桥梁基础工程课程设计.pdf

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1、 桥梁基础工程课程设计资料 一、基本资料 1 地质及水文资料 河床土质为卵石土，粒径 50-60mm 约占 60%，20-30mm 约占 30%，石质坚硬，孔隙大部分由砂填充密实，卵石层深度达 58.6m；地基比例系数4/120000mkNm（密实卵石）；地基承载力基本容许值01000afkPa；桩周土摩阻力标准值kPaqik500；土的重度320.00/kN m(未计浮力)；土内摩擦角40。地面(河床)标高69.50m；一般冲刷线标高63.54m；最大冲刷线标高60.85m；承台底标高 67.54m；常水位标高 69.80m，如图 1。承台平面图如 纵桥向断面 横桥向断面 图 1 桩基剖面图

2、（单位：m）图 2 单位：m 2 作用效应 上部为等跨 30m 的钢筋混凝土预应力梁桥，荷载为纵向控制设计，作用于混凝土桥墩承台顶面纵桥向的荷载如下。永久作用及一孔可变作用(控制桩截面强度荷载)时:N=40746kN 358.60HkN(制动力及风力)M=4617.30kN.m（竖直反力偏心距、制动力、风力等引起的弯矩)永久作用及二孔可变作用(控制桩入土深度荷载)时:N=46788.00kN 3 承台用 C20 混凝土，尺寸为 9.85.62.0m，承台混凝土单位容重325.0/KN m。4 桩基础采用高桩承台式摩擦桩，根据施工条件，桩拟采用直径md2.1，以冲抓锥施工。二、设计依据规范 1

3、公路桥涵地基及基础设计规范（JTG D63-2007）2 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTGD62-2004）三、课程设计（论文）应完成的工作 设计满足要求的群桩基础，并形成图纸与计算文件。计算文件包括以下内容：1.据单桩容许承载力拟定桩长 2.群桩结构分析（1）计算桩顶受力（2）计算沿桩长度方向弯矩，水平压应力，并画出相应分布图（3）桩顶纵向水平位移验算 3.桩身截面配筋并绘出基桩构造及钢筋图(横截面，立面)，进行桩截面强度校核 4.按地基土的支承力确定和验算单桩轴向承载力 5.承台计算 项目：局部受压、抗冲剪 6.群桩基础承载力检验 7.参考文献(1)、王晓谋.基础工程.北京

4、：人民交通出版社，2004(2)、中华人民共和国行业标准.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTGD62-2004）.北京：人民交通出版社，2004(3)、叶见曙.结构设计原理.北京：人民交通出版社，2004(4)、中华人民共和国行业标准.公路桥涵地基与基础设计规范（JTG D63-2007）.北京：人民交通出版社，2007(5)江祖铭等主编.墩台与基础.北京：人民交通出版社，1994 设计计算 1.承台底面中心的荷载计算：1.1 恒载加一孔荷载：1.2 恒载加二孔荷载：2.桩长度的初步计算：2.1 桩长的计算：由于地基土层单一，用确定单桩容许承载力 公桥基规 经验公式初步反算桩长，设

5、桩埋入最大冲刷线以下深度为 h，一般冲刷线以下深度为3h，则：002 23132hiiNpUlm Ak rh 桩（直径 1.2m）自重每延米 q=21.225 1016.964KN 2248434.41.211.267.5460.8525 1025 106424hNh=8185.89+8.48h 计算P时取以下数据：桩的桩径 1.2m，冲抓锥成孔直径 1.3m，桩周长 U=1.3=4.08m,A=21.24=1.132m,=0.7,0m=0.8,2k=10,0=1000KPa,2r=10KN/3m(已扣除浮力)，=500KPa,所以得：P=11.35000.70.8 1.13100010 10

6、2.6932hh =1083.78h+613.18=8185.89+8.48h 解得：h=7.04m 现取 h=11.31m 3群桩结构分析：3.1 桩的计算宽度1b：1b=0fkkk d 已知：1L=2m；1h=3（d+1）=6.6m;n=2 b=0.6;fk=0.9;0k=1+1111.2d=1.833;1b=0fkkk d=0.9 1.833 0.78 1.21.54m 3.2 桩-土变形系数 C30 混凝土的受压弹性模量43.0 10hEMPa，则 E=0.873.0 10=2.40710KN/2m;440.101764dIm 桩在最大冲刷线以下深度 h=11.31m,其计算长度则为：

7、0.597 11.316.752.5hh，故按弹性桩计算。3.3 桩顶刚度系数1、2、3、4植的计算 0l=6.69m;h=11.31m;12(根据公桥基规钻挖孔桩采用12)，A=24d=21.24=1.132m,6300120000 11.31 1.357 10/cm hkN m 22201.240tan11.31 tan21.142424dAhm,按桩中心距计算面积，故取：2203.28.044Am=0.8993EI 已知：6.75hh（4），取h=4，000.5976.693.99ll 查教材 基础工程 附表 17、18、19 得：Qx=0.05989 mx=0.17312 m=0.67

8、433 3.4 计算承台底面原点 O 处位移0a、0b、0（单孔活载+恒载+制动力等）224116 0.40260.89936 1.616.23niinxEIEIEI 26 0.01270.0762nEIEI，36 0.06170.3702nEIEI，22230.1370()nEI 3.5 计算作用在每根桩顶上作用力iP、iQ、iM：竖向力：1007856.6465.57735.24()0.8993(1.6)6395.64iikNPbxEIEIEIkN 水平力：20306967.33465.500.01270.061759.76iQaEIEIKNEIEI 弯矩：4030465.506967.3

9、30.40260.0617242.47iMaEIEIKN mEIEI 校核：6 59.76358.56358.60inQKNHKN 3.6 计算最大冲刷线处桩身弯矩0M，水平力0Q，及轴向力0P：0M=0iiMQl=-242.47+59.766.69=157.32KN m 0Q=59.76KN 0P=7735.24+1.13 6.69(25-10)=7848.64KN 3.7 最大冲刷线深度下沿桩身长度方向弯矩、水平压应力的计算：由：zQ=0 得：000.597 157.321.5759.76QMCQ2 由QC=1.572 且h=6.754 取h=4.0，查教材基础工程附表 13 得 maxZ

10、=0.84 故 maxZ=0.840.597=1.41m 又由maxZ=0.84 及h=6.754 取h=4.0，查教材基础工程附表 13 得 mK=1.341 max0mMKM=1.341157.32=210.97 KNm 3.7.2 最大冲刷线深度下沿桩身长度方向弯矩、水平压应力的计算：采用无量钢法计算，由h=6.752.5，所以用摩察桩公式计算：其中 0Q=59.76100.100.597KN 0Q=59.76KN 0M=157.32KN mA、mB、QA、QB的值查教材基础工程附表 3、4、7、8，计算如下表：z AM BM AQ BQ 0 0 0 1 1 0 0 157.32 157

11、.32 59.76 0 59.76 0.335 0.2 0.19696 0.99806 0.95551-0.02795 19.72 157.01 176.73 57.10-2.63 54.47 0.670 0.4 0.37739 0.98617 0.83898-0.09554 37.78 155.14 192.92 50.14-8.97 41.17 1.173 0.7 0.59228 0.93817 0.58201-0.22685 59.29 147.59 206.88 34.78-21.31 13.47 1.675 1.0 0.72714 0.85089 0.28901-0.35059 72

12、.79 133.86 206.65 17.27-32.93-15.66 2.513 1.5 0.75466 0.64081-0.13952-0.46715 75.54 118.72 194.26-8.34-43.87-52.21 3.350 2 0.61413 0.40658-0.38839-0.44914 61.47 63.96 125.43-23.21-42.18-65.39 4.020 2.4 0.44334 0.24262-0.44647-0.36312 44.38 38.17 82.55-26.68-34.10-60.78 5.025 3 0.19305 0.07595-0.3606

13、5-0.19052 19.32 11.95 31.27-21.55-17.89-39.44 5.863 3.5 0.05081 0.01354-0.19975-0.01672 5.09 2.13 7.22-11.94-1.57-13.51 6.700 4 0.00005 0.00009-0.00002-0.00045 0 0.01 0.01 0-0.04-0.04 弯矩图如下：z h Ax Bx 0 0 2.44066 1.62100 0 0 0 0.335 0.2 2.27873 1.29088 10.56 9.40 19.96 0.670 0.4 1.80273 1.00064 16.71

14、 14.57 31.28 1.173 0.7 1.36024 0.63885 22.06 16.28 38.34 1.675 1.0 0.97041 0.36119 22.48 13.15 35.63 2.513 1.5 0.46614-0.06288 16.20-3.43 12.77 3.350 2.0 0.14696-0.07572 6.81-5.51 1.30 4.020 2.4 0.00348-0.11030 0.19-9.64-9.45 5.025 3.0-0.08741-0.09471-6.08-10.35-16.34 5.863 3.5-0.10495-0.05698-8.51-

15、7.26-15.77 6.700 4-0.10788-0.01487-10.00-2.17-12.17 横向土抗应力图如下：3.8 桩顶纵向水平位移验算：桩在最大冲刷线处水平位移0 x和转角0的计算：由 Z=0 h=6.754 取 h=4 查教材 基础工程 附表 1、2、5、6 得：xA=2.44066 A=-1.62100 xB=1.62100 B=-1.75058 3372759.76157.322.440661.621000.5739 100.5972.4 100.10170.5972.4 100.1017m=0.5739mm6mm 符合规范要求 3.9 墩顶纵桥向水平位移验算：由 h=

16、6.754，取 4，000.5976.693.99ll 可查得：1xA=64.75127 1A=1xB=16.62332 1B=5.75058 桩顶的纵向水平位移110.46xmm 水平位移的容许值 cm74.2305.0=27.4mm 4.桩身截面的配筋计算及截面强度的校核：4.1 计算轴向力jN，偏心距0jjMeN，偏心距增大系数：最大弯矩发生在最大冲刷线以下 Z=1.41m 处，该处maxM=210.97KNm 0maxmax01122117848.64 16.96 6.6916.96 1.411.3 1.41 500226535.154210.970.032332.36535.154j

17、iNpq lq zc zKNemmm 现拟定采用 C30 混凝土，HRB335 钢筋，,8.13MPaRa MPaRg280 因,475.6h故桩的计算长度mmmllp6695695.6)597.00.469.6(5.0)0.4(5.00 长细比,7579.51200/6695/dlp可不考虑纵向弯曲对偏心矩的影响，取1。计算受压区高度系数 取mmag80,mmrg52080600,87.0600520rrgg 则配筋率由下式计算：00cdsdfBrAefCeDgr 计算结果如下表：A B C D Nu（KN）Nj(KN)Nu/Nj 1.21 2.9787 0.1435 2.7238 0.35

18、94 0.005039 12298.025 6535.154 1.882 1.22 2.9886 0.1355 2.7387 0.3476 0.008134 12990.576 6535.154 1.988 1.23 2.9982 0.1277 2.7532 0.3361 0.011610 13769.002 6535.154 2.107 1.24 3.0075 0.1201 2.7675 0.3248 0.015548 14651.840 6535.154 2.242 1.25 3.0165 0.1126 2.7813 0.3137 0.020089 15669.776 6535.154 2

19、.398 由计算表可见，当=1.23时，计算纵向力uN与设计值jN之比较为合理，故取=1.23，=0.011610 为计算值。计算所需纵向钢筋的截面积 现采用 2428，214779mmAg，布置如图所示。混凝土净保护层C=80-31.6/2=64.2mm25mm，纵向钢筋间净距为 136mm80mm。5、对截面进行强度复核 由前面的计算结果：mme3.320；mma80；mmrg520；87.0g 实际配筋率013074.0)1200/(147794422dAg。在垂直于弯矩作用平面内 长细比7579.5/dlp，故纵向弯曲系数00.1。混凝土截面积为2211309734/mmdAh，实际纵

20、向钢筋面积214779mmAg，则在垂直于弯距作用平面内的承载力为：在弯距作用平面内 现采用试算法列表计算（见表 4）A B C D 1.21 2.9787 0.1435 2.7238 0.3594 35.989 32.30 1.114224 1.22 2.9886 0.1355 2.7387 0.3476 34.136 32.30 1.056853 1.23 2.9982 0.1277 2.7532 0.3361 32.343 32.30 1.001344 1.24 3.0075 0.1201 2.7675 0.3248 30.606 32.30 0.947543 当=1.23 时，0e=3

21、2.34mm，与设计的0e=32.30mm 很接近，故取=1.23 为计算值。在弯矩作用平面内的承载力为：桩身配筋图如下：6、按地基土的支承力确定和验算桩基的承载能力：22131.14mdA，mdu08.4)1.0(70.0，8.00m，mh14，kPafa10000，0.102k，32/101020mkN，kNPi24.7735 7承台的强度检验：7.1、桩顶处的局部受压荷载 /jicamPA R,符合要求。7.2、承台冲切承载力验算承台的强度检验 桩对承台的冲剪验算 1、柱或墩台向下冲切承台的冲切承截力计算 由设计图 知：0ldF，所以符合规范要求。2、角桩 符合规范要求。7.3 边桩 符合规范要求。因为基桩在承台的布置范围不超过墩台边缘以刚性角向外扩散范围，故不验算桩对承台的冲剪强度。