预制T梁台座设计计算书

制梁台座设计计算书

1．设计计算依据

1.1.计算依据： ⑴招标文件及设计图纸 ⑵金塘制梁场平面布置图纸

⑶《舟山连岛工程金塘大桥土建工程第Ⅳ-E合同段招标参考资料》 ⑷金塘制梁场勘探点布置图及工程地质柱状图 ⑸《MIDAS/civil》计算软件

⑹《基础工程》（西南交通大学出版社,李克钏主编）

⑺《工程力学-材料力学分册》(西南交通大学出版社,许留旺主编) ⑻《结构设计原理》(西南交通大学黄棠、王效通主编) ⑼《桥梁工程概论》(西南交通大学出版社,李亚东主编) ⑽《地基基础设计与计算》(人民交通出版社,朱浮声主编) ⑾《桥梁桩基计算与检测》(人民交通出版社,赵明华编著) 1.2.技术规范：

⑴《公路桥涵设计通用规范》（JTJ 021-）

⑵《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTJ 023-85） ⑶《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ 024-85） ⑷《公路桥涵施工技术规范》（JTJ 041-2000） ⑸《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-94）

⑹《公路桥梁抗风设计规范》（JTG/T D60-01-2004） 2、设计说明

制梁台座采用四根φ1.2m钻孔灌注桩上部辅以承台和U型垫梁。

从工程地质剖面图中看，相邻桩位地层变化较大，故需对每个承台桩位的承载力进行单独设计（制梁台座一端两根桩间距4.2m，为避免承台的不均匀沉降,采用一端两根桩同等设计桩长），本计算书详细计算3#勘探孔位制梁台座的2根桩的设计计算过程，其它桩的设计类似。

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3、设计参数选定 3.1、设计荷载

梁重q115750kN 内模q22700kN暂定 外模q31400kN暂定 底模q4730kN暂定 承台总重q51140kN

40公分厚地基梁重q625.49*0.4*7*624425kN

U型支座重q71*0.5*3*62*25.490.25*0.75*5*602426kN 单根桩的自重(暂按43米计算,1/2自重):

r2*25.49*431238kN 四根桩总重q84952kN 3.2、材料性能指标 (1)、C25砼

C25砼轴心抗压强度：W =11.9MPa (2)、钢筋

I级钢筋：fy=210MPa，fy1=210MPa， II级钢筋：fy=300MPa，fy1=300MPa， 4.基础加固设计与分析 4．1地基承载力的计算

因为预制场的地质条件非常复杂，上层主要为软弱下卧层，故需要计算地基的容许承载力，由所建模型可知垫梁下部每延米地基的荷载为3kN，地基应力fk为52kPa, 通过查《舟山连岛工程金塘预制场工程地质勘察报告》可知e＝0.8的淤泥质粘性土，查资料可知其ηb=0.3，ηd=1.6。地基承载力设计值为：

fa1fab*b3d*md0.5 551.6*20*0.650.5 59.8MPa>1.1fk 地基承载力满足要求。

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4．2垫梁下部软弱地基沉降量的计算 因为MIDAS/civil并不能反映垫梁下土的压缩量和土的弹性系数增大的对应关系，所以在建模计算前就应先计算箱梁张拉前垫梁天然下卧层土的沉降量。

采用分层总和法计算垫梁下卧层土的沉降量，按2号制梁台座中部地质计算天然地基的沉降量为1.9mm,沉降层共考虑16.1m。

具体计算如下：

4．2．1计算基础底面附加应力

取基础及其上覆土的平均重度γ0＝20Kn/m3,则基础底面的平均压力p等于：

pF1575027007301400442024300d20*0.6570.86kNm2 A55.3*7基础底面的附加应力为：

p0pd70.8620.0*0.6557.86kNm2

4．2．2将地基按压缩量分层

设压缩层厚度为16m，其中素填土1. 6m,粉质粘土1.5m,淤泥质粉质粘土3m, 淤泥质粘土5m, 淤泥质粉质粘土0.2m。 4．2．3计算各分层的压缩量

①素填土1.6m

ZA55.37.9,00, B7B查表得a01.000

Z11.60.2285,查表得a10.98, B7则该层压缩量为：

S1P00.05786(Z1A1Z0A0)(1600*0.980)5.04mm, ES118②粉质粘土1.5m

ZA55.33.17.9,20.443 B7B7查表得a20.95 则该层压缩量为：

S2P00.05786(Z2A2Z1A1)(3100*0.951500*0.98)18.4mm, ES24.632

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③淤泥质粉质粘土3m ZA55.36.17.9,30.87, B7B7查表得a20.84 则该层压缩量为：

S3P00.05786(Z3A3Z2A2Z1A1)(6100*0.841500*0.951600*0.98) ES3341mm,

④淤泥质粘土5m

Z11.1A55.37.9,41.586, B7B7查表得a40.673 则该层压缩量为：

S4P0(Z4A4Z3A3Z2A2Z1A1)＝.6mm, ES4⑤淤泥质粉质粘土5m

Z16.1A55.37.9,52.3, B7B7查表得a40.56 则该层压缩量为：

S5P0(Z5A5Z4A4Z3A3Z2A2Z1A1)＝3.1mm, ES5则总沉降量：S1.35*(16.43528412.8)1.9mm,

所以垫梁下部需要进行地基处理以提高其承载力，采用等载预压的方法消除其部分沉降，初步设计为垫梁下换填50cm厚的碎石垫层，并按照地基扩散角考虑换填的宽度，本设计采用底宽8m，顶宽7.6m的碎石垫层，试验台座时间为一个月。 5.制梁台座受力计算

制梁台座的具体设计图纸附后。

本计算书采用MIDAS/civil计算。考虑到施工过程中的应力重分布，将工况分为两个阶段，即张拉前和张拉后两个工况。建模情况如下： 1、桩长43米，每0.5米为一个单元，桩径1.2米；

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2、承台截面为2.2*7米，厚2.0米(连同垫梁统一浇筑)； 3、U型垫梁建模时垫梁与承台刚结,钻孔桩与承台刚结，

4、两个工况均不考虑地基对承台的弹性支撑,全部荷载由桩基承担。 5．1工况一：张拉前结构的受力状况

张拉前设计荷载为q1～q8，其中q1考虑为均布荷载，结构见下图5.1－1。

图5.1－1

形变见下图5.1－2。

图5.1－2

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结构的弯矩见图5.1－3：

图5.1－3

结构的剪力见图5.1－4：

图5.1－4

5.2工况二：张拉后结构的受力状况

张拉后设计荷载为：梁重q115750kN―线荷载 底模q4730kN 暂定 承台q51140kN

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地基梁q625.49*0.4*7*624425kN

U型支座q71*0.5*3*62*25.490.25*0.75*5*602426kN 四根桩总重q84952kN

结构受力见下图5.2－1,q117.7kNm。

图5.2－1

结构变形情况见下图5.2－2。

图5.2－2

结构的弯矩见图5.2－3：

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图5.2－3

承台及桩的结构剪力见图5.2－4：

图5.2－4

6．钻孔灌注桩的桩长计算及其沉降

以工况二为设计依据，根据《舟山连岛工程金塘大桥箱梁制梁场岩土工程勘察报告》，将所有桩基设计为柱桩，具体桩长见下图：

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制 梁 台 座 桩 长 剖 面 图3号台座左端钻孔桩5号台座左端钻孔桩7号台座左端钻孔桩1号台座左端钻孔桩素填土粉质粘土淤泥质粉质粘土浙江省舟山连岛工程金塘大桥Ⅳ-E合同段 60m箱梁侧模板计算书

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淤泥质粘土淤泥质粉质粘土粉质粘土粘土桩长27m桩长32m桩长41m砾土圆性含粘岩斑纹流化风中桩长46m图6-18

制 梁 台 座 桩 长 剖 面 图3号台座右端钻孔桩素填土粉质粘土①1②1②2②3淤泥质粉质粘土淤泥质粘土淤泥质粉质粘土①1号台座右端钻孔桩5号台座右端钻孔桩7号台座右端钻孔桩浙江省舟山连岛工程金塘大桥Ⅳ-E合同段 60m箱梁侧模板计算书

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粉质粘土③1含粘性土圆砾⑦2岩纹斑化流风强岩纹斑化流风中⑥2⑦3桩长28m素填土粉质粘土淤泥质粉质粘土淤泥质粘土淤泥质粉质粘土粘土粉质粘土粘土粘土粉质粘土粉质粘土含粘性土圆砾①①1②1②2②3②4③1④⑤1⑤2⑥1⑥2桩长36m桩长43m桩长51m 图6-2强风化流纹斑岩中风化流纹斑岩⑦2⑦3

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制 梁 台 座 桩 长 剖 面 图4号台座左端钻孔桩粉质粘土①1②1②2淤泥质粉质粘土淤泥质粘土2号台座左端钻孔桩6号台座左端钻孔桩8号台座左端钻孔桩淤泥质粉质粘土②3浙江省舟山连岛工程金塘大桥Ⅳ-E合同段 60m箱梁侧模板计算书

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③1③1粉质粘土④粉质粘土粘土桩长27m中风化流纹斑岩粘土含粘性土圆砾④⑥2粘土⑤1桩长33m①①1②1桩长33m⑥1⑥2⑦3素填土粉质粘土淤泥质粉质粘土淤泥质粘土淤泥质粉质粘土粘土粉质粘土粘土粘土⑦3粉质粘土②2②3②4③1④⑤1粉质粘土粉质粘土含粘性土圆砾强风化流纹斑岩中风化流纹斑岩⑤2⑥1⑥2⑦2⑦3含粘性土圆砾岩m35斑桩长流纹化中风 图6-3

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制 梁 台 座 桩 长 剖 面 图4号台座右端钻孔桩素填土粉质粘土①1②1②2素填土淤泥质粉质粘土②3③1粉质粘土淤泥质粉质粘土泥质粘土桩长14m淤淤泥质粉质粘土粘土粉质粘土⑥2①①1②1②2②3②4③1粘土粘土粉质粘土含粘性土圆砾⑦2粉质粘土含粘性土圆砾强风化流纹斑岩⑦3中风化流纹斑岩强风化流纹斑岩中风化流纹斑岩④⑤1⑤2⑥1⑥2⑦2⑦3淤泥质粉质粘土淤泥质粘土①

汇总表6－1如下：

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2号台座右端钻孔桩6号台座右端钻孔桩8号台座右端钻孔桩粉质粘土④粘土⑤1桩长24m粘土桩长53m桩长52m图6-4

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表6－1 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 从表中可以看出2号桩处的地质最差，以此地质做具体桩长设计详见下表6－2。

制梁台座桩长设计计算

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 层次 ①1 ②1 ②2 ②3 ③1 ③2 ④ ⑤11 ⑥1 ⑥2 ⑦2 ⑦3 层厚 1．2 2．8 5．4 5 6．4 5．2 5．5 1．1 3．8 9．4 3．9 2．2 桩周摩阻kPa 28 18 10 18 60 55 45 75 80 95 110 300 桩端摩阻kPa 5000 桩长桩周长m 3.77m 1．2 3.77 2．8 3.77 5．4 3.77 5 3.77 6．4 3.77 5．2 3.77 5．5 3.77 1．1 3.77 3．8 3.77 9．4 3.77 3．9 3.77 3．3 3.77 桩周承载力kN 126．7 190 203 339 1447 1078 933 319 1146 3366 1617 3732 桩端承载力kN 3333 位置 1号左 3号左 5号左 7号左 1号右 3号右 5号右 7号右 桩长（m） 46 32 27 41 51 36 28 43 序号 9 10 11 12 13 14 15 16 位置 2号左 4号左 6号左 8号左 2号右 4号右 6号右 8号右 桩长（m） 53 33 27 33 53 52 24 14 说明：1、本设计桩长为2号右处的桩长。 2、桩径1.2m,桩长53m 3、桩端承载力为17829kN，桩基的安全系数为3.0。 从表中可以看出8号桩处的地质最好，以此地质做具体桩长设计详见下表6－3。

制梁台座桩长设计计算

序号 层桩周摩阻层厚 次 kPa 桩端摩阻kPa 桩长m 桩周长3.77m 桩周承载力kN 桩端承载力kN 12

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1 ①1 1．0 28 1．0 2 ②1 3.3 18 3.3 3 ②2 3.7 10 3.7 4 ②3 1.8 18 1.8 5 ⑦3 8.3 300 5000 4.2 说明：1、本设计桩长为8号右处的桩长。 2、桩径1.2m,桩长14m 3.77 3.77 3.77 3.77 3.77 106 224 139 122 4750 3333 3、桩端承载力为8674kN，桩基的安全系数为1.6。 根据地质图经计算设计为端承桩，故不考虑桩端的地基沉降，仅考虑柱桩的本身压缩量，由图5.2－2可知桩基沉降6.67mm,祥图见6-1。

图6－1

7．配筋设计 7．1.桩的配筋设计

根据工况二及考虑风荷载时进行桩的配筋设计，N5680kN 7．1.1风载下桩身弯矩计算

取100年一遇的风载产生的力,风速v44.44ms，

FW*SK1*K2*K3*K4*W*S1.0*0.8*1.0*1.0*v21.6*4.5*58.8261.3kN,

其中W－基本风压值，

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K1－设计风速频率换算系数

K2－风载体型系数 K3－风压高度变化系数

K4－地形、地理条件系数。

风力对桩基产生的弯矩Myk261.3*51036.4kN.m,

假定每根桩所受的弯矩相同，则每根桩承受的弯矩为326.6kN.m 7．1.2桩身最大弯矩

对钻孔桩而言，桩周为淤泥质土的m4.25MNm4,计算桩身抗弯刚度EI时， 钢筋混凝土结构的EI0.8EI2.32*107kN.m2

圆形截面桩Id41.766*102m4,

则EI4.097*105kN.m2

对于d>1.0m的圆形截面桩，其计算宽度b0=1.98m

mb因此0EI则Cd0.20.602,

AM0 =1.0535 H0根据Cd查表可知Cm1.56,z0.9446,则对应最大弯矩的截面在

Z0z1.569m,

此处的弯矩MCM*M0512.4kN.m, 7．1.3判断大小偏心

初步确定桩身配筋为16ф20，保护层5cm,

Ahr21.131m2

Ag0.0050265m2 配筋率

Ag0.0044444

AhA0AhnAg1.20m2

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Id40.5n*Agrg20.11319m4

Yr0.6m

ke0I00.15mA0YM512.40.090N5680

0.10.160.5352 e00.2h11.0138

K*N*L021*2*EhIh

e1*e00.1071e*e0C0.1071k,属小偏心构件。 7．1.4截面应力计算

hNMy17.724MPa<W A0I0 gny1a1107.3MPa<gA0I0经计算混凝土强度和钢筋数量均满足结构要求。 配筋构造如图7.1.4-1所示：

NM

图7.1.4-1

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箍筋设置为ф8的A3钢筋，间距15cm，未尽事宜祥见相关规范执行。 7．2承台配筋设计

7．2.1承台通长配筋

根据工况二，得到如下数据： 剪力Q2636kN, 弯矩M1404kN.m

配筋初步采用10cm间距ф20的A3钢筋。 22根ф20的钢筋截面积A069.12cm2

AgAh0.001571

经查表得n15,

n0.023560.1948

X*h0381.8mmI02.988*1011m4M*X1.79MPa<W I0hnM*h1Xgg112.2MPa< I0经计算混凝土强度和钢筋数量均满足结构要求。

7．2.2承台横向配筋

取承台桩顶纵向1.2m为计算模型，根据工况二可计算得M117.7kN.m, 采用间距15cm的ф12钢筋 经计算I01.908*1010mm4,n取15,

hM*X0.88MPa<W I0nM*h1Xgg86.28MPa< I0满足要求。

7．2.3承台箍筋设计

最小剪力0在承台两端，最大剪力在桩基中部的承台上，剪应力：

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0Q26360.957MPa, b*z2200*1600347.6确定需配箍筋尺寸的区段，当混凝土的标号为C25时，查表可得

zl11.70MPazl20.63MPa zl30.32MPa因为0<zl1,故不必加大承台截面，0>zl2,故采用间距为20cm的ф12箍筋。

0AKKb*SK0.7MPa,

满足要求。 承台两侧

0Q0.759MPa, b*z所以,箍筋设置的尺寸应相同。 经计算承台两侧钢筋抗剪满足要求。 7．2.4承台抗冲切计算

桩基上部为3U型垫梁，故应进行承台的抗冲切验算，

由设计图可知桩距为4.2m,承台厚2m,且连同上部垫梁一同浇注，上部承台均在桩的冲切角范围之内，所以无需进行承台的冲切验算。 7．3双U型垫梁配筋设计

7．3.1通长配筋设计

根据工况一，结构的弯矩见图5.1－3，最大弯矩为800kN.m, 预计用20cm间距的ф16钢筋。

设垫梁配钢筋后,中性轴距垫梁上部为Xm,n取10, 经计算得X=0.345，

由X可计算I01.331*1011mm4,(按T型梁考虑)

hM*X2.074MPa<W I0gnM*h1X76MPa<g I0满足要求。

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张拉前垫梁缺口的应力如下图7.3.1-1所示：

图7.3.1-1

压应力小于11.9MPa，满足要求，不需加厚垫梁。

7．3.2横向钢筋设计

取垫梁纵向1m为计算模型，根据工况一建简化模型如下图7.3.2-1

图7.3.2-1

弯矩图7.3.2-2

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图7.3.2-2

剪力图7.3.2-3

图7.3.2-3

由7.3.2-2可知M37.8kN.m, 预计用20cm间距的ф14钢筋。

计算I09.67*108mm4,X60.7mm,

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hM*X3.66MPa<W I0gnM*h1X g144.67MPa<I0满足要求。 7．3.3箍筋设计

由工况一所得缺口处剪力最大为826kN，剪应力：

0Q0.0867MPa, b*z确定需配箍筋尺寸的区段，当混凝土的标号为C25时，查表可得

zl11.70MPazl20.63MPa zl30.32MPa采用间距为20cm的ф8构造筋。形式采用四肢箍筋，

0AKKb*SK0.335MPa,

满足要求。

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