桥梁桩基础设计计算部分
桥梁桩基础设计计算部分
一方案比选优化公路桥涵结构设计应当考虑到结构上可能出现的多种作用，例如桥涵结构构件上除构件永久作用（如自重等）外，可能同时出现汽车荷载、人群荷载等可变作用。
《公路桥规》要求这时应该按承载力极限状态和正常使用极限状态，结合相应的设计状况进行作用效应组合，并取其最不利组合进行计算。
1、按承载能力极限状态设计时，可采用以下两种作用效应组合。
（1）基本作用效应组合。
基本组合是承载能力极限状态设计时，永久作用标准值效应与可变作用标准值效应的组合,基本组合表达式为(1-1)或(1—2）γ0－桥梁结构的重要性系数，按结构设计安全等级采用，对于公路桥梁，安全等级一级、二级、三级，分别为1.1、1。
0和0.9;γGi－第i个永久荷载作用效应的分项系数.分项系数是指为保证所设计的结构具有结构的可靠度而在设计表达式中采用的系数,分为作用分项系数和抗力分项系数两类。
当永久作用效应（结构重力和预应力作用)对结构承载力不利时，γGi=1.2;对结构的承载能力有利时，γGi=10；其他永久作用效应的分项系数详见《公路桥规》；γQ1－汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）的分项系数，取γQ1＝1.4；当某个可变作用在效用组合中，其值超过汽车荷载效用时,则该作用取代汽车荷载，其分项系数应采用汽车荷载的分项系数;对专门为承受某种作用而设置的结构或装置,设计时该作用的分项系数取与汽车荷载同值;计算人行道板和人行道栏杆的局部荷载时，其分项系数也与汽车荷载取同值。
γQj－在作用效应组合中除汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）、风荷载以外的其他第j个可变作用效应的分项系数，取γQ1＝1.4,但风荷载的分项系数取γQ1＝1.1;S gik、S gid－第i个永久作用效应的标准值和设计值;S Qjk－在作用效应组合中除汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）外的其他第j个可变作用效应的标准值;S ud－承载能力极限状态下，作用基本组合的效应组合设计值，作用效应设计值等于作用效应标准值S d与作用分项系数的乘积。
桩基础的设计参数和计算方法
桩基础的设计参数和计算方法桩基础是一种常见的地基结构，它适用于软土层、松散土层、淤泥及河道两旁的稳定土壤等场合。
桩基础的设计参数和计算方法在工程中非常重要，正确地计算和选取这些参数关系到整个工程的稳定性和安全性。
本文将对桩基础的设计参数和计算方法进行详细阐述。
1. 桩基础的分类桩基础可以根据不同的分类方法分为多种类型。
根据桩的材料可以分为钢桩、混凝土桩、木桩等；根据桩的布置可以分为单桩基础和桩群基础等；根据桩的作用可以分为独立桩和输送桩等。
2. 桩基础的设计参数桩基础的设计参数包括桩的长度、直径、间距，桩的数量等。
这些参数的选取需要根据具体的计算方法和工程实际情况来确定。
2.1 桩的长度桩的长度一般由以下因素决定：地基承载力、桩端承载能力和桩侧摩阻力。
通常情况下，桩的长度应大于地基承载层的深度，以保证桩能够充分承担地基的荷载。
而具体的长度还需要通过桩的竖向受力分析和长度计算来确定。
2.2 桩的直径桩的直径是一个关键参数，直径过小会导致桩的强度不足，直径过大会浪费材料和空间。
桩的直径需要通过桩的受力分析和材料强度来确定。
2.3 桩的间距和数量桩的间距和数量的选取需要考虑桩与桩之间的相互作用，通常需要满足以下条件：桩的自重能够贯穿至地基承载层，同时桩之间的距离应不小于桩径的3倍。
3. 桩基础的计算方法桩基础的计算方法可以根据具体的设计参数和工程实际情况选择。
桩基础的计算方法主要包括如下：3.1 桩群基础计算方法桩群基础的计算方法主要依据于Mindlin理论和Bowles公式。
Mindlin理论是针对桩间相互作用进行的，采用Mindlin-Hertzberg 方法和相似准则进行计算；Bowles公式是一种经验式公式，通过参数化和试验得出。
这两种计算方法可以相互验证，提供了有效的数值计算和试验设计方法。
3.2 桩竖向受力计算方法桩竖向受力计算方法主要基于桩缩长度和桩端摩阻力。
桩缩长度是指桩在压缩荷载作用下的长度变化，它与桩的材料和构造有关；桩端摩阻力则是指桩端与土壤之间的摩擦系数和局部变形。
桥梁桩基础计算书
桥梁桩基础课程设计桥梁桩基础课程设计一、恒载计算（每根桩反力计算）1、上部结构横载反力N1 N1=12⨯2350=1175kN 2、盖梁自重反力N2 N2=12⨯350=175kN 3、系梁自重反力N312⨯25 ⨯3.5 ⨯0.8 ⨯1=35kN 4、一根墩柱自重反力N4KN N 94.222)1025(5.01.5255.0)1.54.13(224=-⨯⨯⨯+⨯⨯⨯-=ππ（低水位）KN N 47.195255.08.4155.06.8224=⨯⨯⨯+⨯⨯⨯=ππ （常水位）5、桩每延米重N5（考虑浮力） m KN N /96.16152.1425=⨯⨯=π二、活载反力计算1、活载纵向布置时支座最大反力⑴、公路二级：7.875/k q kN m = 193.2k P kN =Ⅰ、单孔布载 55.57822.1932875.74.24=⨯+⨯=）（R Ⅲ、双孔布载 24.427.875(193.2)2766.3082R kN ⨯⨯=+⨯=（2）、人群荷载Ⅰ、单孔布载 113.524.442.72R kN =⨯⨯=1、计算墩柱顶最大垂直反力R 组合Ⅰ：R= 恒载 +（1+u ）汽ϕ∑iiyP +人ϕql= 1175+175+（1+0.2）⨯1.245⨯766.308+1.33⨯85.4 =2608.45kN （汽车、人群双孔布载）2、计算桩顶最大弯矩⑴、计算桩顶最大弯矩时柱顶竖向力 R= 1N +2N +（1+u ）汽ϕ∑i i y P + 人ϕql 21 = 1175+175+1.2⨯1.245⨯578.55+1.33⨯42.7= 2271.14kN （汽车、人群单孔布载）⑵、计算桩顶（最大冲刷线处）的竖向力0N 、水平力0Q 和弯矩0M0N = max R +3N + 4N （常水位）= 2608.45+35+195.47=2838.92 kN0Q = 1H + 1W + 2W= 22.5+8+10=40.5 kN0M = 14.71H + 14.051W + 11.252W + 0.3活max R= 14.7⨯22.5+14.05⨯8+11.25⨯10+0.3⨯(2608.45-1175-175) = 933.185kN.m活max R ——组合Ⅰ中活载产生的竖向力。
桩基础的设计计算
上式中：E、I——桩的弹性模量及截面惯矩
zx——桩侧土抗力zx=Cxz=mZxz，C为地基系数； b1——桩的计算宽度； xz——桩在深度z处的横向位移（即桩的挠度）。
将上式整理可得：
d4xz dZ4
mEb1I Zxz
0
（1）
或
d4xz dZ4
a5Zxz
0
式中：——桩—土变形系数，
5
mb 1
EI
从上式中不难看出：桩的横向位移与截面所在深度、桩的刚度（包括桩身材料和截面尺寸）
以及桩周土的性质等有关，是与桩土变形相关的系数。
式（1）为四阶线性变系数齐次常微分方程，在求解过程中注意运用材料力学中有关梁的 挠度xz与转角z、弯矩Mz和剪力Qz之间的关系即
将式（7）代入式（2）得
x z Q 3 E 0A x 0 IM 2 E 0B x 0 I A 1 B 1 (Q 2 E 0A 0 I M E 0 B 0 ) I M 2 E 0 C 1 I Q 3 E 0D 1
Q 3 E 0(A 1 I A x 0 B 1 A 0 D 1 ) M 2 E 0(A 1 I B x 0 B 1 B 0 C 1 )
2）当基础侧面为数种不同土层时，将地面或局部冲刷线以下hm深度内各土层的mi，根据换算前 后地基系数图形面积在深度hm内相等的原则，换算为一个当量m值，作为整个深度的m值。
3）桩底面地基土竖向地基系数Co为： C0=m0h
（二）单桩、单排桩与多排桩
单桩、单排桩：指在与水平外力H作用面相垂直的平面上，由单根或多根桩组成的单根（排） 桩的桩基础，如下图a）、b）所示，对于单桩来说，上部荷载全由它承担。
B 0 也都是Z的函数，根据Z值制
桩基础计算书
9第一部分桥梁桩基础设计一、设计题目：桥梁桩基础或沉井基础二、设计资料1.地质与水文资料图1.水文及地基土层分布表1 各层土的物理性质及力学指标2.墩底标高：90.9m3.墩底尺寸：3.5m（纵桥向） 7.0m4.上部为等跨30m的钢筋混凝土预应力桥梁，荷载为纵桥向控制设计。
5.墩底荷载：纵桥向为恒载及一孔活载时ΣN=6800+50n（kN）ΣH=360+5n（ kN）（制动力及风力）ΣM=4700kN m（竖直反力偏心距、制动力及风力引起）恒载及二孔活载时ΣN=8000+50n kNn为学生学号（取后三位）；三、设计任务（时间：1周）1.选择桩的类型、确定桩数、桩径、桩长、桩的平面布置、桩的配筋、混凝土标号；2.设计承台（承台尺寸、配筋、混凝土标号）；3.绘制施工图（桩基础平面、桩及承台剖面、承台配筋、桩身配筋、节点详图）。
4.如果采用沉井基础，试确定沉井的高度、平面尺寸、刃脚和井壁的配筋、混凝土标号，绘制施工图（正面、侧面和平面尺寸，刃脚和井壁的配筋图）。
第一章方案拟定一.桩基础类型的选择1.摩擦桩桩基与端承桩桩基的考虑从任务书中的地质资料分析，河床7米以下的土层为密实砂卵石层，这种土层土质较好且很厚，承载能力较大，可作为持力层，但不适合柱桩的受力特性，端承桩主要指桩底支撑在基岩上的桩，适用于基岩埋深较浅的情况，埋深较大时，如果将桩一直打入基岩层，则桩的长度将很大，既不经济，给施工带来一定的难度，造成施工周期较长，故综合考虑后选择摩擦桩。
2.桩型与成桩工艺该桩基础的施工环境在水下，而钻孔灌注桩因其施工方便，基本避免了水下作业，同时施工速度快、造价低、工艺设备简单，在实际工程中广泛被采用。
灌注桩成孔的方式很多，考虑到冲抓锥更适用于淤泥、粘性土、砂土、砾石、卵石等土层的成孔，且适用孔径为0．6～1．5m，与该处条件基本相符，故综合考虑后选择钻孔灌注桩。
二.桩径的拟定查《公路桥涵地基与基础设计规范》(以下简称《规范》)知，钻孔桩设计直径不宜小于0.8m，且常用尺寸为0.8～3.2m，参照已有工程实例与荷载大小，初步拟定桩的直径为1.2m。
桥台桩基础设计计算书
.62cos(25.1 0) ＝22694.12 kN E Ax E A cos( ) 25060
作用点与基础底面的距离：
1 e y 9.5 3.17 m 3
水平方向土压力对基底形心轴的弯矩：
M ex E Ax e y 22694 .12 (3.17) 71940 .36kN m
台后填土自重引起的主动土压力:
EA
式中：
1 mH 2Ka B 2
； m ——墙后填土重度的加权平均值（ kN m3 ）
H ――土压力作用的高度； B ――土压力作用的宽度；
K a ――主动土压力作用系数。
土压力作用系数如下：
Ka ＝
cos2 ( m ) cos2 cos( ) 1 sin( ) sin( ) cos( ) cos( ) cos2 (25.1 0) cos2 0 cos(25.1 2 0) 1 sin(25.1 2 25.1) sin(25.1 0) cos(25.1 2 0) cos(0 0)
Quk Qsk Qpk u p qsik li q pk AP
桩侧土的极限侧阻力标准值如下： 中密卵石土层，取 qs1k =85kPa. 密实卵石土层，取 q s 2 k =90kPa。 桩的极限端阻力标准值如下： 密实卵石土层，取 q pk =2200kPa
Quk Qsk Qpk u p qsik li q pk AP
) 1,4 36445 .14 1.4 2250 1.4 13282 .92 o M ud 1.2 (14742 37800
=33773.292 kN.m 3、桥上无飞机，台后有飞机荷载
桥梁高桩承台式摩擦桩基础设计计算
桥梁高桩承台式摩擦桩基础设计计算1. 初步拟定桩长桩基础采用高桩承台式摩擦桩，根据施工条件，桩拟采用直径d=1.2m ，以冲抓锥施工。
桩群布置经初步计算拟采用6根灌注桩，为对称竖直双排桩基础，埋置深度初步拟定为h=11.31m 。
桩长初步拟定为18m ，桩底标高为49.54m 。
2．桩群结构分析2.1承台底面中心的荷载计算永久作用加一孔可变作用（控制桩截面强度荷载）时：407469.8 5.6 2.025.043490()N kN =+⨯⨯⨯=∑358.60()H kN =∑4617.30358.60 2.05334.50()M kN =+⨯=∑永久作用加二孔可变作用（控制桩入土深度荷载）时：46788.009.8 5.6 2.025.049532()N kN =+⨯⨯⨯=∑2.2单桩桩顶荷载计算桩的计算宽度1b对于 1.0d m ≥时： 1(1)f b K K d =+式中：f K ——桩形状换算系数，对于圆形截面，取0.9；d ——桩直径，取1.2m ；K ——平行于水平作用方向的桩间相互影响系数：已知：12L m = ； 13(1) 6.6h d m =+= ； 22,0.6n b ==；对于110.6L h <的多排桩 ： 2121(1)0.8020.6b L K b h -=+⨯= 所以： 10.90.802(1.21) 1.59()b m =⨯⨯+=桩的变形系数αα=0.8c EI E I =式中： α——桩的变形系数；EI ——桩的抗弯刚度，对以受弯为主的钢筋混凝土桩，根据现行规范采用；c E ——桩的混凝土抗压弹性模量，C20混凝土72.5510c E KPa =⨯；I ——桩的毛面积惯性矩，440.1018()64d I m π==m ——非岩石地基水平向抗力系数的比例系数，4120000/m kN m =；所以，计算得：10.62()m α-=桩在最大冲刷线以下深度h=11.31m ，其计算长度则为：0.6211.317.02( 2.5)h h α==⨯=> 故按弹性桩计算桩顶刚度系数1ρ、2ρ、3ρ、4ρ值计算 已知：0 6.69,11.31l m h m == ；12ζ=(根据《公桥基规》钻挖孔桩采用12ζ=)， 2221.2 1.13()44d A m ππ⨯===630012000011.31 1.35710(/)C m h kN m ==⨯=⨯2220 1.240tan 11.31tan 21.142424d A h m φππ︒⎛⎫⎛⎫=+⋅=⨯+⨯= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭,易知该值大于相邻底面中心距为直径所得的面积，故按桩中心距计算面积，故取：220 3.28.044A m π=⨯=∴ 117600016.6911.3111211.132.5510 1.357108.04h l h AE C A ρζ-⎡⎤+⨯⎢⎥==+⎢⎥+⨯⨯⨯⨯⎢⎥+⎣⎦621.923100.925KN m EI =⨯⋅=已知：7.02h h α==（＞4），∴取h =4，000.62 6.69 4.15()l l m α==⨯=查教材《桥梁基础工程》附表17、18、19得：Q x =0.05568 m x =0.16498 m ϕ=0.65853 所以 3320.620.055680.0133Q EIx EI EI ρα==⨯=2230.620.164980.0634m EIx EI EI ρα==⨯=40.620.658530.408m EI EI EI ραφ==⨯=计算承台底面原点O 处位移0a 、0b 、0β 对于竖直桩，且各桩的直径相同时：01434907836.0460.925N b n EI EIρ===⨯ 241310222224131()16.66358.600.38045334.56116.420.079816.660.1447()()ni i ni i n x H n MEI EI a EI EI EI EIn n x n ρρρρρρρ==++⨯+⨯===⨯-⋅+-∑∑ 2302222241310.07985334.50.3804358.60429.570.079816.660.1447()()ni i n M n H EI EI EI EI EIn n x n ρρβρρρρ=+⨯+⨯===⨯-⋅+-∑计算作用在每根桩顶上作用力i P 、i Q 、i M ：竖向力：1007884.10()7836.04429.57()0.925(1.6)6612.57()i i kN P b x EI kN EI EI ρβ⎧=+=⨯±⨯=⎨⎩ 水平力：20306116.42429.570.01330.063454.11()i Q a EI EI kN EI EI ρρβ=-=⨯-⨯= 弯矩：4030429.576116.420.4080.0634212.52()i M a EI EI kN m EI EIρβρ=-=⨯-⨯=-⋅ 校核：654.11324.66()358.60()i nQ kN H kN =⨯=≈=∑13(7884.106612.57) 1.66(212.52)4828.22()5334.50()ni iii x p nMkN m kN m =+=⨯-⨯+⨯-=⋅≈⋅∑13(7884.016612.57)43490.01()43490.00()nii npkN kN ==⨯+=≈∑2.3最大冲刷线深度处荷载计算从单桩桩顶荷载计算中，已得出计算最大冲刷线深度荷载所需要的数据，计算如下：弯矩 00212.5254.11 6.69149.48()i i M M Q l kM m =+=-+⨯=⋅ 水平力 054.11()Q kN =竖向力 07884.10 1.13 6.69(2510)7997.50()P kN =+⨯⨯-=2.4最大冲刷线深度下沿桩长度方向弯矩、水平压应力的计算桩身最大弯矩处及最大弯矩的计算：由：z Q =0 得：00.62149.481.71354.11Q M C Q α⨯===由 1.713Q C = 且h =7.02＞4 取h =4.0，查教材《基础工程》附表13得max 0.813Z = 故 max 0.8131.31()0.62Z m == 又由max Z =0.813 及7.02h =＞4 取h =4.0，查教材《基础工程》附表13得m K =1.296∴ max 01.296149.48193.73 (kN m)m M K M =⋅=⨯=⋅最大冲刷线深度下沿桩身长度方向弯矩、水平压应力的计算：采用无量钢法计算，由h =7.02＞2.5，所以用摩察桩公式计算：0z m m Q M A M B α=+ 00z Q Q Q Q A M B α=+其中54.1187.27()0.62Q kN α== 0Q =54.11kN 0M =149.48kNm A 、m B 、Q A 、Q B 的值查教材《基础工程》附表3、4、7、8 ，计算如下表：2.5桩顶纵向水平位移验算：桩在最大冲刷线处水平位移0x 和转角0ϕ的计算：由 Z =0 7.02h =＞4 取 h =4 查教材《基础工程》附表1、2、5、6 得：x A =2.44066 A ϕ=-1.62100 x B = 1.6210 B ϕ=-1.7505800032x xQ M x A B EI EI αα=+ 372754.11149.482.44066 1.62100.62 2.04100.10180.62 2.04100.1018=⨯+⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯ 30.57106m mm =⨯<符合规范要求0002Q M A B EI EI ϕϕϕαα=+ 27754.11149.48( 1.6210)( 1.75058)0.62 2.04100.10180.62 2.04100.1018=⨯--⨯-⨯⨯⨯⨯⨯⨯ 43.13110rad -=-⨯由 7.02h m =＞4m ，取4，000.62 6.69 4.15l l α==⨯= 可查得：169.91279x A = 1117.50091x A B φ== 1 5.90058B φ=1111132372*********.11212.5269.9127917.500910.62 2.04100.10180.62 2.04100.10183.010 3.0()54.11212.52(17.50091)0.62 2.04100.10180.62 2.04100.1018i ix x i i Q M x A B EI EI m mm Q M A B EI EIφφααφαα-=+=⨯-⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯==+=⨯--⨯⨯⨯⨯⨯⨯3( 5.90058)0.2110()rad -⨯-=-⨯桩顶的纵向水平位移1)x mm ＝3.0(水平位移的容许值[]cm 74.2305.0 ==△=27.4mm> 1x故桩顶水平位移满足要求3．桩身截面配筋及截面强度校核 3.1各种参数及系数的计算最大弯矩发生在最大冲刷线以下max 1.31z m =处，该处max 193.73M kN m =⋅ 计算桩最大弯矩控制截面的轴向力0max max 12j i ik N p q l q z q c z =+⋅+⋅-⋅⋅式中 j N ——控制截面的轴向力；i p ——单桩桩顶最大竖向力，已求出7884.10i p kN =； q ——桩每延米的自重（包括浮力），()21.2251016.964q kN π⨯=⨯-=；ik q ——桩周土摩阻力标准值，已知500ik q kPA =c ——冲抓锥成孔面周长，'1.3 4.08()c d m ππ==⨯= 所以，计算得：0max max 15333.60()2j i ik N p q l q z q c z kN =+⋅+⋅-⋅⋅=计算偏心距0193.730.0363()36.3()5333.60j jM e m mm N ====桩的半径r=1200/2=600mm ，对于C20混凝土，保护层取80 g a mm =，则520/520/6000.867s mmg r r ====s r桩的长细比：018/151.2L d ==＞4.4，所以，应考虑偏心距增大系数η 1000222012000.2 2.7/0.2 2.736.3/11200.288181.150.01 1.150.0111.2111(/)1(18/1.2)0.2881 2.4281400/140036.3/1120e h L h L h e h ςςηςς=+=+⨯==-⋅=-⨯==+=+⨯⨯⨯=⨯故考虑偏心距增大系数后的偏心距为：0' 2.42836.388.14()e e mm η==⨯=3.2计算配筋率采用C20混凝土，钢筋拟采用HRB335钢筋，即：9.2cd f MPa = ；280sd f MPa = 计算受压区高度系数，根据经验公式得：'0'cd sd f Ae Br f Dgr Ce ρ-=⨯- 22u cd sd N Ar f C r f ρ=+ 采用试算法列表计算，根据规范，系数A 、B 、C 、D 查附表所得：由表中计算可见，当0.85ξ=时，计算纵向力u N 与设计值j N 相近，且大于设计值。
桩基础设计计算
第四章桩基础的设计和计算桩基础具有承载力高、稳定性好、沉降变形小、抗震能力强，以及能适应各种复杂地质条件的显著优点，是桥梁工程的常用基础结构。
在受到上部结构传来的荷载作用时，桩基础通过承台将其分配给各桩，再由桩传递给周围的岩土层。
当为低承台桩基础时，承台同时也将部分荷载传递给承台周边的土体。
由于桩基础的埋置深度更大，与岩土层的接触界面和相互作用关系更为复杂，所以桩基础的设计计算远比浅基础繁琐和困难。
本章主要依据《铁路桥涵地基和基础设计规范》TB 10002.5-2005（以下简称《铁路桥涵地基规范》）的相关规定介绍铁路桥涵桩基础的设计与计算。
第一节桩基础的设计原则设计桩基础时，应先根据荷载、地质及水文等条件，初步拟定承台的位置和尺寸、桩的类型、直径、长度、桩数以及桩的排列形式等，然后经过反复试算和比较将其确定下来。
在上述设计过程中，设计者必须注意遵守相关设计规范的基本原则和具体规定，因此，在讨论设计计算方法之前，先将桩基础的设计原则介绍如下。
一、承台座板底面高程的确定低承台桩基和高承台桩基在计算原理及方法上没有根本的不同，但将影响到施工难易程度和桩的受力大小，故在拟定承台座板底面高程时，应根据荷载的大小、施工条件及河流的地质、水文、通航、流冰等情况加以决定。
一般对于常年有水且水位较高，施工时不易排水或河床冲刷深度较大的河流，为方便施工，多采用高承台桩基。
若河流不通航无流冰时，甚至可以把承台座板底面设置在施工水位之上，使施工更加方便。
但若河流航运繁忙或有流冰时，应将承台座板适当放低或在承台四周安设伸至通航或流冰水位以下一定深度的钢筋混凝土围板，以避免船只、排筏或流冰直接撞击桩身。
对于有强烈流冰的河流，则应将承台底面置于最低流冰层底面以下且不少于0.25m处。
低承台桩基的稳定性较好，但水中施工难度较大，故多用于季节性河流或冲刷深度较小的河流。
若承台位于冻胀性土中时，承台座板底面应置于冻结线以下不少于0.25m处。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
一方案比选优化公路桥涵结构设计应当考虑到结构上可能出现的多种作用，例如桥涵结构构件上除构件永久作用（如自重等）外，可能同时出现汽车荷载、人群荷载等可变作用。
《公路桥规》要求这时应该按承载力极限状态和正常使用极限状态，结合相应的设计状况进行作用效应组合，并取其最不利组合进行计算。
1、按承载能力极限状态设计时，可采用以下两种作用效应组合。
（1）基本作用效应组合。
基本组合是承载能力极限状态设计时，永久作用标准值效应与可变作用标准值效应的组合，基本组合表达式为(1-1)或 (1-2)γ0－桥梁结构的重要性系数，按结构设计安全等级采用，对于公路桥梁，安全等级一级、二级、三级，分别为1.1、1.0和0.9；γGi－第i个永久荷载作用效应的分项系数。
分项系数是指为保证所设计的结构具有结构的可靠度而在设计表达式中采用的系数，分为作用分项系数和抗力分项系数两类。
当永久作用效应（结构重力和预应力作用）对结构承载力不利时，γGi=1.2；对结构的承载能力有利时，γGi=10；其他永久作用效应的分项系数详见《公路桥规》；γQ1－汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）的分项系数,取γQ1＝1.4；当某个可变作用在效用组合中，其值超过汽车荷载效用时，则该作用取代汽车荷载，其分项系数应采用汽车荷载的分项系数；对专门为承受某种作用而设置的结构或装置，设计时该作用的分项系数取与汽车荷载同值；计算人行道板和人行道栏杆的局部荷载时，其分项系数也与汽车荷载取同值。
γQj－在作用效应组合中除汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）、风荷载以外的其他第j个可变作用效应的分项系数，取γQ1＝1.4,但风荷载的分项系数取γQ1＝1.1；S gik、S gid－第i个永久作用效应的标准值和设计值；S Qjk－在作用效应组合中除汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）外的其他第j个可变作用效应的标准值；S ud－承载能力极限状态下，作用基本组合的效应组合设计值，作用效应设计值等于作用效应标准值S d与作用分项系数的乘积。
S Q1k、S Q1d－汽车荷载效用含汽车冲击力、离心力）的标准值和设计值；－在作用效应组合中，除汽车荷载效应效应（含汽车冲击力、离心力）以外其他φc可变作用效应的组合系数，当永久作用与汽车荷载和人群荷载（或其他一种可变作用）组合时，人群荷载（或其他一种可变作用）的组合系数取0.80；当除汽车荷载（含汽车冲击力、离心力）以外尚有两种其他可变作用参与组合时，其组合系数取0.70；尚有三种可变作用组合时，其组合系数取0.60；尚有四种及多于四种的可变作用参与组合时取0.50。
（2）偶然荷载。
永久作用标准值效应与可变作用某种代表值效应、一种偶然作用标准值效应相组合。
偶然作用的效应分项系数取1.0与偶然作用同时出现的可变作用，可根据观测资料和工程经验取用适当的代表值。
地震作用标准值及其表达式按现行《公路工程抗震设计规范》中的规定采用。
表1-1 永久作用效应的分项系数1.1 上部荷载计算1.1.1 永久荷载主要考虑桩基础上部结构的自重荷载，其他形式的永久作用如砼收缩作用等可忽略。
计算简式如下：永久荷载=预应力T 型梁重+盖梁重+系梁重+墩身重 (1-3) 钢筋与混凝土的比例小于3％，不考虑钢筋的重量。
1 T 梁自重——单位体积重26KN/m 3G T 梁 =205.96×26=5354.96KN 2 墩身重——单位体积重24KN/m 3，则：墩身体积3.14×/4×15.14=30.43墩身重量G 墩身=24×30.43=730.32 KN 3 盖梁重——单位体积重24KN/m 3体积:V 1=11.95×0.85×2=20.32V 2= (11.95×2-1.35×2)/2×0.85×2=18.02V 3=2×0.35×0.5×2=0.75盖梁体积V 改良体积= V 1 +V 2 +V 3=20.32+18.02+0.75=39.0924×39.09=938.16KN4 系梁重——单位体积重24KN/m 3系梁体积V 系梁体积=7.25×1.8×1.5=19.58 m 3系梁重量G系梁=24×19.58=469.92 KN5 桥面铺装——单位体积重26KN/m3=38.27 m3；桥面铺装体积V桥面铺装=38.27×26=995.02 KNG桥面铺装6 防撞墙——单位体积重24KN/m3；=21.06m3；防撞墙体积V防撞墙G=21.06×24=505.44 KN防撞墙作用在墩身底面总的垂直永久荷载为：G= G T梁/2+G墩身+G盖梁/2+G系梁/2+G桥面铺装/2+G防撞墙/2=5354.96/2+730.32+938.16/2+469.92/2+995.02/2+505.44/2=4862.07 KN1.1.2 可变荷载为高速公路桥梁,可变荷载主要考虑汽车荷载、汽车冲击力、汽车制动力(风荷载，流水荷载，温度荷载等均可忽略)几个方面。
(1) 汽车荷载计中汽车荷载采用2车道荷载进行分析，由于汽车荷载等级为公路-Ⅰ级，据《公路桥涵设计通用规范》JTCD-60-2004,车道荷载计算图示如下:P k一集中荷载标准值 q k一均布荷载标准值据《公路桥涵设计通用规范》JTCD-60-2004,公路-Ⅰ级车道荷载的均布荷载标准值为q=10.5KN/m标准值按以下规定选取：桥梁计算跨径小于或等于5m时，P k=180 kKN；算跨径等于或大于50m时，P k=360KN；桥梁计算跨径在5m~50m之间时P k值采用直线内插求得。
计算剪力效应时，上述集中荷载标准值P k应乘以1.2的系数。
P k=180+180/45×（30-5）=280KNq k =10.5 (KN / m )计算剪力效应时集中荷载标准值Pk乘以1.2；汽车荷载P k=280×1.2+10.5×30=651 KN(2) 汽车冲击力据《公路桥涵设计通用规范》JTCD-60-2004，汽车荷载的冲击力标准值为汽车荷载标准值乘以冲击系数μ。
冲击系数μ可按下式计算：f表示结构基频（HZ）；当f＜1.5HZ时，μ=0.05；当f＞14HZ 时，μ=0.45；当1.5HZ≤f≤14 HZ 时，μ=0.176lnf-0.0157；汽车冲击力=汽车荷载×μ此桥的频率f=4HZ,带入式中，故u＝0.228；则汽车冲击力N1=651×0.228=148.43 KN(3) 汽车制动力一个设计车道上由汽车荷载产生的制动力标准值按规范规定的车道荷载标准值在加载长度上计算以总重力的10%计算，但公路—Ⅰ级汽车荷载的制动力标准值不得小于165KN。
10%的总重力=322 KN＞165KN；取汽车制动力N2=322 KN；由以上计算可变荷载可归纳列入下表：表1-2 可变荷载(4) 偶然荷载本合同段区内50年超越概率10%的地震动峰值加速度小于0.05g，地震动反应谱特征周期小于0.35s，对应地震基本烈度小于Ⅵ度，故地震力可不进行计算。
1.1.3 上部荷载总算据《公路桥涵设计通用规范》JTCD-60-2004；（1-4）其中：γ0=1.1；γQj =1.2； S Q1=1.4；=1.1×（1.2×4862.07+1.4×(651+148.43+322)）竖向荷载PV=8144.94KN=322×1.4横向荷载PH=450.80KN弯矩=2690.625表1-3 桩顶上部荷载总算表()2690.6252.1 方案一：单排墩柱式桩基础（1）2.1.1 工程地质介绍总体上桥位区内地形变化较大，相差高度大，桥位覆盖层厚度小，下伏基岩为花岗岩，岩石风化强烈，全风化层厚度大，最大厚度将近30米，该层在水的作用下岗地边坡坡面抗冲刷能力差，洼地内上部承载力偏低，桥位中风化基岩埋深大，且受地域地质影响，中风化花岗岩岩体破碎，桥位洼地内地下水位埋深浅，中风化基岩虽破碎，但饱和单轴抗压强度高，可作为桩基的持力层。
2.1.2 基础类型的选择选择桩基础是,根据设计要求和现场的条件,并考虑各种不同情况,包括荷载的大小和性质、地质和水文地质条件、料具的用量价格（包括料具的数量）、施工难易程度、物质供应和交通运输条件以及施工条件等等，经过综合考虑后对以下四个可能的基础类型，进行比较选择，采用最佳方案高承台桩基础。
本设计桩基础,因为有很好的承载力的持力层,按柱桩进行设计计算。
浅基础：建筑物的浅平基多用砖、石、混凝土或钢筋混凝土等材料组成，因为材料的抗拉性能差，截面强度要求较高，埋深较小，用料省，无需复杂的施工设备，因而工期短，造价低，但只适宜于上部荷载较小的建筑物。
低承台：稳定性较好，但水中施工难度较大，故多用于季节性河流或冲刷深度较小的河流，航运繁忙或有强烈流水的河流。
位于旱地、浅水滩或季节性河流的墩台，当冲刷不深，施工排水不太困难时，选用低承台桩基有利于提高基础的稳定性。
高承台：由于承台位置较高或设在施工水位以上，可减少墩台的坞工数量，可避免或减少水下施工，施工较为方便，且经济。
高桩承台基础刚度较小，在水平力的作用下，由于承台及桩基露出地面的一段自由长度周围无土来共同承担水平外力，桩基的受力情况较为不利，桩身的内力和位移都将大于低承台桩基，在稳定性方面也不如低承台桩基。
沉井：沉井基础占地面积小，施工方便，对邻近建筑物影响小，沉井内部空间还可得到充分利用。
沉井法适用于地基深层土的承载力大，而上部土层比较松软，易于开挖的地层。
根据《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTJ024-85)的规定,选钻孔桩、钻（挖）孔桩适用于各类土层（包括碎石类土层和岩石层）。
一般情况下桩基础设计需经过以下步骤：（1）通过环境条件、结构荷载条件、地质施工条件、经济条件等确定桩型；（2）确定基桩几何尺寸；（3）确定桩数及平面布置；（4）验算桩身结构强度。
本设计根据实际情况做出以下计算。
2.1.3 桩基础的设计(1)桩身设计1.桩材选择：根据本工程的特点，选择钢筋混凝土钻孔灌注桩。
2.桩径：初步选定桩径为1.80m。
3.桩长：由于设计桩为端承桩，根据（JTJ024-85.《公路桥涵与基础设计规范》第4.3.5条）；当河床岩层有冲刷时，桩基须嵌入基岩，按桩底嵌固设计，其应嵌入基岩的深度按下式计算；圆形桩：（2-1）——在基岩顶面处的弯矩()；——桩嵌入基岩中（不计风化层）的有效深度不得小于0.5m；——天然湿度的岩石单轴极限抗压强度（kpa）；——钻孔桩的设计直径（m）；——系数，根据岩层侧面构造而定，节理发达的取小值，节理发达的取大值；h==1.6m故设计嵌入深度h=1.6m；4.验算单桩承载力；根据（JTJ024-85.公路桥涵与基础设计规范第4.3.4条）；支撑在基岩上或嵌入基岩内的钻（挖）孔桩、沉桩、和管桩的单桩轴向受压容许承载力可按下式计算；(2-2)单桩轴向受压允许承载力(KN)；天然湿度的岩石单轴极限抗压强度（Kpa）；桩嵌入基岩深度（m）；U——桩嵌入基岩部分的横截面周长（m），对于钻孔桩和管桩按设计直径采用；A——桩底横截面面积（m2），对于钻孔桩和管桩按设计直径采用；根据清孔情况，岩石的破碎程度等因素而定的系数，按下表2-1取用；表2-1 系数C1、C2值12 2 对于钻孔桩，系数C1、C2值可降低20%采用；取C1=0. 4×0.8=0.32；C2=0.03×0.8=0.024；将各系数值统计到下表2-2；表2-2 承载力公式系数表（()(m)(m)35000 2.54 2.65 1.6 [p]=(0.32×2.54+0.024×5.65×1.6) ×35000=35920.64KN 满足上部荷载的要求；2.1.4 沉降计算根据简化法计算单桩沉降量，即在竖向工作荷载作用下，单桩沉降S由桩身压缩变形和桩端土的压缩变形组成，本设计为端承桩，故计算公式为：(2-3) 式中：N——作用于桩顶的竖向压力（KN），桩自重对没有影响，所以不考虑桩身自重；E——桩身材料的受压弹性模量（Mpa）,取2.80×104 Mpa；l——桩的长度（m），实际桩长为23.06+1.6=24.66m；——桩底处岩层的竖向抗力地基系数，根据(JTG-63-2007《公路桥涵地基与基础设计规范》表P.0.2-2)取值，即在表2-3中取值；A——桩的横截面面积；表2-3 岩石地基抗力系数C0（a 标准值；当1000＜R a ＜25000时，可用直线内插法确定C o 。