11基礎(chǔ)工程課程設(shè)計(jì).docxVIP

第一部分 設(shè)計(jì)任務(wù)書1. 設(shè)計(jì)資料：（1） 線路：級鐵路干線，雙線、直線、坡度4、線間距4.0m。（2） 橋跨：無砟橋面，單箱單室預(yù)應(yīng)力混凝土梁，計(jì)算跨度L0=40.0m，梁全長L=40.6m，梁端縫0.1m。軌底至梁底3.36m，梁底至墊石頂0.5m，梁底至支座鉸中心0.09m，一孔梁總重3100kN。（3） 地址及地下水位情況：標(biāo) 高/m地質(zhì)情況厚度/m標(biāo) 高/m地質(zhì)情況厚度/m16.516.2耕 地0.3-24.4-30.9粗砂(中密)6.516.211.3軟塑砂粘土4.9-30.9-40.5中砂(中密)9.611.33.2粉 砂8.1-40.5-45.6礫砂(中密)5.13.22.4淤泥質(zhì)砂粘土(松軟)0.8-45.6-58.7硬塑粘土13.12.4-24.4細(xì)砂(中密)26.8土層平均重度，土層平均內(nèi)摩擦角地下水位標(biāo)高：+15.00m。（4） 成孔機(jī)具：、旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)。（5） 標(biāo)高：軌底+29.88m，墩底+16.80m。（6） 風(fēng)力：（橋上有車）。（7） 橋墩尺寸：如圖1所示(尺寸：cm、標(biāo)高：m)。2. 設(shè)計(jì)荷載：（1） 承臺底外力合計(jì)：雙線、縱向、二孔重載：，；雙線、縱向、一孔重載：，；（2） 墩頂外力：雙線、縱向、一孔重載：，。 說明：如因布樁需要加大承臺尺寸時(shí)，增加部分自重應(yīng)計(jì)入。圖1 橋墩尺寸示意圖3. 設(shè)計(jì)要求：（1） 確定樁的材料、樁長、樁數(shù)及樁的排列。（2） 檢算下列項(xiàng)目： 單樁承載力檢算 （雙線、縱向、二孔重載）群樁承載力檢算 （雙線、縱向、二孔重載）墩頂位移檢算 （雙線、縱向、一孔重載）樁身截面配筋計(jì)算 （雙線、縱向、一孔重載）樁在土面處位移計(jì)算 （雙線、縱向、一孔重載）（3） 設(shè)計(jì)成果設(shè)計(jì)說明書、計(jì)算書設(shè)計(jì)圖紙（2號圖，鉛筆圖）（4） 設(shè)計(jì)提高部分Fortran程序電算檢算。第二部分 設(shè)計(jì)說明一設(shè)計(jì)依據(jù)規(guī)范1.鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范TB1002.5-20052.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010-20023. 鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范TB1002.3-99二設(shè)計(jì)方案線路為雙線、直線、坡度4、線間距4.0m，無砟橋面。計(jì)算跨度L0=40.0m，采用樁基礎(chǔ)，承臺下設(shè)八根樁，設(shè)計(jì)直徑為1.20m，成孔直徑為1.25m。鉆孔灌注樁，旋轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)頭，樁身采用C30混凝土，樁長42m，粗砂層為持力層，樁底標(biāo)高-28.7m。地基容許承載力，單樁容許承載力，主力加附力P乘以1.2的放大系數(shù)。 樁頂和承臺連接為主筋伸入式，樁頂伸入承臺0.1m。樁身對稱布置18根的光圓鋼筋，鋼筋總長為16m，伸入承臺0.9m。箍筋用，且沿鋼筋籠方向，每隔2m設(shè)一道骨架鋼筋和架立鋼筋，均為的一級鋼。第三部分 樁基計(jì)算一樁基試算1.樁身采用C30混凝土。2.設(shè)計(jì)樁徑d=1.20m，成孔樁徑為d；=1.25m，鉆孔灌注樁，旋轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)頭。3.畫出土層分布圖，選用粗砂層為持力層，樁端進(jìn)入持力層的臨界深度為1.5d=1.8m，即樁端進(jìn)入持力層要大于1.8m，從承臺底面到細(xì)沙層底部深度為37.7m，則取樁長l=41m。樁底標(biāo)高-27.7m，進(jìn)入持力層3.3m。4.估算樁數(shù)（按雙孔重載估算）估算公式：，故由鐵路橋規(guī)TB1002.5-2005表4.1.2-3得，地基的基本承載力,取密實(shí)粗砂，由表4.1.3得：（密實(shí)粗砂）。水位標(biāo)高+15.0m，樁頂標(biāo)高為+13.3m，故樁側(cè)土容重均取浮容重，。由此算出折減系數(shù)各土層的極限承載摩阻力：土層軟塑砂粘土452.0粉砂438.1淤泥質(zhì)砂粘土300.8細(xì)沙6026.8粗砂803.3由此算出單樁的軸向受壓容許承載力：取，則估算樁數(shù)：，取。5.樁在承臺底面的布置查鐵路橋規(guī)，當(dāng)時(shí)，最外一排樁至承臺底板邊緣的凈距不得小于0.3d（設(shè)計(jì)樁徑）且不得小于0.5m，且鉆孔灌注摩擦樁中心距不應(yīng)小于2.5成孔樁徑，滿足樁間距和和承臺邊到樁凈距的前提下得到樁在承臺底面的布置情況，如下圖（單位：cm）：二承臺底面形心處位移計(jì)算1.設(shè)計(jì)荷載雙線、縱向、二孔重載：，雙線、縱向、一孔重載： ，；2.計(jì)算（1）樁的計(jì)算寬度其中，樁為圓形且d 1m. 所以 ,，其中（2）計(jì)算基礎(chǔ)變形系數(shù) ，C30混凝土有假定樁為彈性樁，則其計(jì)算深度：，深度內(nèi)存在兩層不同的土，則m的換算公式為：其中，則。 而，故假設(shè)成立，樁為彈性樁。 3.計(jì)算單樁樁頂剛度其中，故，。又故由此算得。又，查表有故 1 .334 1398627.00 103440.80 286884.60 1293083.00 4.計(jì)算承臺剛性系數(shù)對于低承臺樁基，承臺完全處于軟塑砂粘土中，因此，承臺的計(jì)算寬度為：，故 1 1264774.256195 .000000 -1828678.626725 2 .000000 11189018.000000 .000000 3 -1828678.626725 .000000 35592827.1666135.計(jì)算承臺底面形心處的位移a，b，樁基為豎直樁基，樁群對稱布置，則有：由上式得承臺形心位移：由上式可計(jì)算得：（1）荷載情況1：雙線、縱向、二孔重載：， 1.44 1.61 .4864E-03（2）荷載情況2：雙線、縱向、一孔重載：，三墩身彈性變形引起托盤底面水平位移與轉(zhuǎn)角計(jì)算假定墩帽、托盤和基礎(chǔ)部分產(chǎn)生剛性轉(zhuǎn)動，將墩身分為四個(gè)部分，分別計(jì)算它們所受的風(fēng)荷載,橋上有車時(shí)的風(fēng)壓強(qiáng)度W=800Pa，縱向水平風(fēng)力等于風(fēng)荷載強(qiáng)度乘以迎風(fēng)面積,分別計(jì)算出四部分及墩帽和托盤的面積長及中線長，然后計(jì)算出各個(gè)截面的彎矩，再求和即可得到墩底所受的總彎矩。1.和縱向風(fēng)力引起的彎矩： 墩帽所受風(fēng)力：托盤所受風(fēng)力：墩身風(fēng)力： 風(fēng)力合力作用點(diǎn)位置距長邊的距離為y，梯形形心軸距長邊的距離公式為：，其中a為長邊，b為短邊，h為梯形高計(jì)算得： 將墩身分成四段，如下圖，利用幾何關(guān)系分別求出側(cè)面邊長及中線長。風(fēng)力及截面彎矩值計(jì)算表對各截面彎矩M（KNm）水平力(KN)托盤頂0托盤底1234墩底5墩頂水平力1094.02461.63947.65433.76919.88405.9墩帽風(fēng)力5.820.235.851.567.182.8托盤風(fēng)力7.923.739.455.170.9墩身風(fēng)力0.93.410.217.023.83.410.217.01.410.234墩頂彎矩(KNM)541054105410541054105410總計(jì)(KNM)6509.87850.49408.310927.912454.713978.12.墩頂水平位移計(jì)算1-2段8629.41.630.8153.831.011 E+081.39 E-041.13 E-042-3段10168.11.632.4454.121.088 E+081.52 E-043.72 E-043-4段11691.31.634.0754.421.167 E+081.63 E-046.64 E-044-5段13216.41.635.7055.021.325 E+081.63 E-049.30 E-04總計(jì)6.17 E-042.079 E-03注：墩帽托盤 C40：，墩身 C35：表中，：分段高度，：分段中線到墩頂鉸支座距離，第四部分 樁基檢算1.單樁承載力計(jì)算（按雙孔重載計(jì)算）則樁頂內(nèi)力：樁身C30混凝土容重，土平均重度因全樁在水位標(biāo)高以下，故樁自重：樁入土部分同體積土重：則 其中，故單樁軸向受壓承載力滿足要求。2.群樁承載力檢算（按雙孔重載計(jì)算）將樁群看作一個(gè)實(shí)體基礎(chǔ)，則實(shí)體基礎(chǔ)為一臺體，臺體底面由于內(nèi)摩擦角，較頂面放大，底面尺寸如圖：樁自重：樁側(cè)土重承臺側(cè)面土重： 故群樁軸向受壓承載力滿足要求。 3.結(jié)構(gòu)在土面處的位移（按一孔重載）在橋規(guī)中查m、m0時(shí)，只適用于結(jié)構(gòu)在地面處的最大位移為6mm，若超過6mm就不能采用“m”法進(jìn)行計(jì)算，故需要對樁在土面處的位移進(jìn)行檢算。承臺底埋于土中深度：可以用m法直接查表計(jì)算。4.墩頂水平位移檢算（按一孔重載）墩高：，托盤與墩帽高度。一孔重載下，則墩頂位移故墩頂水平位移滿足要求。第五部分 樁身配筋設(shè)計(jì)（一孔重載）1.樁身彎矩計(jì)算，故任意深度z處樁身截面彎矩：，計(jì)算列表如下：ZZAMBM167.18AM-301.31BMMZ(kNm)0.00.000.001.000.00-301.307-301.3070.10.2450.1001.00016.718-301.307-284.5890.20.4900.1970.99832.934-300.704-267.7700.30.7350.2900.99448.482-299.499-251.0170.40.9800.3770.98663.027-297.089-234.0620.51.2250.4580.97576.568-293.774-217.2060.61.4700.5290.95988.438-288.953-200.5150.71.7160.5920.93898.971-282.626-183.6550.81.9610.6460.913107.998-275.093-167.0950.92.2060.6860.884114.685-266.355-151.6701.02.4510.7230.851120.871-256.412-135.5411.12.6960.7470.814124.883-245.264-120.3811.22.9410.7620.774127.391-233.212-105.8211.33.1860.7680.732128.394-220.557-92.1631.43.4310.7650.687127.893-206.998-79.1051.53.6760.7550.641126.221-193.138-66.9171.63.9220.7370.594123.212-178.976-55.7641.74.1670.7140.546119.367-164.514-45.1471.84.4120.6850.499114.518-150.352-35.8341.94.6570.6510.452108.834-136.191-27.3572.04.9020.6140.407102.648-122.632-19.9842.25.3920.5320.32089.940-96.418-6.4782.45.8820.4430.24374.061-73.2180.8432.66.3730.3550.17559.349-52.7296.6202.86.8630.2700.12045.139-36.1578.9823.07.3530.1930.07632.266-22.8999.3673.58.5780.0510.0148.526-4.2184.3084.09.8040.0000.0000.0000.0000由表知：，分布圖如圖：2.偏心距計(jì)算初始偏心距：偏心距放大系數(shù)：其中，影響系數(shù)計(jì)算長度：，（為變形系數(shù)）主力+附加力，所以；C30混凝土，。則3.配筋計(jì)算根據(jù)灌注樁構(gòu)造要求，橋梁樁基主筋宜采用光圓鋼筋，主筋直徑不宜小于16mm，凈距不宜小于120mm，且任一情況下不得小于80mm，主筋凈保護(hù)層不應(yīng)小于60mm。在滿足最小間距的情況下，盡可能采用單筋、小直徑的鋼筋，以提高樁的抗裂性，所以主筋采用I級鋼筋。樁身混凝土為C30，根據(jù)橋規(guī)規(guī)定，取=0.5%,則選用的級鋼筋，取凈保護(hù)層厚度，采用對稱配筋，則主筋凈距為：，符合要求。樁與承臺的聯(lián)結(jié)方式為主筋伸入式，樁身伸入承臺板0.1m，主筋伸入承臺的長度（算至彎鉤切點(diǎn)）對于光圓鋼筋不得不小于45倍主筋直徑（即900mm），主筋應(yīng)配到4/處以下2m處（約為13.31m）,取其長度為15m，則主筋總長為16m。箍筋采用，為增加鋼筋籠剛度，順鋼筋籠長度每隔2m加一道的骨架鋼筋。順鋼筋籠長度每隔2m在四個(gè)節(jié)點(diǎn)處加四個(gè)定位鋼筋，直徑為。樁身截面配筋如設(shè)計(jì)圖紙。4.判斷大小偏心取n=15（橋跨結(jié)構(gòu)及帽頂）換算截面面積：換算截面慣性矩：核心距：故屬小偏心構(gòu)件5.應(yīng)力檢算小偏心構(gòu)件，全截面受壓，則 故鋼筋與混凝土應(yīng)力均滿足要求。6.穩(wěn)定性檢算樁計(jì)算長度，查混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理表11-4得，查表11-3得m=16.8 故穩(wěn)定性滿足要求。7.抗裂性檢算因?yàn)槭切∑氖軌?，故全截面均受到壓力，不需進(jìn)行抗裂性檢算。第五部分 材料表（單根樁）1.鋼筋鋼筋類別直徑/mm根數(shù)單根長/m單重kg/m總長/m總重/kg受力縱筋2216162.98256762.88環(huán)向箍筋8803.550.395284112.18骨架鋼筋1886.31250.48100.96定位鋼筋18320.424213.5727.136總計(jì)604.051003.162.混凝土等級直徑m長m體積單樁C301.24146.37第六部分 電算1.輸入文件如下所示： 2 5 20 0.5 1.8 320000007000 27 2.07000 27 8.15000 27 0.815000 27 26.825000 27 4.34 1.2 1.2 0 42 0 -1.54 1.2 1.2 0 42 0 1.53.2 11.2936 18061.8 14674.37936 18061.8 14674.37936 20442.5 12610.72.輸出文件如下所示： * * 第 一 部 分 原 始 數(shù) 據(jù) * * 樁類型組數(shù) 土層數(shù) 作用力H方向上一排樁的樁數(shù) 2 5 2 樁端嵌固類型 MD=.0 樁傳力類型系數(shù) XS= .5000 最小樁間凈距 LS= 1.80(米) 樁材砼彈性模量 E= .3200E+08(kN/m2)地基比例系數(shù)(kN/m4) 內(nèi)摩擦角(度) 第I土層的厚度(米) 7000. 27.0 2.00 7000. 27.0 8.10 5000. 27.0 .80 15000. 27.0 26.80 25000. 27.0 4.30 I IT D DB LO LI AH X 1 4 1.200 1.200 .000 42.000 .0000 -1.5000 2 4 1.200 1.200 .000 42.000 .0000 1.5000 承臺埋入地面或局部沖刷線以下的深度： 3.2 承 臺 的 實(shí) 際 寬 度 ： 11.2 荷載類型I 水平力H(kN) 軸向力N(kN) 彎矩M(kN.m) 1 936.0 18061.8 14674.4 2 936.0 18061.8 14674.4 3 936.0 20442.5 12610.7 * * 第 二 部 分 計(jì) 算 結(jié) 果 * * 基礎(chǔ)的變形系數(shù)a及樁頂剛度系數(shù)I AF LO1 LO2 LO3 LO4 1 .334 1398627.00 103440.80 286884.60 1293083.00 2 .334 1398627.00 103440.80 286884.60 1293083.00 承 臺 剛 度 矩 陣 I K1 K2 K3 1 1264774.256195 .000000 -1828678.626725 2 .000000 11189018.000000 .000000 3 -1828678.626725 .000000 35592827.166613 * 荷載類型NP= 1 (單孔輕載) * 承 臺 位 移 水平位移(毫米) 豎向位移(毫米) 轉(zhuǎn)角(rad) 1.44 1.61 .4864E-03 I= 1 第 1 根樁的樁頂位移 J A1(J) A2(J) P2(J) 1 1.44 1.44 9.751359 2 .88 .88 1237.198657 3 .49 .49 214.927087 第 1 根 樁 樁 身 內(nèi) 力 J H(m) My(kN.m) Qy(kN) dy(kN/m) 1 .60 220.261 7.311 7.572 2 1.20 222.976 1.322 11.951 3 1.80 221.484 -6.482 13.732 4 2.39 215.129 -14.723 13.508 5 2.99 203.974 -22.370 11.841 6 3.59 188.602 -28.718 9.247 7 4.19 169.929 -33.349 6.176 8 4.79 149.044 -36.093 2.999 9 5.39 127.079 -36.978 .004 10 5.99 105.101 -36.176 -2.605 11 6.59 84.041 -33.960 -4.704 12 7.18 64.651 -30.656 -6.236 13 7.78 47.479 -26.607 -7.199 14 8.38 32.872 -22.141 -7.634 15 8.98 20.988 -17.557 -7.610 16 9.58 11.821 -13.104 -7.206 17 10.18 5.229 -8.987 -6.505 18 10.78 .962 -5.358 -5.583 19 11.38 -1.309 -2.334 -4.496 20 11.97 -1.971 .000 -3.283 I= 2 第 2 根樁的樁頂位移 J A1(J) A2(J) P2(J) 1 1.44 1.44 9.751359 2 2.34 2.34 3278.251343 3 .49 .49 214.927087 第 2 根 樁 樁 身 內(nèi) 力 J H(m) My(kN.m) Qy(kN) dy(kN/m) 1 .60 220.261 7.311 7.572 2 1.20 222.976 1.322 11.951 3 1.80 221.484 -6.482 13.732 4 2.39 215.129 -14.723 13.508 5 2.99 203.974 -22.370 11.841 6 3.59 188.602 -28.718 9.247 7 4.19 169.929 -33.349 6.176 8 4.79 149.044 -36.093 2.999 9 5.39 127.079 -36.978 .004 10 5.99 105.101 -36.176 -2.605 11 6.59 84.041 -33.960 -4.704 12 7.18 64.651 -30.656 -6.236 13 7.78 47.479 -26.607 -7.199 14 8.38 32.872 -22.141 -7.634 15 8.98 20.988 -17.557 -7.610 16 9.58 11.821 -13.104 -7.206 17 10.18 5.229 -8.987 -6.505 18 10.78 .962 -5.358 -5.583 19 11.38 -1.309 -2.334 -4.496 20 11.97 -1.971 .000 -3.283 * 荷載類型NP= 2 (單孔重載) * 承 臺 位 移 水平位移(毫米) 豎向位移(毫米) 轉(zhuǎn)角(rad) 1.44 1.61 .4864E-03 I= 1 第 1 根樁的樁頂位移 J A1(J) A2(J) P2(J) 1 1.44 1.44 9.751359 2 .88 .88 1237.198657 3 .49 .49 214.927087 第 1 根 樁 樁 身 內(nèi) 力 J H(m) My(kN.m) Qy(kN) dy(kN/m) 1 .60 220.261 7.311 7.572 2 1.20 222.976 1.322 11.951 3 1.80 221.484 -6.482 13.732 4 2.39 215.129 -14.723 13.508 5 2.99 203.974 -22.370 11.841 6 3.59 188.602 -28.718 9.247 7 4.19 169.929 -33.349 6.176 8 4.79 149.044 -36.093 2.999 9 5.39 127.079 -36.978 .004 10 5.99 105.101 -36.176 -2.605 11 6.59 84.041 -33.960 -4.704 12 7.18 64.651 -30.656 -6.236 13 7.78 47.479 -26.607 -7.199 14 8.38 32.872 -22.141 -7.634 15 8.98 20.988 -17.557 -7.610 16 9.58 11.821 -13.104 -7.206 17 10.18 5.229 -8.987 -6.505 18 10.78 .962 -5.358 -5.583 19 11.38 -1.309 -2.334 -4.496 20 11.97 -1.971 .000 -3.283 I= 2 第 2 根樁的樁頂位移 J A1(J) A2(J) P2(J) 1 1.44 1.44 9