1、基础工程课程设计 2基 础 工 程课程设计计算书一、设计资料1构造情况 上部结构为预应力混凝土简支梁桥，桥面宽度(净-10m+21.5m)，为单向双车道行驶。每个墩上纵向设两排支座，一排固定，一排滑动。下部结构为桩柱式桥墩和钻孔灌注桩基础。各位同学具体设计梁的情况按下式计算： 梁的标准跨径（m）为：16.5m； 梁体（横向包括五片梁）自重N：2112KN； 盖梁自重：705kN； 墩柱高度：5m； 墩柱自重：384.8kN； 承台平面形状：矩形； 桩径：拟定为1m； 盖梁高度：对于中小跨径桥梁，不宜小于40cm,现取盖梁高为50cm。2设计荷载 汽车荷载公路I级、或汽车荷载公路II级，荷载安排
2、见表1。表1土木2014级设计荷载一览表班级编号设计荷载人群荷载kPa设计安全等级一班公路I级2.5一级3. 主要材料 混凝土：承台与桩基采用C30混凝土； 钢筋：主筋钢筋采用HRB400，箍筋采用HRB335。 以上材料设计参数按公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTG D62-2004规定取值。4计算方法承台以上构件按极限状态进行荷载效应组合，按公路桥涵设计通用规范JTG D60-2004 进行。桩基础内力分析和验算，按公路桥涵地基与基础设计规范JTG D63-2007进行。桩基础配筋设计按公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTG D62-2004进行。5其他参数汽车荷载冲击系
3、数：（应计算基频后确定，本课程设计简化粗略取值：单跨布载为1.15，双孔布载为1.0）；支座中心至盖梁顶面的高度为0.1m。 注：设计时不考虑流水压力、风力等计算；由于承台和桩基础在横桥向的刚度较大，设计计算时不进行基础横桥向受力分析，仅考虑纵桥向弯矩及水平力作用下的结构分析。6. 地质情况 常水位在墩底以上0.5m，一般冲刷线位于墩底处，最大冲刷线在一般冲刷线下2.5m 处。一般冲刷线以下的土层分布情况如下：表3 工程地质条件II（适用于在班编号为3n+1的同学）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i1粘土3.2m黄色，可塑17.5kN/m312.5 MN/m412
4、0 kPa30 kPa2粉砂4.7m灰色，中密17.3kN/m315 MN/m4160 kPa50 kPa3中砂4.5m灰色，中密18.2kN/m323 MN/m4220 kPa60 kPa4卵石50m黄色，中密20.5kN/m3110MN/m4500 kPa100 kPa7. 根据分组数据总表填写以下个人数据：在班编号跨径设计荷载桥墩高度地质条件（填代码）0713m公路I级4mII桩径承台形状桩基础类型人群荷载设计安全等级1.0m矩形摩擦桩2.5KPa一级二、计算说明1. 拟定结构尺寸：桥墩、承台等尺寸：（1）确定承台尺寸: 拟定桩径d=1m，桩数n=4；钻孔桩中距不应小于桩径的2.5倍；边
5、桩外侧与承台边缘的距离，对于直径小于等于1.0m的桩，不应小于0.5倍的桩径（或边长）并不应小于250mm;对于直径大于1.0m的桩，不应小于0.3倍的桩径（或边长）并不应小于500mm；承台的厚度宜为桩直径的1.0倍及以上，且不宜小于1.5m，混凝土强度等级不应低于C25。则有：承台边长最短=2.5d+0.5d2+0.5d2=4.5m 现取承台边距=0.5d，则边长=2.5d+1.0d2+0.5d2=5.0m 厚度=2.0m，则承台尺寸为6m6m2m承台重量=V=25KN/m6m6m2m=1800KN（2）确定桥墩尺寸：已知桥墩高度=4m，桥墩自重=307.8KN现拟采用矩形桥墩，则桥墩面积
6、=307.8KN4m25KN/m=3.0782. 确定承台底面中心处的计算荷载N、M、H：（1）永久作用引起的竖向力的计算：（2）可变作用引起的竖向力（汽车及人群荷载反力）、力矩和水平力的计算：汽车及人群荷载反力：公路桥涵通用设计规范规定，桥梁结构的整体计算采用车道荷载。公路级车道荷载：均布荷载标准值为：qk=10.5KN/m；集中荷载标准值为：Pk=2（L+130）=2*（13+130）=286KN；支座反力为：R1=（286+1310.5）2=845KN（按两车道数计算，不予折减）人群荷载支座反力：R1=2.51.5213=97.5KN汽车荷载制动力： 由汽车荷载产生的制动力按车道荷载标准
7、值在加载长度上计算的总重力的10%计算，但公路级汽车制动力不小于165KN。H1=（1310.5+286）10%=42.25KN165KN，故H1=165KN 因此简支梁板式橡胶支座的汽车荷载产生的制动力为：H=0.32H1=0.32165=99KN由制动力产生的弯矩：M=H（0.5+0.1+4+2）=996.6=653.4 KNm（3）承台底面中心的作用效应组合：N、M、H。N=1.2（1482+705+307.8）+1.4（845+97.5）1.1=4744.586KNG=1800KNM=653.4 KNmH=99KN3. 桩长的计算：Ra=uqikli+Apm0fa0+k22(h-3)u
8、=d=3.14m；qikli=300.7+50 4.7+604.5+100（H-4.5-4.7-3.2） =100H-714Ap=（d）2=0.785 fa0=500Kpa h=H+2查表得： m0=0.8 =0.7 k2=62为桩端以上各土层的加权平均重度 2=0.7（17.5-10）+4.7（17.3-10）+4.5（18.2-10）+（H-3.2-4.7-4.5）/（H-0.5） =(10.5H-53.72)/(H-0.5)Nh=+ql0+q(H-0.5)q=（d）2（25-10）=11.775KNql0=（d）2（25-17.4）4.4+（d）2（25-18.2） 4 .5+（d）2（
9、25-18.9）（H-9.4）Ra=uqikli+Apm0fa0+k22(h-3)=Nh=+ql0+q(H-0.5)代入数据得：H=12.029m现取H=15m，代入原式得：RaNh 则桩长为15m4. 桩身弯矩与建立计算:确定桩的计算宽度b1 b1=kkf（d+1）L1=2.5m h1=3（d+1）=32=6m kf=0.9L1h1 则k=b2+（1-b2）/0.6L1/h1 ；b2=0.6； 代入数据得：k=0.88则b1=0.880.9（1+1）=1.584m计算桩的变形系数 =其中：=0.05m4由工程地质条件可得:m=10MN/m4=10000KN/m4 桩基采用混凝土，可知：Ec=
10、3104MPa = =0.285桩的换算深度=h=0.28515=4.275m2.5m，所以按弹性桩计算桩顶刚度系数pp、HH、MH、MM pp=（）-1其中：=、l0=0.5m、h=13.5m、A0=（d）2=0.785 m0为持力层的比例系数，m0=70MN/m4=70000KN/m4 C0=m0h=7000013.5=945000KN/m3故取A0=4.91m2已知：=h=0.28315=4.28m4m，取用4 =0.2830.5=0.1425查附表17、附表18、附表19得：XQ=0.895、XM=0.923、M=1.442得：HH=3EIXQ=0.0207EI MH=2EIXM=0.
11、0749EIMM=EIM=0.4100EI计算承台底面原点0处位移a0、c0、0 代入原式有：=计算作用在每根桩顶上作用力Pi、Qi、Mi竖向力Pi=pp(c0+xi0) 水平力Qi=HHa0-HM0 弯矩Mi=MM0-HMa0 校核: nQi=424.75=99KN=H=99KN 2*2*(1926.8-1745.4)+4*18.14=653.4 计算局部冲刷线处桩身作用力P0、Q0、M0 M0=Mi+Qil0=18.14+2.800.1425=18.539KNM Q0=2.80KN P0=1926.8+0.7850.515=1932.68KN计算局部冲刷线以下深度Z处桩截面的弯矩MZ及桩身
12、最大弯矩MMax=无量纲系数AM 、BM 量纲由附表3，附表7分别查得，MZ计算列表如表：azzAmBmQ0/a*AmM0BmMz0001018.53918.5390.20.7017543860.196960.998061.93504561418.5030343420.438079950.41.4035087720.377390.986173.70769122818.2826056321.990296860.62.1052631580.529380.958615.20092631617.7716707922.972597110.82.8070175440.645610.913246.34283
13、508816.9305563623.2733914513.508771930.723050.850897.10364912315.7746497122.878298831.24.2105263160.761830.774157.48464561414.3519668521.836612461.44.9122807020.764980.686947.51559298212.7351806620.250773641.86.3157894740.684880.498896.7286456149.2489217115.977567322.27.7192982460.53160.320255.22273
14、68425.9371147511.159851592.69.1228070180.354580.175463.4835929823.252852946.736445922310.526315790.193050.075951.8966315791.408037053.3046686293.512.280701750.050810.013540.4991859650.251018060.750204025由=0得：由及=4.28查附表13得=-0.660，=-0.540=m计算局部冲刷线以下深度Z 处横向抗力Pzx 无量纲系数AX、BX由附表1、附表5分别查得，PZX计算如表：azzAxBx(A
15、Q/b1)*az*BzaaMZBx/b1Pzx002.440661.6210000.20.7017543862.117791.290880.2133833860.2454351240.4588185110.41.4035087721.802731.000640.3632774090.3805035370.7437809460.62.1052631581.502680.749810.4542191820.4276843180.8819034990.82.8070175441.22370.537270.4931881820.4086047640.90179294513.508771930.9701
16、40.361190.4887447730.3433654270.83211021.24.2105263160.745880.219080.4509183640.2499221940.7008405581.44.9122807020.551750.107930.3891509470.1436451810.5327961281.86.3157894740.25386-0.035720.230204864-0.061123020.1690818442.27.7192982460.06461-0.09940.071609417-0.207888235-0.1362788192.69.122807018
17、-0.03986-0.11136-0.052210561-0.275247522-0.327458082310.52631579-0.08741-0.09471-0.132108295-0.270108306-0.4022166013.512.28070175-0.104950.05698-0.1850538830.1895882140.0045343325. 桩身截面配筋及强度验算1.2*1482+705+307.8+1800+11.775*2.5+2.512*1.55-0.5*3.14（0.7*30*0.85*50）+1.4*845*0.5+0.8*14*97.5*0.5 =1854.90
18、纵向钢筋面积 桩内竖向钢筋按配筋率0.2%配置：=3.14*0.25*1*0.2%=1.57* 桩现选用8根的HRB400级钢筋： Ag=2513mm2 , fsd=330Mpa桩柱采用C30混凝土， fcd=13.8Mpa计算偏心距增大系数=0.5+0.425=0.925 mH=2r=1 m取=1。=7.003计算截面实际偏心距=根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范求轴向力偏心距。=ABCD()()/1.012.7110.3312.3330.6510.0630.0621.0211.022.7270.3202.3570.6330.0610.0620.9831.032.7440.3182.3810.6160.0610.0620.970取
