5.1概述

    桩柱式桥墩结构在桥梁设计领域中被广泛采用。而桩柱式桥墩计算与绘图模块是专门用来分析、设计、计算墩身和基桩的内力、配筋、裂缝及变形。程序运行后所生成的计算结果输出文件规范，可以作为设计计算书存档备查。

5.2功能

5.2.1验算截面5个

    ⑴墩身顶截面              ⑵墩身底截面                 ⑶基桩顶截面

    ⑷冲刷（或地面）线处截面  ⑸土中受弯最不利截面。

5.2.2荷截包括以下8种

    ⑴结构自重        ⑵水的浮力        ⑶汽车荷载        ⑷人群荷载

    ⑸挂车荷载        ⑹汽车制动力      ⑺支座摩阻力      ⑻温度影响力

5.2.3内力组合

    ⑴汽车+人群+恒载+水平力(每个柱或桩分别组合)

    ⑵验算荷载+恒载(每个柱或桩分别组合)

    由于活载偏载(横桥向左偏或右偏)对每个桩或柱又将产生一个最大和一个最小轴力，对其又分别组合，汽车荷载按一列、二列、三列…九列、十列(可能的话)分别计算、分别组合。

5.2.4布载方式3种

    ⑴双孔布载        ⑵左孔布载       ⑶右孔布载

    程序布载计算时仅考虑上部结构简支体系，若为连续梁受力模式或下部结构为排架墩联孔作用形式的结构，用户只要在数据文件中输入墩顶的不同活载支反力，即可实现在连续梁或排架墩联孔结构作用下桩柱的设计与验算。

5.2.5基桩计算

    ⑴程序适用于基桩为嵌岩或非嵌岩桩；钻孔灌注桩或打入桩、沉桩。

    ⑵对独柱、2～10柱的桩柱作强度计算、抗裂计算、桩长验算。

5.2.6位移计算

    进行桥墩顶水平位移和冲刷截面处位移的计算。

5.2.7输出的表格有以下20类

    ⑴恒载内力表                    ⑵活载支反力和冲击系数表

    ⑶墩顶活载内力表                ⑷活载分配系数表(包括左偏、右偏、对称)

    ⑸每根柱墩顶水平力表            ⑹每根柱墩顶内力表

    ⑺每根柱(桩)计算截面内力合计表(前述5个截面分别计算)

    ⑻每根柱(桩)计算截面内力组合表(前述5个截面分别计算)

    ⑼每根柱(桩)计算截面配筋及裂缝计算表(前述5个截面分别计算)

    ⑽一根桩土中最大弯矩计算表      ⑾一根桩最大反力和桩长计算表

    ⑿墩顶水平位移计算表(含冲刷截面处位移计算)

    ⒀横桥向墩帽底内力表            ⒁横桥向墩帽底内力合计表

    ⒂横桥向墩帽底内力组合表        ⒃横桥向各计算截面内力合计表

    ⒄横桥向各计算截面内力组合表   ⒅横桥向各计算截面内力、配筋及裂缝计算表

    ⒆横桥向单桩桩长计算表          ⒇横桥向单桩土中最大弯距计算表

    注：合计表指内力相加用于裂缝计算、位移计算和桩长计算，组合表指内力乘效应系数后相加用于配筋计算。

5.3算法说明

5.3.1设计规范及标准

    ⑴中华人民共和国交通部部标准 《公路工程技术标准JTJ-001-97》

    ⑵中华人民共和国交通部部标准 《公路桥涵设计通用规范JTJ021-》

    ⑶中华人民共和国交通部部标准 《公路桥涵地基与基础设计规范JTJ024-85》

    ⑷中华人民共和国交通部部标准《公路钢筋混凝土及预应力混凝土设计规范 JTJ023-85》

    ⑸中华人民共和国交通部部标准《公路砖石及混凝土桥涵设计规范JTJ022-85》

5.3.2内力计算

    ⑴桩或柱在顺桥向按单悬臂梁分析，即墩顶自由计算；横桥向视为多排桩计算。

    ⑵上部活载传递给柱或桩的反力视荷载直接作用于连续梁模式的盖梁结构上。

    ⑶桩基础的内力分析采用M法。

    ⑷对左、右跨径不相等的简支结构，单孔布载仅以左跨布载进行内力运算，双孔布载以支反力之和最大为原则。

⑸每个桩或柱受到的制动力采用平均制动力提高20％计算，即1.2*制动力／柱数，以便改善由于偏载所造成的制动力对桩或柱的不均匀分配。

⑹顺桥向墩顶位移和桩柱配筋计算把桩柱当作悬臂杆件，即墩顶自由模式计算。

5.3.3结构设计

进行截面强度(含配筋)计算时,其计算内力采用85《桥规》第4.1.2条的组合值。截面的抗裂计算和单桩桩长计算，其内力采用合计值，即没有计入荷载效应提高系数的影响。裂缝的计算公式圆形截面参照《墩台与基础》手册第299页介绍的方法，对不出现拉应力的小偏心结构，不进行抗裂验算。

5.4用户界面

5.5如何进行桩柱桥墩设计

5.5.1样板文件的使用

    系统为用户提供了文件名为p86.qlt的样板文件，桥墩编号为1号桥墩的数据是完整的，样板文件为《桥梁计算示例集》第86页“钻孔灌注桩、双柱式桥墩的计算”的算例。该数据文件既可计算又可绘图。

5.5.2建立用户工程文件名

有两种方法，一是在桥梁通主菜单的工程管理下拉式菜单的“创建工程”下建立，另一种是在桥梁通主菜单的桩柱计算与绘图下拉式菜单的“打开文件”按钮下建立。

5.5.3输入基本尺寸

打开桥梁通主菜单的桥墩计算与绘图下拉式菜单的“桩柱式桥墩计算与绘图”，弹出桩柱式桥墩计算与绘图数据输入窗体，选择“桩柱桥墩计算”，再点击“基本尺寸”按钮，弹出基本尺寸数据输入窗体，根据提示输入桩柱式桥墩的基本数据，数据输入完毕点击“生成桥墩一般构造图”按钮，进入AutoCAD将该图显示，检查有无错误，直到一般构造图数据正确，关闭该窗体。

 桩基长度(含嵌岩深度)：如果为0，仅计算墩柱，不对桩基作计算，用于扩大基础的墩柱计算。

5.5.4输入上部横断面数据

点击“横断面”数据输入窗体，根据提示输入上部横断面数据，数据输入完毕关闭该窗体。

5.5.5输入设计数据

 点击“设计数据”输入窗体，根据提示输入设计数据，数据输入完毕存盘并关闭该窗体。汽车荷载与挂车荷载的选择范围以及自定义荷载见盖梁设计数据的输入。

左孔或右孔或双孔布载时计算墩所占制动力比例：取值为0～1。若制动力平均传递给两端支座取0.5。对于简支体系桥面连续的多跨结构，需用户对该结构作刚度分配计算后确定计算墩所占比例的值（系统为用户提供了单位水平力作用下计算桥墩位移的工具）。如果多跨结构的墩台高度相差不大，可近似取平均系数的值来计算最高的桥墩（假设支座刚度一致）。注意：该值的大小对配筋和裂缝计算敏感。

   制动力系数：该值（即水平力）的大小对配筋和裂缝计算特别敏感，输入时一定要注意。制动力系数的个数为车道数。例如：车道数=4，制动力系数可参照下表输入：

温度力：作用于一个墩支座上的温度力，用户计算后输入。

5.5.6生成桩柱离散图

运行“生成桩柱离散图”，用户进入AutoCAD R14，在Command命令项后键入script+空格+文件名，即可将桩柱离散图展现在屏幕上,根据图形检查数据输入有无出错。

5.5.7输入桩柱材料

点击“桩柱材料”按钮，弹出数据输入窗体，根据提示输入桩柱材料的基本数据，数据输入完毕关闭该窗体。

墩柱受力筋最少配置根数、基桩受力筋最少配置根数：该值主要用于墩柱、桩基的抗裂验算，当结构计算得到的钢筋根数较大且裂缝验算通不过，可提高该值来满足抗裂设计的需要。

5.5.8输入水位数据

点击“水位数据”按钮，弹出数据输入窗体，根据提示输入水位数据，数据输入完毕关闭该窗体。

墩帽顶至河床冲刷线的距离，当无冲刷时以地面线替代。

墩帽顶至设计水位线的距离或墩帽顶至低水位线的距离，地下水位较低时输入一个大数，例如10000。

5.5.9输入地质资料数据：

点击“地质资料数据”按钮，弹出数据输入窗体，根据提示输入地质资料数据，数据输入完毕关闭该窗体。

    桩基形式可选择：1、桩基非嵌岩打入桩、沉桩；2、桩基非嵌岩钻挖孔灌注桩；3、桩基嵌岩或支撑桩。

基桩穿过的不同性质土层数：≤2０层。

基桩穿过不同土层桩侧地基土比例系数：点击“浏览地基比例系数”可浏览85《地基规范》附表6.5。见表。

土的平均内摩擦角：单位：度；点击“土的平均内摩擦角”可浏览85《地基规范》附表2。表格略。

基桩穿过不同土层的极限摩阻力：单位：kPa。光标移到“不同土层地质资料”数据框内点击右键，可浏览85《地基规范》表4.3.2-1（钻孔桩）；85《地基规范》表4.3.2-4（沉桩）。见表。

地面土容许承载力随深度的修正系数：点击“地面土容许承载力随深度的修正系数”可浏览85《地基规范》表2.1.4。表格略。

桩尖以上土的平均容重：点击“桩尖以上土的平均容重”可浏览85《地基规范》附表2。表格略。

修正系数：点击“修正系数”可浏览85《地基规范》表4.3.2-2。表格略。

清底系数：点击“清底系数”可浏览85《地基规范》表4.3.2-3。表格略。

天然湿度的岩石单轴极限抗压强度：单位：kPa；点击“天然湿度的岩石单轴极限抗压强度”可浏览85《地基规范》附表1.9。表格略。

震动沉桩对各土层桩的摩擦力的影响系数：点击“浏览沉桩系数α1、α”可浏览85《地基规范》表4.3.2-6。表格略。

采用沉桩时桩尖处土的极限承载力：单位kPa；点击“浏览沉桩极限承载力”可浏览85《地基规范》表4.3.2-5。表格略。

与清孔岩石破碎有关的影响系数C1：点击“与清孔岩石破碎有关的影响系数C1”可浏览85《地基规范》表4.3.4。见表。

与清孔岩石破碎有关的影响系数C2：点击“与清孔岩石破碎有关的影响系数C2”可浏览85《地基规范》表4.3.4。见表。

5.5.10进入设计检查

桩柱式桥墩的尺寸优化要由用户根据计算结果来判断，它取决于桩柱式桥墩截面尺寸、柱的个数、桥墩高度、上部荷载、联孔受力等，通过打开“桩柱尺寸”、 “桩柱材料”、 “上部横断面”、 “设计数据”、 “地质资料”等窗体可进行数据修改，然后点击“桩柱桥墩计算”按钮进行计算，点击“浏览桩柱计算结果”按钮阅读计算书关键内容，如柱顶、柱底、冲刷截面、土中最大弯矩截面的配筋和裂缝值，桩长计算，冲刷处位移(<6mm)、墩顶位移满足要求，确定钢筋根数、钢筋截断长度、桩长等。如果不符合设计者的要求，再重复修改数据存盘后计算、浏览结果，直到设计者满意。

5.5.11浏览和打印桩柱式桥墩计算书

点击“浏览桩柱计算结果”，选择工程文件名，这时，浏览结果窗体被显示在平幕，设计者就可以快速浏览桩柱计算结果。如果设计者想浏览梁板横向分配系数，仅需点击“横向分配系数”按钮，如果想浏览墩顶位移和冲刷处位移计算结果，仅需点击“位移计算”按钮。设计者还可以打开另一个工程的计算结果，两个不同工程的计算结果可同时浏览、比较。用户也可点击打印按钮将桩柱计算结果打印出来存档、备查。

5.5.12生成桩柱一般构造图

 点击“桩柱绘图”，再点击“构造图数据”按钮，输入数据后存盘，点击“生成一般构造图”按钮，即可完成该图纸的设计。

5.5.13生成挡块钢筋构造图

 点击“挡块图数据”按钮，输入数据后存盘，点击“生成挡块钢筋构造图”按钮，即可完成该图纸的设计，“仅生成材料表”指生成的挡块钢筋构造图无钢筋图，只有材料数量表，“图纸和材料表”指生成的挡块钢筋构造图既有钢筋图，又有材料数量表（下同）。

5.5.14生成系梁钢筋构造图

 点击“系梁图数据”按钮，输入数据后存盘，点击“生成系梁钢筋构造图”按钮，即可完成该图纸的设计，系梁侧面筋根数、一排主筋根数为-1表示自动计算其钢筋根数。

5.5.15生成桩柱钢筋构造图

点击“桩柱图数据”按钮，输入数据后存盘，点击“生成桩柱钢筋构造图”按钮，即可完成该图纸的设计。

5．6工程应用及示例

本例为《桥梁计算示例集》86页“钻孔灌注桩、双柱式桥墩的计算”的算例。

5.6.1桩柱桥墩基本尺寸

点击“生成桥墩一般构造图”可生成桥墩一般构造图，见5.6.8.1一般构造图。

5.6.2桩柱材料

5.6.3横断面

5.6.4设计数据

5.6.5水位数据

5.6.6地质资料

5.6.7浏览计算书略

5.6.8绘制一般构造图和钢筋构造图

进入“桩柱桥墩绘图”，分别点击“构造图数据”、“挡块图数据”、“系梁图数据”、“桩柱图数据”,输入适当的钢筋信息，即可完成上述图纸的绘制。

在绘制桩柱钢筋图时值得注意的是：柱或桩钢筋根数的确定需要参照计算书中柱顶、柱底、地面线处、土中最大弯矩截面处的配筋和裂缝计算结果，摩擦桩时桩的直通钢筋长度不能小于4/α+2(米)，且经验取值是冲刷线以下桩长20米，直通钢筋长度取17~18米左右，桩长30米，直通钢筋长度取25~27米左右，桩的被截断钢筋长度一般取直通钢筋长度（冲刷线以下）的2/3倍，但不得小于2.5/α+2(米)。α为土中基础变形系数，通过打开计算书，点击“土中最大弯矩”按钮，浏览土中最大弯矩组合计算表(表23)，查找到变形系数α的值。嵌岩桩时钢筋不截断,直通到底。

5.6.8.1一般构造图，数据输入见5.6.1桩柱桥墩基本尺寸

5.6.8.2挡块钢筋构造图

挡块钢筋构造图数据输入窗体

挡块钢筋构造图

5.6.8.3系梁钢筋构造图

系梁钢筋构造图数据输入窗体

系梁钢筋构造图

5.6.8.4桩柱钢筋构造图

桩柱钢筋构造图数据输入窗体

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