基础工程任务书

基础工程基础工程 B 课程设计课程设计 设计题目 某桥梁下部结构设计 学生姓名 学 号 指导教师 刘云帅 李喜梅 基础工程基础工程 B 课程设计任务书课程设计任务书 一 设计题目 某桥梁下部结构设计 二 设计资料 1 设计标准及上部构造 设计荷载 桥面净空 跨径 上部结构 2 水文地质条件 冲刷深度 地质条件 按无横桥向水平推力 漂流物 冲击力 水流压力等 及纵桥向风荷载 3 材料 钢筋 盖梁主筋用 HRB335 钢筋 其它均用 R235 钢筋 混凝土 混凝土 墩柱用 C30 系梁及钻孔灌注桩用 C25 4 桥墩尺寸 本图见附页 5 设计依据 公路桥涵设计通用规范 JTG D60 2004 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 JTG D60 2004 公路桥涵地基与基础设计规范 JTJ 024 85 基础工程 王晓谋主编 人民交通出版社 结构设计原理 第二版 叶见曙主编 人民交通出版社 桥梁工程 第二版 邵旭东主编 人民交通出版社 三 计算要求及工作量三 计算要求及工作量 1 盖梁荷载计算 2 盖梁内力计算 3 盖梁配筋设计与承载力校核 4 桥墩荷载计算 5 桥墩内力计算 6 桥墩配筋设计与承载力校核 7 钻孔桩荷载计算 8 桩长计算 9 桩的内力计算 采用 m 法 10 桩身截面配筋与承载力验算 11 墩顶纵桥向位移验算 12 绘制盖梁 桥墩配筋图和桩基础配筋图 任务书打印要求 任务书打印要求 1 根据每个人的参数完善本任务书 2 在桥墩尺寸处根据要求将自己所对应的图形复制到此处 3 将下表手写在课程设计任务书 黄皮书 上 在完成情况一栏中若已做完 则填写 完成 否则空着不填 序 号 设计内容 计划完成 起止日期 完成情况 指导教师 签字 日期 1盖梁计算1 月 3 日 12 月 6 日 2桥墩计算1 月 7 日 1 月 10 日 3桩基础计算1 月 11 日 1 月 12 日 4绘制相关图纸1 月 13 日 5书写计算书1 月 14 日 4 桥墩和桩基配筋参见下述 结构设计原理内容 圆形截面偏心受压构件圆形截面偏心受压构件 圆形截面偏心受压构件的纵向受力钢筋 通常是沿圆周均匀布置 其根数不少于 6 根 对于预制或现浇的一般钢筋混凝土圆形截面偏心受压构件 纵向钢筋的直径不宜小于 12mm 混凝土保护层厚度详见附表 1 10 而对于钻孔灌注桩 其截面尺寸较大 桩直径 D 800mm 1500mm 桩内纵向受力钢筋的直径不宜小于 14mm 根数不宜小于 8 根 钢 筋间净距不宜小于 50mm 混凝土保护层厚度不小于 60mm 80mm 箍筋直径不小于 8mm 箍筋间距 200mm 400mm 对于配有普通箍筋的圆形截面偏心受压构件 钻 挖 孔桩除外 构造要求详见 7 1 节 至 7 2 节 7 5 1 正截面承载力计算的基本假定 试验研究表明 钢筋混凝土圆形截面偏心受压构件的破坏 最终表现为受压区混凝土 压碎 作用的轴向力对截面形心的偏心距不同 也会出现类似矩形截面偏心受压构件那样 的 受拉破坏 和 受压破坏 两种破坏形态 但是 对于钢筋沿圆周均匀布置的圆形截 面来说 构件破坏时各根钢筋的应变是不等的 应力也不完全相同 随着轴向压力的偏心 距的增加 构件的破坏由 受压碎坏 向 受拉破坏 的过渡基本上是连续的 国内外对于环形和圆形截面偏心受压构件的试验表明 均匀配筋的截面到达破坏时 其截面应变分布比集中配筋截面更为符合直线关系 相应的混凝土极限压应变实测值 0 0027 0 0046 平均值是 0 0035 考虑到极限压应变超过 0 0033 以后 其取值对正截面承载 力的影响很小 公路桥规 根据试验研究结果 对混凝土强度等级 C50 及以下的圆形截 面偏心受压构件取混凝土极限压应变为 0 0033 沿周边均匀配筋的圆形截面偏心受压构件 其正截面承载力计算的基本假定是 1 截面变形符合平截面假定 2 构件达到破坏时 受压边缘处混凝土的极限压应变取为 0033 0 cu 3 受压区混凝土应力分布采用等效矩形应力图 正应力集度为 计算高度为 cd f 为实际受压区高度 值与实际相对受压区高度 为圆形截面 0 xx 0 x 0 2 xr r 半径 有关 即 当时 1 8 0 当 1 1 5 时 267 0 067 1 4 不考虑受拉区混凝土参加工作 拉力由钢筋承受 5 将钢筋视为理想的弹塑性体 应力 应变关系表达式为式 3 3 和式 3 4 上述假定 提供了圆形截面偏心受压构件截面的变形协调关系 和材料的应力 应变物 理条件 本构关系 因而可以建立正截面承载力的计算图式 由内外力平衡关系来推导出 承载力计算的基本公式 对于周边均匀配筋的圆形偏心受压构件 当纵向钢筋不少于 6 根时 可以将纵向钢筋 化为总面积为 为单根钢筋面积 n 为钢筋根数 半径为的等效钢环 图 7 1 n Asi i si A s r 33 这样的处理 可为推导钢筋的抗力采用连续函数的数学方法提供很大便利 设圆形截面的半径为 等效钢环的壁厚中心至截面圆心的距离为 一般 表r s r s rgr 示与之间的关系 那么等效钢环的厚度为 s rr s t 7 54 g r g r r A r A t n i si s n i si s 222 2 11 式中为纵向钢筋配筋率 2 1 n si i Ar 等效钢环 图 7 33 等效钢环示意图 a 截面布置示意图 b 等效钢环 7 5 2 正截面承载力计算的基本公式 根据基本假定 可以建立圆形截面偏心受压构件正截面承载力计算图式 图 7 34 同时 根据平衡条件可写出以下方程 由截面上所有水平力平衡条件 7 55 ucs NDD 由截面上所有力对截面形心轴 y y 的合力矩平衡条件 7 56 ucs MMM 式中 和 分别为受压区混凝土压应力的合力和所有钢筋的应力合力 c D s D 和 分别为受压区混凝土应力的合力对 y 轴力矩和所有钢筋应力合力对 y c M s M 轴的力矩 截面形心轴 实际中和轴 等效钢环 图 7 34 圆形截面偏心受压构件计算简图 a 截面 b 应变 c 钢筋应力 d 混凝土等效矩形应力分布 在具体求解式 7 55 和式 7 56 等号右边各项之前 将 图 7 34 中各有关直角 坐标系中符号与极坐标系的相应表达式列示如下 1 计算中和轴位置 相应的圆心角之半为 c x 7 57 rccos 1 2 c a 2 钢环受压进入屈服强度点坐标为 s x 2 12 sd s cus fr xr E gr 相应的圆心角之半为 7 58 gE f g s sd cu sc 212 arccos 3 钢环受拉进入屈服强度点坐标为 s x 21 2 r E fr x s sd cu s gr 相应的圆心角之半为 7 59 gE f g s sd cu st 212 arccos 4 钢环上任意一点的应力表达式为 当 0 时 sc sds f 当 时 7 60 sc st 21cos 21cos sd st s f g g 当 时 st sds f 式中以负号表示拉应力 5 实际中和轴的位置为 7 61 21 rxc 现分别推导式 7 55 和式 7 56 中各项的具体表达式 1 受压区混凝土的应力合力 c D 根据图 7 34 中等效矩形应力图和相应的弓形受压区面积来计算 即 c A c D ccdc AfD 2 2 2sin2 rA cc c 若令 2 2sin2 cc A 则 7 cdc fArD 2 62 2 受压区混凝土的应力合力对轴的力矩yy c M cccdc zAfM 而 r z cc c c 2sin23 sin4 3 故 3 2 33 2sin24sin 23 2sin2 2 sin 3 cc c ccd cc ccd Mrfr r f 若令 c B 3 sin 3 2 则 7 63 cdc fBrM 3 3 钢环 钢筋 应力合力 s D 0 1 2 ss n i sisis dAAD 式中 drdrtdA sss 2 2 1 故 2 22 0 cos12 111 222 2cos1222 scst scst ssdsdsd sc g Dfr dfr d rfr d g 钢筋强度设计值绝对值等于的绝对值 积分结果为 sd f sd f scstscst sc stscsds g g frD 21sinsin 21cos 1 2 取上式中大括号内表示的内容为 C 则可得到 7 64 sds frCD 2 4 钢环 钢筋 应力合力对截面轴的力矩yy s M 0 1 2 n ssisisiss i MA zxdA 式中 cos 2 1 2 grxdrdAs 故 drgrfdrgr f g g drgrfM sd sd sc sds st st sc 22 2 0 2 1 cos2 2 1 cos 21cos 21cos 2 2 1 cos2 sc 积分结果为 3 1 sinsin cos1 2 sscst sd st Mgr f g sin2sin2 12sinsin 22 stscstsc stsc g 令上式中大括号内表示的内容为 D 则可得到 7 65 sds fgrDM 3 将式 7 62 式 7 65 分别代入式 7 55 和式 7 56 内 可得到圆形截面偏心 受压构件正截面承载力的计算基本公式为 7 66 d N 0 22 ucdsd NAr fC r f 7 67 00 eNd sdcdu fgrDfBrM 33 式中系数 A B 仅与有关 系数 C D 与 有关 其数值已编制成表 见附 x D s E 表 1 11 7 5 3 计算方法 圆形截面偏心受压构件的正截面承载力计算方法 分为截面设计和截面复核 1 截面设计 已知截面尺寸 计算长度 材料强度级别 轴向力计算值 N 弯矩计算值 M 求纵向 钢筋面积 s A 直接采用式 7 66 和式 7 67 是无法求得纵向钢筋面积 一般采用试算法 s A 现将式 7 67 除以式 7 66 整理可得到 7 68 DgreC eABr f f sd cd 0 0 由已知条件求 确定 g 等值 0 e s r 先假设 值 由附表 1 11 查得相应的系数 A B C 和 D 代入式 7 0 2 x 68 得到配筋率 再将系数 A C 和值代入式 7 66 可求得 若值与已知的 u N u N N 基本相符 允许误差在 2 以内 则假定的值及依此计算的值即为设计用值 若两 者不符 需重新假定值 重复以上步骤 直至基本相符为止 按最后确定的值计算所得之值 代入下式 即得到所需的纵筋面积为 s A 7 69 2 rAs 2 截面复核 已知截面尺寸 计算长度 纵向钢筋面积 材料强度级别 轴向力计算值 N 和弯 s A 矩计算 M 要求复核截面承载力 仍需采用试算法 现将式 7 67 除以式 7 66 整理为 7 70 0 cdsd cdsd BfD gf er Afcf 先假设值 由附表 1 11 查得系数 A B C 和 D 的值 代入式 7 70 算到 0 e 若此 与由 M 和 N 并考虑偏心距增大系数后得到的基本相符 允许误差在 2 0 e 0 e 以内 则假定的值可为计算用的值 若两者不符 需重新假设值 重复以上步骤 直至两者基本相符为止 按确定的值及其所相应的系数 A B C 和 D 的值代入式 7 66 中 则可求得截面 承载力为 7 71 sdcdu frCfArN 22 上述方法为 公路桥规 提出的沿周边均匀配筋的圆形截面钢筋混凝土偏心受压构件 计算的查表法 需要反复试算 为了避免反复迭代的试算过程 公路桥规 还提出了用查 图法来进行圆形截面偏心受压构件截面设计和截面复核的方法 详见 公路桥规 条文说 明 例例 7 7 已知柱式桥墩的柱直径 计算长度 柱控制截面的轴向m2 1 1 dm5 7 0 l 力计算值 弯矩计算值为 采用 C20 级混凝土 R235 级kN6450 NmkN 6 1330 M 钢筋 试进行配筋计算 解 解 由已知条件 得到 MPa2 9 cd fMPa195 sd f 1 计算偏心距增大系数为 mm206 106450 10 6 1330 3 6 0 N M e 长细比 4 4 应考虑纵向弯曲对偏心距的影响 取25 6 1200 7500 1 0 d l 则截面有效高度 90 0 9 0 rrs600 mm540 mm1140540600 0 s rrh 由式 7 2 可求得 则 106 1 mm228206106 1 0 e 2 计算受压区高度系数 由式 7 68 可得到 DC AB DC AB DgreC eABr f f sd cd 10530044460 6 20975520 6009 0228 228600 195 2 9 0 0 由式 7 66 可得到 CA CA frCfArN sdcdu 702000003312000 1956002 9600 22 22 以下采用试算法列表计算 各系数查附表 1 11 例 7 7 的查表计算 表 7 1 ABCD u NN N N u NN 0 711 8420 64831 18761 40450 003 6351 1036450 103 0 98 0 731 90520 63861 29871 33580 00568 6828 1036450 103 1 06 0 721 87360 64371 2441 36970 0042 6575 1036450 103 1 019 由计算表可见 当时 计算纵向力与设计值相近 这时得到72 0 u NN 表 7 1 0 0042 3 求所需的纵向钢筋截面积 由于小于规定的最小配筋率 故采用计算 由式004 0 005 0 min 005 0 7 69 可得到 2 2 2 mm565260014 3 005 0 rAs 现选用 20 20 实际配筋率 s A 2 6282mm 4 6282 3 14 12002 0 55 0 5 钢筋布置如图 7 35 2 1 4 s Ad 纵向钢筋间净距为 174mm 满足规定的净距不应小于 50mm 且不应大于45 s amm 350mm 的要求 图 7 35 例题 7 7 截面配筋图 尺寸单位 mm 例例 7 8 试对图 7 35 所示柱截面进行承载力复核 已知条件与例 7 7 相同 解 解 由图 7 35 计算可得到 mm228 0 e 45