哈工大桥梁基础工程课程设计_图文

1、目录一、哈尔滨工业大学课程设计任务书 (2二、地基和基础的方案比较 (4三、高承台桩基的设计与计算 (53.1桩基的设计 (53.2桩的设计 (93.3单桩桩顶所受外荷载计算 (113.4验算 (20一、哈尔滨工业大学课程设计任务书 姓名:院(系:专业:班号:任务起至日期:2012年11月26日至2012年11月30日课程设计题目:某公路桥B号桥墩的基础与地基设计工程概况本设计对象为某I级公路干线上的桥梁,该桥由5跨30m预应力钢筋混凝土梁组成,桥墩为混凝土实体桥墩,该桥位于直线平坡段上,与河流正交,该地区无流冰及地震,该河道不通航。该桥梁的上部结构及桥墩部分设计已经完成,本课程设计的任务是完

2、成B号桥墩基础与地基的设计与检算。墩帽尺寸简图及墩身坡度见图1。图1墩帽尺寸(单位:cm墩帽宽=3.2m;墩帽长b=8.7m;墩帽厚d=0.52m墩身坡1:m=1:20,墩帽顶面标高145.32m。工程地质和水文地质表1土的物理力学性质表土层编号土的名称土层顶面标高(m土层厚度(m饱和容重satr相对密度D r土的状态I级,人群荷载标准值为线也不计离心力。以顺桥向计算为主,计得至墩台顶的各作用标准值见表基础的技术合理性进行比较(限于课时,本次课程设计不考虑造价因素,选择较为合理的基础方案。2.对选定的基础方案进行详细设计。3.将以上全部成果整理成设计计算说明书和设计施工图。二、地基和基础的方案

3、比较基础类型方案比较浅基础浅基础一般埋深较浅,且基础侧面土体的横向抗力很小而可以忽略不计,对浅层土质的要求较高。然而在本设计资料中,浅层土体承载力较低。故不适用。低承台桩基低承台桩基稳定性好,但在水中施工难度大,适用于季节性河流或冲刷深度较小的河流,有利于提高基础的稳定性。高承台桩基高承台桩基适用于常年有水,水位较高,冲刷深度大且施工时不易排水的河流,施工较低承台桩基方便,然而在稳定性方面不如低承台桩基。由于该河道不通航,无流冰。故此处比较选择高承台桩基。沉井深井适用于地基深层土的承载力大,而上部土层比较软,易于开挖的地层。但由于沉井在下沉过程中,在穿过地下水位以下的细、粉砂层时,大量砂土涌入

4、井内,使沉井倾斜,对沉井的施工造成困难。对于本铁路桥梁基础而言,沉井基础施工不易,性价比过低。故不适用。三、高承台桩基的设计与计算3.1桩基的设计(一承台尺寸的确定1.承台底面的标高:13对于高承台桩基,为了节省圬工或便于施工,可将底面标高放于施工水位以上。故此处,将承台底面的标高放于施工水位上。2.承台高度的确定:选用C30混凝土,厚度选用2.0m。承台板的厚度不宜小于1.5m,混凝土强度等级不得低于C25。3.承台平面尺寸的确定:承台长为10.5m,宽为5.0m已知墩帽顶面标高为145.32m。墩帽的长为8.7m,宽为3.2m,墩身坡为1:20。承台底面标高为132.0m,承台厚度为2.0

5、m。即承台顶面标高为134.0m。-=由此可计算得出,墩身底面长度为8.5+2(10.8/20=9.58m,宽度为4.08m。考虑到材料刚性角要求,选取墩底加襟边2tan452c<=。故选取承台长为10.5m,宽为5.0m。(二作用在承台底面重心处的荷载设计1.主力:包括恒载(包括浮力、活载、冲击力和离心力,因为桥墩为实体故不计冲击力,同时当线路为直线也不计离心力。垂直静载(结构重力+墩帽重+墩身重+承台重+承台台阶上土重(1结构重力:2700kN(2墩帽重:333.32kN墩帽重2=d(b-2+24423.2 3.14 3.2 =0.52253.2(8.7-22=333.32kN(3墩

6、身重:7287.01kN墩身体积12(A A +HV=3 其中,墩身顶部面积(2111111b 4A =+-(2211b 4A =+-(2213.145.51m 4=+-故墩身体积310.8 =(4承台重:2625kN承台体积310.552105m V =承台重105252625kN V =(5承台台阶上土重:0因承台底面标高处于施工水位上,承台台阶上没有土层覆盖,故承台台阶上土重为0。浮力常水位时:承台处于水位线以上。故浮力0F =高水位时:3340.56kNF =承台和部分墩身处于水位线以下。对于承台:310.552105m V =19.81051029kNF g V =对于墩身:12&#

7、39;('3H V A A = +,其中,'8H m =,('211111221'b '''413.14 3.79(9.29 3.79 3.79432.125m A =+-=+-=(222222221b 413.14=26.92m A =+-=+-故38 F F F =+=+=活荷载一孔活载:车辆987.0kN ,人群67.5kN 二孔活载:车辆1302.0kN ,人群135kN 2.附加力:制动力:165kN风力(忽略横向风力,只考虑纵向风力2A -+=P =,=高水位时:32.8p=+=312.74(10 2.8/2145.24kN

8、mM =+=承台风力:=25 1.25=12.5 kNp =12.51=12.5kN mM 3、作用力系表(考虑主力和纵向的附加力承台底面重心处荷载组合计算表桥梁基础工程课程设计-8-表1承台底面重心处荷载组合计算表荷载类型双跨布载,高水位双跨布载,常水位单跨布载,高水位单跨布载,常水位NH 力臂MNH 力臂MNH 力臂MNH 力臂M0-3340.56000汽车荷载1302302.41302423.213567.525.9制动力墩帽12.912.9145.2412.5112.512.5112.5短期效应组合589.681103.262106.973209.84桥梁基础工程课程设计3.2桩的设计

9、1、桩材选择:根据本工程的特点,选择钢筋混凝土钻孔灌注桩。2、桩径:初步选定桩径为1.0m ,成孔桩径1.05m 。3、桩长和桩数的估算:根据构造措施,钻孔中径不小于2.50m ,边桩外侧距承台边缘的距离不小于0.5倍桩径。设置8根桩,行列式排列,布置图如下: 该地基土由三层土组成,根据公路基规中确定单桩轴向受压承载力容许值的经验公式初步反算桩长。设该灌注桩局部冲刷线以下的桩长为良好地基,则由轴向受压承载力要求得:2-y ii R a i M x N N R n x =+=桩身自重置换土重(局部冲刷线以下N i 为一根桩受到全部竖向荷载,桩身自重与置换土重(当自重计入浮力时,置换土重也计入浮力

10、的差值作为荷载考虑。采用正常使用极限状态的短期效应组合,各系数取值如下:桩身混凝土重度:325/kN m =每米桩重(考虑浮力:22( 1.0(251011.78/44w q d kN m =A d =桩的自由长度:0l =桩顶标高-局部冲刷线标高=132-125.5=6.5m桩数:8当两跨布载,常水位时max 02(+h-2(2y i i M x N N q l A h A n x '''''=+-2=-当单跨布载,常水位时max 02(+h-2(2y i i M x N N q l A h A n x '''''

11、;=+-2a R 为摩擦桩钻孔灌注桩的单桩轴向受压承载力容许值112n a ik i p r i R u q l A q =+00223(3r a q m f k h =+-桩的设计直径d=1.0m,采用旋转钻施工,5cm d =,则(1桩周长: 1.0 3.14mu =(2桩端面积:22A d =(3清底系数:00.8m =(4修正系数,按420L d =,桩端为透水性土选用,=0.70(50a f 为桩端土的承载力基本容许值,第三层土0370kPaa f =(62k 为承载力容许值随深度的修正系数,中密中砂取2 4.0k =(72为桩端至一般冲刷线各土层的加权平均重度,当持力层为透水性土时

12、,水中部分土层取浮重度。近似取#3号土的浮重度:3(83h 为桩端的埋置深度,对有冲刷的桩基,埋深由一般冲刷线起算3 3.2h h =+002231(32当双跨,常水位时,由i R a N R =得-=+求得13.68h m=当单跨,常水位时,由i R a N R =得-=+求得16.98h m此时桩端处的承载力容许值为(3max 642.03kPa 1450kPar q =<=由上式验算,可知桩的轴向承载力满足要求。3.3单桩桩顶所受外荷载计算1.桩的各参数确定(1地基系数的比例系数m假设为弹性桩,局部冲刷线以下选取m 值的计算深度h m 为:2(1m h d =+桩间净距0L 2.5

13、1 1.5m=-=构件局部冲刷线以下的计算深度2114mm h =(+=在h m 深度内有两层土时,应将两层土的比例系数换算成一个m 值,作为整个深度的m 值。1 1.25(1=1-1.25(1-2.7/4 =0.59m m h h h h =>=-12(1=0.5916000+0.4120000=17640m m m =+-(2桩的计算宽度b 1L c k c h -=+f b kk d =+1.0d m 当时,要求满足:112,1b d nb B +(3桩的抗弯刚度EI ,受弯构件74620.8=0.8 2.8101=1.110KN m 64c EI E I =2、桩的变形系数 =8

14、.69 2.5h >,按弹性桩计算。3、单位“力”作用局部冲刷线处,桩在该处变位(0(0(0(0MMQQ MQ QM =、(1式中系数K h :当桩底置于非岩石类土上,且h 2.5,令K h =0。(2式中系数A i 、B i 、C i 、D i 值,根据=3.35h h =查表确定,当 4.0h >时,按 4.0h h =查表确定。(0-5344333634432263443(11= 1.625=6.8710(0.43 1.110MQ A D A D EI A B A B -=-(0-634436-4.单位“力”作用桩顶时,桩顶变位计算HH MH HM MM=、3(0(0(020

15、00-423=2.3910HH QQ MQ MM l l l EI=+2(0(000-42=0.4310MH HM MQ MM l l EI=+(0-40=0.0910MM MM l EI=+5.桩顶发生单位变位时,桩顶产生内力计算(单桩桩顶刚度系数。1、计算1已知条件:=0.5,L 0=1.5m ,h=19.7m ,6h E =3210kPa ,EA=72.51210kN且53 ,则:220A =(4/2=12.566m ,故:=+2、计算234422=1.6210(MM HH MM MH =-432=7.2810(MH HH MM MH =-442=43.8710(HH HH MM MH

16、=-00=2000019.7=194000 10C m h h =>桩底土受压面积d h A S +=6.承台发生单位变位时,所有桩顶对承台作用反力之和61=0.8910bb n =4210.2710aa n =43=45.7610a n =-26411=8.0210mi i n K X =+7.承台变位计算0 b 、0a 、0内力按承载能力极限状态下作用效应基本组合计算,除汽车荷载效应外,还考虑人群荷载、汽车制动力、风荷载的可变效应。将汽车荷载作为最大的可变作用,即0011=1j=2(+m nub Gi Gik Q Q k c Qj Qjk i S S S S =0=1=1.2Gi 1

17、=1.4Q =1.4Qj =1.1Qj 00022,(a aa a bb aa a aa a H M M H N b a -=-8.任一桩顶分配的作用效应组合设计值i N i M i H ,表20002030403(i i i ip b X H a M a =+=-=-表2荷载形式承台底部中心荷载承台变位桩顶分配荷载N H M b0a00Nimax Nimin Hi Mi-15- -16-桥梁基础工程课程设计-17-9.校核:各桩顶所分配的力总和是否等于承台底面所受力。61ii p=inH 61iiii p XnM =+10.计算局部冲刷线上的外力0N 、0H 、0M 00000 i G i

18、N N q l N N q l =+=+桩桩基本组合短期效应组合0iH H =00i i M M H l =+11.局部冲刷线处桩柱变位计算,表3(0(0000HH QMX H M =+(0(0000(MH MM H M =-+12.局部冲刷线以下深度z 处桩身各截面内力Mz 、Qz 计算(基本组合33322300004444323Z ZZZM QX X A B C D EI EI M Q X A B C D EI EIM Q M X A B C D EI EI EI M Q Q X A B C D EI EI EI =+=+=+=+桥梁基础工程课程设计-18-表4局部冲刷线以下深度桩身各截面

19、内力rz zA3B3C3D3Mz双跨,高水位单跨,高水8.883249-3.91921-9.54367-10.3404-5.854020.3458455.8357842.9240178.690773桥梁基础工程课程设计 -19-当桩的入土深度4h 时,4z =深度以下桩身截面作用效应可忽略不计。由表求得Z=1Z=2.4处,即时桩身最大弯矩max =119.58KN z M 。其轴向力设计值d N 如h m 范围内有两层土,桩身实际最大弯矩可按下式进行修正:max maxz M M =020011max max 136.2520000=lg =lg =0.00651(+2=0.3346m z H

20、 m H M m h h M M 按偏心受压构件进行配筋设计:max =119.80KN N =2121.94d M 根据max M 和N 按偏心受压构件进行配筋计算:采用C30混凝土,二级钢筋计算偏心增大系数为6max 03M e cm N =长细比1850012.68151400100.2 2.70.323 1.0e h =+=02011400(1400(1235l e h h =+桥梁基础工程课程设计 f cd Br - Ahe0 13.8 B ´ 6500 - A ´ 75.08 8970B -1036.104A × = × = f sd Ch

21、e0 - Dgr 280 C ´ 75.08 - D ´ 0.9 ´ 650 21022.4C - 163800D r= N u = Ar 2 f cd + C rr 2 f sd = 7754565A + 118300000C r 试算，当 x = 0.2 时，计算纵向力 与设计值 相近。这时得到的 为负值。 表 5 纵向力计算表 x 0.2 0.21 0.22 0.23 0.24 0.25 0.26 0.27 A 0.3244 0.3481 0.3723 0.3969 0.4219 0.4473 0.4731 0.4992 B 0.2628 0.2787 0.

22、2945 0.3103 0.3259 0.3413 0.3566 0.3717 C -1.5296 -1.4676 -1.4074 -1.3486 -1.2911 -1.2348 -1.1796 -1.1254 D 1.4216 1.4623 1.5004 1.5361 1.5697 1.6012 1.6307 1.6584 r -0.00763 -0.00791 -0.00819 -0.00847 -0.00875 -0.00901 -0.00928 -0.00954 Nu 3895660 4073052 4251098 4429579 4607524 4785283 4963500 5141059 由于规定的最小配筋率 r min = 0.005 ，故采用 r = 0.005 计算。 As = rp r 2 = 0.005 ´ 3.14 ´ 6502 = 6633.25mm 2 as = 45mm ; As = 760.2mm 2 钢筋布置图如下， 现选用