装配式钢筋混凝土简支T梁基础工程课程设计计算书

1、.基础工程课程设计计算书一设计资料1.1初始条件东莞市常虎高速公路某高架桥梁， 上部构造采用装配式钢筋混凝土简支 T 梁，标准跨径 25m，计算跨径 24m。桥面宽度为 2 17.5 米，参照公路桥梁地基基础设计规范进行设计计算。1.2设计荷载汽车超 20 级，挂 120，人群荷载 3.5 KN / m3 。后台填土高度为 8.5米。桥台竖直反力为 8676KN。1.3 材料台帽、耳墙、台身和基础（承台）为 20 号钢筋混凝土。125.00KN / m 3 ；后台及溜坡填土的 2 17.00KN / m 3 ；填土的内摩擦角35 , 粘聚力 c0 。1.4地质资料，上部尺寸见所附图纸。二基础类

2、型的选择由于采用浅基础的时候， 其基础深度不会超过 5 米，一般在 3 米左右，但是，此处地形在 5 米深度内承载力很小， 根本不能满足桥台稳定性的要求， 故在此处选择桩基础作为承台基础。另外，由于底下土层的极限摩阻力很下，不能满足要求，此外，在距离地层表面 13.8 米的地方含有承载力很大的持力岩层，故在本地形时，柱桩基础是最好的选择。三荷载计算3.1上部构造恒载反力及桥台台身、基础上的土重计算，其值列表如下：恒载计算表.对基地序计 算 式竖 直 力中心轴弯距号p(KN)偏心距M(KN.m)e(m)10.753.0 0.52528.133.2-90.02232.350.50.52544.06

3、2.7-118.9630.53.10.52519.381.45-28.140.53 16.9925637.131.45-932.8450.40.31.12539.90.65-6.43561.11.217.49 25577.170.65-375.1670.55.41.8250.897.20.438.8881.45.40.825151.20.9-136.084.562.30.51.85.40.60.1921.422418.101702.891417100.55.41417642.61.85-1188.81111.54.214 2522050.000.00120.51.43.25.410.61722

4、38.080.39-872.851320.51.4 3.25.4 0.517211.140.39-82.3414上部构造恒载86760.6-5205.6P 17233.28KNM 6571.21KN m各序号含义及承台尺寸的设计见图。 3.2 土压力的计算备注弯 距正 负值 规定 如下：逆时 针方 向取“- ”号；顺时 针方 向取“+”号。土压力按台背竖直，0 ；填土内摩擦角35 ，台背（圬工）与填土间的外摩擦角117.5 计算；台后填土为水平，0 。23.2.1 台后填土表面无活载时土压力的计算台后填土表面无活载时土压力的计算台后填土自重所引起的主动土压力计算式为Ea1 2 H 2 B a2

5、式中： r2 =17.00kN/ m3 ；B 为桥台的有效宽度取2.4m； H 为自基底至台土表面的距离等于 10m；a 为主动土压力系数cos2 ()a2cos() 1sin() sin() / cos() / cos()cos.cos2 35cos2 17.5 1sin 52.5 sian35cos17.5=0.247所以 Ea 1H 2 B a117.001020.247503.88 kN22其水平向的分力EaxEa cos()503.88cos17.5o480.56kN离基础底面的距离： ey110 3.33m3对基底形心轴的弯距为M ex480.56 3.331600.26KN m在

6、竖直方向的分力EayEa sin() =503.88sin 17.5o151.52kN作用点离基底形心轴的距离：ex4.20.51.60m2对基底形心轴的弯距：Mey151.521.60242.43.kN m台后填土表面有汽车荷载时G由汽车荷载换算的等代均布土层厚度为：hbl 0式中： l 0 为破坏棱体长度，对于台背为竖直时，l 0Htg，而 tgtgwctgtgw tgwtgw52.51所以有 l010( 1.3031.4281.303 1.3035.83 m又因为在破坏棱体内只能放一辆重车，因是4 车道，故：G4550(130%)1540KN1540h1.20m135.83 17则台背在

7、填土连同破坏棱体上车辆荷载作用下引起的土压力为Ea12 H 2hH B a0.517.0010.0 2 1.210 2.4 0.247 624.81KN2其水平向的分力EaxEa cos()624.81cos17.5o595.89 kN.离基础底面的距离： ey101031.203.66m31021.20对基底形心轴的弯距为M ex595.89 3.662178.52KNm在竖直方向的分力EayEa sin() =624.81sin 17.5o187.88kN作用点离基底形心轴的距离：ex4.21.60m0.52对基底形心轴的弯距：Mey187.88 1.60300.61 .kN m3.2.3

8、 台后填土表面为挂车荷载时由于 l0 5.83m ，在该长度范围内挂车荷载的轮重为G 1200KN ，换算1200的等代土层厚度为 h0.931m135.83 17则土压力为1Ea2 2 H 2hH B a0.517.0010.0 20.931 10 2.40.247 597.70 KN其水平向的分力EaxEa cos()597.70cos17.5o570.04kN离基础底面的距离： ey101030.9313.59m31020.931对基底形心轴的弯距为M ex570.043.592049.27KN m在竖直方向的分力EayEa sin() =570.70sin 17.5o179.73kN作

9、用点离基底形心轴的距离：ex4.21.60m20.5对基底形心轴的弯距：Mey179.731.60287.57kN m.3.2.4 台前溜坡填土自重对桥台前侧面上的主动土压力在计算时，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33.69o，则基础边缘至坡面的垂直距离为H '106.80.755.97 m，取为土的内摩擦角35 o ，主动土压力系数a 为：1.5acos2 ()cos2cos() 1sin() sin() / cos() / cos().cos2 35sin 700.18sin 68.69cos35 1cos33.69cos35则主动土压

10、力为：Ea'1H'2 Ba117.00 5.9722.4 0.18 130.87kN22在水平方向的分力E ' axE' acos() 130.87 cos35okN107.21作用点离基础底面的距离：e' y15.971.99m3对基底形心轴的弯距为M ' ex107.21 1.99213.34kN .m竖直方向的分力E ' ayE ' a sin()130.87sin 35 o75.06 kN作用点离基底形心轴的距离e' x2.1m对基底形心轴的弯距为M ' ey75.062.1157.63kN .m3.3支座

11、活载反力计算按下列情况进行计算支座反力： 第一，桥上有汽车及人群荷载， 台后无活载；第二，桥上有汽车及人群荷载， 台后也有汽车荷载， 而重车在台后填土上； 第三，桥上有挂车荷载，台后无挂车。下面分别计算：桥上有汽车及人群荷载，台后无活载汽车及人群荷载反力在桥跨上的汽车荷载布置如下图所排列，反力影响线的纵距分别为：.h1 1.0241.40.942h224248.40.65h324249.80.592h4242419.80.175h5242423.80.008h624R11201200.9421400.65410.3所以有，支座反力1400.592700.1751300.008=1176.59K

12、N（以四行车队计算，需折减30%）人群荷载的支座反力R'0.52513.543.75KN1支座反力作用点离基底形心轴的距离：ex4.21.5 0.60m2对基底形心轴的弯距： M R1(1176.5943.75)0.60732.2kN.m3.3.1.2 汽车荷载制动力计算对于 4 车道的制动里按布置在荷载长度内的一行汽车车队总重的20%计算，但不得小于一辆车的 60%依上述规定分别为：一行车队总重的 20%H 1550 2000.2150KN一辆重车的 60%H 1550.06330.0KN因此，取一辆重车的 30%计算。简支梁摆动支座应计算的制动力为：H0.25H 10.253308

13、2.50KN桥上、台后均有汽车荷载，重车在台后汽车及人群荷载反力由于支座作用点在基底形心轴的左侧， 为了使在活载的作用下得到最大的顺时针向的力矩， 因而将重车后轴贴近桥台的后侧边缘， 使得在桥跨上的活载所产生的逆时针向的力矩为最小荷载布置如图所示，反力影响线的纵距分别为：.248.90.629h2242412.90.463h324所以有，支座反力 R170 0.629 130 0.4634 10.3=291.82KN（以四行车队计算，需折减30%）人群荷载的支座反力R' 0.525 13.5 43.75KN1支座反力作用点离基底形心轴的距离：ex4.21.50.60m2对基底形心轴的弯

14、距： M R1( 291.8243.75)0.60167.79kN.m汽车荷载制动力计算同上，取一辆重车的30%计算。简支梁摆动支座应计算的制动力为：H0.25H 10.2533082.50KN桥上有挂车荷载对于平板挂车， 全桥均以通过一辆车计算， 在验算时不需考虑人群荷载， 其荷载布置如图所示，反力影响线的纵距分别为：.h1 1.0h2241.20.9524h3245.20.78324h4246.40.73324所以有，支座反力 R1 10.95 0.7830.733300=1039.80KN4.2支座反力作用点离基底形心轴的距离：ex1.5 0.60m2对基底形心轴的弯距： M R1103

15、9.800.60623.88kN .m3.4 支座摩阻力计算摆动支座摩擦系数取f0.05 ，则支座摩阻力为：FP恒f86760.05433.8KN对基底的形心弯距为M F433.88.53687.3KN .m （方向按组合荷载组合需要来决定）在以后的附加设计中，以支座摩阻力作为控制设计。3.5荷载组合荷载组合共分为五种情况1、桥上有活载，后台无汽车荷载2、桥上有活载，后台也有汽车荷载.3、桥上无活载，后台有汽车荷载4、桥上无挂车，后台有挂车5、桥上有挂车，后台无挂车荷载组合汇总表荷载组合水平力（ KN）竖直力（ KN）弯距（ KN.m）一主要373.3518680.2-6001.29附加807

16、.1518680.2-2313.99二主要488.6817831.79-4916.80附加922.4817831.79-1229.5三主要488.6817496.22-4749.01附加922.4817496.22-1061.71四462.8317488.07-4865.22五373.3518499.66-5892.97因此，可得第一种组合为最不利情况，应进行验算。四桩径、桩长的拟定本方案采用就地钻孔灌注钢筋混凝土桩， 桩身为实心断面， 钻孔灌注桩设计直径 1.0m，以冲抓锤施工。另外，根据地质条件及施工的需要，桩基础采用低承台基础，桩为嵌言桩（柱桩） ，由于持力层深度的关系，桩长初步拟订为

17、14m，其中，深入持力层 1.7m，满足相关规范的要求。五基桩根数及平面布置5.1桩的根数的估算支承在基岩上或嵌入岩层中的单桩， 其轴向受压容许承载力， 取决于桩底处岩石的强度和嵌入岩层的深度，钻孔灌注桩单桩轴向受压容许承载力按下式计算：p=(C1 A C 2Uh ) Ra其中系数 C1 、 C2 值可在下表中选取条件C1C2良好的0.60.05一般的0.50.04较差的0.40.03钻孔桩系数 C1 、 C2 值可降低 20%采用。 U1 ，h=1.7m。所以，有：p C1 A C 2Uh Ra (0.5 80%180% 1.7) 80003878.21kN0.044考虑偏心荷载时各桩受力不

18、均而适当增加桩数的经验系数，取1.1.则nN =1.1 1868 .02 =5.1P3878.21加上实际需要，初步拟订采用6 跟钻孔灌注桩来满足实际需要。5.2桩的间距的确定由于，通常钻孔成孔的，支撑或嵌固在岩层的柱桩中心间距不得小于2.0倍的成孔直径。即L2.01.02m 。另外，为了避免承台边缘距桩身过近而发生破裂，并考虑到桩顶位置允许的偏差， 边桩外侧到承台边缘的距离， 对桩径小于或等于 1.0m 的桩不应小于 0.5 倍的桩径，且不小于 0.25m，对大于 1.0m 的桩径不应小于 0.3 倍的桩径并不小于 0.5m。因此，在本设计中，设计桩径为 2.5m 5.3 桩的平面布置桩数确

19、定后， 根据桩基受力情况选用两排桩桩基， 其形式采用行列式， 有利于施工，同时这种布置可以尽量使桩受力均匀， 发挥每根桩的承载能力。 桩群横截面的重心与荷载合力作用点接近， 桥墩桩基础中基桩采取对称布置， 桩柱布置使盖梁发生的正负弯距接近， 减少承台所承受的弯曲应力。 桩的排列方式见下图。六桩基础内力的计算6.1桩的计算宽度 b1 （为圆柱形）因为有b1K fK OKd0.9 (d 1) K其中Kb '1b'L10.6h1L12.5d1.5m0.6h13.6m ，n3b'0.5所以有 K0.610.61.50.7670.66b1 =0.9110.7671.38 m62

20、桩的变形系数 a.Id 43.14140.0491m 4 ，6464EI0.67 Eh I0.672.6 1070.0491 8.5510 5 KN .m2a5mb1；由于地面以下 hm 2 d 14mEI自承台底面之下 4m只有一种土（角砾）所以，查表取 m=60000 kN/m4所以a5600001.380.63m18.55105桩在地面线以下深度h=14m，其计算长度则为：hah 0.63148.822.5 ，故按弹性桩计算。63 桩顶刚度系数1 、2 、3 、4 值计算由于 11l oh1AEhCO AO其中 l00m ；h=14.0m；由于为柱桩，所以有1 ;Ad 23.14120.

21、785m 244C0mo h6000014.0840000 kN / m3 ；按桩中心距计算面积,取 d0 2.5m，A0d 02=4.91 m241=11.26EI141100.7852.610 78400004.91=1.85106 =1.502EI已知： hah0.43148.824,取 h4.0计算l 0l o 0.6300查表得： xQ 1.06423 ； xm0.98545 ； m1.48375。所以有，.2a2 EIxQ0.422EI3 a2 EI xm =0.391EI4 a2 EIm =0.935EI64 计算承台底面原点 o 处位移 ao 、 bo 、 ob0P18680.

22、22470.93n61.26EIEI1a0(n 41xi2 )H n 3 Mn2 (n2n2241xi )3n41xi2=6 0.935EI1.26EI 6 1.25217.42EIn260.422EI=2.532EIn3 =60.391EI=2.346EIn 232 =620.346 2 （EI） 2=5.504 （EI ） 2所以有， a0(17.42 EI 373.35 2.346EI 6001.29)533.192.53217.42 EI22EI5.504 EI0n2 Mn3 H2n 2 ( n 4x i2 ) n 213=2.532EI6001.292.346EI373.352.53

23、2EI17.42EI5.504(EI) 2=416.31EI65 计算作用在每根桩顶上作用力Pi 、 Qi 、 M i竖向力 Pi =1 (boxi0 ) =1.26EI （ 2470.931.25416.31 ） =2457.68KNEIEI或 3769.06KN。水平力 Qi =2 a030 =0.422EI533.19 -0.391EI416.31 =62.23kNEIEI弯距 M i403 a00.935EI416.31 -0.391EI533.19 =180.77 KN.mEIEI校核： n Qi =662.23=373.38kNH =373.35kN.nxi pinM 133769

24、.06 - 2457.68 1.25 6180.77 6002.30 kN.mi1M =6001.29kN.mn3 (3769.06 2457.68) =18680.22kN.mN =18680.2kNnPIi166 计算地面处桩身弯距 M 0 、水平力 Q0 及轴力 P0M 0M iQi l 0180.77 KN .m(逆时针方向）Q062.23KNP03769.06KN67 计算地面以下深度Z 处桩身截面弯距M Z 与水平压应力zx由于有 ah 0.43148.82 4.0有桩身弯距 M ZQ0Am M 0 Bm式中的无量纲系数Am ， Bm 可以根据 ah4.0 及与 az 有关的表格查

25、取。所以有， M Z 值的计算如下表：ZZ=azh=ahAmBmQ0 AmM 0 BmM Z0.000.0401.0000-180.77-180.770.160.140.1001.0009.88-180.77-170.890.320.240.1970.99819.46-180.41-160.950.640.440.3780.98637.34-178.24-140.90.950.640.5310.95952.45-173.36-120.911.270.840.6480.91464.01-165.22-101.211.591.040.7280.85371.91-154.20-82.292.061.

26、340.7770.73576.75-132.87-56.122.381.540.7680.64575.86-116.60-40.743.172.040.6380.41063.02-74.12-11.13.812.440.4720.23946.62-43.203.424.763.040.2070.04120.45-7.4113.046.354.04-0.184-0.181-18.1832.7214.54.水平压应力zx ：zxQ0 ZAx2 M 0ZBxb1b1式中的无量纲系数 Am ， Bm 可以根据 ah4.0 及与 az 有关的表格查取。所以有，zx 值的计算如下表：ZZ=zAmBmQ0Z

27、Ax2 M 0Zzxb1b10.000.02.4011.6000000.160.12.2481.4306.39-7.43-1.040.320.22.0801.27511.82-13.26-1.440.640.41.7730.98820.15-20.55-0.40.950.61.4750.74025.14-23.082.061.270.81.2020.53127.32-22.095.231.591.00.9520.35926.01-18.667.352.061.30.6340.16323.41-11.0212.392.381.50.4600.07017.16-3.4613.73.172.00.1

28、57-0.0588.926.0314.953.812.40.030-0.0832.0510.3612.414.763.0-0.028-0.056-2.398.736.346.354.000000以图的形式表示为：七桩基础内力验算71 桩顶纵向水平位移验算桩在地面处水平位移与转角x0 和0x0Q0AxM 0 Bxa3 EIa 3 EI.=62.23180.771.6008.551052.4018.55100.6330.6325=-1.53mm（方向是向左） 6mm符合规范的相关要求0Q0AM 0 Ba3 EIa 3 EI62.23( 1.600)180.77( 1.732)0.6338.5510

29、528.551050.63= 2.88 10 4 rad水平位移容许值0.5252.5cm ，符合要求。72 群桩基础承载力验算由于采用嵌岩柱桩， 因此，可以认为群桩起初的承载力等于各桩承载力之和所以，群桩基础承载力P6 P63878.2123269 .2618680.21无软弱下卧土层，所以不需要验算73 群桩基础沉降演算由于是采用嵌岩柱桩，地基底部沉降不大，其沉降量可以忽略不计。故不需要验算。74 承台计算741 桩顶处的局部受压验算由 P'A Ri/ rmic aAbd 2其中43， rm1.54, Ac, Rai13.4MPa (C20 混凝土 )Ac(3d )244所以有 P

30、'313.41031.54KNi204924又因为 Pi'rsorsi Pi ，其中 rso =1.00 ， =1.00 ，rsi =1.2 。所以有 Pi'1.01.01.23878.21KN240492 KN （满足）742 桩对承台的冲剪验算桩深入承台深度为 0.5m由于刚性角maxarctan0.518.431.5而布置范围角arctan0.50.358.531.0因为有max ，所以可以不必验算.743 承台抗弯抗剪强度验算承台抗弯抗剪强度经过验算发现符合规范的要求。八配筋计算8.1桩基础配筋计算桩身最大弯距处Z=0m， M max180.77 KN .m确定

31、计算轴向力时恒载荷载的安全系数为 1.2 ，活载为 1.4 所以，有：N i3769.06 1176.5943.751.21176.59 43.75 1.44766.94 KN弯 距M=180.77KN.m； 采 用C20混凝土，R235级钢筋，则有fcd9.2MPa , f sd195MPa8.1.1计算偏心距增大系数e0M180.7710637.92N4766.9410 3由于桩的两端固定所以有 l00.5l7.0m长细比l 077.04.4d1所以，应考虑纵向弯曲对偏心距的影响取 rs0.9r0.9 500450mm则截面的有效高度为 h0r3r500450 950mm又因为， 10.2

32、2.7 e00.3081.0h021.150.01 l 01.081.0h所以，取 10.308 ， 21.0则11(l 0)2e0h121400h011(7) 2 1.0 0.3081.27140037.92950.所以有，e01.2737.9248.18mm配筋率的计算及钢筋的选择由公式有f cdBrA e09.2B 500A48.18f sdC e0Dgr195 C43.145D0.9 5004600B396.934A8413.275C8750D又有， N u Ar 2 fcdc r 2 f sdA 50029.2 c500 21952.3 106 A4.875107 c采用试算发列表计算如下ABCDN u （N）N（N）0.992.66850.35662.28250.6874-0.01413456481347669401.002.69430.34132.30820.6692-0.01274476388747669401.01