第四章桩基础的设计计算3.pptx
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1、 除除强强度度验验算算外外,上上述述各各项项均均可可根根据据本本章章前前述述有有关关内内容容初初步步拟拟定定,经经验验算算后后若若不不能能满满足足有有关关要要求求,仍仍须须修修改改设设计计,直至满足为止。直至满足为止。承承台台强强度度验验算算按按极极限限状状态态设设计计,强强度度验验算算的的主主要要验验算算内容有:内容有:承台局部受压;承台局部受压;抗冲切验算;抗冲切验算;底板抗弯强度验算及配筋计算;底板抗弯强度验算及配筋计算;抗剪切强度验算。抗剪切强度验算。桩顶承台混凝土局部受压验算桩顶承台混凝土局部受压验算 基本概念基本概念 对对于于桩桩顶顶直直接接埋埋入入承承台台的的预预制制桩桩,在在很
2、很多多情情况况下下承承台台混混凝凝土土标标号号低低于于桩桩身身混混凝凝土土标标号号,为为确确保保承承台台不不破破坏坏,应应验算桩顶处承台混凝土的局部受压强度。验算桩顶处承台混凝土的局部受压强度。校核方法校核方法0结结构构重重要要度度系系数数(根根据据建建筑筑物物重重要要性性分分为为三三级级,分分别别取:取:1.1、1.0、0.9););Nd局局部部承承压压面面积积上上局局部部压压力力设设计计值值(一一般般取取桩桩的的最最大大轴轴向力);向力);混凝土局部承压强度提高系数混凝土局部承压强度提高系数fcd混凝土轴心抗压强度设计值;混凝土轴心抗压强度设计值;Al混凝土局部承压面积(取承台内基桩桩顶横
3、截面面积);混凝土局部承压面积(取承台内基桩桩顶横截面面积);Ab局局部部承承压压时时的的计计算算底底面面积积,可可以以参参照照钢钢筋筋混混凝凝土土构构件件进行计算。进行计算。局局部部承承压压不不能能满满足足要要求求时时,应应在在承承台台内内桩桩的的顶顶面面以以上上设设置置12层钢筋网片(层钢筋网片(P.168)。)。埋入承台部分桩顶处桩侧与承台混凝土受压验算埋入承台部分桩顶处桩侧与承台混凝土受压验算承承台台底底板板底底面面处处的的桩桩截截面面上上的的荷荷载载:轴轴向向力力Pi、弯弯矩矩Mi、剪力剪力Qi 桩桩顶顶承承台台混混凝凝土土局局部部受受压压验验算算主主要要是是验验算算在在轴轴向向力力
4、Pi作作用用下下的的混混凝凝土土局局部部承承压压强强度度,在在考考虑虑弯弯矩矩Mi、剪剪力力Qi的的作作用用时时,应应考考虑虑承承台台侧侧面面由由于于弯弯矩矩与与剪剪力力而而产产生生侧侧向向压压力力的的作用下的局部承压强度。作用下的局部承压强度。如如图图示示,假假定定桩桩伸伸入入承承台台长长度度为为l1,则则作作用用于于中中心心处处的的弯矩:弯矩:在在Qi的作用下,的作用下,考考虑虑桩桩截截面面形形状状对对桩桩侧侧应应力力的的影影响响系系数数,圆圆桩桩=1.27;方桩;方桩=1.0。桩侧与承台混凝土受压验算:桩侧与承台混凝土受压验算:fcd桩桩顶顶或或承承台台混混凝凝土土的的抗抗压压强强度度设
5、设计计值值(取取两两者者强强度度等等级低者)级低者)0桥梁结构重要性系数。桥梁结构重要性系数。承台悬出部分验算承台悬出部分验算 承承台台悬悬出出墩墩身身外外,边边桩桩中中心心位位于于墩墩身身底底面面以以外外,且且墩墩台台柱柱边边缘缘至至外外排排桩桩中中心心的的距距离离大大于于承承台台高高度度时时,应应验验算算在在承承台台悬悬出出部部分分的的桩桩对对承承台台的的作作用用,一一般般可可近近似似地地按按承承台台底底板悬出部分为悬臂梁进行计算。板悬出部分为悬臂梁进行计算。承台的抗冲切承载力验算承台的抗冲切承载力验算 墩、台柱下冲切破坏验算墩、台柱下冲切破坏验算 承台周边桩向上冲切破坏验算承台周边桩向上
6、冲切破坏验算 墩、台柱下冲切破坏验算墩、台柱下冲切破坏验算 沿沿墩墩台台柱柱向向下下冲冲切切的的破破坏坏锥锥体体采采用用自自墩墩台台柱柱边边缘缘至至相相应应桩桩顶顶边边缘缘连连线线构构成成冲冲切切锥锥体体;桩桩顶顶位位于于承承台台顶顶面面以以下下1 1倍倍有效高度有效高度h h0 0处。处。冲切锥体斜面与水平面的夹角冲切锥体斜面与水平面的夹角45;冲切锥体斜面与水平面的夹角冲切锥体斜面与水平面的夹角45时,取时,取45计算。计算。墩墩台台柱柱向向下下冲冲切切承承台台的的冲冲切切承承载载力力验验算算公公式式(矩矩形形承承台):台):Fid作作用用在在冲冲切切破破坏坏锥锥体体上上的的冲冲切切力力设
7、设计计值值,可可取取墩墩台台柱柱的的竖竖向向力力设设计计值值(包包括括承承台台破破坏坏锥锥体体的的重重力力)减减去去冲冲切切锥锥体范围内桩的反力设计值;体范围内桩的反力设计值;bx、by墩台柱作用面积的边长;墩台柱作用面积的边长;ax、ay冲冲跨跨,冲冲切切破破坏坏锥锥体体侧侧面面顶顶边边与与底底边边间间的的水水平平距距离离,即墩台柱边缘到桩内边缘的水平距离,即墩台柱边缘到桩内边缘的水平距离,ax、ayh0;x、y冲跨比;冲跨比;当当 取取 与冲跨比与冲跨比x、y对应的冲切承载力系数;对应的冲切承载力系数;ftd混凝土轴心抗拉强度设计值。混凝土轴心抗拉强度设计值。承台周边桩向上冲切破坏验算承台
8、周边桩向上冲切破坏验算 指指墩墩台台柱柱向向下下冲冲切切破破坏坏锥锥体体以以外外的的周周边边桩桩(角角桩桩或或边边桩),向上冲切承台的冲切承载力验算。一般有两种情况:桩),向上冲切承台的冲切承载力验算。一般有两种情况:u 角桩冲切承载力验算角桩冲切承载力验算Fld角桩竖向力设计值;角桩竖向力设计值;bx、by承台边缘至桩内边缘的水平距离;承台边缘至桩内边缘的水平距离;ax、ay冲冲跨跨,桩桩边边缘缘至至相相应应柱柱或或墩墩台台柱柱边边缘缘的的水水平平距距离离,ax、ayh0;x、y冲跨比;冲跨比;当当 取取 与冲跨比与冲跨比x、y对应的冲切承载力系数;对应的冲切承载力系数;v 边桩冲切承载力验
9、算(边桩冲切承载力验算()Fld边桩竖向力设计值;边桩竖向力设计值;bx承台边缘至桩内边缘的水平距离;承台边缘至桩内边缘的水平距离;bp方桩的边长;方桩的边长;ax冲冲跨跨,桩桩边边缘缘至至相相应应墩墩台台柱柱边边缘缘的的水水平平距距离离,axh0;注意问题注意问题u 计计算算圆圆形形桩桩时时,将将圆圆形形截截面面换换算算成成边边长长为为0.8倍倍桩桩径径的的方方形桩:形桩:b=0.8d;v 对对于于锥锥形形承承台台,沿沿墩墩台台柱柱边边冲冲切切验验算算式式中中的的h0取取沿沿墩墩台台柱边缘垂直截面的承台有效高度;柱边缘垂直截面的承台有效高度;w 对对于于锥锥形形承承台台,角角桩桩、边边桩桩冲
10、冲切切验验算算式式中中的的h0取取承承台台边边缘截面的有效高度。缘截面的有效高度。承台悬臂抗弯验算承台悬臂抗弯验算 按按现现行行公公路路钢钢筋筋混混凝凝土土桥桥梁梁设设计计规规范范规规定定,当当承承台台下下外外排排桩桩中中心心距距墩墩台台身身边边缘缘距距离离大大于于承承台台高高度度时时,承承台台正正截截面面(两两个个方方向向)的的抗抗弯弯承承载载力力可可作作为为悬悬臂臂梁梁按按一一字字“梁式体系梁式体系”进行验算。进行验算。承承台台抗抗弯弯验验算算截截面面取取承承台台悬悬出出部部分分墩墩身身底底边边缘缘截截面面(前图中(前图中-截面)。截面)。上缘承台混凝土抗压强度验算:上缘承台混凝土抗压强度
11、验算:M1悬悬出出部部分分各各桩桩桩桩顶顶轴轴向向力力(承承台台底底面面处处)Pi对对验验算算截截面的计算弯矩设计值;面的计算弯矩设计值;M2悬悬出出部部分分承承台台自自重重及及上上面面土土重重、水水柱柱重重对对验验算算截截面面的的计算弯矩设计值;计算弯矩设计值;Wh承台验算截面对混凝土受压边缘的换算截面抵抗矩;承台验算截面对混凝土受压边缘的换算截面抵抗矩;fcd混凝土抗压强度设计值;混凝土抗压强度设计值;0桥梁结构的重要性系数。桥梁结构的重要性系数。下缘钢筋抗拉强度验算:下缘钢筋抗拉强度验算:Wg承台验算截面对受拉钢筋重心处的换算截面抵抗矩;承台验算截面对受拉钢筋重心处的换算截面抵抗矩;fs
12、d钢筋抗拉强度设计值;钢筋抗拉强度设计值;承台斜截面验算承台斜截面验算承台斜截面抗剪承载力验算:承台斜截面抗剪承载力验算:Nid承承台台悬悬臂臂下下面面每每排排桩桩的的竖竖向向力力设设计计值值,取取其其中中一一根根最最大值乘以该排桩的根数;大值乘以该排桩的根数;G验验算算截截面面以以外外承承台台悬悬出出部部分分自自重重及及其其上上水水柱柱、土土柱柱重重力设计值;力设计值;fcu,k边长边长150mm混凝土立方体抗压强度标准值(混凝土立方体抗压强度标准值(MPa););P斜截面内纵向受拉钢筋百分率:斜截面内纵向受拉钢筋百分率:P=100,=As/bh0,P2.5 取取 P=2.5;As承台截面计
13、算宽度内纵向受拉钢筋截面面积。承台截面计算宽度内纵向受拉钢筋截面面积。m剪跨比:剪跨比:当当m0.5时,取时,取m=0.5axi、ayi沿沿x轴轴、y轴轴墩墩台台边边缘缘至至计计算算斜斜截截面面外外侧侧第第i排排桩桩边边缘缘的的距距离离;当当为为圆圆形形截截面面桩桩时时,可可换换算算为为边边长长等等于于0.8倍倍圆桩直径的方形截面桩进行计算;圆桩直径的方形截面桩进行计算;bs承台计算宽度;承台计算宽度;h0承台有效高度。承台有效高度。注意事项:当承台的同方向可作出多个斜截面破坏面时,应分别对每个注意事项:当承台的同方向可作出多个斜截面破坏面时,应分别对每个斜截面进行抗剪承载力计算。斜截面进行抗
14、剪承载力计算。承台配筋计算承台配筋计算 承承台台配配筋筋按按墩墩台台柱柱边边缘缘截截面面为为计计算算截截面面,算算出出该该截截面面的最大弯矩,并按钢筋混凝土单筋截面进行配筋。的最大弯矩,并按钢筋混凝土单筋截面进行配筋。Mxcd、Mycd分别对分别对x、y方向计算方向计算截面所产生的弯矩;截面所产生的弯矩;Nid 计计算算截截面面外外侧侧第第i排排桩桩的的竖竖向向力力设设计计值值,取取该该排排桩桩数数乘以该排桩中最大单桩竖向力设计值;乘以该排桩中最大单桩竖向力设计值;xci、yci第第i排桩中心到计算截面距离。排桩中心到计算截面距离。注意事项:在确定承台的验算截面弯矩后,可根据钢筋混凝注意事项:
15、在确定承台的验算截面弯矩后,可根据钢筋混凝土矩形截面受弯构件进行纵向与横向配筋计算。土矩形截面受弯构件进行纵向与横向配筋计算。承台板按承台板按“撑杆撑杆-系杆系杆”模式计算配筋模式计算配筋 按按现现行行公公路路钢钢筋筋混混凝凝土土桥桥梁梁设设计计规规范范规规定定,当当外外排排桩桩中中心心距距墩墩台台柱柱边边缘缘的的距距离离承承台台高高度度,则则承承台台属属于于短短悬悬臂结构,可按臂结构,可按“撑杆撑杆-系杆系杆”的比拟桁架模式进行配筋计算。的比拟桁架模式进行配筋计算。基本原理基本原理 将将尺尺寸寸较较小小的的墩墩身身,看看成成是是以以集集中中力力的的形形式式作作用用于于承承台台上上,以以拉拉杆
16、杆模模拟拟受受拉拉钢钢筋筋,以以抗抗压压撑撑杆杆模模拟拟主主应应力力轨轨迹迹,将将墩墩身身作作用用的的荷荷载载N,通通过过抗抗压压撑撑杆杆将将推推力力传传到到桩桩上上,而而要要维维持持桩桩顶顶节节点点的的静静力力平平衡衡,则则必必须须有有一一比比拟拟拉拉杆杆来来承承受受水水平力平力 T,而,而 T 由承台底面的受拉钢筋来承受。由承台底面的受拉钢筋来承受。计算方法计算方法根据图示算例:根据图示算例:l承承台台计计算算跨跨径径(桩桩的的中中心心距离)的一半;距离)的一半;h0承承台台顶顶面面至至拟拟设设的的下下层层钢钢筋筋重重心心的的距距离离,即即承承台台的的有有效高度;效高度;承台短悬臂按承台短
17、悬臂按“撑杆撑杆-系杆系杆”模型计算撑杆的抗压承载力模型计算撑杆的抗压承载力:Did撑杆压力设计值:撑杆压力设计值:N1d、N2d分分别别为为承承台台悬悬臂臂下下面面“1”排排桩桩和和“2”排排桩桩内内该该排排桩桩的的根根数数乘乘以以该该排排桩桩中中最最大大单单桩桩竖竖向向力力设设计计值值,在在上上式中校核式中校核Did时,取时,取D1d、D2d中两者较大者。中两者较大者。撑杆的抗压承载力主撑杆的抗压承载力主要与承台的厚度有关要与承台的厚度有关fcd,s撑杆混凝土轴心抗压强度设计值;撑杆混凝土轴心抗压强度设计值;t撑杆计算高度;撑杆计算高度;bs撑杆计算宽度,取承台计算宽度;撑杆计算宽度,取承
18、台计算宽度;b桩桩的的计计算算宽宽度度,方方桩桩取取桩桩边边长长,圆圆桩桩按按0.8d0.8d换换算算成成方方桩;桩;fcu,k边长为边长为150mm的混凝土立方体抗压强度标准值;的混凝土立方体抗压强度标准值;Tid与撑杆相应的系杆拉力设计值:与撑杆相应的系杆拉力设计值:As在撑杆计算宽度在撑杆计算宽度bs范围内系杆钢筋截面积;范围内系杆钢筋截面积;s系杆钢筋的顶层钢筋中心至承台底的距离;系杆钢筋的顶层钢筋中心至承台底的距离;d系系杆杆钢钢筋筋直直径径,当当采采用用不不同同直直径径钢钢筋筋时时,d取取加加权权平平均值;均值;i撑杆压力线与系杆拉力线间的夹角:撑杆压力线与系杆拉力线间的夹角:h0
19、承台有效高度;承台有效高度;a撑撑杆杆压压力力线线在在承承台台顶顶面面的的作作用用点点至至墩墩台台边边缘缘的的距距离离,取取a=0.15h0;x1、x2桩中心至墩台边缘的距离。桩中心至墩台边缘的距离。承台短悬臂按承台短悬臂按“撑杆撑杆-系杆系杆”模型计算系杆的抗拉承载力:模型计算系杆的抗拉承载力:Tid系杆拉力设计值,取系杆拉力设计值,取 T1d、T2d 中较大者;中较大者;fsd系杆钢筋抗拉强度设计值。系杆钢筋抗拉强度设计值。注意事项:注意事项:u 在在垂垂直直于于系系杆杆的的承承台台全全宽宽内内,系系杆杆钢钢筋筋布布置置应应符符合合公公路基规路基规、公路钢规公路钢规要求;要求;v 在在系系
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