桥台基础设计计算书.docx
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桥台基础设计计算书
第四章肋形埋置式桥台设计计算
4.1桥台设计资料
设计荷载:
公路一II级
上部结构:
采用16m钢筋混凝土空心板,计算跨径15.3m,板长15.96m。
桥台资料:
台帽(包括翼墙、背墙)采用C30混凝土,轴心抗压强度;双肋台身
及桩基础采用C25混凝土,轴心抗压强度MPaf13.8cd3,均采用HRB335钢筋。
混凝土重度MPa11.5fm/=25kNcd4.2桥台构造尺寸的拟定
埋置式桥台是将台身埋在锥形护坡中,只露出台帽在外以安置支座和上部构造。
这样,桥台所受的土压力大为减少,桥台的体积也相应的减小。
埋置式框架式桥台结构本身存在着斜杆,能够产生水平力以平衡土压力,稳定性较好。
其构造尺寸如图4-1。
4.3土压力计算
4.3.1台身顶、底的台后土压力
(1)台身顶的台后土压力
。
d1.0m,两肋外缘距离,台身肋宽填土内摩擦角,台帽宽7.25m36,汽车荷
载等代土层厚度为:
2.3m,填土容重5.25m,台帽背高度m/=18kNGh
Bl。
式中:
――破棱体平面内布设的荷载G――破棱体平面面积,B为破棱体宽度,取
7.25m。
为破棱体长度,Bll00按以下计算。
先求破棱体破裂面与竖直线夹角的正切值,按规范公式
tancottantantantan
=0;
台背与竖直线交角,式中:
3。
;
土的内摩擦角、
土的容重,
=/kN=1830m11
台背与土的摩擦角,;
153022则
4530015
0.256tantancottantantan030453045.
m0.58880.256tan2.3Hl0其中H为台帽背墙顶至台帽底的高度,见图破棱体的平面()内,横桥向布置一个加重车后轴,其重0.58887.27
kN28014021G。
280Gm3.644h
4-10
Bl0力为
7.250.5888B181。
土压力系数按规范所给公式:
2cos=
cos030
2o。
sinsin2coscos1
coscos
sinsin0303015
COS1COS1500OOOOcoscos001500.301,其它符号意义同前。
为填土
表面与水平面交角,其中,0台帽背墙顶至台帽底高度范围内的土压力,按照规范为:
11433.1150.3017.25182.32.32EHH2hB3.64422对台身顶(台
帽底)的力臂为:
HH3h2.32.333.644mC1.058
3H2h32.323.644台帽背墙顶至台帽底高度范围内的土压力,对台身顶的土压力弯矩:
M433.1151.05458.236kNm
(2)台身底的台后土压力
上面中台帽背墙高度范围内的土压力,系用于台身截面的验算。
而台身顶.
截面的验算中,系台后土压力控制设计,也就是说,顺时针方向弯矩控制设计时,
要求台后土压力越大,对台身顶截面愈未不利。
对于台身底的截面验算来说,系
恒载及活载的反时针方向的竖直力偏心弯矩控制设计,即在计算台身底的台后土压力时,因其弯矩方向为顺时针方向,其值愈小对截面愈为不利。
所以,在计算台后土压力时,不考虑台后破坏棱体上有活载。
台帽高度范围内,土压力的计算宽度为台帽长度7.25m。
台身每一肋的土压力计算宽度:
121.521/n1.01bd22n
nd为肋的根数2。
两肋为2X1.5=3m式中。
台身底承受为肋的宽度1.0m,自填土顶至台身底高度范围内的台后土压力。
在这个高度范围内,有背墙土压力及肋身土压力,因其横桥向承受的土压力宽度不一样,所以要根据土压力单宽强度分别计算。
a.台帽背墙高度范围内的台后土压力
2/kM1812.4610.3012.3mh
2/42.396kM180.3017.825mh2112.4612.37.25103.894kNE—22对台身底的
力臂为7.8252.36.292m:
3对台身底的弯矩为:
mkN103.8946.292653.698Mb台身两肋高度范围内土压力
1kN454.62742.39612.4615.5253EJ2对台身底的弯矩为:
12.461242.3965.5252.260
12.46142.3963对台身底的弯矩为:
m1027.457kN454.6272.26M24.3.2承
台底的台后土压力
承台底截面与台身底截面一样,系恒载和活载的反时针方向的竖直力偏心弯矩控制设计,故计算台后土压力时,因产生顺时针方向弯矩,其值愈小对截面愈为不利。
所以在计算台后土压力时,不考虑台后破棱体上有活载。
(1)台帽背墙高度范围内的土压力土压力单宽强度为;
2/kM12.4610.3012.318mh12/kM42.3960.3017.82518
mh22/50.523kM9.325180.301mh31kN103.8947.2512.4612.3Ej22对承台
底的力臂为:
m7.7922.39.325e」3对承台底的弯矩为:
m809.542kN103.8947.792M1
(2)台身两肋高度范围内土压力
1kN454.6275.52512.46142.3963E2242.3965.525212.461对承台
底的力臂为:
m1.53.7605.525e
42.39650.52321.5对承台底的
42.39612.4613对承台底的弯矩454.6273.761709.398kNm:
M?
3)台基础范围内的土压力(•
1kN435.5586.2542.39650.5231.5E3_2
力臂为m0.728:
&50.52342.3963对承台底的
弯矩为:
m317.086kN435.5580.728M3台身底的台前土压力4.3.3台身底
底以上台身高度,;Hm1.53b2b。
一一台身两肋计算宽度,2cos=
sinsin2coscos1
土压力12bEH_2式中:
3——土的容重,;/18kNmmH5.525——台身
coscos2。
26.02cos30
2
sisi33.613302…
1coscos1526.0226.02…。
coscos33.691526.0226.020.311。
土
的内摩擦角,;式中:
=30=26.02台肋前缘与竖直线交角,°;3;
土的容重,/=18kNm“2211。
一一台背与土的摩擦角,1530.
12kN256.32430.311E185.5L2。
=168.231sinkN256.324sin256.324
的竖向分力:
E41.02Ev。
=193.391coscoskN256.324256.324E的水平分
力:
41.02Eh1E作用点离台身底的的距离:
m1.8425.52513E对台身底的力矩:
3.9。
竖向分力mtan=176.777kN168.2311.84226.02MV_2横向分力
193.3911.842356.226kNmMh4.3.4承台底的台后土压力
由于承台厚度较台身高度小得多,可假定台肋前坡延至承台底,用前式计
H5.52517.025m,台身计算宽度为算土压力。
台身高加承台高为6.25m。
,m5.525m0.3111.5hh21土压力单宽强度为:
2/30.929kM180.3115.525mhr2/39.326kM0.3117.025H18m台身部分
土压力
1122kN256.324330.311185.525EE122台身部分土压力
I6.25hhhhE2211J216.251.530.92939.326329.320kd2.
II1.55.5251.53.342meh33
30.929339.3263hhh证256.324sin41.02256.324sin168.23
1kN的竖直分力:
EEivi256.324cos41.02256.324cos193.391kN的水平分
力:
EEihi329.320sin41.02329.320sin216.140kN的竖直分力:
EE2V2329.320cos41.02329.320cos248.466kN的水平分力:
EE2H2对承台底
的弯矩:
Ei垂直分力:
43.9。
168.231tantantan3.342tan168.2311.51.5e26.0226.02Mvi
22176.777kNm水平分力:
m646.313kN3.342193.391193.391eMH11
对承台底的弯矩:
E2垂直分力:
43.9。
tan1.5tantanO.720tan216.140216.1401.5e26.0226.02MV2
22503.772kNm
水平分力:
m178.896kN0.720248.466248.466eMH224.3.5台后、台前土压
力汇总
台后、台前土压力汇总时,水平力向桥为正,向岸为负;弯矩计算顺时针为正,逆时针为负。
4-1
表台身底及台身底的台后、台前土压力汇总
截面位置
台身底
承台底
土压力)(kN
台后土压力
台帽
103.894
103.894
台身
454.627
454.627
承台
—
435.558
台前土
压力
台身
垂直分力168.231
垂直分力168.231
水平分力-193.391
水平分力-193.391
承台
垂直分力
216.140垂直分力
水平分力一一
248.466水平分力
合计(kN)
垂直分力168.231
384.371垂直分力
水平分力365.13
552.222
水平分力
土压力弯矩
mkN(•)
台后土压力
台帽
653.698
809.542
台身
1027.457
1709.398
承台
—
317.086
台前土压力
台身
垂直分力176.777
176.777垂直分力
水平分力-356.226
-646.313水平分力
承台
垂直分力
503.772垂直分力
水平分力一一
-178.896
水平分力
合计(kN•m)
1510.706
2691.360
4.4恒载
4.4.1上部结构恒载
2010.4012=1005.201kN。
恒载上部结构恒载按照上章计算的恒载一半,为偏心弯矩计算按如下。
上部结构恒载对台身顶的偏心弯矩为:
1005.2010.04343.224kNm
上部构造恒载对台身底(承台底)的偏心距为:
M1005.2011.3071313.798kNm
4.4.2下部结构恒载
下部结构恒载包括下部结构物的重力和桥台基础上面承载的土重力,计算.
3/kN25,4-3。
台帽、台身和承台均采用C30混凝土,容重采用见表4-2,mm3/kN18土的容重采用mm台身顶承受的台帽及其以上部分桥台恒载
表4-2
名称
体积3m
重力
kN
m对台身顶中心力臂
偏心弯矩
mkN
翼墙
12.30.7522
0.452.43.294
82.35
0.7522.42.30
.752.33
0.60.11.696
-139.725
桥头搭板牛腿
0.60.323.10.3
20.837
20.925
0.30.620.30.
30.63
0.60.10.833
-17.431
背
墙
0.51.17.253.9875
99.6875
0.41.40.522
-49.844
台帽上两侧挡板
0.350.50.820.28
7
1.01.40.222
1.4
台座
1.51.27.2513.05
326.25
0
0
桥头
搭板
22
0.33.13.72
93
0.31.2
0.10.8522
-79.05
合计
629.2125
-284.65
注:
桥头搭板长6m,厚0.3m,宽3.1m
台身底、承台底承受的桥台荷载表4-3
名称
体积
3m
重力
对台身底(承台底)力臂
m
偏心弯矩
kN
mkN
異墙
1
2.30.7522
82.35
0.7522.42.3
-250.92
0.452.4
3.294
0.752.33
0.11.953.047
桥头
0.30.6
0.33.1220.837
20.92
-45.58
搭板
20.30.60.3
0.
牛腿
30.63
1.950.12.183
背墙
0.51.1
7.253.9875
99.68
0.40.11.95
21.85
-184.42
台帽
7
3.91.00.3
-8.05
上两
0.35
20.80.50.28
221.15
侧挡
板
台帽
1.57.25
1.213.05
326.25
3.91.350.62
-440.44
台身
856.37
40.651.35
-1156.11
=34.255121.35.525
372.93
22.70.93
335.64
2.7=14.9185.525122
承台
22.25.71.52.31.5
42.7951.5
1069.87
0
0
桥头
搭板
2=3.7220.33.1
93
3.90.30.12.222
-204.6
合计
台身底
1858.52
-1970.42
承台底
2928.4
-2026.92
桥台承台承载土重力表4-4
名称
3体积m
重力
kN
对承台底中心偏心距
m
偏心弯矩
mkN
台后襟边土重力(后两项负值为扣去搭板牛腿和搭板所占体积)
2.35.5250.850.10.
60.36.256.250.3
235.2730.30.36.25
634.922
0.10.90.1
21.952.45
-1555.559
0.15.5256.253.453
62.156
0.13.9222
-124.312
台前襟边及台肋前的土重力
0.856.255.52529.352
528.328
3.90.92.422
1267.987
16.255.5251.34
246.617
839.109
21.81.23.93
1510.396
20.851.30.14
1124.7976.2521.5
-446.344
0.92.725.7
0.1320.517
-230.760
小计
1618.171
2547.623
扣除计算台前土压力时两肋所
1.52)的土压力占计算宽度
(36.250.52在小计内乘以
6.25
841.449
1324.764
横桥向两肋身之间及两外侧襟边上土重力
121.65.5256.2537.57
676.26
-1
-676.26
15.52541.32
31.726.25
570.594
0.9
513.535
合计
2785.681
-517.832
4.5摩阻力
摩阻力为活动支座的摩擦系数(0.06)乘以恒载反力。
上部构造恒载竖直压力为2010.401Kn,故摩阻力为:
0.062010.401120.624kN
支座厚度为4.2cm,支座垫石高度为15.8cm。
摩阻力对台身顶、底的力臂分别为
1.4m,6.925m。
120.6241.4168.874kNm对台身顶:
120.6246.925835.321kNm对台身底:
120.6248.4251016.257kNm对承台底:
支座摩阻力与汽车制动力不同时参与组合作用。
4.6台身底、承台底的作用汇总
台身底、承台底的作用汇总表4-5
台身顶
台身底
承台底
土压力
竖直力
—
168.231
384.371
水平力
433.115
365.13
552.222
弯矩
458.236
1510.706
2691.360
上部结构恒载
竖直力
1005.201
1005.201
1005.201
弯矩
43.224
-1313.798
-1313.798
下部结构恒载
竖直力
629.213
1858.525
2928.4
弯矩
-298.420
-1970.420
-1970.420
承台
竖直力
—
—
2785.681
弯矩
—
—
-517.832
活载
竖直力
663.868
663.868
663.868
弯矩
28.546
-867.675
-867.675
摩阻力
水平力
120.624士
120.624士
120.624士
弯矩
士168.874
士835.321
1016.257士
注:
摩阻力可正向、可负向,故其弯矩可正向。
4.7桩基础设计
桩基础采用地桩承台,拟采用桩径1.2m的摩擦桩,所需桩的根数根据承台底面的竖向荷载和单桩容许承载力进行估算,经初步计算拟采用4根灌注桩,桩长
15m规范规定桩中心距不得小于2.5倍成孔直径此处最小桩中心距为3.5m。
4.7.1荷载组合
作用在承台底中心的极限状态下的荷载组合。
竖向力
N384.371+1005.2012928.42785.681+663.8687767.521kN
弯矩
M2691.3601313.7981970.4195517.832867.6751016.2572994.622kNm水平
力
H1016.257552.2221568.479kN
4.7.2计算桩的变形系数
桩身截面惯性矩:
441.2d40.102Imm6464桩身抗弯刚度:
277
kN0.1910.102EI0.672.8m1010桩的计算宽度:
kdkbk01f32.231d6.6m,其中,,
m5.d32.0.5m.3.5123hbl121110.52.3lb12k0.50.79。
b2
0.66.60.62
故m111.20.90.791.564bkkkd0.90.79d
0f1m1d14.4221.2,此值的深度:
对于弹性桩,地面下选取mhm4/kNm10000深度地基土层为粉质粘土,m桩的变形系数
mb1.56410000038355610EI1.91-
m2.55.745mh0.38315h,按弹性桩计算。
因计算长度、桩顶刚度系数、
4.7.34231钻孔灌注桩:
1=211
2221.131Amd1.j—445
1.515h1000010mCp03.530mtan1.751.975mhtan1824422所以
9.621m1.75Aol11075545.4560.5631EIi112h115I。
579.6212.8EA1.1311.510C10A。
。
1.064230.48375。
,查表得:
0.98545xxQmm贝匚
331.06423EIET0.0598EI0.383xq2220.98545EIET0.1446EI
0.383xm30.48375EIET0.1867EI0.383M.7.4承台单位变位
承台发生单位变位时,所以桩顶对承台作用反力之和包括桩顶竖向反力之
40.5631EI2.2524nEI;和:
讪40.0598EI0.2392nEI;桩顶水平反力之和:
240.1446EIn0.5784EI;桩顶反弯矩之和:
3桩顶反弯矩之和:
240.1867EI0.5631EI12.25n7.6448EI。
xQ“则计算承台底面原点处变
位为:
竖向位移:
P7767.5213448.553boEIEI0.5631^水平位移
MH7.64481568.4790.57842994.6229184.722a
22(0.23927.6448)EIEI0.5784转角
MH0.23922994.6220.57841568.4791085.934a
0022)EIEI(0.23927.64480.57844.7.5计算作用在每根桩顶上作用力、、
QMPiii任一桩顶轴向力:
3011.987kN3448.5531085.9340.5631EI1.75xNb“。
10kN871.774EIEI
任一桩顶水平力:
9184.7221085.934kN392.2200.1446EI0.0598EIaHi
302EIEI任一桩顶弯矩为:
1085.9349184.722m1125.367kNEI0.18670.1446EIaM®
304EIEI校核kN7767.52223011.987871.774nMkN1568.88n4392.22
Him41125.367kN1.75n23011.987871.7742989.278MXP川满足规范要求。
由于是低桩承台,故桩顶受力
m1125.367kNM03011.987kNN0392.22kNH°4.8桩基强度验算
4.8.1验算单桩轴向承载力
该地基由三层土组成,由确定单桩容许承载力的经验公式初步计算桩长。
设灌注
桩地面下的桩长为h,则:
13)Amh[]K(U][Pl
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