桥梁基础地工程课程设计

1、桥梁基础工程课程设计资料一、基本资料1地质及水文资料河床土质为卵石土，粒径 50-60mm!勺占60% 20-30mm!勺占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m =120000kN/m4 （密实卵石）； 地基承载力基本容许值lfaJ - 1000kPa ;桩周土摩阻力标准值qik =500kPa ；土的重度二20.00kN / m3 （未计浮力）；土内摩擦角 =40地面（河床）标高69.50m； 般冲刷线标高63.54m；最大冲刷线标高60.85m；图1桩基剖面图（单位：m）图2单位：m2作用效应上部为等跨30m的钢筋混凝土预应力梁桥，荷载为纵向控

2、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：刀N=40746kN、H =358.60kN（制动力及风力）刀M=4617.30kNm (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：刀 N=46788.00kN3承台用C20混凝土，尺寸为9.8 X 5.6 X 2.0m,承台混凝土单位容重“ -25.0KN /m3。4桩基础采用高桩承台式摩擦桩，根据施工条件，桩拟采用直径d=1.2m，以冲抓锥施工。二、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

3、力混凝土桥涵设计规范(JTGD62-2004三、课程设计(论文)应完成的工作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. 据单桩容许承载力拟定桩长2. 群桩结构分析(1) 计算桩顶受力(2) 计算沿桩长度方向弯矩，水平压应力，并画出相应分布图(3) 桩顶纵向水平位移验算3. 桩身截面配筋并绘出基桩构造及钢筋图(横截面，立面)，进行桩截面强度校 核4. 按地基土的支承力确定和验算单桩轴向承载力5. 承台计算项目：局部受压、抗冲剪6. 群桩基础承载力检验7. 参考文献(1) 、王晓谋.基础工程.北京：人民交通出版社，2004(2) 、中华人民共和国行业标准.公路钢筋混凝

4、土及预应力混凝土桥涵设计规 范(JTGD62-2004 .北京：人民交通出版社，2004(3) 、叶见曙.结构设计原理.北京：人民交通出版社，2004(4) 、中华人民共和国行业标准.公路桥涵地基与基础设计规范(JTGD63-2007 ). 北京：人民交通出版社，2007(5) 江祖铭等主编.墩台与基础.北京：人民交通出版社，1994设计计算1. 承台底面中心的荷载计算：1.1 恒载加一孔荷载：、N =40746 2.0 5.6 9.8 (25-10) = 42392.4KN送 H =358.60KN 乞 M =4617.30+358.60>d.0 = 4975.9KN m1.2 恒载加

5、二孔荷载：' N =46788.00 2.0 5.6 9.8 (25-10) = 48434.4KN2. 桩长度的初步计算：2.1桩长的计算：由于地基土层单一，用确定单桩容许承载力公桥基规经验公式初步反算桩长, 设桩埋入最大冲刷线以下深度为 h, 般冲刷线以下深度为h3，则：Nh =p 1 =丄U 7 h /-m0 A 1-" k2r2 h3 - 3 i；22兀疋1 2桩(直径1.2m)自重每延米q=25-10 =16.96 KN4bi = k f ko k d已知：L =2m h1 =3 (d+1) =6.6m;n=2 b =0.6;1ikf=0.9; ko=1+1=1.8

6、33 ;d1.21 -b' L11-0.62k =b1 =0.60.780.6h10.66.6b1 = kf k。k d =0.9 1.833 0.78 1.2=1.54m3.2桩-土变形系数:C30混凝土的受压弹性模量Eh =3.0 104MPa ,则 E=0.8X 3.0 107=2.40 107KN/m2;,4n d4l0.1017m464= 0.597m'._ 5 mb, _ 5120000 1.54V El 一 0.8 汉3.0 汉 107 汽 0.1017桩在最大冲刷线以下深度h=11.31m,其计算长度则为:h八h =0.597 11.31 =6.75 2.5，故

7、按弹性桩计算 3.3桩顶刚度系数-、務、?3、:?4植的计算F1一尸1l0=6.69m;h=11.31m;（根据公桥基规钻挖孔桩采用弓，A42兀汉122=1.13 m2.q =m0h =120000 11.31=1.357 106kN/m3*、(1.240、tan =n x 1 +11.31 "an 4丿I 24丿A0 =二 Q h2二21.14m2,按桩中心距计算面积,故取：A3.2 8.04m24110 hAEh16.6911.3121.131 3.0 1076 2= 2.195 10 KN m11.357 106 8.04已知：h=c(h=6.75 (>4),二取 h=4

8、, 1。=a|。=0.597汉6.69 = 3.99= 0.8993El查教材基础工程附表 17、18、19 得：Xq =0.05989Xm =0.17312% =0.67433心3EIxq -0.5973 0.05989EI =0.0127EI：3 =Elxm =0.5972 0.17312EI =0.0617EI4 - ,EI m =0.597 0.67433EI =0.4026EI3.4计算承台底面原点O处位移a。、b。、y (单孔活载+恒载+制动力等), N 42392.47856.6b ：_0 一 n 入一 6 0.8993EI 一 Elnn P4+R瓦 x2 =6x0.4026EI

9、 +0.8993EI x6x1.62 =16.23EIi吕n ：7 -6 0.0127EI -0.0762EI， n =6 0.0617EI -0.3702EI3 ?n2 時=0.1370(EI)2n(n 订 J' x2)H n '3Mi壬16.23EI358.60 0.3702EI4975.96967.33nn嘉（n打亠h、Xj2） -n2拧i仝_ 20.0762EI16.23EI -0.1370( El )-El3qnP2M +nP3H0.0762EI x 4975.9 + 0.3702汉 358.60 465.50n2( ：Vnx2n<= 0.0762EI 16.2

10、3E|-q.1370(eI)Ti仝3.5计算作用在每根桩顶上作用力R、Qi、Mi :竖向力：Rib。xq)78993EI (7856J1.6 465.5) = 7735.24kNElEl6395.64 kN水平力:6967.33465.50Qi - ja。- 二 -q -0.0127EI0.0617 El59.76KNElEl弯矩：Mi= J ：。- Qa。=0.4026EI465.50-0.0617EI6967.33二-242.47KN mi4 Q 3 QElEl校核：nQ =6 59.76 = 358.56KN 八 H = 358.60KNn' Xi Pi nMi =3 (7735

11、.24-6395.64) 1.6 6 (-242.47) = 4975.26KN m 4975.9KN mi in' npi =3 (7735.24 6395.64) = 42392.64KN : 42392.4KNi ±3.6 计算最大冲刷线处桩身弯矩M。，水平力Qo，及轴向力Po:M°=Mj Qil。=-242.47+59.76 X 6.69=157.32 KN m Q°=59.76KNP0 =7735.24+1.13 X 6.69 X (25-10)=7848.64KN3.7 最大冲刷线深度下沿桩身长度方向弯矩、水平压应力的计算:桩身最大弯矩处及最大

12、弯矩的计算：由：Qz=0得:0.597 157.3259.76= 1.572由Cq =1.572 且h=6.75 > 4 取h =4.0，查教材基础工程附表13得 乙/0.84故 Zmax =0.597 =1.41m又由Z二=0.84及h=6.75 >4 取h =4.0，查教材基础工程附表 13得Km =1.341.Mma Km M0 =1.341 X 157.32=210.97 KN m3.7.2 最大冲刷线深度下沿桩身长度方向弯矩、水平压应力的计算：采用无量钢法计算，由h=6.75 >2.5，所以用摩察桩公式计算：MQ°Am M0BMQz =Q°Aq

13、： M°BqCtQ059.76其中 0=100.10KNQ0=59.76KN M0=157.32KNa 0.597Am、Bm、Aq、Bq的值查教材基础工程附表3、4、7、8 ,计算如下表:zahAMBmAQBqm otM 0BmMZQ0AQ M°BqQz0001100157.32157.3259.76059.760.3350.20.196960.998060.95551-0.0279519.72157.01176.7357.10-2.6354.470.6700.40.377390.986170.83898-0.0955437.78155.14192.9250.14-8.97

14、41.171.1730.70.592280.938170.58201-0.2268559.29147.59206.8834.78-21.3113.471.6751.00.727140.850890.28901-0.3505972.79133.86206.6517.27-32.93-15.662.5131.50.754660.64081-0.13952-0.4671575.54118.72194.26-8.34-43.87-52.213.35020.614130.40658-0.38839-0.4491461.4763.96125.43-23.21-42.18-65.394.0202.40.44

15、3340.24262-0.44647-0.3631244.3838.1782.55-26.68-34.10-60.785.02530.193050.07595-0.36065-0.1905219.3211.9531.27-21.55-17.89-39.445.8633.50.050810.01354-0.19975-0.016725.092.137.22-11.94-1.57-13.516.70040.000050.00009-0.00002-0.0004500.010.010-0.04-0.04弯矩图如下最大冲刷线以下弯矩分布图250 nza hAXBXGQo"hAx dM。*a

16、hBX bhCTzx002.440661.621000000.3350.22.278731.2908810.569.4019.960.6700.41.802731.0006416.7114.5731.281.1730.71.360240.6388522.0616.2838.341.6751.00.970410.3611922.4813.1535.632.5131.50.46614-0.0628816.20-3.4312.773.3502.00.14696-0.075726.81-5.511.304.0202.40.00348-0.110300.19-9.64-9.455.0253.0-0.08

17、741-0.09471-6.08-10.35-16.345.8633.5-0.10495-0.05698-8.51-7.26-15.776.7004-0.10788-0.01487-10.00-2.17-12.17ZXZBxa横向土抗应力图如下最大冲刷线下水平压应力分布3.8 桩顶纵向水平位移验算：桩在最大冲刷线处水平位移X。和转角；o的计算: 由 Z=0 h=6.75 >4 取 h=4 查教材基础工程附表1、2、5、6得:A =2.44066 A. =-1.62100 氏=1.62100 B =-1.75058Xo：2eiBx2.4406659.76157.32270.5972.4 1

18、00.10171.62100 =0.5739 10m=0.5739mmt 6mm符合规范要求Q0：2EIA ：也GEIB .：AMoXi59.760.5973 2.4 107 0.101764.75127157.32 0.5972 2.4 107 0.101716.62332= 10.46 10-m =10.46mmQ0TEI:EIB159.760.5972 2.4 107 0.1017(-16.62332)157.320.597 2.4 1 07 0.1017(-5.75058)=1.76 10'rad桩顶的纵向水平位移x-i=10.46mm水平位移的容许值0.5,30二2.74cm

19、 =27.4mm4.桩身截面的配筋计算及截面强度的校核：M4.1 计算轴向力Nj，偏心距e0-，偏心距增大系数：Nj最大弯矩发生在最大冲刷线以下 Z=1.41m处，该处Mmax=210.97KNm1 12q Zmax 2 c Zmax11-7848.64 16.96 6.69 16.96 1.411.3 1.41 50022= 6535.154KN210.976535.154Rg =280MPa现拟定采用C30混凝土，HRB335钢筋，Ra=13.8MPa因:h =6.754,故桩的计算长度4.04.0Ip =0.5 (I0)=0.5 (6.69)= 6.695m = 6695mm«

20、0.597长细比I p/d =6695/1200 =5.579 : 7,可不考虑纵向弯曲对偏心矩的影响，取=1。计算受压区高度系数e° =1 32.3 =32.3mmr 二 d/2 =1200/2 = 600mmr 520取 ag =80mm , rg =600 -80 = 520mm, g -=0.87ggr 600Ra Br -A( e。) R- C( e°)-Dgr13.8 B 600 -A 32.3x280 C 32.3-D 5208280 B - 445.74 A9044C -145600 DNu -RaaAr2 Rlr2cs g0 9520 95213.8 A

21、(600)2280 C(600)21.25 1.25-3775680 A 76608000CJ则配筋率由下式计算：=电 引一 "0fsd Ce0 Dgr计算结果如下表:匕ABCDPNu( KN)Nj(KN)Nu/Nj1.212.97870.14352.72380.35940.00503912298.0256535.1541.8821.222.98860.13552.73870.34760.00813412990.5766535.1541.9881.232.99820.12772.75320.33610.01161013769.0026535.1542.1071.243.00750.1

22、2012.76750.32480.01554814651.8406535.1542.2421.253.01650.11262.78130.31370.02008915669.7766535.1542.398由计算表可见，当=1.23时，计算纵向力Nu与设计值N之比较为合理，故取=1.23 ,=0.011610为计算值。 计算所需纵向钢筋的截面积厲-2 = 0.011610 二(600)2 = 13124mm2现采用2428, Ag = 14779mm，布置如图所示。混凝土净保护层C=80-31.6/2=64.2mm>25m m，纵向钢筋间净距为 136mm>80mm5、对截面进行强

23、度复核由前面的计算结果：e° =32.3mm ； a = 80mm; r520mm ; g =0.874 Aa实际配筋率2=4 14779/（二 12002） =0.013074 。nd在垂直于弯矩作用平面内长细比lp/d =5.579 ：7，故纵向弯曲系数=1.00。混凝土截面积为 乓 Fd2/4=1130973mm2，实际纵向钢筋面积Ag = 14779mm2，则在垂直于弯距作用平面内的承载力为：Nu+ 丄叮AgV7cYs1 1-1 0.95 （13.8 1130973280 14779）1.25 1.25= 15006.616kNNj =6535.154kN在弯距作用平面内 B

24、Ra+DMgRg e0rARa ClRgB 13.8 D 0.011610 0.87 280x 600A 13.8 C 0.011610 2808280B1696.92 D13.8A 3.2508C现采用试算法列表计算（见表4）匕ABCDF("e) mm(ne)mm(”ej/(“e)1.212.97870.14352.72380.359435.98932.301.1142241.222.98860.13552.73870.347634.13632.301.0568531.232.99820.12772.75320.336132.34332.301.0013441.243.00750.

25、12012.76750.324830.60632.300.947543当己=1.23时，口e0 =32.34mm与设计的 七=32.30mm很艮接近，故取-=1.23为计算值。在弯矩作用平面内的承载力为：yy肌二丄 RaAr2C*2Rgcs=0.95 13.8 2.9982 (600)1.25095 2.7532 0.011610 (600)2 2801.25= 13768.992kN Nj =6535.154kNMu =RaBr3D*Rgcs0.9530.95213.8 0.1277 (600)30.3361 0.011610 (600)2 2801.25 1.25= 289.592kN m

26、 Mj = 210.97kN m桩身配筋图如下:11&按地基土的支承力确定和验算桩基的承载能力:1Ra 二"2 U _ qik Pi G =7735.246.69 16.9611.31 16.96iApqrqr =fao 丨：；七2 2(h - 3)fTid= 7944.6kN : K Ra 17 承台的强度检验：7.1、桩顶处的局部受压荷载Pj'=rs' rsiP)幅=1.0j： =0.8,、© =1.25,FO =7735.24 KNP=1.00 0.8 1.25 7735.24 =7735.24KN1 =1.03, Rj =13.4MPa,rm =1.54AcR£；/rm =1.03 1.131 13.4 103/1.54 =10136.40 KNA1.131m , u=:(d ： 0.1) = 4.08m4 = 0.70 , m0 = 0.8 , h = 14m , f a0 丨=1000kPa , k2 = 10.0 ,2 =20 -10 =10kN/m二P < BAcRa/J,符合要求。7.2、承台冲切承载力验算承台的强度检验桩对承台的冲剪验算1、柱或墩台向下冲切承台的冲切承截力计算, Pi 二 7735.24kNqm .faJ - k2 2(h - 3)= 0.8 0.7 1000