20基础工程课程设计

《基础工程》课程设计计算书目录《基础工程》..............................................................................................错误!未定义书签。课程设计计算书................................................................................................错误!未定义书签。一、设计资料....................................................................................................错误!未定义书签。1．构造情况..............................................................................................错误!未定义书签。2．设计荷载..............................................................................................错误!未定义书签。3.主要材料...............................................................................................错误!未定义书签。4．计算方法..............................................................................................错误!未定义书签。5．其他参数..............................................................................................错误!未定义书签。6．地质情况..............................................................................................错误!未定义书签。7.根据分组数据总表填写以下个人数据：...........................................错误!未定义书签。二、计算说明....................................................................................................错误!未定义书签。1.拟定结构尺寸：桥墩、承台等尺寸：.................................................错误!未定义书签。2.确定承台底面中心处的计算荷载N、M、H：...................................错误!未定义书签。3.桩长的计算：.........................................................................................错误!未定义书签。4.桩身弯矩与建立计算:............................................................................错误!未定义书签。5.单桩轴向承载力验算.............................................................................错误!未定义书签。6.验算最大冲刷线处桩侧水平位移量.....................................................错误!未定义书签。7.桩身截面配筋及强度验算.....................................................................错误!未定义书签。8.桩顶水平位移的计算.............................................................................错误!未定义书签。9.群桩基础承载力的计算.........................................................................错误!未定义书签。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预应力混凝土简支梁桥，桥面宽度(净-10m+2×1.5m)，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：9.5＋27×0.5＝23m；梁体（横向包括五片梁）自重N①②③④：（100＋27×2）×23＝3452kN；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》JTGD62-2004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》JTGD60-2004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》JTGD63-2007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》JTGD62-2004进行。5．其他参数汽车荷载冲击系数u1：（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γ比例系数m推荐容许承载力[σ]极限摩阻力τi1亚粘土2.0m黄色，可塑17.3kN/m311MN/m4170kPa40kPa2粘土5.2m灰色，可塑18.2kN/m317MN/m4180kPa50kPa3细砂4.3m灰色，中密18.5kN/m316MN/m4220kPa45kPa4砾石50m黄色，密实19.5kN/m3100MN/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；①钻孔桩中距不应小于桩径的2.5倍；②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；③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+0.5d×2+0.5d×2=4.5m现取承台边距=0.75d，则边长=2.5d+0.5d×2+0.75d×2=5.0m厚度=2.0m，则承台尺寸为6m×6m×2m承台重量=γV=25kN/m³×6m×6m×2m=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=307.8kN÷4m÷25kN/m³=3.078㎡2.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：①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—Ⅰ级车道荷载：均布荷载标准值为：qk=10.5kN/m³；集中荷载标准值为：Pk=2（L+130）=2（23+130）=306kN；支座反力为：R1=（306+23×10.5）×2=1095kN（按两车道数计算，不予折减）人群荷载支座反力：R1’=2.5×1.5×2×23=172.5kN②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—Ⅰ级汽车制动力不小于165kN。H1=（306+23×10.5）×10%=54.75kN＜165kN，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=0.3×2H1=0.3×2×165=99kN③由制动力产生的弯矩：M=H×（0.4+0.1+4+2）=99×7.6=643.5kN▪m（3）承台底面中心的作用效应组合：N、M、H。①承台上部中心M=643.5kN▪mH=99kN3.桩长的计算：假设桩进入持力层xm[Ra]=21u∑qikli+Apm0λ[[fa0]+k2γ2(h-3)]u=πd=3.14m；∑qikli=50×4.7+45×4.3+95x=1204+95xAp=21π（21×d）2=0.785㎡[fa0]=420Kpa查表得：λ=0.7m0=0.8k2=6[Ra]=21u∑qikli+Apm0λ[[fa0]+k2γ2(h-3)]=174.2x+1043=9825.5/4+11.8×0.5+5.3×4.7+4.3×5.1+4.3x=2532.7+4.3x令[Ra]=Nh代入数据得：x=8.7m7132.3kN=）1095＋172.5（×1.4）＋307.8＋3452＋705（×1.2SN9825.5kN=1.1×）G＋NS（Nx94.105.9x99.5x4.3×8.54.7×2.8γ2x)]+(8x+910.4-9.5×6+[420×0.8×0.7×0.785+95x)+(1204×3.14×21=lq∑ql40h，NN现取x=9.5m，代入原式得：[Ra]＞Nh则桩长为19m4.桩身弯矩与建立计算:①确定桩的计算宽度b1b1=kkf（d+1）L1=1.5mh1=3（d+1）=3×2=6mkf=0.9L1＜h1则k=b2+（1-b2）/0.6×L1/h1；b2=0.6；代入数据得：k=0.999≈1则b1=1×0.9×（1+1）=1.8m②计算桩的变形系数αα=其中：Ⅰ==0.05m4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=3×104MPaE=0.8Ec桩的换算深度h=ɑh=0.482×18.5m＞2.5m，所以按弹性桩计算③桩顶刚度系数ρpp、ρHH、ρMH、ρMMρpp=（CoAoAEhlo1）-1其中：ζ=21、l0=0.5m、h=18.5m、A0=21π（21×d）2=0.785㎡m0为持力层的比例系数，m0=100MN/m4=100000kN/m4C0=m0h=100000×18.5=1850000kN/m3故取A0=12.6m已知：h=ɑh=0.482×18.5=8.917m＞4m，取用4=0.48