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四川内江破桩头承台座板计算

futao 拆除工程 2019-04-25 1084 0
川渝拆除17713551981

四川内江破桩头承台座板计算

多排桩的承台是一种板式结构,是在各基桩下沉或就地浇筑完成后,现浇混凝土而成。它将各基桩联结成整体,把上部结构和墩台的荷载传递给各基桩。承台座板受力复杂,尤其是高桩承台座板,所受外力各方向都有,是一个空间受力结构物。为保证其正常工作,一般都把承台座板与桩的联结设计为刚性联结,座板本身的刚度也视为刚体结构。

一、承台座板按其各种受力状态的计算

承台座板一般可按其各种受力状态进行局部受压、抗冲剪、抗弯和抗剪验算。其计算中的各种受力是按规范规定用分项安全系数计得的极限状态外力。

(一)桩顶承台混凝土局部受压验算

该项验算是对于桩顶直接埋入承台的预制桩而言。一般承台混凝土强度低于桩身混凝土强度,应验算桩顶处承台混凝土的局部受压。计算时不考虑桩身与承台混凝土间的黏结力,如验算结果不符合要求,可在承台桩顶上布设1~2层钢筋层,钢筋网边长应大于桩径的2.5倍,网孔为80mm×80mm~100mm×100mm,钢筋直径不宜小于12mm。具体验算方法按第二章第三节式(2-8)进行计算。

(二)埋入承台部分桩顶处桩侧与承台座板混凝土受压验算已知作用于承台座板底面处的桩截面上的轴向力为N,弯矩为M,剪力为Q.。N.作用下的验算已按桩顶承台混凝土局部受压进行,下面考虑M、Q.作用下的验算。

桩埋人承台座板内的长度为l1,则作用于l1/2处的弯矩为M′=M;-Q1/2,剪力为Q′=

Q.。在M;作用下压应力计算如图5-51所示,则:

M:=q与4.d=号m与.4.d

3“-2236gM:

(5-148)

图5-51承台受力验算图示

图5-51承台受力验算图示


在Q:作用下

Q:=L,dlamw

5o1

qamm=/(5-149)

上两式中,为考虑桩截面形状对桩侧应力的影响系数,圆桩=1.27,方桩=1.0,其余符号同前。最终验算式为:

(5-150)式中:fa——桩顶或承台混凝土的抗压强度设计值(取两者强度等级低者);yo——桥梁结构重要性系数。

(三)承台悬出部分验算

当承台悬出墩身外,边桩的中心位于墩身底面以外,距墩台柱边缘大于承台高度时,应验算在承台悬出部分的桩对承台的作用。一般是近似地将承台座板悬出部分作为悬臂板来计算,其计算项目如下。

1.单桩对承台的冲切承载力验算

当承台悬出墩身之外较大,承台与桩之间会产生冲切作用,应进行冲切承载力验算。其具体验算分以下两种情况。

(1)墩、台柱向下冲切破坏验算

墩、台柱向下冲切的破坏锥体应采用自墩台柱边缘至相应桩顶边缘连线构成的锥体;桩顶位于承台顶面以下1倍有效高度ho处。锥体斜面与水平面的夹角不应小于45°,当小于45时取45°。

墩台柱向下冲切承台的冲切承载力按以下规定计算,即:

yoFa ≤0.6faho |2px(b,+a,)+2apr(be+a)|(5-151)

Qpx=A,+0.21.2

式中:Fa——作用于冲切破坏锥体上的冲切力设计值,可取墩台柱的竖向力设计值(包括承台破坏锥体的重力)减去锥体范围内桩的反力设计值;b.、b,——墩台柱作用面积的边长[图5-52a)];ho——承台有效高度,由承台顶面至承台下层抗拉系杆钢筋高度;a、a,——冲跨,冲切破坏锥体侧面顶边与底边间的水平距离,即墩台柱边缘到桩边缘的水平距离,其值不应大于ho;A、A,—一冲跨比,A.=a-/ho,A,=a,/ho,当a。<0.2ho或a,<0.2ho时,取a,=0.2h。

或a,=0.2ho;ar、aay——与冲跨比A、A,对应的冲切承载力系数;fa——混凝土轴心抗拉强度设计值。

(2)承台周边桩向上冲切破坏验算

此种情况是指墩台柱向下冲切破坏锥体以外的周边桩(角桩和边桩),向上冲切承台的冲切承载力按以下规定计算[图5-52b)]。


image.png

图5-52承台冲切破坏锥体

①角桩

oFu ≤0.6/aholal a(,+号)+e'r(.+号)](5-154)

,=0.8(5-155)CX=A,+0.20.8

a'/=A48.2(5-156)式中:Fu——角桩竖向力设计值;b.、b.——承台边缘至桩内边缘的水平距离[图5-52b)];a.、a.-——冲跨、冲切破坏锥体侧面顶边与底边间的水平距离,即墩台柱边缘到桩边缘的水平距离,其值不应大于ho;A.、A,—-冲跨比,A.=a/ho,A,=a,/ho,当a.<0.2ho或a,<0.2ho时,取a.=

.2ho或a,=0.2ho;af'r、a'y—与冲跨比A,、A,对应的冲切承载力系数。

②边桩

当b。+2ho≤b时[b见图5-52b)]

Yot7u ≤0.6fahol a'px(bp+ho)+0.667×(2b,+a-)](5-157)

式中:Fu——边桩竖向力设计值;b.——承台边缘至桩内边缘的水平距离;b.——方桩的边长;a.——冲跨,为桩边缘至相应墩台柱边缘水平距离,其值不应大于ho。

上述计算对圆形桩,其圆形截面可换算为边长等于0.8倍桩直径的方形截面桩。

图5-53按悬臂梁承台抗弯抗剪验算图

图5-53按悬臂梁承台抗弯抗剪验算图

当承台为变厚度时,式(5-151)中的ho取沿墩台柱边缘垂直截面的承台有效高度;式(5-154)、式(5-157)中的ho取承台边缘截面的有效高度。

2.承台悬臂抗弯验算

承台抗弯验算截面为悬出部分墩身底边缘截面,见图5-53的I-I截面。

上缘混凝土抗压验算

M-M.sWd(5-158)

hyo式中:M,——悬出部分各桩柱顶轴向力(承台底面处)N,对验算截面的计算弯矩设计值(kN·m);Ma——悬出部分承台自重及上面土重、水柱重对验算截面的弯矩设计值;W——承台验算截面对混凝土受压边缘的换算截面抵抗矩(m3);f.——混凝土抗压强度设计值;yo—桥梁结构的重要性系数。

下缘钢筋抗拉验算为:

Byo式中:W.——承台验算截面对受拉钢筋重心处的换算截面抵抗矩(m);fa——钢筋抗拉强度设计值;其余符号意义同前。

现行《公钢混桥规》规定:当承台下面外排桩中心距墩台身边缘大于承台高度时(图5-54中的X>h),承台正截面(垂直于x轴和y轴的竖向截面)抗弯承载力可作为悬臂梁按一字

“梁式体系”计算。

图5-54桩基承台计算

图5-54桩基承台计算

1-墩身;2-承台;3-桩;4-剪切破坏斜截


承台底面单桩竖向力设计值可按下式计算:

FaMay:Max:Na n-AZ4式中:Na——第i根桩的单桩竖向力设计值;Fa——由承台底面以上的作用力(或荷载)产生的竖向力组合设计值;Ma、M。——由承台底面以上的作用力(或荷载)绕通过桩群形心x轴、y轴的弯矩组合设计值;n——承台下面桩的总根数;x;、y;—第i排桩中心至y轴、x轴的距离。

(1)承台截面计算宽度

①当桩中距不大于3倍桩边长或直径时,取承台全宽;

②当桩中距大于3倍边长或直径时:

b.=2a+3D(n-1)(5-161)式中:b.——承台截面计算宽度;a——平行于计算截面的边桩中心距离承台边缘距离;D——桩边长或桩直径;n——平行于计算截面的桩的根数。

(2)承台计算截面弯矩设计值

按下列公式计算(图5-54):

式中:Md、M。——计算截面外侧各排桩竖向力产生的绕x轴和y轴在计算截面处的弯矩组合设计值;N.——计算截面外侧第i排桩竖向力设计值,取该排桩根数乘以该排桩中最大单桩竖向力设计值;x、y.——垂直于y轴和x轴方向,自第i排桩中心线至计算截面的距离。

3.斜截面抗剪验算

承台的剪切破坏斜截面如图5-54所示,斜截面抗剪承载力计算应符合下列规定:

AV.≤9.9×10-(2+0.6P)falk.Ao(5164)

m式中:V.——承台悬臂下面桩的竖向力设计值产生的计算斜截面以外各排桩最大剪力设计值(kN)的总和;每排桩的竖向力设计值,取其中一根最大值乘以该排桩的根数;f.L——边长为150mm的混凝土立方体抗压强度标准值(MPa);P一斜截面内纵向受拉钢筋的配筋百分率,P=100p,p=4./bho,当P>2.5时,取P=

2.5,其中A.为承台截面计算宽度内纵向受拉钢筋面面积;m——剪跨比,m=a/ho或m=a/ho,当m<0.5时,取m=0.5,其中,a。和a,分别为沿x轴和y轴墩台边缘至计算斜截面外侧第i排桩边缘的距离;当为圆形截面桩时,可换算为边长等于0.8倍圆桩直径的方形截面桩;b.——承台计算宽度(mm);ho——承台有效高度(mm)。

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,具体规定和计算参见《公钢混桥规》。

二、承台座板按“撑杆一系杆体系”计算配筋

《公钢混桥规》规定,当外排桩中心距墩台柱边缘等于或小于承台高度时,承台属短悬臂结构,提出采用“撑杆一系杆”的比拟桁架模式计算,简便合理。

其原理是将相对尺寸较小的墩身,认为是以集中力

的形式作用于承台上,模型中是以抗拉系杆模拟受拉钢筋,以抗压撑杆模拟主压应力轨迹,比拟桁架的模式就是将墩身作用的荷载N,通过抗压撑杆将推力传到桩上,而要维持桩顶节点的受力平衡,必须有一比拟拉杆来承受水平分力T,则T由承台底面的受拉钢筋承受(图5-55)。

图5-55比拟桁架模拟承台结构计算

图5-55比拟桁架模拟承台结构计算

以图5-55为例简单计算,可得分=元,则:

T=AL(5-165)

2ho式中:——承台计算跨径(即桩的中心距离)的一半;h。——承台顶面至拟设的下层钢筋重心的距离,即为前面的承台计算高度。

设计中以T作为承台底层两桩之间计算受拉钢筋的拉力。

《公钢混桥规》对承台短悬臂按“撑杆一系杆体系”计算撑杆的抗压承载力(图5-56)规定如下。

图5-56承台按“撑杆一系杆体系”计算

图5-56承台按“撑杆一系杆体系”计算

1-墩台身;2-承台;3-桩;4-系杆钢筋

(1)撑杆抗压承载力计算

Y0Da ≤tb.fA(5-166)fa.=a码?特0A系≤0.48f。.(5167)fs.k

4=(Ta +0.02)co2?,(5-168)

.E.t=bsing,+h,cose,(5-169)h.=s+6d(5-170)式中:Da——撑杆压力设计值,包括D1a=Nu/sine,,Dan=Na/sinea,其中N1a和Na分别为承台

悬臂下面“1”排桩和“2”排桩内该排桩的根数乘以该排桩中最大单桩竖向力设计值,单桩竖向力按式(5-160)计算,按式(5-166)计算撑杆抗压承载力时,式中Da取D1a和D2a两者较大者;f.a.。——撑杆混凝土轴心抗压强度设计值;t——撑杆计算高度;b.——撑杆计算宽度,按承台正截面计算宽度的规定计算确定;b——桩的支撑宽度,方形截面桩取截面边长,圆形截面桩取直径的0.8倍;f..k——边长为150mm的混凝土立方体抗压强度标准值;Ta——与撑杆相应的系杆拉力设计值,包括Ta=N1a/tane1,T2a=N2a/tan2;A.——在撑杆计算宽度b。(系杆计算宽度)范围内系杆钢筋截面面积;s——系杆钢筋的顶层钢筋中心至承台底的距离;d—系杆钢筋直径,当采用不同直径的钢筋时,d取加权平均值;

8.——撑杆压力线与系杆拉力线的夹角,包括01=arctan0,02=arctan-,其中,ho为承台有效高度;a为撑杆压力线在承台顶面的作用点至墩台边缘的距离,取α=0.15ho;x1和x₂为桩中心至墩台边缘的距离。

(2)系杆抗拉承载力计算

yoTa ≤faA,(5-171)

式中:T。——系杆拉力设计值,取T7a与T2a两者较大者;fa——系杆钢筋抗拉强度设计值。

在垂直于系杆的承台全宽内,系杆钢筋布置应符合《公桥基规》和《公钢混桥规》要求。在系杆计算宽度b。内的钢筋截面面积应符合受弯构件受拉钢筋最小配筋百分率。


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