桥梁8—桩基承台计算

1—墩身；2—承台；3—桩基；4—剪切破坏斜截面图8.5.1桩基承台计算九、桩基承台（一）桩基单桩竖向力设计值对于群桩基础，承台底面单桩竖向力设计值为：22iiydiixddidxxMyyMnFN（7—199）式中Nid——第i根桩的单桩竖向力设计值；Fd——由承台地面以上的作用（或荷载）产生的竖向力组合设计值；Mxd、Myd——由承台地面以上的作用（或荷载）绕通过桩群形心的x轴、y轴的弯矩组合设计值；n——承台下桩基的总根数；xi、yi——第i排桩基中心至x轴、y轴的距离；（二）承台的计算方法承台正截面抗弯强度计算，根据现有的设计规范，如《建筑桩基技术规范》（JGJ94—94）、《钢筋混凝土承台设计规范》CECS88:97和《美国规范AASHTO—LRFD》。承台正截面抗弯强度计算，有“梁式体系”计算方法和“撑杆—系杆体系”计算方法。对于悬臂长度与梁高之比等于或小于1.0时，作为悬臂深梁考虑。因此，当外排桩中心距墩台边缘大于承台高度时，按“梁式体系”方法计算承台截面；当外排桩中心距墩台边缘等于或小于承台高度时，按“撑杆——系杆体系”方法计算承台截面；所谓“梁式体系”是传统的承台设计方法，承台呈梁式破坏，即挠曲裂缝在平行于墩台两个边出现，说明承台在两个方向呈梁式承受荷载，而非双向板式承受荷载。所谓“撑杆—系杆体系”计算方法，避开了常规材料力学公式对短臂高粱不能反映结构材料非线性剪应力不均匀分布等不足。公路桥梁桩基承台多属于短臂高粱，截面内抗力力臂较一般应变按平面假定为小，抗弯能力随之降低。所以当外排桩中心距墩台边缘小于或等于承台高度时，应按“撑杆—系杆体系”计算方法计算承台截面。对于公路桥梁，由于作用有两个方向的水平力和弯矩同时作用，在同一排内各桩所承受的竖向力不一致，而当水平力和弯矩方向改变，最大竖向力与最小竖向力也随之各自向相反方向变化。因此，将一排桩内受力最大的一根桩的竖向力作为全排每根桩的计算竖向力。当承台下面外排桩中心距墩台身边缘大于承台高度时，其正截面（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《桥规》（JTGD62）第5.2.2条“梁式体系”进行计算，承台截面计算宽度和计算截面弯矩设计值按下述计算。（1）承台截面的计算宽度1、当桩中心距不大于三倍桩边长或桩直径时，取承台全宽；2、当桩中心距大于三倍桩边长或桩直径时式中bs——承台截面计算宽度；a——平行于计算截面的边桩中心距承台边缘的距离；D——桩边长或桩直径；n——平行于计算截面的桩的根数。)n(Dabs132（2）承台计算截面弯矩设计值应为（见图8.5.1）：式中Mxcd、Mycd——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；Ndi——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；xcd、ycd——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；ciidycdciidxcdxNMyNM(7—200)图8.5.3承台按“撑杆—系杆体系”计算图示当外排桩中心距墩台身边缘等于或小于承台高度时，承台短悬臂可按“撑杆—系杆体系”计算撑杆的抗压承载力和系杆的抗拉承载力（见图8.5.3）。1、撑杆抗压承载力scdsidftbD,0kcukcuscdfff,1,,48.030443.1issidEAT21cos002.0iaihbtcossindsha6（7—201）式中Did——撑杆压力设计值，包括D1d=N1d/sinθ1，D2d=N2d/sinθ2，其中N1d和N2d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（8.5.1）计算。计算撑杆抗压承载力时，式中Did取D1d和D2d两者较大值；fcd,u——撑杆混凝土轴心抗压强度设计值；t——撑杆计算高度；bs——撑杆截面计算宽度，)1(32nDabsb——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；fcu,k——边长为150mm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，包括T1d=N1d/tanθ1，T2d=N2d/tanθ2；As——在撑杆计算宽度bs（系杆计算宽度）范围内系杆钢筋的截面面积；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；θi——撑杆压力线与系杆拉力线的角度，包括：20121011tan,tanxahxah其中h0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a=0.15h0；x1和x2为桩中心至承台边缘的距离；2、系杆抗拉承载力ssdidAfT0（7—202）式中Tid——系杆拉力设计值，取T1d和T2d两者较大值；fsd——系杆钢筋抗拉强度设计值；As——系杆计算宽度范围内系杆钢筋的截面面积；在垂直于系杆的承台全宽范围内，系杆钢筋应符合《桥规》（JTGD62）第9.6.8条第2条系杆钢筋布置范围、钢筋净距、层距和最小保护层厚度的构造要求。同时，在系杆计算宽度bs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（见《桥规》（JTGD62）第9.1.12条）。0,40)6.02(109.0hbmfPVskcud（7—203）式中Vd——由承台悬臂下面桩基的竖向力设计值产生的计算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，取其中最大值乘以该排桩的根数；fcu,k——边长为150mm的混凝土立方体抗压强度标准值；P——斜截面内纵向受拉钢筋的配筋百分率，P=100ρ，ρ=As/bh0，当P2.5时，取P=2.5。其中，As为承台截面计算宽度内纵向受拉钢筋界面面积；m——剪跨比，m=axi/h0或m=ayi/h0，当m0.5时，取m=0.5。其中axi和ayi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；bs——承台计算宽度（mm）；h0——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。3、承台斜截面抗剪承载力计算（1）冲切破坏锥体脊椎体斜面夹角的确定柱或墩台向下冲切的破坏锥体应采用自柱或墩台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一倍有效高度h0处。锥体斜面与水平面夹角，不应小于45o，当小于45o时，取45o。（1）柱或墩台向下冲切承台的冲切承载力)(2)(26.000xxpyyypxtdldababhfF（7——204）2.02.1xpx2.02.1ypy式中Fld——作用于冲切破坏锥体上的冲切力设计值，可取柱或墩台的竖向力设计值减去锥体范围内桩的反力设计值；bx、by——柱或墩台作用面积的边长；ax、ay——冲跨，冲切破坏锥体侧面顶边与底边间的水平距离，及柱或墩台边缘到桩边缘的水平距离，其值不应大于h0。4、承台冲切承载力计算λx、λy——冲垮比，λx=ax/h0，λy=ay/h0，当ax0.2h0或ay0.2h0时，取ax=0.2h0或ay=0.2h0；αpx、αpy——分别与冲切比λx、λy对应的冲切承载力系数；ftd——混凝土轴心抗拉强度设计值。h0取沿柱或墩台边缘垂直截面的承台有效高度；图8.5.5承台柱、承台下冲切破坏锥体（3）对于桩或墩台向下的冲切破坏锥体以外的角桩或边桩，其向上冲切承台的冲切承载力。1）角桩（7—205）式中Fld——角桩竖向力设计值；bx、by——承台边缘至桩内边缘的水平距离；ax、ay——冲跨，为桩边缘至相应柱或墩台边缘的水平距离，其值不应大于h0。λx、λy——冲垮比，λx=ax/h0，λy=ay/h0，当ax0.2h0或ay0.2h0时，取ax=0.2h0或ay=0.2h0；αpx、αpy——分别与冲切比λx、λy对应的冲切承载力系数；)2()2(6.0''00xxpxxypxtdldababhfF2.08.0'xpx2.08.0'ypy8.5.6承台角桩和边桩冲切破坏锥体2）边桩，当bp+2h0≤b时)2(667.0)(6.00'00xxppxtdldabhbhfF（7—206）式中Fld——边桩竖向力设计值；bx——承台边缘至桩内边缘的水平距离；bp——方桩的边长；ax——冲跨，为桩边缘至相应柱或墩台边缘的水平距离，其值不应大于h0。h0取承台边缘的有效高度。