選用 20/16,As=40.22cm2,P=0.23%,n=Eg/Ec樁的換算面積為：JTA0=AhnAs=1.526.740.22104樁的換算截面模量 W）為：2二3nAsrs3W0=R=0.331m81eee465872-Numbered_da04d6a4-1287-