抗滑桩的配筋设计2013

第三章 刚性抗滑桩的配筋设计

3.1 设计参数依据

《钢筋砼结构设计规范》 （TJ10-74）和（TJ10-85）

杨文渊《土木工程设计手册》 交通出版社 1985 砼参数

钢筋、钢轨材料、型号参数

3.2 桩截面配筋率μ的取值和 截面高度h 的确定 1. 配筋率μ的取值

搅滑桩是一种特殊的“梁”，其结构设计要求桩在破坏时，具有“塑性破坏”特征，即受拉钢筋首先到达屈服，然后砼受压破坏。

要使桩的破坏属于“塑性破坏”或“使结构具有较好的延性”，桩截面配筋率μ应满足：

m i n m a

(,μμμ

∈ （1）平衡梁的概念与max μ的计算

梁在破坏时，钢筋的屈服与砼的受压破坏同时发生，此时梁称为平衡配筋梁。 ①相应的配筋率μ称为平衡配筋率max ()μ

μ若增大，则钢筋应力尚未达屈服，砼却发生受压破坏，称之超筋梁。 相应于超筋梁，把具有“塑性破坏”特征的梁称为适筋梁。

可知，平衡梁是⎧⎨⎩超筋梁适筋梁的界限情况，平衡配筋率又称为界限配筋率，即max μ

②《钢筋砼结构设计规范》（TJ10-85），根据正截面强度计算方法和平衡梁的破坏特性，提出max μ计算公式：

max μ=

b wa

a

R R ξ⋅ :::b wa a

R R ξ⎧⎪

⎨⎪⎩界限相对受压区高度砼的弯曲抗压强度钢材屈服强度

式中0

0.8(1)

0.0033b a

a

x R h E ξ=

=+

0::a x E ⎧⎪⎨⎪⎩砼受压区高度钢材弹模

（2）少筋梁的概念和最少配筋率min μ的计算： 如图，为祖不同配盘率梁的

~U

cr

s M M σ曲线：

（cr M 是梁开裂弯矩，u M 是梁开裂弯矩） U

cr

M M

s σ

可是：随配筋率μ减少，/cr u M M 增大，梁的极限弯矩u M 减少。一旦μ减少到使cr

M 与u M 重合时，裂缝出现钢筋应力即达屈服。

①

若μ

② 根据cr M =u M ，可得min μ=0.34

t

a R R ::t a

R R ⎧⎪⎨⎪⎩砼抗拉强度

钢材屈服强度 注意：其取值与多因素有关，《规范》是据砼等级查表得。

例

35min 4060min 0.15%~0.2%

C C C μμ==以下,,

（3）经济配筋率及μ的选取

从结构的受力特征看，截面尺寸的选取，只要min max)(,μμμ∈即可。

① 如何使选定的截面尺寸在满足强度要求及使用要求的前提下，使结构设计的总造价最省？即结构优化的问题。

在此将满足该条件的配筋率称为经济配筋率，实际设计为经济配筋率范围。 ② 目前据《砼基本构件》——藤智明，清华大学出版社总结 对于原筋矩形截面的构件{1.2.板的经济配筋率 0.4~0.8%梁的经济配盘率 0.6~1.5%

2. 桩截面高度h 的确定

⎫⎬⎭0max 截面宽度b 最大弯矩M 已知下，合理选择h

μ

⎧⎨⎩成为砼设计的关键。

对矩形截面梁：

0h = 1:;:g w R R K ⎧⎪⎨⎪⎩主筋抗拉强度

砼抗弯强度安全系数

（1）h 的取值范围：

{m i n 01101m a x

02202 c c h h h h

h h h h μμ→⇒=+⎧⎪⎨→⇒=+⎪⎩ c h =主筋形的位置

h 取（2h ，1h ）则桩属于适筋梁（桩）。

（2）h 的参考取值：033

0440.6%,1.5%,h h h h μμ=→⎧⎨=→⎩

从1h 、2h 、3h 、4h 选优 （3）抗剪强度对h 的控制

h 的选择尚应满足抗剪强度。

桩的抗剪能力由[][]H K Q Q ⎧⎫⎪⎪

⎨⎬⎪⎪⎩⎭

砼抗剪力箍筋抗剪力组成，

即：[]Q =[]H Q +[]K Q =0.070a R b h ⋅⋅+

[][]

kh g k R n a h s α⋅⋅⋅⋅

:::[]:a kh k R a s α⎧⎪

⎪⎪

⎨⎪⎪⎪⎩砼的轴心抗压强度

设计常数1.2-1.5n:箍筋肢数设计中允许选择的单根箍筋的最大截面积允许选择的箍筋布置的最小间距

最终要求h 满足：[]2max Q K Q ≥ （2K ：设计安全系数）

3.3 桩主断面主筋配筋设计和割筋设计

依据max M 进行截面受拉区钢筋数量计算及布置。

另因其它断面M ﹤max M ，且变化幅度大，为节省材料需进行割筋设计。 1. 主筋配筋设计 主筋断面和筋率()

121max 012W

g w R R K M b h R μ=-⋅⋅

主筋总面积：g A =10b h μ⋅⋅ 主筋数量：n=

g g

A a

g a =可选主筋的单根截面积

在布置断面时，⎫

⎬⎭主筋数量截面尺寸等都要作某些调整，

c h 随主筋的布置情况可精确算出，（故据图中布筋进行强度验算）：主筋m 排，各排间距u

d ，各排数量为1m ，2m …。

一般情况下，主断面的抗弯能力[]M ：

第一排：11g g g g A R m a R ⋅=⋅⋅ ，11g g w A R x R b

⋅=

⋅

[]112i g g h x M m a R h B ⎛⎫

=⋅⋅⋅--

⎪⎝⎭

第二排：22g g g g A R m a R ⋅=⋅⋅ ，222g

w m a R x R b

⋅⋅=

⋅

[]2222g g h LL x M m a R h B d ⎛⎫

=⋅⋅⋅--

- ⎪⎝

⎭

对于第i 排有：i g g

i w m a R x R b

⋅⋅=

⋅

(1﹤i ≤m)，

[](1)2i i i g g h LL x M m a R h B d i ⎛

⎫=⋅⋅⋅---- ⎪⎝

⎭

故主断面的抗弯能力为：[][]1

m

i

i M M ==∑

要求

[]1max M K M ≥⋅

构造要求：一般φ30~φ36，每根束之间距10~15cm ，排距15~20cm ，保护层厚度12~18cm 均可。

2. 主筋割筋设计

以主断面为基础，减少其他断面的主筋， 选材后绘出材料包络图。