刚性扩大基础.doc

埋置式桥台刚性扩大基础设计示例1.设计资料及基本数据某桥上部结构采用钢筋混凝土剪支T形梁，标准跨径上20.00m，计算跨径L=19.50m，摆动支座，桥面宽度为净7m+21.0m，双车道，按公路桥涵地基基础设计规范（JTG D632007）进行设计计算。设计荷载为公路级，人群荷载为3.5。材料：台帽、耳墙及截面aa以上混凝土强度等级为C25，台身（自截面a-a以下）用MU7.5浆砌片、块石（面墙用块石、其他用片石，石料强度不小于MU30），基础用C15的素混凝土浇筑，。台后及溜坡填土，填土的内摩擦角，粘聚力C=0。水文、地质资料：设计洪水位高程离基底的距离为7.00m（在a-a截面处），地基土的物理、力学指标见表1.1表1.1 土工试验成果表取土深度（自地面算起）天然状态下土的物理指标土粒相对密度ds塑性试验抗剪试验压缩系数含水率（%）重度孔隙比e饱和度Sr液限L（%）塑限p（%）塑性指数IP液性指数IL内摩擦角（）粘聚力C（MPa）A12（MPa-1）3.403.6024.420.30.60899.02.7351.022.128.90.0519.389.80.118.909.1030.519.00.88994.32.7551.323.128.20.2616.343.20.162桥台与基础构造及拟定的尺寸基础分两层，每层厚度为0.5m，襟边和台阶等宽，取0.4m。根据襟边和台阶构造要求初拟出平面较小尺寸，见图1.1，经验算不满足要求时再调整尺寸。图1.1基础用C15的混凝土浇筑，混凝土的刚性角。基础的扩散角为：满足要求。3荷载计算及组合（1）上部构造恒载反力及桥台台身、基础自重和基础上土重计算，其值列于表1.2。表1.2 恒载计算表序号计算式竖直力对基底中心偏心距弯矩备注10.91.57.725.00259.881.15298.8620.51.57.725.00144.380.85122.7230.52.40.3525.00221.002.8058.8040.52.52.40.5(0.35+0.7)25.00278.752.40189.0052.01.47.725.00539.000.90485.1066.01.47.723.001487.640.901338.8870.51.66.07.723.00850.08-0.33-280.5380.53.78.524.00377.400.0518.8790.54.49.324.00491.040.000.00100.5(6.2+7.8)2.4-1.66.07.717.501570.80-1.20-1884.96110.5(6.2+8.73)0.83.8217.50771.58-0.19-146.60120.50.44.4217.5029.920.000130.50.48.517.5028.90-2.00-57.8014上部构造恒载823.070.50411.54 （2）土压力计算土压力按台背竖直，填土内摩擦角，台背（圬工）与填土之间的外摩擦角计算，台后填土水平。 台后填土表面无汽车荷载时土压力计算台后填土自重引起的主动土压力计算式为：已知：，B为桥台宽度取7.7m，H为自基底至填土表面的距离，等于11.0m；为主动土压力系数。其水平向分力：离基础底面的距离：对基底形心轴的力矩：其竖直向分力：作用点离基础形心轴的距离：对基底形心轴的力矩： 台后填土表面有汽车荷载由汽车荷载换算的等代均布土层厚度：式中：破坏棱体长度，当台背竖直时，。由其中，得：在破坏棱体长度范围内只能放一列汽车，因是双车道，故台背在填土连同破坏棱体上车辆荷载作用下引起的土压力： 其水平向分力：作用点离基础底面的距离：对基底形心轴的力矩：其竖直向分力：作用点离基础形心轴的距离：对基底形心轴的力矩：台前溜坡填土自重对桥台前侧面上的主动土压力计算时，以基础前侧边缘垂线作为假想台背，土表面的倾斜度以溜坡坡度为1:1.5算得，则基础边缘至坡面的垂直距离为，若取（土与土之间的摩擦角），主动土压力系数：其水平向分力：离基础底面的距离：对基底形心轴的力矩：其竖直向分力：作用点离基础形心轴的距离：对基底形心轴的力矩：（3）支座活载反力计算支座反力计算考虑如下两种情况。台后无荷载，车道荷载在桥上）汽车及人群荷载反力根据公路桥涵通用设计规范（JTG D602004），公路级车道荷载集中荷载按以下规定选取：桥梁计算跨径小于或等于5m时，；桥梁计算跨径等于或大于50m时，；桥梁计算跨径在550m之间时，值采用直线内插求得。公路-级车道荷载的均布标准值和集中荷载标准值按公路级车道荷载的0.75倍采用。其荷载布置如图1.3所示。图1.3计算剪力效应时，上述集中荷载标准值乘以1.2的系数。支座反力：人群荷载支座反力：支座反力作用点距离基底形心轴的距离：对基底形心轴的力矩：）汽车荷载制动力重力式墩台不计冲击系数。制动力按车道荷载标准值在加载长度上计算的总重力的10%计算，其公路级汽车荷载的制动力标准值不小于90kN故简支梁摆动支座，制动力台后桥上均有荷载，车辆荷载在台后其荷载布置如图1.4所示。仅考虑车道均布荷载：人群荷载支座反力：对基底形心轴的力矩：（4）支座摩阻力计算取摆动支座摩擦系数，则支座摩阻力：对基底形心轴的弯矩：（方向按荷载组合需要确定）对实体式埋置式桥台不计汽车荷载的冲击力，同时从以上对制动力和支座摩阻力的计算结果表明，支座摩阻力大于制动力。因此，在以后的组合中，以支座摩阻力作为控制设计。（5）荷载组合根据实际可能出现的荷载情况，可按以下情况进行组合：台后无荷载，车道荷载在桥上；台后、桥上均有荷载，车辆在台后，车道荷载在桥上；桥上无荷载，台后为车辆荷载，进行台身截面验算的荷载组合，其荷载组合表见表1.3。表1.3 荷载组合计算表序号荷载作用情况计算项目公路级台后无荷载车道荷载在桥上车辆在台后，车道荷载在桥上桥上无荷载，台后为车辆荷载1上部荷载竖向力823.07823.07823.07力臂0.50.50.5弯矩411.54411.54411.542台身、基础自重与基础上土重竖向力6650.376650.376650.37力臂0.02140.02140.0214弯矩142.34142.34142.343汽车荷载引起的支座反力竖向力581.96153.560力臂0.450.450.45弯矩261.8869.1004人群荷载引起的支座反力竖向力707070力臂0.450.450.45弯矩31.531.531.55台后土压力力水平：1865.57竖直：588.21水平：2091.8竖直：659.55水平：2091.8竖直：659.55力臂弯矩6台前溜坡土压力力水平：-500.3竖直：350.3水平：-500.3竖直：350.3水平：-500.3竖直：350.3力臂弯矩7支座摩阻力（取与台后土压力同向）水平力41.1541.1541.15力臂-9.5-9.5-9.5弯矩-390.93-390.93-390.938组合水平力1406.421632.651632.65竖直力9063.918706.858553.29弯矩-5019.11-6325.46-6394.56序号荷载作用情况计算项目公路级台后无荷载车道荷载在桥上车辆在台后，车道荷载在桥上桥上无荷载，台后为车辆荷载1上部荷载竖向力823.07823.07823.07弯矩411.54411.54411.542台身、基础自重与基础上土重竖向力6650.376650.376650.37弯矩142.34142.34142.343汽车荷载引起的支座反力竖向力581.96153.560弯矩261.8869.1004人群荷载引起的支座反力竖向力707070弯矩31.531.531.55台后土压力力水平：1865.57竖直：588.21水平：2091.8竖直：659.55水平：2091.8竖直：659.55弯矩6台前溜坡土压力力水平：-500.3竖直：350.3水平：-500.3竖直：350.3水平：-500.3竖直：350.3弯矩7支座摩阻力（取与台后土压力同向）水平力41.1541.1541.15弯矩-390.93-390.93-390.938组合水平力1406.421632.651632.65竖直力9063.918706.858553.29弯矩-5019.11-6325.46-6394.564地基承载力验算（1）台前、台后填土对基底产生的附加应力计算因台后填土较高，由填土自重在基底下地基土中所产生的附加应力： 台后填土高度（从原地面起算）。当基础埋置深度为2.0m时，取基础后边缘附加应力系数，基础前边缘的附加应力系数。则后边缘处：前边缘处：此处，计算台前溜坡椎体对基础前边缘地面处引起的附加应力时，填土高度可近似取基础边缘作垂线与坡面交点的距离（），并取系数，则因此，基础前边缘总的竖向附加应力：（2）基底压应力计算台后无荷载，车道荷载在桥上考虑台前、台后填土产生附加应力后的总应力：台前：台后：台后、桥上均有荷载，车辆在台后，车道荷载在桥上考虑台前、台后填土产生附加应力后的总应力：台前：台后：台后、桥上均有荷载，车辆在台后，车道荷载在桥上考虑台前、台后填土产生附加应力后的总应力：台前：台后：（3）地基强度验算持力层强度验算根据土工试验资料，持力层为一般黏性土，根据公桥基规，当，时，查得，因基础置埋深度为原地面下2.0m（3.0m）,不考虑深度修正；对黏性土地基，虽，不进行宽度修正。满足要求。下卧层强度验算下卧层为一般黏性土，由，可查得容许承载力，小于持力层的容许承载力，故作如下验算。基底至土层顶面（高层为+4.0）处的距离为：当，附加应力系数，且计算下卧层顶面处压应力时，基底压应力取平均值，即而下卧层顶面处的容许承载力可按下式计算：其中：，而满足要求。5基底偏心距验算（1） 仅受永久作用标准效应组合时，非岩石地基上的桥台应满足不满足要求。（2）考虑作用标准值效应组合时，非岩石地基应满足。由表知桥上无荷载、台后车辆荷载时最不利：不满