桥梁基础工程课程设计.doc

I 桥梁基础工程课程设计桥梁基础工程课程设计 0808土木工程道桥方向土木工程道桥方向 班级 班级 08 道桥 1 班 姓名 姓名 杨 璞 学号 学号 3080621119 指导老师 指导老师 王小军 浙江大学宁波理工学院土建分院浙江大学宁波理工学院土建分院 年年 月月 日日 目 录 宁波理工学院宁波理工学院 II 1 设计资料 1 1 1 标准荷载 1 1 1 1 恒载 1 1 1 2 活载 3 1 1 3 水平力 3 1 2 地质水文条件 1 1 3 主要材料 1 1 4 蹲身 承台及桩的尺寸 1 1 5 其他荷载 1 1 6 设计荷载 1 1 7 设计要求 1 2 桩基础设计计算 5 2 1 桩基础类型选择 5 2 2 桩长的拟定 5 2 3 桩的内力计算 6 2 3 1 参数计算 6 2 3 2 桩顶作用力计算 6 2 3 3 最大冲刷线处桩身内力 6 2 3 4 桩身最大弯矩及位置的计算 6 2 3 5 桩在最大冲刷线以下各截面的弯矩和横向土抗力的计算 6 2 4 桩顶纵向水平位移计算 6 2 5 配筋计算及桩身材料截面强度计算 6 2 5 1 计算偏心距增大系数 6 2 5 2 计算受压区高度系数 6 2 5 3 计算所需纵向钢筋截面积及截面复核 6 2 6 承台的设计计算 6 2 6 1 桩与承台的连接处构造设计 6 3 1 设计资料 设计资料 上部构造采用 30m 等跨钢筋混凝土预应力桥梁 梁长 29 9m 计算跨径 29 5m 桥面宽 13m 10 2 1 5 荷载为纵向控制设计 下部结构为桩柱式桥墩 和钻孔灌注桩基础 1 1 标准荷载 1 1 1 恒载 桥面自重 N1 1500kN 8 10kN 1580kN 桥梁自重 N2 5000kN 8 50kN 5400kN 墩帽自重 N3 800kN 桥墩自重 N4 975kN 扣除浮重 10 2 3 2 5 150KN 1 1 2 活载 一跨活载反力 N5 2835 75kN 在顺桥向引起的弯矩 M1 3334 3 kN m 两跨活载反力 N6 5030 04kN 8 100kN 1 1 3 水平力 制动力 H1 300kN 对承台顶力臂 6 5m 风力 H2 2 7kN 对承台顶力臂 4 75m 1 2 地质水文条件 河面常水位标高 35 000m 河床标高为 32 000m 一般冲刷线标高 30 000m 最大冲刷线标高 28 000m 处 一般冲刷线以下的地质情况如下表 序 号 名称层厚土层描述 天然重度 比例系数 m 推荐容许承 载力 极限摩阻力 i 1淤泥质土5 0m软塑16kN m36 MN m450 kPa20 kPa 4 2粘土4 0m灰黄色 硬塑17kN m315 MN m4240 kPa50 kPa 3卵石土 50m黄色 密实20kN m355 MN m4550 kPa240 kPa 1 3 主要材料 墩身 承台及桩身采用 C25 混凝土 承台 重度 25kN m3 15kN m3 浮 容重 桩基采用 HRB335 级钢筋 1 4 墩身 承台及桩的尺寸 墩身 承台及桩身的受压弹性模量 2 85 MPa 墩身尺寸 长 宽 高 h E 4 10 3 2 6 5m3 承台尺寸 长 宽 厚 8 0m 4 5m 2 5m 承台底标高 30 000m 拟 采用 6 根钻孔灌注桩 设计直径 1 0m 成孔直径 1 1m 设计要求桩底沉渣厚度 小于 300mm 1 5 其他参数 结构重要性系数 so 1 1 荷载组合系数 1 0 恒载分项系数 G 1 2 活载 分项系数 Q 1 4 1 6 设计荷载 上部为等跨 30m 的预应力箱梁桥 混凝土桥墩 作用在承台底面中心的荷载 为 恒载及一孔活载时 kNN05 1591675 28354 1 155 25 4815097580054001580 2 1 1 4 3002 7 423 78HKN 恒载及二孔活载时 kNN056 2010804 58304 1 155 25 4815097580054001580 2 1 5 桩 直径 1m 自重每延米为 已扣除浮力 2 1 1511 781 4 qKN m 1 7 设计要求 一 确定单桩容许承载力及初估桩长 二 画出桩的平面布置图及纵桥向和横桥向断面图 三 桩的内力计算 1 参数计算 1 桩的计算宽度 1 b 2 桩的变形系数 3 桩顶刚度系数 的计算 1 2 3 4 4 计算承台底面原点 O 处位移 000 b 2 计算作用在每根桩顶上的作用力 竖向力 水平力 弯矩 i P i Q i M 并校核 3 计算最大冲刷线处桩身弯矩 水平力及轴向力 0 M 0 Q 0 P 4 最大弯矩 Mmax 及最大弯矩位置 Zmax 的计算 5 计算桩在最大冲刷线以下各截面的弯矩和横向土抗力 并画出 z MZ 曲线 z Z 四 桩顶纵向水平位移验算 五 配筋计算及桩身材料截面强度验算 1 配筋的计算 画出钢筋布置平面图 2 对截面进行强度校核 3 验算垂直于弯矩作用平面内承载力 六 承台设计 6 1 桩与承台的连接处构造设计 画图 2 桩顶局部受压验算 3 承台受冲切验算 4 承台抗弯验算 5 承台抗剪切强度验算 2 桩基础设计计算 桩基础设计计算 2 1 桩基础类型选择 墩身尺寸 长 宽 高 3 2 6 5m3 承台尺寸 长 宽 厚 8 0m 4 5m 2 5m 承台底标高 30 000m 拟采用 6 根钻孔灌注桩 设计直径 1 0m 成孔直径 1 1m 设计要求桩底沉渣厚度小于 300mm 综合设计资料中地质水文条件 得 到计算实例图如下 7 2 2 桩长的拟定 由拟定钻孔灌注桩 用 公桥基规 经验公式初步计算桩长 该桩埋入最大 冲刷线一下深度为 一般冲刷线一下深度为 取一般冲刷线一下第三层土 即h3 h 卵石土为持力层 桩底进入持力层深度为 d 则 则当两跨活 9 7 3 dhdh 载时 qhql N hKAmlUPN iih 2 1 6 3 2 1 032200 79 0 4 1 46 3 1 1 2 2 mAmU kNN056 20108 取 kPaKm550 0 10 7 0 7 0 020 2 1 1511 781 4 qKN m 由上述公式得出取整得则单桩整桩长为桩的 8 5 md 6md 15645ml 轴向承载力符合要求 kNhKAmlUP ii 05 4053 3 2 1 32200 2 3 桩的内力计算 2 3 1 参数的计算 1 桩的计算宽度 1 b KKdKdKKKb ff 11 9 0 1 01 已知 则6 0 2 6 1 3 5 1 11 bnmdhmLmhL6 36 0 11 767 0 6 5 1 6 0 4 0 6 0 6 0 1 1 1 h Lb bKmb38 1 7671 0 11 9 0 1 2 桩的变形系数 三层土从上到下变形系数为 i 8 1 5 1 7 6000 1 38 0 39 1 91 100 0491 m 1 5 2 7 15000 1 38 0 47 1 91 100 0491 m 1 5 7 3 61 0 0491 0 1091 1 38 1 55000 m 又 取最大冲刷线以下 4m 为换算深 1 2 5 6 4115lm 2 1 4 m hdm 度 22 1 12122 2 2 6000 315000 6 1 1 9937 5 16 m m hmhh h m h 277 1091 1 1085 2 67 0 67 0 mkNEE h 桩在最大冲刷线 4 2 0491 0 64 m d I 1 5 7 5 1 43 0 0491 0 1091 1 38 1 5 9937 m EI mb 一下深度为 其计算长度为 故按弹性桩计mh13 5 2 59 51361 0 mhh 算 3 桩顶刚度系数 的计算 1 2 3 4 22 0 36 00 2 2 0 28 10 75 5 tan13 2 0 1 10129 0 135 9937 785 0 4 2 1 13 2 mA mkNhmC m d Amhml 按桩中心距计算面积 故取 22 0 91 4 5 2 4 mA 1 1 76 0 00 6 1 213 11 2 1 0 785 2 85 100 129 104 91 0 51 100 544 h lh AEC A EI 已知 取用 4 查表 4 59 5 1343 0 mhh mll86 0 243 0 00 9 得 256849 1653042 0 488865 0 MMQ xx 3 2 2 3 4 0 0389 0 1208 0 5404 Q M M EIxEI EIxEI EIEI 4 计算承台底面原点 O 处位移 单孔活载 恒载 制动力等 000 b EIEIn N b 24 4876 544 0 6 05 15916 1 0 5254 0 7248 0 1208 06 2334 0 22 3 2 32 EInEIEInEIn EIEIEIxn n i i 34 8 25 16544 05404 0 6 2 1 2 14 423 78 3343 3300 92 7 7 256062 88HKNMkN m EI nxnn MnHxn n i i n i i 05 5579 2 3 2 1 2 142 3 1 2 14 0 EI nxnn MnHn n i i 85 1211 2 3 2 1 2 142 23 0 2 3 2 桩顶作用力计算 计算作用在每根桩顶上的作用力 竖向力 水平力 弯矩 并 i P i Q i M 校核 竖向力 100 3476 73 4876 241211 85 0 544 1 25 1828 62 ii kN PbxEI kNEIEI 水平力 2030 5579 051211 85 0 03890 120870 63 i QaEIEIkN EIEI 弯 矩 4030 1211 855579 05 0 54040 120819 07 i MEIEIkN m EIEI 10 校 核 6 70 63423 78423 78 i nQkNkNHkN 1 1 3 3476 73 1828 62 1 256 19 07 6066 06062 88 3 3476 73 1828 62 15916 0515916 05 n iii i n i i x PnM kN mMkN m nPkNNkN 2 3 3 最大冲刷线处桩身内力 计算最大冲刷线处桩身弯矩 水平力及轴向力 0 M 0 Q 0 P 00 19 0770 63 2122 19 ii MMQlkN m 00 70 63 3476 732 15 0 7863500 31QkN PkN 2 3 4 桩身最大弯矩及最大弯矩位置计算 由得 0 z Q 0 0 0 43 122 91 0 74 70 63 Q M C Q 由及取用 4 查表得 故0 74 Q C 5 594h max 1 03 M zm max 1 03 2 4 0 43 M zm 由及取用 4 查的 max 1 03 M z 5 594h 1 90 M K max0 1 91 9 122 91233 53MMkN m 2 3 5 桩在最大冲刷线以下各截面的弯矩和横向土抗力计算 由公式 取用 0 0zMM Q MAM B 00 11 zxxx QM zAzB bb 7 934h 4 最大冲刷线处桩身 得出以下两表 0 28 06MkN m 0 50 QkN 11 zAxBx 0000000 0 47 0 22 117791 290889 32 9 89 19 21 0 93 0 41 802731 0006415 87 15 33 31 20 1 40 0 61 502680 7498119 84 17 23 37 07 1 86 0 81 22370 5372721 54 16 46 38 01 2 33 10 970410 3611921 36 13 83 35 19 2 79 1 20 745880 2190819 70 10 07 29 77 3 26 1 40 551750 1079317 00 5 79 22 79 3 72 1 60 38810 0242213 67 1 48 15 15 4 19 1 80 25386 0 0357210 06 2 46 7 59 4 65 20 14696 0 075726 47 5 80 0 67 5 12 2 20 06461 0 09943 13 8 38 5 25 5 58 2 40 00348 0 11030 18 10 14 9 95 6 05 2 6 0 03986 0 11136 2 28 11 09 13 37 6 51 2 8 0 06902 0 10544 4 25 11 31 15 56 6 98 3 0 08741 0 09471 5 77 10 88 16 65 8 14 3 5 0 10495 0 05698 8 08 7 64 15 72 9 30 4 0 10788 0 01457 9 50 2 23 11 73 zAmBm 0 00 000000 0 47 0 20 196960 9980632 35 121 95 154 30 0 93 0 40 377390 9861761 99 120 50 182 49 1 40 0 60 529380 9586186 95 117 13 204 09 1 86 0 80 645610 91324106 05 111 59 217 63 2 33 10 723050 85089118 77 103 97 222 74 2 79 1 20 761830 77415125 14 94 59 219 73 3 26 1 40 764980 68694125 65 83 94 209 59 3 72 1 60 737340 59373121 11 72 55 193 66 4 19 1 80 684880 49889112 50 60 96 173 45 4 65 20 614130 40658100 87 49 68 150 55 5 12 2 20 53160 3202587 32 39 13 126 45 5 58 2 40 443340 2426272 82 29 65 102 47 6 05 2 60 354580 1754658 24 21 44 79 68 6 51 2 80 269960 1197944 34 14 64 58 98 6 98 30 193050 0759531 71 9 28 40 99 0 1 x Q zA b 0 1 x M zB b zx z z 0 M Q A 0M M B z M 12 8 14 3 50 050810 013548 35 1 65 10 00 9 30 40 000050 000090 01 0 01 0 02 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 20 1001020304050 zx kN M2 Z m 10 00 9 00 8 00 7 00 6 00 5 00 4 00 3 00 2 00 1 00 0 00 050100150200250 M kN M Z m 2 4 桩顶纵向水平位移计算 桩在最大冲刷线处水平位移和转角的计算 0 x 0 00 0 32 3727 3 70 63122 19 2 440661 62100 0 430 67 2 85 100 04910 430 67 2 85 100 0491 3 46 103 466 xx QM xAB EIEI mmmmm 符合规范要求 00 0 2 277 4 70 63 1 62100 122 19 1 75058 0 430 67 2 85 100 04910 43 0 67 2 85 100 0491 11 9 10 QM AB EIEI rad 最大冲刷线 13 3 33 0 1 7 70 63 20 134 10 33 2 85 100 0491 Q Q l xm EI 2 23 1 7 122 19 20 175 10 22 2 85 100 0491 M Ml xm EI 由 得出 32 44 11 3 21 2 0 0491 1264 Im EE Im 1 1 2 40 73 0 0491 E I n EI 墩顶纵桥向水平位移的计算 由得 100 1QM xxlxx 1 1 390 5 302 7427 4xmmcmmm 2 5 配筋计算及桩身材料截面强度验算 2 5 1 计算偏心距增大系数 最大弯矩发生在最大冲刷线以下处 该处 max 2 4 M zm max 233 53MkN m 设计最大竖向力 312 8 2835 752835 75 1 26 3476 23 0 5 2 4 11 78 0 5 50 1 12 4 1 474264 15 66 312 8 j j NkN MkN m 现拟定采用 C25 号混凝土 HRB335 级钢筋 11 5 280 cdsd fMPa fMPa 0 0 0 2 472 0 1 0 073 0 073 0 1430 411 0 3 0 0491 2 85 10 64 e h eM emm e Nd d d ImEkN m 由 故桩的计算长度0 43 135 59 4 hm 4 0 0 525651 2 0 43 p lmm 长细比不考虑纵向弯矩对偏心距的影响 取 5 77 p l d 1 0 0 36 em 500 2 d rmm 14 2 5 2 计算受压区高度系数 设则 桩身采用 C25 混凝土 桩基采用 HRB3350 9 g 0 9 500450 g rmm 级钢筋 按圆截面配筋表进11 5 280 14 5 340 cdsdag fMPa fMPa RMPa RMPa 行配筋设计 偏心距系数 0 0 146 r e E r 轴力系数 2 17056 6 j r N N r 弯矩系数 3 2502 4 j r M EN r 查得时 此时 则由表 N 6 及表 EN 6 查0 002 0 1470 142 r EE 0 980 得 在时 0 9 0 00 0 980g 3024117056 6 r NN 故桩身要求进行配筋计算 4443 312267 2 r ENEN 2 5 3 计算所需纵向钢筋的截面积及截面复核 一 计算所需纵向钢筋的截面积 选用10 16 222 0 002 500 1570 8 g Armm 2 2011 g Amm 布置如图所示 混凝土净保护层纵向钢筋间净距为 20 605025 2 cmmmm 256mm 80mm 10 16 钢筋布置示意图 二 截面复核 由前面的计算结果实际配筋率 0 37 450 0 9 60 g emm rmm gamm 22 4 4 25 45 0 01296 50 g A d 15 1 在垂直与弯矩作用平面内 长细比 故纵向弯曲系数 4 287 p l d 1 混凝土截面积