装配式钢筋混凝土简支T梁基础工程课程设计计算书.docx
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装配式钢筋混凝土简支T梁基础工程课程设计计算书
装配式钢筋混凝土简支T梁基础工程课程设计计算书
基础工程课程设计计算书
一设计资料
初始条件
东莞市常虎高速公路某高架桥梁，上部构造采用装配式钢筋混凝土简支T梁，标准跨径25m，计算跨径24m。
桥面宽度为米，参照《公路桥梁地基基础设计规范》进行设计计算。
设计荷载
汽车—超20级，挂—120，人群荷载。
后台填土高度为米。
桥台竖直反力为8676KN。
材料
台帽、耳墙、台身和基础（承台）为20号钢筋混凝土。
；后台及溜坡填土的；填土的内摩擦角粘聚力。
地质资料，上部尺寸见所附图纸。
二基础类型的选择
由于采用浅基础的时候，其基础深度不会超过5米，一般在3米左右，但是，此处地形在5米深度内承载力很小，根本不能满足桥台稳定性的要求，故在此处选择桩基础作为承台基础。
另外，由于底下土层的极限摩阻力很下，不能满足要求，此外，在距离地层表面米的地方含有承载力很大的持力岩层，故在本地形时，柱桩基础是最好的选择。
三荷载计算
上部构造恒载反力及桥台台身、基础上的土重计算，其值列表如下：
恒载计算表
序号
计算式
竖直力p（KN）
对基地中心轴偏心距e（m）
弯距M
备注
1
弯距正负值规定如下：
逆时针方向取“-”号；顺时针方向取“+”号。
2
3
4
5
3
6
5
7
8
9
10
上部构造恒载
8676
各序号含义及承台尺寸的设计见图。
土压力的计算
土压力按台背竖直，；填土内摩擦角，台背（圬工）与填土间的外摩擦角计算；台后填土为水平，。
台后填土表面无活载时土压力的计算
台后填土表面无活载时土压力的计算
台后填土自重所引起的主动土压力计算式为
式中：
=；B为桥台的有效宽度取；H为自基底至台土表面的距离等于10m；为主动土压力系数
=
所以kN
其水平向的分力
离基础底面的距离：
对基底形心轴的弯距为
在竖直方向的分力
=
作用点离基底形心轴的距离：
对基底形心轴的弯距：
台后填土表面有汽车荷载时
由汽车荷载换算的等代均布土层厚度为：
式中：
为破坏棱体长度，对于台背为竖直时，
，而
所以有m
又因为在破坏棱体内只能放一辆重车，因是4车道，故：
则台背在填土连同破坏棱体上车辆荷载作用下引起的土压力为
KN
其水平向的分力
离基础底面的距离：
对基底形心轴的弯距为
在竖直方向的分力
=
作用点离基底形心轴的距离：
对基底形心轴的弯距：
台后填土表面为挂车荷载时
由于，在该长度范围内挂车荷载的轮重为，换算的等代土层厚度为
则土压力为
KN
其水平向的分力
离基础底面的距离：
对基底形心轴的弯距为
在竖直方向的分力
=
作用点离基底形心轴的距离：
对基底形心轴的弯距：
台前溜坡填土自重对桥台前侧面上的主动土压力
在计算时，以基础前侧边缘垂线作为假想台背，土表面的倾斜度以溜坡坡度为1：
算得，则基础边缘至坡面的垂直距离为m，取为土的内摩擦角35，主动土压力系数为：
则主动土压力为：
在水平方向的分力
作用点离基础底面的距离：
对基底形心轴的弯距为
竖直方向的分力
作用点离基底形心轴的距离
对基底形心轴的弯距为
支座活载反力计算
按下列情况进行计算支座反力：
第一，桥上有汽车及人群荷载，台后无活载；第二，桥上有汽车及人群荷载，台后也有汽车荷载，而重车在台后填土上；第三，桥上有挂车荷载，台后无挂车。
下面分别计算：
桥上有汽车及人群荷载，台后无活载
汽车及人群荷载反力
在桥跨上的汽车荷载布置如下图所排列，反力影响线的纵距分别为：
所以有，支座反力
=（以四行车队计算，需折减30%）
人群荷载的支座反力
支座反力作用点离基底形心轴的距离：
对基底形心轴的弯距：
汽车荷载制动力计算
对于4车道的制动里按布置在荷载长度内的一行汽车车队总重的20%计算，但不得小于一辆车的60%
依上述规定分别为：
一行车队总重的20%
一辆重车的60%
因此，取一辆重车的30%计算。
简支梁摆动支座应计算的制动力为：
桥上、台后均有汽车荷载，重车在台后
汽车及人群荷载反力
由于支座作用点在基底形心轴的左侧，为了使在活载的作用下得到最大的顺时针向的力矩，因而将重车后轴贴近桥台的后侧边缘，使得在桥跨上的活载所产生的逆时针向的力矩为最小
荷载布置如图所示，反力影响线的纵距分别为：
所以有，支座反力
=（以四行车队计算，需折减30%）
人群荷载的支座反力
支座反力作用点离基底形心轴的距离：
对基底形心轴的弯距：
汽车荷载制动力计算
同上，取一辆重车的30%计算。
简支梁摆动支座应计算的制动力为：
桥上有挂车荷载
对于平板挂车，全桥均以通过一辆车计算，在验算时不需考虑人群荷载，其荷载布置如图所示，反力影响线的纵距分别为：
所以有，支座反力
=
支座反力作用点离基底形心轴的距离：
对基底形心轴的弯距：
支座摩阻力计算
摆动支座摩擦系数取，则支座摩阻力为：
对基底的形心弯距为
（方向按组合荷载组合需要来决定）
在以后的附加设计中，以支座摩阻力作为控制设计。
荷载组合
荷载组合共分为五种情况
1、桥上有活载，后台无汽车荷载
2、桥上有活载，后台也有汽车荷载
3、桥上无活载，后台有汽车荷载
4、桥上无挂车，后台有挂车
5、桥上有挂车，后台无挂车
荷载组合汇总表
荷载组合
水平力（KN）
竖直力（KN）
弯距（）
一
主要
附加
二
主要
附加
三
主要
附加
四
五
因此，可得第一种组合为最不利情况，应进行验算。
四桩径、桩长的拟定
本方案采用就地钻孔灌注钢筋混凝土桩，桩身为实心断面，钻孔灌注桩设计直径，以冲抓锤施工。
另外，根据地质条件及施工的需要，桩基础采用低承台基础，桩为嵌言桩（柱桩），由于持力层深度的关系，桩长初步拟订为14m，其中，深入持力层，满足相关规范的要求。
五基桩根数及平面布置
桩的根数的估算
支承在基岩上或嵌入岩层中的单桩，其轴向受压容许承载力，取决于桩底处岩石的强度和嵌入岩层的深度，钻孔灌注桩单桩轴向受压容许承载力按下式计算：
[p]=（）
其中系数、值可在下表中选取
条件
C1
C2
良好的
一般的
较差的
钻孔桩系数、值可降低20%采用。
，h=。
所以，有：
考虑偏心荷载时各桩受力不均而适当增加桩数的经验系数，取
则==
加上实际需要，初步拟订采用6跟钻孔灌注桩来满足实际需要。
桩的间距的确定
由于，通常钻孔成孔的，支撑或嵌固在岩层的柱桩中心间距不得小于倍的成孔直径。
即。
另外，为了避免承台边缘距桩身过近而发生破裂，并考虑到桩顶位置允许的偏差，边桩外侧到承台边缘的距离，对桩径小于或等于的桩不应小于倍的桩径，且不小于，对大于的桩径不应小于倍的桩径并不小于。
因此，在本设计中，设计桩径为
桩的平面布置
桩数确定后，根据桩基受力情况选用两排桩桩基，其形式采用行列式，有利于施工，同时这种布置可以尽量使桩受力均匀，发挥每根桩的承载能力。
桩群横截面的重心与荷载合力作用点接近，桥墩桩基础中基桩采取对称布置，桩柱布置使盖梁发生的正负弯距接近，减少承台所承受的弯曲应力。
桩的排列方式见下图。
六桩基础内力的计算
桩的计算宽度（为圆柱形）
因为有
其中
，
所以有
=
6．2桩的变形系数a
，
；由于地面以下
自承台底面之下4m只有一种土（角砾）
所以，查表取m=60000kN/m
所以
桩在地面线以下深度h=14m，其计算长度则为：
，故按弹性桩计算。
6．3桩顶刚度系数、、、值计算
由于
其中；h=；由于为柱桩，所以有;
；
按桩中心距计算面积,取，==
==
已知：
查表得：
；；。
所以有，
=
=
6．4计算承台底面原点o处位移、、
=
=
==
=（EI）=（EI）
所以有，
=
=
6．5计算作用在每根桩顶上作用力、、
竖向力==（）=或。
水平力==弯距
校核：
=6==
=计算地面处桩身弯距、水平力及轴力
6．7计算地面以下深度Z处桩身截面弯距与水平压应力
由于有
有桩身弯距
式中的无量纲系数，可以根据及与有关的表格查取。
所以有，值的计算如下表：
Z
Z=
h=
4
0
0
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
水平压应力：
式中的无量纲系数，可以根据及与有关的表格查取。
所以有，值的计算如下表：
Z
Z=
0
0
0
0
0
0
0
0
以图的形式表示为：
七桩基础内力验算
7．1桩顶纵向水平位移验算
桩在地面处水平位移与转角和
=
=（方向是向左）〈6mm
符合规范的相关要求
=rad
水平位移容许值，符合要求。
7．2群桩基础承载力验算
由于采用嵌岩柱桩，因此，可以认为群桩起初的承载力等于各桩承载力之和
所以，群桩基础承载力
无软弱下卧土层，所以不需要验算
7．3群桩基础沉降演算
由于是采用嵌岩柱桩，地基底部沉降不大，其沉降量可以忽略不计。
故不需要验算。
7．4承台计算
7．4．1桩顶处的局部受压验算
由
其中，（C20混凝土）
所以有
又因为，其中=，=，=。
所以有（满足）
7．4．2桩对承台的冲剪验算
桩深入承台深度为
由于刚性角
而布置范围角
因为有，所以可以不必验算
7．4．3承台抗弯抗剪强度验算
承台抗弯抗剪强度经过验算发现符合规范的要求。
八配筋计算
桩基础配筋计算
桩身最大弯距处Z=0m，
确定计算轴向力时恒载荷载的安全系数为，活载为
所以，有：
弯距M=；采用C20混凝土，级钢筋，则有
计算偏心距增大系数
由于桩的两端固定所以有
长细比
所以，应
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