夏开宗-基础工程课程设计.doc

基础工程课程设计桥梁基础工程课程设计资料、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（密实卵石）；地基承载力基本容许值；桩周土摩阻力标准值； 土的重度 (未计浮力)；土内摩擦角。地面(河床)标高69.54m；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。图1 双排桩计算例题图2 作用荷载上部为等跨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=6757.40kNH=320.60kN(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=7798kN3承台尺寸：2.0m9.8m5.6m。拟定采用六根桩，设计直径1.2m。桩身混凝土用20号，其受压弹性模量,承台混凝土单位容重,采用钻孔灌注桩基础,以冲抓锥施工。、设计依据规范1 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）、设计要求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、选定桩径、桩端持力层等；2、按最不利竖向荷载组合确顶桩长、并进行单桩竖向容许承载力验算；3、计算桩土变形系数，判断刚性桩或弹性桩；4、按最不利桩顶弯矩组合，计算桩身内力并绘制桩身弯矩与剪力分布图，确定地面下桩身最大弯矩值；5、桩身截面配钢筋与强度验算，并计算钢筋用量。6、绘图。、参考文献1、基础工程,北京：交通人民出版社，2008 2、凌治平，易经武.基础工程.北京：人民交通出版社，2003 3、朱浮声.地基基础设计与计算.北京：人民交通出版社，2005 4、叶见曙.结构设计原理. 北京：人民交通出版社，2004 5、JTG D63-2007 公路桥涵地基与基础设计规范(含条文说明) 设计计算书1.作用荷载的计算1.1 永久作用及一孔可变作用 (控制桩截面强度荷载) 1.2永久作用及二孔可变作用(控制桩入土深度荷载) 2.根据单桩容许承载力拟定桩长2.1 选定桩径，桩端持力层等桩径选1.2m；桩端持力层为密实卵石层,2.2桩长的计算按单桩容许承载力公路桥涵地基及基础设计规范（JTG D63-2007 ）经验公式初步反算桩长，桩径选取为1.2m。冲抓锥成孔直径1.25m设桩埋入最大冲刷线以下深度为h，一般冲刷线以下深度为 ， 桩（直径1.2 m）自重每延米， 即： 上式中单桩轴向受压承载力容许值（kN），桩身自重与置换土重（当自重计入浮力 时，置换土重也计入浮力）的差值为荷载考虑。桩的周长桩端截面面积（），对于扩底桩，取扩底截面面积土的层数，承台底面或局部冲刷线以下各土层的厚度(m)，扩孔部分不计与对应的各土层与桩侧的摩阻力标准值（kPa），桩端处土的承载力容许值，当持力层为砂土、碎石土时，若计算值超过下列值，宜按下列值采用：粉砂1000 kPa；细砂1150 kPa；中砂、粗砂、砾砂1450 kPa；碎石土2750 kPa桩端处土的承载力基本容许值（kPa）桩端的埋置深度(m),对于有冲刷的桩基，埋深由一般冲刷线起算；对无冲刷的桩基，埋深由天然地面线或实际开挖后的地面线起算，的计算值不大于40m，当大于40m时，按40m计算。地基土容许承载力随深度的修正系数.0桩端以上各土层的加权平均重度（），若持力层在水位以下且不透水时，不论桩端以上土层的透水性如何，一律取饱和重度；当持力层为透水层时，则水中部分土层取浮重度。修正系数清底系数所以： 所以解得，现取，桩底标高为-51.85m,2.69为一般冲刷线到最大冲刷线的高度，取符合桩的轴向承载力符合要求。3.群桩结构分析3.1桩顶受力计算3.1.1桩的计算宽度 已知：=2.0m；=3（d+1）=6.6 m;n=2,=0.6 时， 所以 式中： 桩形状换算系数，即在受力方向将各种不同的截面形状的桩宽度，乘以换算为相当于矩形截面宽度 平行于水力作用方向的桩间的相互影响系数 桩径或垂直于水平外力H作用方向桩的宽度3.1.2桩的变形系数C20混凝土的受压弹性模量则E=0.80=2.08KN/; =0.1017(m4)=0.600桩在最大冲刷线以下深度h=11m,其计算长度则为：=5.42.5，故按弹性桩计算。3.1.3桩顶刚度系数、值的计算=6.69m;h=8m; (根据公桥基规钻挖孔桩采用)，A=1.1304, ,按桩中心距计算面积， 。故取： 已知： （4），取=4，查教材基础工程附表17、18、19得：=0.05989 =0.17312 =0.67433=0.0129EI =0.06232EI=0.60.67433EI=0.4046EI3.1.4按最不利桩顶弯矩组合， 计算承台底面原点O处位移、（单孔活载+恒载+制动力等）=60.4046EI +0.953 EI6=17.0657EI60.0129EI=0.0774EI=60.06232EI=0.37392 EI =3.1.5计算作用在每根桩顶上作用力、：竖向力：=0.953EI= 水平力： =0.0129EI0.06232EI=53.43KN弯矩：=0.4046EI=211.949KNm校核：=3(7715.6696355.243)1.6+6(-211.949)=5258.40KNm =3(7715.669+6355.243)=42212.74N7035.466=4221276KN3.2计算最大冲刷线处桩身弯矩，水平力，及轴向力：=-211.949KNm +53.436.69=145.497 =53.43KN=7715.669+1.13046.69(25-9.8)=7600.72KN3.3最大冲刷线深度下沿桩身长度方向弯矩、剪力的计算：由：=0 得：由=1.634 且=5.4（4） 取=4.0，查教材基础工程附表13得=0.8284 故 =又由=0.860 及=5.4(4 ) 取=4.0，查教材基础工程附表13得=1.321 =1.321145.497=192.20 KNm采用无量纲法计算，由=5.42.5，所以用摩察桩公式计算： 其中 = =53.43KN =145.497KN、的值查教材基础工程附表3、4、7、8 ，计算如下表：表1 桩身长度方向弯矩、剪力的计算0.0000.00.000001.000001.000000.00000145.49753.4300.1670.10.099600.999740.98833-0.00753154.32852.1490.3330.20.196960.998060.95551-0.02795162.75448.5910.5000.30.290100.993820.90468-0.05820170.43143.2560.6670.40.377390.986170.83898-0.09554177.09136.4860.8330.50.457520.974580.76145-0.13747182.54128.6831.0000.60.529380.958610.67486-0.18191186.61620.1771.1670.70.592280.938170.58201-0.22685189.24311.2931.3330.80.645610.913270.48522-0.27087190.3702.2791.5000.90.689260.884070.38689-0.31245190.008-6.6051.6671.00.723050.850890.28901-0.35059188.190-15.1641.8331.10.747140.814100.19388-0.38443184.982-23.2012.0001.20.761830.774150.10153-0.41335180.477-30.6602.1671.30.767610.731610.01477-0.43690174.803-37.3512.3331.40.764980.68694-0.06586-0.45486168.069-43.2272.5001.50.754660.64081-0.13952-0.46715160.438-48.2402.6671.60.737340.59373-0.20555-0.47378152.046-54.3432.8331.70.713810.54625-0.26359-0.47496143.043-55.5473.0001.80.684880.49889-0.31345-0.47103133.576-57.8683.1671.90.651390.45219-0.35501-0.46223123.799-59.3203.3332.00.614130.40658-0.38839-0.44914113.844-59.9613.6672.20.531600.32025-0.43174-0.4117993.934-59.0164.0002.40.443340.24262-0.44647-0.3631274.780-55.5554.3332.60.354580.17546-0.43651-0.3073257.104-50.1514.6672.80.269960.11979-0.40641-0.2485341.469-43.4115.0003.00.193050.07595-0.36065-0.1905228.242-35.9025.8333.50.050810.01354-0.19975-0.016726.495-12.1326.6674.00.000050.00009-0.00002-0.000450.018-0.040图 2 桩身长度方向弯矩、剪力图3.4桩顶纵向水平位移验算：桩在最大冲刷线处水平位移和转角的计算： 由 =0 =5.44 取 =4 查教材基础工程附表1、2、5、6 得：=2.44066 =-1.6210 =1.6210 =-1.75058=0.801mm6mm符合规范要求=桩顶纵向水平位移验算：由 =5.44，取4，由附表14、15 可查得：=42.69124 =12.54773 =4.99058 =7.39mm=-1.45桩顶的纵向水平位移水平位移的容许值=27.4mm7.39mm,符合要求。4.桩身截面的配筋计算及截面强度的校核4.1各种参数及系数的计算最大弯矩发生在最大冲刷线以下处，该处计算桩最大弯矩控制截面的轴向力式中 控制截面的轴向力； 单桩桩顶最大竖向力，已求出； 桩每延米的自重（包括浮力），； 桩周土摩阻力标准值，已知 冲抓锥成孔面周长，所以，计算得： 桩的半径r=1200/2=600mm,混凝土保护层取则桩的长细比： 4.4,应考虑偏心距增大系数 1 =1 4.2计算配筋率 采用C20混凝土，钢筋拟采用HRB335钢筋，即： ；，计算受压区高度系数，根据经验公式得： 采用试算法列表计算，根据规范，系数A、B、C、D查附表所得：表2 受压区高度的计算0.751.96810.62711.40301.2706-0.011684867.124994.090.970.761.99940.62061.45291.2392-0.011714906.354994.090.980.772.03060.61361.50131.2086-0.011724951.164994.090.990.782.06170.60611.54821.1787-0.011705002.404994.091.000.792.09260.59821.59381.1496-0.011645060.674994.091.010.802.12340.58981.63811.1212-0.011555126.024994.091.03 由表中计算可见，当=1.00时，计算纵向力与设计值相近，且大于设计值。且强度不要求配筋.现按构造要求取：（全部纵向钢筋）。4.3 配筋并绘制基桩构造及钢筋布置图钢筋的面积为：现选用12根=25的HRB335钢筋，钢筋的面积为：=5888；实际配筋率为：图 3 桩基配筋构造图4.4 对截面进行强度复核在垂直于弯矩作用平面内长细比，故稳定系数；混凝土截面积为，实际纵向钢筋面积=5888；，则在垂直于弯矩 作用平面的承载力为：在弯矩作用平面内，根据公路桥涵地基与基础设计规范JTG D632007求得： 以下采用试算法列表计算，各系数查规范得：表 3 求的计算值0.942.53430.42952.14330.7847111.8196.211.16210.952.56180.41552.17260.7645107.1196.211.11330.962.58900.40112.20120.7446102.4696.211.06500.972.61580.38652.22900.725197.9096.211.0180.982.64240.37172.25610.706193.4296.210.9710.992.66850.35662.28250.687488.9996.210.925由计算表可见，当=1.018时，与设计的很接近，故取=1.018为计算值、在弯矩作用平面内的承载力为： 综上计算，均满足要求5承台的强度检验5.