基础工程课程设计 2.docx

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基础工程课程设计2

《基础工程》

课程设计计算书

一、设计资料

1．构造情况

上部结构为预应力混凝土简支梁桥，桥面宽度（净-10m+2×1.5m），为单向双车道行驶。

每个墩上纵向设两排支座，一排固定，一排滑动。

下部结构为桩柱式桥墩和钻孔灌注桩基础。

各位同学具体设计梁的情况按下式计算：

梁的标准跨径（m）为：

16.5m；

梁体（横向包括五片梁）自重N①②③④：

2112KN；

盖梁自重：

705kN；

墩柱高度：

5m；

墩柱自重：

384.8kN；

承台平面形状：

矩形；

桩径：

拟定为1m；

盖梁高度：

对于中小跨径桥梁，不宜小于40cm,现取盖梁高为50cm。

2．设计荷载

汽车荷载公路I级、或汽车荷载公路II级，荷载安排见表1。

表1　　　土木2014级设计荷载一览表

班级编号

设计荷载

人群荷载kPa

设计安全等级

一班

公路I级

2.5

一级

3.主要材料

混凝土：

承台与桩基采用C30混凝土；

钢筋：

主筋钢筋采用HRB400，箍筋采用HRB335。

以上材料设计参数按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTGD62-2004规定取值。

4．计算方法

承台以上构件按极限状态进行荷载效应组合，按《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2004进行。

桩基础内力分析和验算，按《公路桥涵地基与基础设计规范》JTGD63-2007进行。

桩基础配筋设计按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTGD62-2004进行。

5．其他参数

汽车荷载冲击系数

：

（应计算基频后确定，本课程设计简化粗略取值：

单跨布载为1.15，双孔布载为1.0）；支座中心至盖梁顶面的高度为0.1m。

注：

设计时不考虑流水压力、风力等计算；由于承台和桩基础在横桥向的刚度较大，设计计算时不进行基础横桥向受力分析，仅考虑纵桥向弯矩及水平力作用下的结构分析。

6.地质情况

常水位在墩底以上0.5m，一般冲刷线位于墩底处，最大冲刷线在一般冲刷线下2.5m处。

一般冲刷线以下的土层分布情况如下：

表3工程地质条件II（适用于在班编号为3n+1的同学）

序号

名称

层厚

土层描述

天然重度

γ

比例系数m

推荐容许承载力[σ]

极限摩阻力τi

1

粘土

3.2m

黄色，可塑

17.5kN/m3

12.5MN/m4

120kPa

30kPa

2

粉砂

4.7m

灰色，中密

17.3kN/m3

15MN/m4

160kPa

50kPa

3

中砂

4.5m

灰色，中密

18.2kN/m3

23MN/m4

220kPa

60kPa

4

卵石

>50m

黄色，中密

20.5kN/m3

110MN/m4

500kPa

100kPa

7.根据分组数据总表填写以下个人数据：

在班编号

跨径

设计荷载

桥墩高度

地质条件

（填代码）

07

13m

公路I级

4m

II

桩径

承台形状

桩基础

类型

人群荷载

设计安全等级

1.0m

矩形

摩擦桩

2.5KPa

一级

二、计算说明

1.拟定结构尺寸：

桥墩、承台等尺寸：

（1）确定承台尺寸:

拟定桩径d=1m，桩数n=4；

①钻孔桩中距不应小于桩径的2.5倍；

②边桩外侧与承台边缘的距离，对于直径小于等于1.0m的桩，不应小于0.5倍的桩径（或边长）并不应小于250mm;对于直径大于1.0m的桩，不应小于0.3倍的桩径（或边长）并不应小于500mm；

③承台的厚度宜为桩直径的1.0倍及以上，且不宜小于1.5m，混凝土强度等级不应低于C25。

则有：

承台边长最短=2.5d+0.5d×2+0.5d×2=4.5m

现取承台边距=0.5d，则边长=2.5d+1.0d×2+0.5d×2=5.0m

厚度=2.0m，则承台尺寸为6m×6m×2m

承台重量=γV=25KN/m³×6m×6m×2m=1800KN

（2）确定桥墩尺寸：

已知桥墩高度=4m，桥墩自重=307.8KN

现拟采用矩形桥墩，则桥墩面积=307.8KN÷4m÷25KN/m³=3.078㎡

2.确定承台底面中心处的计算荷载N、M、H：

（1）永久作用引起的竖向力的计算：

（2）可变作用引起的竖向力（汽车及人群荷载反力）、力矩和水平力的计算：

①汽车及人群荷载反力：

《公路桥涵通用设计规范》规定，桥梁结构的整体计算采用车道荷载。

公路—Ⅰ级车道荷载：

均布荷载标准值为：

qk=10.5KN/m³；

集中荷载标准值为：

Pk=2（L+130）=2*（13+130）=286KN；

支座反力为：

R1=（286+13×10.5）×2=845KN（按两车道数计算，不予折减）

人群荷载支座反力：

R1’=2.5×1.5×2×13=97.5KN

②汽车荷载制动力：

由汽车荷载产生的制动力按车道荷载标准值在加载长度上计算的总重力的10%计算，但公路—Ⅰ级汽车制动力不小于165KN。

H1=（13×10.5+286）×10%=42.25KN＜165KN，故H1=165KN

因此简支梁板式橡胶支座的汽车荷载产生的制动力为：

H=0.3×2H1=0.3×2×165=99KN

③由制动力产生的弯矩：

M=H×（0.5+0.1+4+2）=99×6.6=653.4KN▪m

（3）承台底面中心的作用效应组合：

N、M、H。

N={1.2×（1482+705+307.8）+1.4×（845+97.5）}×1.1=4744.586KN

G=1800KN

M=653.4KN▪m

H=99KN

3.桩长的计算：

[Ra]=

u∑qikli+Apm0λ[[fa0]+k2γ2（h-3）]

u=πd=3.14m；

∑qikli=30×0.7+50×4.7+60×4.5+100×（H-4.5-4.7-3.2）

=100H-714

Ap=

π（

×d）2=0.785㎡[fa0]=500Kpah=H+2

查表得：

m0=0.8λ=0.7k2=6

γ2为桩端以上各土层的加权平均重度

γ2={0.7×（17.5-10）+4.7×（17.3-10）+4.5×（18.2-10）+（H-3.2-4.7-4.5）}/（H-0.5）

=（10.5H-53.72）/（H-0.5）

Nh=

+ql0+q’（H-0.5）

q=

π（

×d）2×（25-10）=11.775KN

ql0=

π（

×d）2×（25-17.4）×4.4+

π（

×d）2×（25-18.2）×4.5+

π（

×d）2×（25-18.9）×（H-9.4）

[Ra]=

u∑qikli+Apm0λ[[fa0]+k2γ2（h-3）]=Nh=

+ql0+q’（H-0.5）

代入数据得：

H=12.029m

现取H=15m，代入原式得：

[Ra]＞Nh

则桩长为15m

4.桩身弯矩与建立计算:

①确定桩的计算宽度b1

b1=kkf（d+1）

L1=2.5mh1=3（d+1）=3×2=6mkf=0.9

L1＜h1则k=b2+（1-b2）/0.6×L1/h1；b2=0.6；

代入数据得：

k=0.88

则b1=0.88×0.9×（1+1）=1.584m

②计算桩的变形系数∂

α=

其中：

Ⅰ=

=0.05m4

由工程地质条件可得:

m=10MN/m4=10000KN/m4

桩基采用

混凝土，可知：

Ec=3×104MPa

α=

=

=0.285

桩的换算深度

=ɑh=0.285×15=4.275m＞2.5m，所以按弹性桩计算

③桩顶刚度系数ρpp、ρHH、ρMH、ρMM

ρpp=（

）-1

其中：

ζ=

、l0=0.5m、h=13.5m、A0=

π（

×d）2=0.785㎡

m0为持力层的比例系数，m0=70MN/m4=70000KN/m4

C0=m0h=70000×13.5=945000KN/m3

故取A0=4.91m2

已知：

=ɑh=0.283×15=4.28m＞4m，取用4

=0.283×0.5=0.1425

查附表17、附表18、附表19得：

XQ=0.895、XM=0.923、ψM=1.442

得：

ρHH=α3EIXQ=0.0207EI

ρMH=α2EIXM=0.0749EI

ρMM=αEIψM=0.4100EI

④计算承台底面原点0处位移a0、c0、β0

代入原式有：

=

=

⑤计算作用在每根桩顶上作用力Pi、Qi、Mi

竖向力Pi=ρpp（c0+xiβ0）

水平力Qi=ρHHa0-ρHMβ0

弯矩Mi=ρMMβ0-ρHMa0

校核:

nQi=4×24.75=99KN=∑H=99KN

2*2*（1926.8-1745.4）+4*18.14=653.4

⑥计算局部冲刷线处桩身作用力P0、Q0、M0

M0=Mi+Qil0=18.14+2.80×0.1425=18.539KN▪M

Q0=2.80KN

P0=1926.8+0.785×0.5×15=1932.68KN

⑦计算局部冲刷线以下深度Z处桩截面的弯矩MZ及桩身最大弯矩MMax

=

=

无量纲系数AM、BM量纲由附表3，附表7分别查得，MZ计算列表如表：

az

z

Am

Bm

Q0/a*Am

M0Bm

Mz

0

0

0

1

0

18.539

18.539

0.2

0.701754386

0.19696

0.99806

1.935045614

18.50303434

20.43807995

0.4

1.403508772

0.37739

0.98617

3.707691228

18.28260563

21.99029686

0.6

2.105263158

0.52938

0.95861

5.200926316

17.77167079

22.97259711

0.8

2.807017544

0.64561

0.91324

6.342835088

16.93055636

23.27339145

1

3.50877193

0.72305

0.85089

7.103649123

15.77464971

22.87829883

1.2

4.210526316

0.76183

0.77415

7.484645614

14.35196685

21.83661246

1.4

4.912280702

0.76498

0.68694

7.515592982

12.73518066

20.25077364

1.8

6.315789474

0.68488

0.49889

6.728645614

9.24892171

15.97756732

2.2

7.719298246

0.5316

0.32025

5.222736842

5.93711475

11.15985159

2.6

9.122807018

0.35458

0.17546

3.483592982

3.25285294

6.736445922

3

10.52631579

0.19305

0.07595

1.896631579

1.40803705

3.304668629

3.5

12.28070175

0.05081

0.01354

0.499185965

0.25101806

0.750204025

由

=0得：

由

及

=4.28查附表13得

=-0.660，

=-0.540

=

m

⑧计算局部冲刷线以下深度Z处横向抗力Pzx

无量纲系数AX、BX由附表1、附表5分别查得，PZX计算如表：

az

z

Ax

Bx

（AQ/b1）*az*Bz

aaMZBx/b1

Pzx

0

0

2.44066

1.621

0

0

0

0.2

0.701754386

2.11779

1.29088

0.213383386

0.245435124

0.458818511

0.4

1.403508772

1.80273

1.00064

0.363277409

0.380503537

0.743780946

0.6

2.105263158

1.50268

0.74981

0.454219182

0.427684318

0.881903499

0.8

2.807017544

1.2237

0.53727

0.493188182

0.408604764

0.901792945

1

3.50877193

0.97014

0.36119

0.488744773

0.343365427

0.8321102

1.2

4.210526316

0.74588

0.21908

0.450918364

0.249922194

0.700840558

1.4

4.912280702

0.55175

0.10793

0.389150947

0.143645181

0.532796128

1.8

6.315789474

0.25386

-0.03572

0.230204864

-0.06112302

0.169081844

2.2

7.719298246

0.06461

-0.0994

0.071609417

-0.207888235

-0.136278819

2.6

9.122807018

-0.03986

-0.11136

-0.052210561

-0.275247522

-0.327458082

3

10.52631579

-0.08741

-0.09471

-0.132108295

-0.270108306

-0.402216601

3.5

12.28070175

-0.10495

0.05698

-0.185053883

0.189588214

0.004534332

5.桩身截面配筋及强度验算

1.2*{1482+705+307.8+1800+11.775*2.5+2.512*1.55-0.5*3.14（0.7*30*0.85*50）}+1.4*845*0.5+0.8*14*97.5*0.5

=1854.90

①纵向钢筋面积

桩内竖向钢筋按配筋率0.2%配置：

=3.14*0.25*1*0.2%=1.57*

桩现选用8根

的HRB400级钢筋：

Ag=2513mm2,fsd’=330Mpa

桩柱采用C30混凝土，fcd=13.8Mpa

②计算偏心距增大系数η

=0.5+0.425=0.925m

H=2r=1m

取

=1。

=7.003

③计算截面实际偏心距

=

④根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》求轴向力偏心距

。

=

A

B

C

D

（

）

（

）/

1.01

2.711

0.331

2.333

0.651

0.063

0.062

1.021

1.02

2.727

0.320

2.357

0.633

0.061

0.062

0.983

1.03

2.744

0.318

2.381

0.616

0.061

0.062

0.970

取