基础工程课程设计

1、基 础 工 程课程设计计算书目录基 础 工 程1课程设计计算书1一、设计资料31构造情况32设计荷载33. 主要材料34计算方法45其他参数46地质情况47. 根据分组数据总表填写以下个人数据：5二、计算说明51.拟定结构尺寸：桥墩、承台等尺寸：52.确定承台底面中心处的计算荷载N、M、H：63.桩长的计算：74.桩身弯矩与建立计算:85.单桩轴向承载力验算106.验算最大冲刷线处桩侧水平位移量107.桩身截面配筋及强度验算128.桩顶水平位移的计算149.群桩基础承载力的计算15 10.单桩桩底最大、最小压应力的验算 11.基础沉降的计算三、设计依据及参考书一、设计资料1构造情况 上部结构为

2、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：9.5270.523m； 梁体（横向包括五片梁）自重N：（100272）233452kN； 盖梁自重：705kN； 墩柱高度：4m； 墩柱自重：307.8kN； 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40cm。2设计荷载 汽车荷载公路I级、或汽车荷载公路II级，荷载安排见表1。表1土木2014级设计荷载一览表班级编号设

3、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数：（应计算基频后确定，本课程设计简化粗略取值：单

4、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2 工程地质条件I（适用于在班编号为3n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亚粘土2.0m黄色，可塑17.3 kN/m311 MN/m4170kPa40kPa2粘土5.2m灰色，可塑18.2kN/

5、m317 MN/m4180kPa50kPa3细砂4.3m灰色，中密18.5kN/m316 MN/m4220kPa45kPa4砾石50m黄色，密实19.5kN/m3100 MN/m4420kPa95kPa7. 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）2723m公路I级4mI桩径承台形状桩基础类型人群荷载设计安全等级1m矩形摩擦桩2.5Kpa一级2、 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

6、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=0.75d，则边长=2.5d+0.5d2+0.75d2=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=307.8kN4m25kN/m=3.0782. 确定承台底面中

7、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（23+130）=306kN；支座反力为：R1=（306+2310.5）2=1095kN（按两车道数计算，不予折减）人群荷载支座反力：R1=2.51.5223=172.5kN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

8、不小于165kN。H1=（306+2310.5）10%=54.75kN165kN，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（0.4+0.1+4+2）=997.6=643.5kNm（3） 承台底面中心的作用效应组合：N、M、H。承台上部中心M=643.5kNmH=99kN3. 桩长的计算：假设桩进入持力层x mRa=uqikli+Apm0fa0+k22(h-3)u=d=3.14m；qikli=504.7+454.3+95x =1204+95xAp=（d）2=0.785 fa0=420Kpa 查表得：=

9、0.7 m0=0.8 k2=6Ra=uqikli+Apm0fa0+k22(h-3) =174.2x+1043=9825.5/4 + 11.80.5 +5.34.7+4.35.1+4.3x=2532.7+4.3x令Ra=Nh代入数据得：x=8.7m现取x=9.5m，代入原式得：RaNh则桩长为19m4. 桩身弯矩与建立计算:确定桩的计算宽度b1 b1=kkf（d+1）L1=1.5m 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=0.9991则b1=10.9（1+1）=1.8m计算桩的变形系数 =其中：=0.05

10、m4由工程地质条件可得:m=17MN/m4=17000kN/m4 桩基采用C30混凝土，可知：Ec=3104MPa E=0.8Ec 桩的换算深度=h=0.48218.5m2.5m，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=18.5m、A0=（d）2=0.785 m0为持力层的比例系数，m0=100MN/m4=kN/m4 C0=m0h=18.5=kN/m3故取A0=12.6m已知：=h=0.48218.5=8.917m4m，取用4 =0.4820.5=0.241查附表17、附表18、附表19得：XQ=0.85574、XM=0.88762、M=

11、1.42496得：HH=3EIXQ=0.0958EI MH=2EIXM=0.2062EIMM=EIM=0.6868EI计算承台底面原点0处位移a0、c0、0 代入原式: 计算作用在每根桩顶上作用力Pi、Qi、Mi竖向力 水平力Qi=HHa0-HM0 弯矩Mi=MM0-HMa0 校核: nQi=424.75=99kN=H=99kN 计算局部冲刷线处桩身作用力P0、Q0、M0 M0=Mi+Qil0=-45+24.750.5=-32.63KNM Q0=24.75kN P0=2559.3+0.7850.515=2565.19kN计算局部冲刷线以下深度Z处桩截面的弯矩MZ 计算表4-16zZAmBmQo

12、*Am/Mo*BmMz00010-32.63-32.630.20.0.196960.9980610.-32.-22.0.40.0.377390.9938219.-32.-13.0.61.0.529380.9861727.-32.-4.0.81.0.645610.9132433.-29.3.12.0.723050.8508937.-27.9.1.22.0.761830.7741539.-25.13.1.42.0.764980.6869439.-22.16.1.63.0.737340.5937337.-19.18.1.83.0.684880.4988935.-16.18.24.0.614130.4

13、065831.-13.18.2.24.0.53160.3202527.29766-10.16.2.44.0.443340.2426222.-7.14.2.65.0.354580.1754618.-5.12.2.85.0.269960.1197913.-3.9.36.0.193050.075959.-2.7.3.57.0.050810.013542.-0.2.48.0.000050.000090.-0.-0. 由Q0=0得：由CQ =-0.635及=4，查附表得：，故由 ，=4，查附表13得:KM=-0.572MMax=KMM0=-0.572(-32.63)=18.66kNm由计算可得MMax1

14、2所以应采用普通箍筋，根据规范要求：对于受压圆柱，箍筋间距应不大于纵向受力钢筋的15倍或0.8倍的桩径且不小于400mm，按构造要求故取箍筋间距为200mm，则箍筋的采用HRB335,箍筋直径为8。偏心距增大系数： h0=r+rs=0.5+0.415=0.915m ; h=2r=1.0m ;所以：计算截面实际偏心距e0 根据公路钢筋混凝土及预应力桥涵设计规范（JTG D62-2004）求轴向偏心距e0. 其中：r=0.5m，=0.002，g=0.83 .5以下采用试算法列表：ABCD(e0)e0(e0)/e00.982.64240.37172.25610.70610.0.0750.0.972.

15、61580.38652.2290.72510.0.0751.0.962.5890.40112.20120.74460.0.0751.故取=0.97截面承载力复核： =2.615850013.8+2.2290.002500330 =9392.3kN1790.5kN =0.386550013.8+0.72510.0020.8350013.8=668.8KNm 32.63KNm根据弯矩分布，桩基的钢筋骨架宜在桩底，如果考虑分段配筋，在z=1.66截面为界此时M=3.35KNm;N=1.23452+705+307.4+1800/4+0.511.8+1.665.3-0.5501.66+1.4172.5+

16、1095/4=2184.2kN；按均匀材料验算截面应力截面面积A=d/4=0.785m 截面抵抗距W=d/32=0.098m截面未出现拉应力且都小于混凝土的抗压强度，可在z=1.66处切除一部分钢筋。6. 单桩轴向承载力的验算Ra=uqikli+Apm0fa0+k22(h-3)u=d=3.14m；qikli=504.7+454.3+959.5 =2106Ap=（d）2=0.785 fa0=420Kpa 查表得：=0.7 m0=0.8 k2=6Ra=uqikli+Apm0fa0+k22(h-3) =2697.9=9825.5/4 + 11.80.5 +5.34.7+4.35.1+4.39.5=2573.55RaNh 7.桩顶水平位移的计算 故满足要求 8.墩顶水平位移的计算 9.群桩基础承载力的计算X=46b=61.8=10.8 故应该考虑群桩效应 = 4+1+219tan10 = 4+1+219tan10 =11.7m =11.7m = 10.单桩桩底最大最小应力的验算可知当桩长为19m，故单桩桩底最大最小应力的验算满足要求11. 基础沉降计算 确定地基变形的计算深度=11.7（2.5-0.