埋置式埋置式桥台刚性扩大基础设计计算书

河南理工大学基础工程课程设计计算书课题名称：“埋置式桥台刚性扩大基础设计”学生学号：321407020422专业班级：道桥1204学生姓名：连帅龙指导教师：任连伟课题时间：2015-7-1至2015-7-10埋置式桥台刚性扩大基础设计计算书1.设计资料及基本数据某桥上部结构采用钢筋混凝土剪支T形梁，标准跨径上20.00m，计算跨径L=19.60m，摆动支座，桥面宽度为净7m+2×1.0m，双车道，按《公路桥涵地基基础设计规范》（JTGD63—2007）进行设计计算。1)设计荷载为公路Ⅱ级。人群荷载为23kNm。材料：台帽、耳墙及截面a—a（设计洪水位）以上混凝土强度等级为C20，3125kNm，台身（自截面a-a以下），3223kNm基础用C15的素混凝土浇筑，3324kNm。台后及溜坡填土4172kNm，填土的内摩擦角35，粘聚力C=0。水文、地质资料：设计洪水位高程离基底的距离为6.5m（在a-a截面处），地基土的物理、力学指标见表1.1表1.1各土层物理力学指标序号土层名称层厚m含水量％重度kN/m3孔隙比比重液限％塑性指数液性指数固结快剪压缩性指标CkPaφ度a1-2MPa-1Es1-2MPa1粘土6.52619.70.742.7244200.155200.1511.62粉质粘土4.12819.10.822.7134150.620160.2672桥台与基础构造及拟定的尺寸桥台与基础构造及拟定的尺寸如图1.1所示，基础分两层，每层厚度为0.5m，襟边和台阶等宽，取0.4m。基础用C15的混凝土浇筑，混凝土的刚性角max40。基础的扩散角为：1max0.8tan38.66401.0满足要求。图1.1桥台及基础构造和拟定的尺寸（高程单位m）3荷载计算及组合（1）上部构造恒载反力及桥台台身、基础自重和基础上土重计算，其值列于表1.2。表1.2恒载计算表序号计算式竖直力对基底中心偏心距弯矩备注10.8×1.34×7.7×25.00206.361.35278.5920.5×1.35×7.7×25.00129.941.075139.6930.5×2.4×0.35×25.00×221.002.9561.9540.50.2×24×0.5×(0.35+0.7)×25.00×263.002.55160.6551.66×1.25×7.7×25.00399.441.125449.3761.25×5.5×7.7×23.001271.561.1251369.7670.5×1.85×5.5×7.7×23.00901.00-0.12-108.1280.5×3.7×8.5×24.00377.400.137.7490.5×4.3×9.3×24.00479.880.000.0010[0.5×(5.13+6.9)×2.65-0.51.85×5.5]×7.7×17.001420.56-1.055-1498.70110.5×(5.13+7.73)×0.8×3.9×2×17.00682.09-0.07-47.74120.5×0.4×4.3×2×17.0029.240.000.00130.5×0.4×8.5×17.0028.90-1.95-56.3614上部构造恒载845.050.65551.236804.41kKNP1338.05/MKNm（2）土压力计算土压力按台背竖直，0，填土内摩擦角35，则台背与填土之间的外摩擦角17.52计算，台后填土水平0。①台后填土表面无汽车荷载时土压力计算台后填土自重引起的主动土压力计算式为：2412aaEBH已知：台后及溜坡填土的重度34/18mKN，B为桥台宽度取7.7m，H为自基底至填土表面的距离，等于10.0m；a为主动土压力系数。22222cos()sin()sin()coscos()1cos()cos()cos350.247sin52.5sin35cos17.51cos17.5a20.517.00107.70.2471616.62()aEKN其水平向分力：0cos()1616.62cos17.51541.80()axaEEKN离基础底面的距离：)(33.3310mey对基底形心轴的力矩：1541.803.335134.19()axaxyMEeKNm其竖直向分力：0sin()1616.62sin17.5486.13()ayaEEKN作用点离基础形心轴的距离：)(75.14.015.2mex对基底形心轴的力矩：486.131.75850.72()ayMKNm②台后填土表面有汽车荷载时由汽车荷载换算的等代均布土层厚度：0GhBl式中：0l——破坏棱体长度，当台背竖直时，0tanlH，mH10。由tantan(cottan)(tantan)0.583其中52.5，得：)(83.5583.0100ml在破坏棱体长度范围内只能放一列汽车，因是双车道，故kNG56028025600..734()7.75.8317hm台背在填土连同破坏棱体上车辆荷载作用下引起的土压力：11(2)1710(20..73410)7.70.2471853.93()22aaEHhHBkN其水平向分力：0cos()1853.93cos17.51768.12()axaEEkN作用点离基础底面的距离：1`101030.7343.55()31020.734yem对基底形心轴的力矩：1768.123.556276.83(/)axMkNm其竖直向分力：0sin()1853.93sin17.5557.49()ayaEEkN作用点离基础形心轴的距离：)(75.14.015.2mex对基底形心轴的力矩：557.491.75975.61()ayMkNm③台前溜坡填土自重对桥台前侧面上的主动土压力计算时，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，33.69，则基础边缘至坡面的垂直距离为,13.65.18.510mH，若取35（土与土之间的摩擦角），主动土压力系数：22222cos()sin()sin()coscos()1cos()cos()cos350.180sin70sin68.69cos351cos35cos33.69a221117.006.137.70.18442.69()22aaEHBkN其水平向分力：0cos()442.69cos35422.20()axaEEkN离基础底面的距离：)(04.2313.6mey对基底形心轴的力矩：422.202.04861.29()exMkNm其竖直向分力：0sin()442.69sin17.5133.12()ayaEEkN作用点离基础形心轴的距离：,2.15()xem对基底形心轴的力矩：133.122.15286.21()eyMkNm（3）支座活载反力计算支座反力计算考虑如下两种情况。①台后无荷载，桥上有汽车及人群荷载Ⅰ）汽车及人群荷载反力：桥跨上的汽车荷载如图所示，反力影响线的纵距分别为：图1.3121.00.0hh1178.810.519.67.8752511.95()RxkN人群荷载支座反力：11(19.6132)58.8()2RkN支座反力作用点距离基底形心轴的距离：12.151.40.75()rem对基底形心轴的力矩：1515.950.75383.96(/)RMkNm,1RM58.80.75=44.10(/)kNmⅡ）汽车荷载制动力由汽车荷载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Ⅱ级不得小于90KN，依照上面的规定分别为：1(7.87519.6178.8)0.133.32()90HkNKN因此简支梁板式橡胶支座的汽车荷载产生的制动力为0.330090()HkN②台后桥上均有荷载，车辆荷载在台后A.汽车及人群荷载反力：由于支座作用点在基底形心轴的右侧，为了在活载作用下得到最大的逆时针方向力矩，因此将重车后轴贴桥台后侧的边缘，以使桥跨上活载所产生的顺时针力矩最小，其荷载布置如图1.3所示，则支座反力为：1(178.810.5119.67.975)2511.95()RkN人群荷载支座反力：120.519.61358.8RKN对基底形心轴的力矩：1511.950.75383.96/RMkNmB.汽车荷载制动力：根据上面分析，按一辆重车的30%计算：10.2090.0027HkN（4）支座摩阻力计算取摆动支座摩擦系数0.05f，则支座摩阻力：848.050.0542.40FPfkN对基底形心轴的弯矩：42.408.7368.88/FMkNm（方向按荷载组合需要确定）对实体式埋置式桥台不计汽车荷载的冲击力，同时从以上对制动力和支座摩阻力的计算结果表明，支座摩阻力大于制动力。因此，在以后的组合中，以支座摩阻力作为控制设计。（5）荷载组合根据实际可能出现的荷载情况，可分为桥上有活载，台后无汽车荷载；桥上无活载，台后有汽车荷载；桥上无活载，台后无活载，桥上有活载，台后也有汽车荷载，同时还应对施工期间桥台仅受台身自重及土压力作用的情况进行验算。现将上述组合分别计算如下。1桥上有活载，台后无汽车荷载（1）恒载+桥上活载及台前、台后土压力+支座摩阻力。2桥上有活载，台后也有汽车荷载（1）恒载+桥上活载+桥前土压力及台后有汽车荷载作用时的土压力+支座摩阻力。3桥上无活载，台后无活载（1）恒载+台前土压力+台后土压力4桥上无活载，台后也有汽车荷载恒载、台前土压力及台后有车辆荷载作用时的土压力。5无上部构造时桥台及基础自重+台前土压力+台后土压力。各种荷载组合表见表1.3。对地基承载力验算，以荷载组合（3）中的主要组合验算。稳定性验算时，倾覆和滑动分别以组合（3）中的附加组合和组合（4）为最不利，因此应分情况予以验算。荷载组合计算表1.3工况1234水平力()kN1312153812701496竖直力()kN7841791274247495弯矩()kNm-2426-3444-2370-33884地基承载力验算（1）台前、台后填土对基底产生的附加应力计算因台后填土较高，由填土自重在基底下地基土中所产生的附加应力：iiih台后填土高度（从原地面起算）h=8m。当基础埋置深度为2.0m时，取基础后边缘附加应力系数1=0.46，基础前边缘的附加应力系数1=0.069。则后边缘处：1'0.4617.00862.56KPa前边缘处：1'0.06917.0089.38KPa此处，计算台前溜坡椎体对基础前边缘地面处引起的附加应力时，填土高度可近似取基础边缘作垂线与坡面交点的距离（h=4.13），并取系数25.02，则2''0.25174.1317.55KPa因此，基础前边缘总的竖向附加应力：212''''9.3817.5526.93KPa（2）基底压应力计算建成后使用时，由于工况2作用下产生的竖向应力最大，所以以工况2来控制设计。此时基底压应力为maxmin2318.027912.1934444120.17{170.684.39.39.34.36KPaPMKPaAW考虑台前、台后填土产生附加应力后的总应力：台前：max318.0226.93344.95KPa台后