重力式桥墩刚性扩大基础课程设计

重力式桥墩刚性扩大基础课程设计重力式桥墩刚性扩大基础课程设计13/13重力式桥墩刚性扩大基础课程设计课程设计课程名称根基工程设计题目重力式桥墩刚性扩大根基设计姓名专业年级学号指导教师成绩日期2021年6月26日?根基工程课程设计?考语指导教师(署名)：2021年6月30日目录：一、料⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4二、定性大基尺寸⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4确立根基埋置深度根基的尺寸制定三、墩荷算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5上部结构恒载反力、桥墩、墩帽自重及浮力等。汽车和人群荷载计算汽车制动力：风荷载计算四、地基力算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9五、持力承力算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯10基底应力计持力层承载力验算下卧层承载力验算六、基底偏爱距算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯10恒载作用时由协力偏爱距七、基定性算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11颠覆稳固性验算.滑动稳固性验算八、沉降算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11九、参照文件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯12一、料某一级公路桥梁，上部结构为35m预应力钢筋混凝土简支梁(计算跨径l=33.98m)，桥面宽度为净10(三车道)+2×m，弧形滑动支座，摩擦系数μ=。设计荷载：公路-Ⅰ级，人群荷载3.5kN/m2。桥址处河流最高水位为116.66m，最低水位为112.8m，通航水位为115.33m。横向根本风压W0=kN/m2。资料：墩帽混凝土30#，容重γ=25kN/m3；墩身混凝土20#，容重γ=24kN/m3。每跨上部结构自重6000kN(中心荷载)。地基状况及土的物理力学性质指标，见表1。表1地基土层散布及计算指标名称厚度/m容重/kN/m3孔隙比含水量/%液限/%塑限/%压缩模量/MPa粘土亚粘土强风化岩————358.冲洗线：最大冲洗线和一般冲洗线就是现有的地面线，标高为112.00m。桥墩形式和尺寸表示图，见图1。二、制定刚性扩大根基尺寸确立根基埋置深度由上部结构和设计荷载资料知道，本桥是重力式桥墩刚性扩大根基，而且为公路—Ⅰ级，从地质条件看最大冲洗线和一般冲洗线就是现有的地面线，标高为112.00m。再由(如表2：)初步制定根基底面在最大冲洗线以下1.8m处，标高为，根基埋深为桥梁墩台根基基底最小埋置深度(m)表2总冲洗深度51015200桥梁类型大中小桥(不铺砌)特大桥根基的尺寸制定由标准知“水中根基顶面不宜高于最低水位，并在一般状况下大、中桥墩、台根基厚度在1—2m左右〞。现初定根基资料为C20混凝土浇筑根基，厚度为，根基顶面标高为+=，那么墩身高为，由墩身坡度值10:1的，墩底截面长为，宽为。根基分两层，台阶宽30cm，故台阶扩展角arctan30220[]，小于刚性角允许值[]=400,切合刚性角的要求。75那么根基底面尺寸为：a=+4×=b=+4×=制定尺寸图〔二〕三、桥墩荷载计算上部结构恒载反力、桥墩、墩帽自重及浮力等。计算值列表3恒载计算表表(3)部位计算式竖直力对基底中心轴弯矩M备注P(kN)偏爱距e(m)桥帽(π+00弯矩正负××××25{1×+××+1π+0.95)2×+－1π××}值规定如桥身00下：顺时23×243针为正，逆时针为台基××+×××2400负左跨上6000/23000-1530部结构右跨上6000/230001530部结构∑P=,∑M=浮力重力式桥墩刚性扩大根基在水中的水位线图〔三〕最低低水位浮力：F1=【{1××××+1π+2×+－1π××}－{1××××+1π+2×+－1π××】2++2)332++2)33}×10=最高水位浮力：F1=【{1××2)××+1π+2×+－1π××}－{1××××+1π+2×+－1π××】2++332++2)33}×10=(3)上覆土重0.6)21.2)222)12汽车和人群荷载计算关于桥墩根基的设计，汽车荷载采纳车道荷载，车道荷载包含均部qk和集中荷载pk两局部构成。关于公路-Ⅰ级汽车荷载，qk10.5kN/m，集中荷载pk与计算跨径相关，计算跨径小于或等于5m时，pk=180kN；桥涵计算跨径等于或大于50m时，pk=360kN，桥涵计算跨径大于5m小于50m时pk值采纳直线内插求得。本算例中，pk=因为本桥梁是(三)车道，所以查表横向折减系数表(4)横向部署设计车道数(条)2345678横向折减系数支座反力按以下两种状况考虑：双孔汽车荷载+双孔双侧行人荷载双孔汽车荷载+双孔双侧行人荷载图〔四〕那么支座反力为：R1R1(2人群荷载惹起的支座反力为R2和R2R2R2351.532对基底形心轴的弯矩为：MR1=M’R1=×=M’R2=×=单孔汽车荷载—20+单孔双侧行人荷载qkkR1R1单孔汽车荷载—20+单孔双侧行人荷载图〔五〕那么支座反力为：R1(R102人群荷载惹起的支座反力为R2和R23R2R202对基底形心轴的弯矩为：MR1=×=M’R1=0MR2=×=M’R2=0汽车制动力：由汽车荷载产生的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，但公路-I级汽车制动力不小于165kN。1H1=〔×35+〕×10%=<165kN，那么H取为165kN。所以简支梁板式支座的汽车荷载产生的制动力为：H==×165=风荷载计算横桥向风荷载假设水平川垂直作用于桥梁各局部迎风面积的形心上，那么：地形、地理条件系数k3表(5)地表分类k2表(6)风速高度变化修正系数表(7)由标准得公式风荷载标准值Fwh=k0k1k3WdAwh；Wd=γVd2/2g；W0=γV102/2g；Vd=k2?k5?V10；所以Fwh=k0?k1?k3?〔k2?k5〕2W0?Awh；查标准可知，k0=、k1=、k3=、k5=、k2=；计算简图看图荷载作用表示图〔六〕墩帽Fwh=×××〔×〕2××〔×〕=。①按最高水位计算；墩身Fwh=×××〔×〕2××〔+〕×2=②按最低水位计算；墩身Fwh=×××〔×〕2××〔+〕×2=四、地基压应力计算荷载组合I：恒载〔最低水位〕+双孔汽车荷载+双孔双侧行人荷载+风力+制动力；荷载组合Ⅱ：恒载〔最高水位〕+单孔汽车荷载—20+单孔双侧行人荷载+风力+制动力；荷载组合Ⅲ：恒载〔最高水位〕+风力；荷载组合Ⅳ：恒载〔最低水位〕+双孔汽车荷载+双孔双侧行人荷载；计算见表(11)表各样荷载组合下作用于根基底面形心处得H、N和M值不一样荷载组合下作用于基底形心处得力表(8)组竖直力N(kN)弯矩M(kN·m)水平力H(kN)合I82．5++=++×2+－=×+×+×=Ⅱ++=+++－=×+×+×++=Ⅲ+=+－=×+×=Ⅳ0++×2+－=0五、持力层承载力验算基底应力计pmaxNMAW16.484.68126pminNMAW－126持力层承载力验算持力层为一般黏性土，按?公路桥涵地基与根基设计标准?〔JTGD63-2007〕；当e=，I=时，查表得[fa0]=,因埋置深度为地基承载力不予修正，那么[f0]=[fa0]=>Pmax=,知足L要求下卧层承载力验算下卧层为亚粘土，e=，IL=时，查表得[fa0]=<持力层[fa0]=,故一定予以验算。基底至亚粘土层顶面处的距离z为；z==，当a/b==，z/b==，由?公路桥涵地基与根基设计标准?〔JTGD63-2007〕查得附带应力系数α=。计算下卧层顶面处的压应力σh+z，当z/b<1，基底压应力取离最大压应力距离b/3=处的压应力，P=251kPa，那么Ph+z=×〔+〕+×〔×2〕=而下卧层顶面处的承载力允许值可按课本公式〔2-16〕计算，此中K1=0，而IL=>，故K2=，那么[P]h+z=+××〔+〕=>Ph+z=，知足要求。六、基底偏爱距验算恒载作用时e=0，ρ=1b=e<ρ，知足要求。006由协力偏爱距比较表〔8〕中所列荷载组合状况，按荷载组合Ⅱ计算0M=1120.13=<ρ知足要求e=N七、根基稳固性验算颠覆稳固性验算按荷载组合Ⅲ：恒载(最高水位)+风力验算；那么要知足墩台根基抗颠覆稳固性系数k0＞；s=b=4.68=22e0=[0+×+×]/=k=s/e0==1800>知足要求。0.滑动稳固性验算因基底处地基土为硬塑粘土，查表得μ=按荷载组合Ⅲ：恒载(最高水位)+风力验算；那么要知足墩台根基抗颠覆稳固性系数k0＞；Kc=×++/+=>知足要求。八、沉降计算因为持力层以下的土层为亚粘土为脆弱下卧层，按其压缩系数为中压缩性土，对根基沉降影响较大，故应计算根基沉降。计算图列如图五；①确立地基变形的计算深度；Zn=b〔〕=×〔〕=②确立分层厚度；第一层从根基底部向下；第二层从第一层底部向下3m；第三层从第二层底部向下；③确立各层土的压缩模量；〔单位MPa〕第一层Es1=第二层Es2=第三层Es3=35④求根基底面处附带应力按正常使用极限状态的长久效应组合采纳，各项作用效应的分项系数分别为:上部结构恒载、桥墩及根基自重均为，汽车荷载和人群荷载均为.荷载组合Ⅳ(最低水位)+双孔汽车荷载+双孔双侧行人荷载，验算根基沉降量。++×2+－=kNN=根基底面处附带应力；P0=N/A-rh=/〔×〕×=⑤计算地基沉降计算深度范围内各土层的压缩变形量见表(9)Z单位l/bz/bαiziαiziαi-zsi△s’iS’=△s’i单位(mm)〔m〕i-1αi-1E0035注：α查JTGD63-2007公路桥涵地基与根基设计标准的矩形面积上均布荷载作用下中点均匀附带压力系数。⑥确立沉降经验系数Es=∑Ai/∑〔Ai/Esi〕=〔++〕/[+(+(35)]=⑦Ψs=+×计算地基的最后沉降量S=Ψs·S’=×=依据?公路桥涵地基与根基设计标准?〔JTGD63-2007〕规定：相邻墩台间不均匀沉降差值，不该使桥面形成大于%的附带纵坡〔折角〕。所以该桥的沉降量能否知足要求，还应知道相邻墩台的沉降