南京工业大学墩台基础课程设计文档格式.docx
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四、初步拟定基桩的桩长、桩径
1.尺寸拟定
桩长l=46m,桩径d=1.6m,承台高2.5m,基桩采用弹性桩。
2.竖向承载力
根据地质情况桩长不可定,按单桩轴向容许承载力公式反算桩长。
采用基本组合,除考虑永久作用外,还考虑汽车效应和人群荷载效应。
假设该桩埋入最大冲刷线以下深度为h。
则:
p=p=12Uliτi+λm0Aσ0+K2γ2(h1-3)
式中p为一根桩所受全部外荷载,最大冲刷线以下桩重一半作外为荷载计
计算p时各参数如下取值:
桩的设计直径为1.60m,则桩周长U=π×
(d+0.1)=5.34m,A=2.01m2。
假定桩长为45m,则ld=481.8=25.6>
25且亚粘土为不透水性土,由表5.2取修正系数λ为0.72。
又td=0.34<
0.3,查表5.3得清底系数m0=0.7。
σ0按工程地质钻孔图取220MPa。
钻孔灌注桩桩底沉淀土厚度不超过50mm,则td=0.27<
0.4,按表5.3线性内插得m0=0.73。
地面土容许承载力深度修正系数按一般粘性土查表得K2=1.5。
γ2取加权平均数为19.03kN/m2,τp同取加权平均数为66.84kPa。
则
p=12×
5.34×
66.84×
46+0.72×
0.7×
2.83×
220+1.5×
18.68h-3
=8047.35kN
3.桩根数确定
每延米桩重q=(25-10)×
2.01=30.15kN/m(考虑浮力)
故
n=μN[p]
式中经验系数μ=1.2
n=1.2×
60000+
n=9.98<
10,故桩数n取10。
布局如下图1所示:
图1桩分布平面图
五、桩基位移及内力计算
1.参数确定
桩的计算宽度:
b1=KφK0Kd
式中:
Kφ——形状换算系数,圆形截面取0.9
Kφ——受力换算系数,圆形截面按1+1d计
K——桩柱间相互影响系数
多排桩由于在外力作用下各桩受力将相互影响,其影响距离与桩间净距L1有关。
按下式计算:
K=b'
+1-b'
0.6∙L1h1
因为n=5>
4,所以b'
=0.45,L1为桩间净距,设1.6m,所以h1=3×
1+d=7.8m。
故K值计算为0.638。
b1=0.9×
2.6×
0.638=1.493
桩身抗弯刚度:
EI=0.67EhI=0.67×
2.85×
107×
π64×
1.64
=6.14×
106kN∙m2
换算地基比例系数:
m=m1h12+m2(2h1+h2)h2hm2
hm——地基比例系数,对弹性装hm=2d+1=5.2m。
h1、h2——第一二层土厚。
按地质图数据h1=1m,h2=4.2m
m1、m2——第一二层土竖向比例系数。
按地质图m1=16.8,m2=4.0
计算得m=4473.4kN/m4。
2.变形系数计算
变形系数α:
α=5mb1EI=54473.4×
1.4936.14×
104=0.255
桩在承台以下深度46m,则αh=0.255×
46=11.73>
2.5,为弹性桩。
3.局部冲刷线处柔度计算
桩底土为非岩类土且αh=11.73>
2.5,所以,按查书附表2.1,得:
δQQ(0)=1α3EI∙B3D4-B4D3A3B4-A4B3=2.4110.2553×
6.14×
106=23.95×
10-6m∙kN-1
δQM(0)=δMQ(0)=1α2EI∙B3C4-B4C3A3B4-A4B3=1.6250.2552×
106=4.07×
δMM(0)=1αEI∙A3C4-A4C3A3B4-A4B3=1.7510.255×
106=1.118×
4.桩顶柔度计算
5.桩顶刚度系数计算
ρ1=1l0+ζhEA+1C0A0
l0——局部冲刷线以上桩柱自由长度,为0m
ζ——系数,摩阻力均匀分布时取0.5
h——桩长,h=46m
EA——桩身受压弹性模量与桩身截面乘积
参数C0=m0h,m0为桩底面地基土的竖向比例系数,桩底地基土为软塑,所以m0=5000kN/m4,C0=5000×
46=230000kN/m2。
A0=π×
1.62=8.04m2。
故:
ρ1=10.5×
462.85×
2.01+12.3×
105×
8.04=1.06×
106
ρ2=δMMδHH∙δMM-δHM2=0.124×
ρ3=δMHδHH∙δMM-δHM2=0.576×
ρ4=δHHδHH∙δMM-δHM2=3.569×
6.承台变为计算
承台中心点竖向位移b0:
b0=Nγbb=6000019.04×
106=6.31mm
承台中心点水平位移a0:
a0=γββH-γαβMγααγββ-γαβ2=1.64×
10-3m
承台地面转角β0:
β0=γααH-γαβMγααγββ-γαβ2=2.389×
10-4m
7.桩顶分配作用效应组合设计值
偏心竖向力:
pi=b0±
β0Xiρ1=7116.316271.05kN
水平力:
Hi=a0ρ2-β0ρ3=60kN
弯矩:
Mi=β0ρ4-α0ρ3=-55.81kN
校核:
npi=5×
7116.31+6271.05=66936.8=N+
nHi=60×
10=H
piXi+nMi==6203.98≈M
校核合格。
8.局部冲刷线处桩柱变位计算
挠度:
X0=H0δQQ0+M0δQQ0=HiδQQ0+MiδQQ0
=1.21×
10-3mm
转角:
Φ0=-H0δMQ0+M0δMM0=HiδMQ0+MiδMM0
=-1.82×
10-4rad
9.局部冲刷线一下深度Z处桩身各截面内力
弯矩MZ:
MZ=α2EI(X0A3+Φ0αB3+M0α2EIC3+H0α3EID3)
计算得:
α2EIX0=483.1
αEIΦ0=-284.96
H0α=235.3
则,
桩身截面配筋只需弯矩,不会发生剪切破坏,在此只计弯矩,如表1:
桩身弯矩计算表表1
αZ
Z
A3
B3
C3
D3
MZ
0.10
0.39
-0.00017
-0.00001
1.00000
0.10000
-32.36
0.20
0.78
-0.00133
-0.00013
0.99999
0.20000
-9.35
0.30
1.18
-0.00450
-0.00067
0.99994
0.30000
12.80
0.40
1.57
-0.01067
-0.00213
0.99974
0.39998
33.77
0.50
1.96
-0.02083
-0.00521
0.99922
0.49991
53.28
0.60
2.35
-0.03600
-0.01080
0.99806
0.59974
71.10
0.70
2.75
-0.05716
-0.02001
0.99580
0.69935
87.07
0.80
3.14
-0.08532
-0.03412
0.99181
0.79854
101.05
0.90
3.53
-0.12144
-0.05466
0.98524
0.89705
113.00
1.00
3.92
-0.16652
-0.08329
0.97501
0.99445
122.87
1.10
4.31
-0.22152
-0.12192
0.95975
1.09016
130.68
1.20
4.71
-0.28737
-0.17260
0.93783
1.18342
136.47
1.30
5.10
-0.36496
-0.23760
0.90727
1.27320
140.34
1.40
5.49
-0.45515
-0.31933
0.86573
1.35821
142.38
1.50
5.88
-0.55870
-0.42039
0.81054
1.43680
142.73
1.60
6.27
-0.67629
-0.54348
0.73859
1.50695
141.52
1.70
6.67
-0.80848
-0.69144
0.64637
1.56621
138.91
1.80
7.06
-0.95564
-0.86715
0.52997
1.61162
135.07
1.90
7.45
-1.11796
-1.07357
0.38503
1.63969
130.17
2.00
7.84
-1.29535
-1.31361
0.20676
1.64628
124.37
2.20
8.63
-1.69334
-1.90567
-0.27087
1.57338
110.32
2.40
9.41
-2.14117
-2.66329
-0.94885
1.35201
95.62
2.60
10.20
-2.62126
-3.59987
-1.87734
0.91679
79.98
2.80
10.98
-3.10341
-4.71748
-3.10791
0.19729
64.91
3.00
11.76
-3.54058
-5.99979
-4.68788
-0.89126
51.16
3.50
13.73
-3.91921
-9.54367
-10.34040
-5.85402
25.84
4.00
15.69
-1.61428
-11.73066
-17.91860
-15.07550
15.68
由表可知,最大弯矩设计值为h=αZ=1.5处的弯矩,MZ=142.73kN。
10.桩顶水平位移计算
∆=X0-φ0h1+h2+∆0≤[∆]
h1——局部冲刷线以上桩柱上段长度
h2——局部冲刷线以下桩柱上段长度
∆0——将桩柱视为在局部冲刷线处弹性嵌固,由桩柱顶荷载H、M外作用引起的柱顶弹性挠曲位移,其计算式如下:
∆0=HE1I113nh23+h13+nh1h2h1+h2+M外E1I1[h12+nh1h1+2h2]
又由于h1=h2=0m,故∆0=0m,∆=X0=1.21mm<
5L=33.92
六、考虑群桩效应的验算
1.桩底平面处最大压应力验算
验算式为
σmax=γl+γh-BLγhA+NA1+eAW≤K[σ]
σmax——桩底平面处最大压应力
γ——承台底面至桩底平面土的平均密度,包括桩重在内,按下式计算:
=21.60kN
l——桩埋于土中的深度,取46m
γ——承台底面以上土的密度,取25kN/m3
N——作用于承台底面合力的垂直分立,取60000kN
e——垂直分力N对桩底面处的计算面积重心轴的偏心距,e=MdNd=19.4mm
A——假想的实体基础在桩底面处的计算面积,按照下式计算:
=276.79
W——假想的实体基础在桩底面处的抵抗矩,W=B底2∙L底6=577.29m3
B——承台宽度,为6.4m
L——承台长度,为16m
K——地基土容许承载力提高系数,取1.25
故,
σmax=21.60×
48+25×
2.5-6.4×
16×
25×
2.5276.79+66936.8276.79×
1+0.0194×
276.79577.29
=1304.87kPa
σ=σ0+k1γ1b-2+k2γ2h-3=220+1.5×
18.93×
45.5=1440.96kPa
又σmax≤K[σ],故符合最大压应力要求。
七、桩身配筋计算
1.截面配筋设计
根据和按偏心受压构件进行配筋设计。
纵向钢筋采用HRB335级钢筋,钢筋抗拉强度fsd'
=280MPa,混凝土采用C25,fcd=11.5MPa,结构重要性系数γ0=1.0。
混凝土保护层厚度采用70mm,纵向钢筋采用φ28钢筋,外径为31.6mm。
初始偏心距:
e0=MdNd=142.737348.37=19mm
壁厚中心至截面中心的距离:
rs=800-70-31.62=714.2mm
比例系数:
g=rsr=714.2800=0.893
长细比:
。
截面有效高度:
偏心距增大系数:
荷载偏心率对截面曲率的影响系数:
构件长细比:
ξ2=1.15-0.11L0h=0.863
计算偏心距:
e0'
=ηe0=199.5mm
设值为0.39
查表得:
则,配筋率:
将所得配筋率代入公式,得轴向力设计值:
,计算轴向力和实际值基本相等,且为负值,所以混凝土足以承担,故纵向钢筋只需要配构造钢筋。
因为ASπr2≥0.5%,且rs=714.2mm,得AS=8012.34mm2。
查表,选择1328,计算截面面积为8005mm2,钢筋间距。
2πrsn=435.19mm<
350mm,实际配筋率ρ=ASπr2=0.399。
另外设置14普通箍筋,间距200mm。
2.承载能力校核
γ0Nd=7348.37kN
fcdπr2-AS=11.5×
106×
π×
0.82-8.012×
10-3
=23029.98kN>
7348.37kN
故截面承载力满足要求。
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