11基础工程课程设计.docx

第一部分 设计任务书1. 设计资料：（1） 线路：级铁路干线，双线、直线、坡度4、线间距4.0m。（2） 桥跨：无砟桥面，单箱单室预应力混凝土梁，计算跨度L0=40.0m，梁全长L=40.6m，梁端缝0.1m。轨底至梁底3.36m，梁底至垫石顶0.5m，梁底至支座铰中心0.09m，一孔梁总重3100kN。（3） 地址及地下水位情况：标 高/m地质情况厚度/m标 高/m地质情况厚度/m16.516.2耕 地0.3-24.4-30.9粗砂(中密)6.516.211.3软塑砂粘土4.9-30.9-40.5中砂(中密)9.611.33.2粉 砂8.1-40.5-45.6砾砂(中密)5.13.22.4淤泥质砂粘土(松软)0.8-45.6-58.7硬塑粘土13.12.4-24.4细砂(中密)26.8土层平均重度，土层平均内摩擦角地下水位标高：+15.00m。（4） 成孔机具：、旋转钻机。（5） 标高：轨底+29.88m，墩底+16.80m。（6） 风力：（桥上有车）。（7） 桥墩尺寸：如图1所示(尺寸：cm、标高：m)。2. 设计荷载：（1） 承台底外力合计：双线、纵向、二孔重载：，；双线、纵向、一孔重载：，；（2） 墩顶外力：双线、纵向、一孔重载：，。 说明：如因布桩需要加大承台尺寸时，增加部分自重应计入。图1 桥墩尺寸示意图3. 设计要求：（1） 确定桩的材料、桩长、桩数及桩的排列。（2） 检算下列项目： 单桩承载力检算 （双线、纵向、二孔重载）群桩承载力检算 （双线、纵向、二孔重载）墩顶位移检算 （双线、纵向、一孔重载）桩身截面配筋计算 （双线、纵向、一孔重载）桩在土面处位移计算 （双线、纵向、一孔重载）（3） 设计成果设计说明书、计算书设计图纸（2号图，铅笔图）（4） 设计提高部分Fortran程序电算检算。第二部分 设计说明一设计依据规范1.铁路桥涵地基和基础设计规范TB1002.5-20052.混凝土结构设计规范GB50010-20023. 铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范TB1002.3-99二设计方案线路为双线、直线、坡度4、线间距4.0m，无砟桥面。计算跨度L0=40.0m，采用桩基础，承台下设八根桩，设计直径为1.20m，成孔直径为1.25m。钻孔灌注桩，旋转式转头，桩身采用C30混凝土，桩长42m，粗砂层为持力层，桩底标高-28.7m。地基容许承载力，单桩容许承载力，主力加附力P乘以1.2的放大系数。 桩顶和承台连接为主筋伸入式，桩顶伸入承台0.1m。桩身对称布置18根的光圆钢筋，钢筋总长为16m，伸入承台0.9m。箍筋用，且沿钢筋笼方向，每隔2m设一道骨架钢筋和架立钢筋，均为的一级钢。第三部分 桩基计算一桩基试算1.桩身采用C30混凝土。2.设计桩径d=1.20m，成孔桩径为d；=1.25m，钻孔灌注桩，旋转式转头。3.画出土层分布图，选用粗砂层为持力层，桩端进入持力层的临界深度为1.5d=1.8m，即桩端进入持力层要大于1.8m，从承台底面到细沙层底部深度为37.7m，则取桩长l=41m。桩底标高-27.7m，进入持力层3.3m。4.估算桩数（按双孔重载估算）估算公式：，故由铁路桥规TB1002.5-2005表4.1.2-3得，地基的基本承载力,取密实粗砂，由表4.1.3得：（密实粗砂）。水位标高+15.0m，桩顶标高为+13.3m，故桩侧土容重均取浮容重，。由此算出折减系数各土层的极限承载摩阻力：土层软塑砂粘土452.0粉砂438.1淤泥质砂粘土300.8细沙6026.8粗砂803.3由此算出单桩的轴向受压容许承载力：取，则估算桩数：，取。5.桩在承台底面的布置查铁路桥规，当时，最外一排桩至承台底板边缘的净距不得小于0.3d（设计桩径）且不得小于0.5m，且钻孔灌注摩擦桩中心距不应小于2.5成孔桩径，满足桩间距和和承台边到桩净距的前提下得到桩在承台底面的布置情况，如下图（单位：cm）：二承台底面形心处位移计算1.设计荷载双线、纵向、二孔重载：，双线、纵向、一孔重载： ，；2.计算（1）桩的计算宽度其中，桩为圆形且d 1m. 所以 ,，其中（2）计算基础变形系数 ，C30混凝土有假定桩为弹性桩，则其计算深度：，深度内存在两层不同的土，则m的换算公式为：其中，则。 而，故假设成立，桩为弹性桩。 3.计算单桩桩顶刚度其中，故，。又故由此算得。又，查表有故 1 .334 1398627.00 103440.80 286884.60 1293083.00 4.计算承台刚性系数对于低承台桩基，承台完全处于软塑砂粘土中，因此，承台的计算宽度为：，故 1 1264774.256195 .000000 -1828678.626725 2 .000000 11189018.000000 .000000 3 -1828678.626725 .000000 35592827.1666135.计算承台底面形心处的位移a，b，桩基为竖直桩基，桩群对称布置，则有：由上式得承台形心位移：由上式可计算得：（1）荷载情况1：双线、纵向、二孔重载：， 1.44 1.61 .4864E-03（2）荷载情况2：双线、纵向、一孔重载：，三墩身弹性变形引起托盘底面水平位移与转角计算假定墩帽、托盘和基础部分产生刚性转动，将墩身分为四个部分，分别计算它们所受的风荷载,桥上有车时的风压强度W=800Pa，纵向水平风力等于风荷载强度乘以迎风面积,分别计算出四部分及墩帽和托盘的面积长及中线长，然后计算出各个截面的弯矩，再求和即可得到墩底所受的总弯矩。1.和纵向风力引起的弯矩： 墩帽所受风力：托盘所受风力：墩身风力： 风力合力作用点位置距长边的距离为y，梯形形心轴距长边的距离公式为：，其中a为长边，b为短边，h为梯形高计算得： 将墩身分成四段，如下图，利用几何关系分别求出侧面边长及中线长。风力及截面弯矩值计算表对各截面弯矩M（KNm）水平力(KN)托盘顶0托盘底1234墩底5墩顶水平力1094.02461.63947.65433.76919.88405.9墩帽风力5.820.235.851.567.182.8托盘风力7.923.739.455.170.9墩身风力0.93.410.217.023.83.410.217.01.410.234墩顶弯矩(KNM)541054105410541054105410总计(KNM)6509.87850.49408.310927.912454.713978.12.墩顶水平位移计算1-2段8629.41.630.8153.831.011 E+081.39 E-041.13 E-042-3段10168.11.632.4454.121.088 E+081.52 E-043.72 E-043-4段11691.31.634.0754.421.167 E+081.63 E-046.64 E-044-5段13216.41.635.7055.021.325 E+081.63 E-049.30 E-04总计6.17 E-042.079 E-03注：墩帽托盘 C40：，墩身 C35：表中，：分段高度，：分段中线到墩顶铰支座距离，第四部分 桩基检算1.单桩承载力计算（按双孔重载计算）则桩顶内力：桩身C30混凝土容重，土平均重度因全桩在水位标高以下，故桩自重：桩入土部分同体积土重：则 其中，故单桩轴向受压承载力满足要求。2.群桩承载力检算（按双孔重载计算）将桩群看作一个实体基础，则实体基础为一台体，台体底面由于内摩擦角，较顶面放大，底面尺寸如图：桩自重：桩侧土重承台侧面土重： 故群桩轴向受压承载力满足要求。 3.结构在土面处的位移（按一孔重载）在桥规中查m、m0时，只适用于结构在地面处的最大位移为6mm，若超过6mm就不能采用“m”法进行计算，故需要对桩在土面处的位移进行检算。承台底埋于土中深度：可以用m法直接查表计算。4.墩顶水平位移检算（按一孔重载）墩高：，托盘与墩帽高度。一孔重载下，则墩顶位移故墩顶水平位移满足要求。第五部分 桩身配筋设计（一孔重载）1.桩身弯矩计算，故任意深度z处桩身截面弯矩：，计算列表如下：ZZAMBM167.18AM-301.31BMMZ(kNm)0.00.000.001.000.00-301.307-301.3070.10.2450.1001.00016.718-301.307-284.5890.20.4900.1970.99832.934-300.704-267.7700.30.7350.2900.99448.482-299.499-251.0170.40.9800.3770.98663.027-297.089-234.0620.51.2250.4580.97576.568-293.774-217.2060.61.4700.5290.95988.438-288.953-200.5150.71.7160.5920.93898.971-282.626-183.6550.81.9610.6460.913107.998-275.093-167.0950.92.2060.6860.884114.685-266.355-151.6701.02.4510.7230.851120.871-256.412-135.5411.12.6960.7470.814124.883-245.264-120.3811.22.9410.7620.774127.391-233.212-105.8211.33.1860.7680.732128.394-220.557-92.1631.43.4310.7650.687127.893-206.998-79.1051.53.6760.7550.641126.221-193.138-66.9171.63.9220.7370.594123.212-178.976-55.7641.74.1670.7140.546119.367-164.514-45.1471.84.4120.6850.499114.518-150.352-35.8341.94.6570.6510.452108.834-136.191-27.3572.04.9020.6140.407102.648-122.632-19.9842.25.3920.5320.32089.940-96.418-6.4782.45.8820.4430.24374.061-73.2180.8432.66.3730.3550.17559.349-52.7296.6202.86.8630.2700.12045.139-36.1578.9823.07.3530.1930.07632.266-22.8999.3673.58.5780.0510.0148.526-4.2184.3084.09.8040.0000.0000.0000.0000由表知：，分布图如图：2.偏心距计算初始偏心距：偏心距放大系数：其中，影响系数计算长度：，（为变形系数）主力+附加力，所以；C30混凝土，。则3.配筋计算根据灌注桩构造要求，桥梁桩基主筋宜采用光圆钢筋，主筋直径不宜小于16mm，净距不宜小于120mm，且任一情况下不得小于80mm，主筋净保护层不应小于60mm。在满足最小间距的情况下，尽可能采用单筋、小直径的钢筋，以提高桩的抗裂性，所以主筋采用I级钢筋。桩身混凝土为C30，根据桥规规定，取=0.5%,则选用的级钢筋，取净保护层厚度，采用对称配筋，则主筋净距为：，符合要求。桩与承台的联结方式为主筋伸入式，桩身伸入承台板0.1m，主筋伸入承台的长度（算至弯钩切点）对于光圆钢筋不得不小于45倍主筋直径（即900mm），主筋应配到4/处以下2m处（约为13.31m）,取其长度为15m，则主筋总长为16m。箍筋采用，为增加钢筋笼刚度，顺钢筋笼长度每隔2m加一道的骨架钢筋。顺钢筋笼长度每隔2m在四个节点处加四个定位钢筋，直径为。桩身截面配筋如设计图纸。4.判断大小偏心取n=15（桥跨结构及帽顶）换算截面面积：换算截面惯性矩：核心距：故属小偏心构件5.应力检算小偏心构件，全截面受压，则 故钢筋与混凝土应力均满足要求。6.稳定性检算桩计算长度，查混凝土结构设计原理表11-4得，查表11-3得m=16.8 故稳定性满足要求。7.抗裂性检算因为是小偏心受压，故全截面均受到压力，不需进行抗裂性检算。第五部分 材料表（单根桩）1.钢筋钢筋类别直径/mm根数单根长/m单重kg/m总长/m总重/kg受力纵筋2216162.98256762.88环向箍筋8803.550.395284112.18骨架钢筋1886.31250.48100.96定位钢筋18320.424213.5727.136总计604.051003.162.混凝土等级直径m长m体积单桩C301.24146.37第六部分 电算1.输入文件如下所示： 2 5 20 0.5 1.8 320000007000 27 2.07000 27 8.15000 27 0.815000 27 26.825000 27 4.34 1.2 1.2 0 42 0 -1.54 1.2 1.2 0 42 0 1.53.2 11.2936 18061.8 14674.37936 18061.8 14674.37936 20442.5 12610.72.输出文件如下所示： * * 第 一 部 分 原 始 数 据 * * 桩类型组数 土层数 作用力H方向上一排桩的桩数 2 5 2 桩端嵌固类型 MD=.0 桩传力类型系数 XS= .5000 最小桩间净距 LS= 1.80(米) 桩材砼弹性模量 E= .3200E+08(kN/m2)地基比例系数(kN/m4) 内摩擦角(度) 第I土层的厚度(米) 7000. 27.0 2.00 7000. 27.0 8.10 5000. 27.0 .80 15000. 27.0 26.80 25000. 27.0 4.30 I IT D DB LO LI AH X 1 4 1.200 1.200 .000 42.000 .0000 -1.5000 2 4 1.200 1.200 .000 42.000 .0000 1.5000 承台埋入地面或局部冲刷线以下的深度： 3.2 承 台 的 实 际 宽 度 ： 11.2 荷载类型I 水平力H(kN) 轴向力N(kN) 弯矩M(kN.m) 1 936.0 18061.8 14674.4 2 936.0 18061.8 14674.4 3 936.0 20442.5 12610.7 * * 第 二 部 分 计 算 结 果 * * 基础的变形系数a及桩顶刚度系数I AF LO1 LO2 LO3 LO4 1 .334 1398627.00 103440.80 286884.60 1293083.00 2 .334 1398627.00 103440.80 286884.60 1293083.00 承 台 刚 度 矩 阵 I K1 K2 K3 1 1264774.256195 .000000 -1828678.626725 2 .000000 11189018.000000 .000000 3 -1828678.626725 .000000 35592827.166613 * 荷载类型NP= 1 (单孔轻载) * 承 台 位 移 水平位移(毫米) 竖向位移(毫米) 转角(rad) 1.44 1.61 .4864E-03 I= 1 第 1 根桩的桩顶位移 J A1(J) A2(J) P2(J) 1 1.44 1.44 9.751359 2 .88 .88 1237.198657 3 .49 .49 214.927087 第 1 根 桩 桩 身 内 力 J H(m) My(kN.m) Qy(kN) dy(kN/m) 1 .60 220.261 7.311 7.572 2 1.20 222.976 1.322 11.951 3 1.80 221.484 -6.482 13.732 4 2.39 215.129 -14.723 13.508 5 2.99 203.974 -22.370 11.841 6 3.59 188.602 -28.718 9.247 7 4.19 169.929 -33.349 6.176 8 4.79 149.044 -36.093 2.999 9 5.39 127.079 -36.978 .004 10 5.99 105.101 -36.176 -2.605 11 6.59 84.041 -33.960 -4.704 12 7.18 64.651 -30.656 -6.236 13 7.78 47.479 -26.607 -7.199 14 8.38 32.872 -22.141 -7.634 15 8.98 20.988 -17.557 -7.610 16 9.58 11.821 -13.104 -7.206 17 10.18 5.229 -8.987 -6.505 18 10.78 .962 -5.358 -5.583 19 11.38 -1.309 -2.334 -4.496 20 11.97 -1.971 .000 -3.283 I= 2 第 2 根桩的桩顶位移 J A1(J) A2(J) P2(J) 1 1.44 1.44 9.751359 2 2.34 2.34 3278.251343 3 .49 .49 214.927087 第 2 根 桩 桩 身 内 力 J H(m) My(kN.m) Qy(kN) dy(kN/m) 1 .60 220.261 7.311 7.572 2 1.20 222.976 1.322 11.951 3 1.80 221.484 -6.482 13.732 4 2.39 215.129 -14.723 13.508 5 2.99 203.974 -22.370 11.841 6 3.59 188.602 -28.718 9.247 7 4.19 169.929 -33.349 6.176 8 4.79 149.044 -36.093 2.999 9 5.39 127.079 -36.978 .004 10 5.99 105.101 -36.176 -2.605 11 6.59 84.041 -33.960 -4.704 12 7.18 64.651 -30.656 -6.236 13 7.78 47.479 -26.607 -7.199 14 8.38 32.872 -22.141 -7.634 15 8.98 20.988 -17.557 -7.610 16 9.58 11.821 -13.104 -7.206 17 10.18 5.229 -8.987 -6.505 18 10.78 .962 -5.358 -5.583 19 11.38 -1.309 -2.334 -4.496 20 11.97 -1.971 .000 -3.283 * 荷载类型NP= 2 (单孔重载) * 承 台 位 移 水平位移(毫米) 竖向位移(毫米) 转角(rad) 1.44 1.61 .4864E-03 I= 1 第 1 根桩的桩顶位移 J A1(J) A2(J) P2(J) 1 1.44 1.44 9.751359 2 .88 .88 1237.198657 3 .49 .49 214.927087 第 1 根 桩 桩 身 内 力 J H(m) My(kN.m) Qy(kN) dy(kN/m) 1 .60 220.261 7.311 7.572 2 1.20 222.976 1.322 11.951 3 1.80 221.484 -6.482 13.732 4 2.39 215.129 -14.723 13.508 5 2.99 203.974 -22.370 11.841 6 3.59 188.602 -28.718 9.247 7 4.19 169.929 -33.349 6.176 8 4.79 149.044 -36.093 2.999 9 5.39 127.079 -36.978 .004 10 5.99 105.101 -36.176 -2.605 11 6.59 84.041 -33.960 -4.704 12 7.18 64.651 -30.656 -6.236 13 7.78 47.479 -26.607 -7.199 14 8.38 32.872 -22.141 -7.634 15 8.98 20.988 -17.557 -7.610 16 9.58 11.821 -13.104 -7.206 17 10.18 5.229 -8.987 -6.505 18 10.78 .962 -5.358 -5.583 19 11.38 -1.309 -2.334 -4.496 20 11.97 -1.971 .000 -3.283 I= 2 第 2 根桩的桩顶位移 J A1(J) A2(J) P2(J) 1 1.44 1.44 9