基礎(chǔ)工程課程設(shè)計(jì)

1、基 礎(chǔ) 工 程課程設(shè)計(jì)計(jì)算書目錄基 礎(chǔ) 工 程1課程設(shè)計(jì)計(jì)算書1一、設(shè)計(jì)資料31構(gòu)造情況32設(shè)計(jì)荷載33. 主要材料34計(jì)算方法45其他參數(shù)46地質(zhì)情況47. 根據(jù)分組數(shù)據(jù)總表填寫以下個(gè)人數(shù)據(jù)：5二、計(jì)算說明51.擬定結(jié)構(gòu)尺寸：橋墩、承臺(tái)等尺寸：52.確定承臺(tái)底面中心處的計(jì)算荷載N、M、H：63.樁長的計(jì)算：74.樁身彎矩與建立計(jì)算:85.單樁軸向承載力驗(yàn)算106.驗(yàn)算最大沖刷線處樁側(cè)水平位移量107.樁身截面配筋及強(qiáng)度驗(yàn)算128.樁頂水平位移的計(jì)算149.群樁基礎(chǔ)承載力的計(jì)算15 10.單樁樁底最大、最小壓應(yīng)力的驗(yàn)算 11.基礎(chǔ)沉降的計(jì)算三、設(shè)計(jì)依據(jù)及參考書一、設(shè)計(jì)資料1構(gòu)造情況 上部結(jié)構(gòu)為

2、預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁橋，橋面寬度(凈-10m+2×1.5m)，為單向雙車道行駛。每個(gè)墩上縱向設(shè)兩排支座，一排固定，一排滑動(dòng)。下部結(jié)構(gòu)為樁柱式橋墩和鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。各位同學(xué)具體設(shè)計(jì)梁的情況按下式計(jì)算： 梁的標(biāo)準(zhǔn)跨徑（m）為：9.527×0.523m； 梁體（橫向包括五片梁）自重N：（10027×2）×233452kN； 蓋梁自重：705kN； 墩柱高度：4m； 墩柱自重：307.8kN； 承臺(tái)平面形狀：矩形； 樁徑：擬定為1m； 蓋梁高度：對于中小跨徑橋梁，不宜小于40cm,現(xiàn)取蓋梁高為40cm。2設(shè)計(jì)荷載 汽車荷載公路I級、或汽車荷載公路II級，荷載安排見

3、表1。表1土木2014級設(shè)計(jì)荷載一覽表班級編號設(shè)計(jì)荷載人群荷載kPa設(shè)計(jì)安全等級一班公路I級2.5一級3. 主要材料 混凝土：承臺(tái)與樁基采用C30混凝土； 鋼筋：主筋鋼筋采用HRB400，箍筋采用HRB335。 以上材料設(shè)計(jì)參數(shù)按公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范JTG D62-2004規(guī)定取值。4計(jì)算方法承臺(tái)以上構(gòu)件按極限狀態(tài)進(jìn)行荷載效應(yīng)組合，按公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范JTG D60-2004 進(jìn)行。樁基礎(chǔ)內(nèi)力分析和驗(yàn)算，按公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范JTG D63-2007進(jìn)行。樁基礎(chǔ)配筋設(shè)計(jì)按公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范JTG D62-2004進(jìn)行。5其他參數(shù)汽車荷載沖擊系數(shù)

4、：（應(yīng)計(jì)算基頻后確定，本課程設(shè)計(jì)簡化粗略取值：單跨布載為1.15，雙孔布載為1.0）；支座中心至蓋梁頂面的高度為0.1m。 注：設(shè)計(jì)時(shí)不考慮流水壓力、風(fēng)力等計(jì)算；由于承臺(tái)和樁基礎(chǔ)在橫橋向的剛度較大，設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)不進(jìn)行基礎(chǔ)橫橋向受力分析，僅考慮縱橋向彎矩及水平力作用下的結(jié)構(gòu)分析。6. 地質(zhì)情況 常水位在墩底以上0.5m，一般沖刷線位于墩底處，最大沖刷線在一般沖刷線下2.5m 處。一般沖刷線以下的土層分布情況如下：表2 工程地質(zhì)條件I（適用于在班編號為3n的同學(xué)）序號名稱層厚土層描述天然重度比例系數(shù)m推薦容許承載力極限摩阻力i1亞粘土2.0m黃色，可塑17.3 kN/m311 MN/m4170kPa

5、40kPa2粘土5.2m灰色，可塑18.2kN/m317 MN/m4180kPa50kPa3細(xì)砂4.3m灰色，中密18.5kN/m316 MN/m4220kPa45kPa4礫石>50m黃色，密實(shí)19.5kN/m3100 MN/m4420kPa95kPa7. 根據(jù)分組數(shù)據(jù)總表填寫以下個(gè)人數(shù)據(jù)： 在班編號跨徑設(shè)計(jì)荷載橋墩高度地質(zhì)條件（填代碼）2723m公路I級4mI樁徑承臺(tái)形狀樁基礎(chǔ)類型人群荷載設(shè)計(jì)安全等級1m矩形摩擦樁2.5Kpa一級2、 計(jì)算說明1. 擬定結(jié)構(gòu)尺寸：橋墩、承臺(tái)等尺寸：（1） 確定承臺(tái)尺寸: 擬定樁徑d=1m，樁數(shù)n=4； 鉆孔樁中距不應(yīng)小于樁徑的2.5倍； 邊樁外側(cè)與承臺(tái)

6、邊緣的距離，對于直徑小于等于1.0m的樁，不應(yīng)小于0.5倍的樁徑（或邊長）并不應(yīng)小于250mm;對于直徑大于1.0m的樁，不應(yīng)小于0.3倍的樁徑（或邊長）并不應(yīng)小于500mm； 承臺(tái)的厚度宜為樁直徑的1.0倍及以上，且不宜小于1.5m，混凝土強(qiáng)度等級不應(yīng)低于C25。則有：承臺(tái)邊長最短=2.5d+0.5d×2+0.5d×2=4.5m現(xiàn)取承臺(tái)邊距=0.75d，則邊長=2.5d+0.5d×2+0.75d×2=5.0m厚度=2.0m，則承臺(tái)尺寸為6m×6m×2m承臺(tái)重量=V=25kN/m³×6m×6m×

7、2m=1800kN（2） 確定橋墩尺寸：已知橋墩高度=4m，橋墩自重=307.8kN現(xiàn)擬采用矩形橋墩，則橋墩面積=307.8kN÷4m÷25kN/m³=3.0782. 確定承臺(tái)底面中心處的計(jì)算荷載N、M、H：（1） 永久作用引起的豎向力的計(jì)算：（2） 可變作用引起的豎向力（汽車及人群荷載反力）、力矩和水平力的計(jì)算：汽車及人群荷載反力：公路橋涵通用設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，橋梁結(jié)構(gòu)的整體計(jì)算采用車道荷載。公路級車道荷載：均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值為：qk=10.5kN/m³；集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值為：Pk=2（L+130）=2（23+130）=306kN；支座反力為：R1=（306+23

8、×10.5）×2=1095kN（按兩車道數(shù)計(jì)算，不予折減）人群荷載支座反力：R1=2.5×1.5×2×23=172.5kN汽車荷載制動(dòng)力： 由汽車荷載產(chǎn)生的制動(dòng)力按車道荷載標(biāo)準(zhǔn)值在加載長度上計(jì)算的總重力的10%計(jì)算，但公路級汽車制動(dòng)力不小于165kN。H1=（306+23×10.5）×10%=54.75kN165kN，故H1=165kN 因此簡支梁板式橡膠支座的汽車荷載產(chǎn)生的制動(dòng)力為：H=0.3×2H1=0.3×2×165=99kN由制動(dòng)力產(chǎn)生的彎矩：M=H×（0.4+0.1+4+2）

9、=99×7.6=643.5kNm（3） 承臺(tái)底面中心的作用效應(yīng)組合：N、M、H。承臺(tái)上部中心M=643.5kNmH=99kN3. 樁長的計(jì)算：假設(shè)樁進(jìn)入持力層x mRa=uqikli+Apm0fa0+k22(h-3)u=d=3.14m；qikli=50×4.7+45×4.3+95x =1204+95xAp=（×d）2=0.785 fa0=420Kpa 查表得：=0.7 m0=0.8 k2=6Ra=uqikli+Apm0fa0+k22(h-3) =174.2x+1043=9825.5/4 + 11.8×0.5 +5.3×4.7+4.3&

10、#215;5.1+4.3x=2532.7+4.3x令Ra=Nh代入數(shù)據(jù)得：x=8.7m現(xiàn)取x=9.5m，代入原式得：RaNh則樁長為19m4. 樁身彎矩與建立計(jì)算:確定樁的計(jì)算寬度b1 b1=kkf（d+1）L1=1.5m h1=3（d+1）=3×2=6m kf=0.9L1h1 則k=b2+（1-b2）/0.6×L1/h1 ；b2=0.6； 代入數(shù)據(jù)得：k=0.9991則b1=1×0.9×（1+1）=1.8m計(jì)算樁的變形系數(shù) =其中：=0.05m4由工程地質(zhì)條件可得:m=17MN/m4=17000kN/m4 樁基采用C30混凝土，可知：Ec=3×

11、;104MPa E=0.8Ec 樁的換算深度=h=0.482×18.5m2.5m，所以按彈性樁計(jì)算樁頂剛度系數(shù)pp、HH、MH、MM pp=（）-1其中：=、l0=0.5m、h=18.5m、A0=（×d）2=0.785 m0為持力層的比例系數(shù)，m0=100MN/m4=100000kN/m4 C0=m0h=100000×18.5=1850000kN/m3故取A0=12.6m已知：=h=0.482×18.5=8.917m4m，取用4 =0.482×0.5=0.241查附表17、附表18、附表19得：XQ=0.85574、XM=0.88762、M=1

12、.42496得：HH=3EIXQ=0.0958EI MH=2EIXM=0.2062EIMM=EIM=0.6868EI計(jì)算承臺(tái)底面原點(diǎn)0處位移a0、c0、0 代入原式: 計(jì)算作用在每根樁頂上作用力Pi、Qi、Mi豎向力 水平力Qi=HHa0-HM0 彎矩Mi=MM0-HMa0 校核: nQi=4×24.75=99kN=H=99kN 計(jì)算局部沖刷線處樁身作用力P0、Q0、M0 M0=Mi+Qil0=-45+24.75×0.5=-32.63KNM Q0=24.75kN P0=2559.3+0.785×0.5×15=2565.19kN計(jì)算局部沖刷線以下深度Z處樁

13、截面的彎矩MZ 計(jì)算表4-16zZAmBmQo*Am/Mo*BmMz00010-32.63-32.630.20.4149377590.196960.9980610.113896-32.5666978-22.45280180.40.8298755190.377390.9938219.3789765-32.4283466-13.04937010.61.2448132780.529380.9861727.183663-32.1787271-4.99506410.81.6597510370.645610.9132433.1520735-29.79902123.353052312.0746887970.

14、723050.8508937.1286175-27.76454079.36407681.22.4896265560.761830.7741539.1199705-25.260514513.8594561.42.9045643150.764980.6869439.281723-22.414852216.86687081.63.3195020750.737340.5937337.862409-19.373409918.48899911.83.7344398340.684880.4988935.168588-16.278780718.889807324.1493775930.614130.40658

15、31.5355755-13.266705418.26887012.24.5643153530.53160.3202527.29766-10.449757516.84790252.44.9792531120.443340.2426222.765509-7.916690614.84881842.65.3941908710.354580.1754618.207683-5.725259812.48242322.85.8091286310.269960.1197913.862446-3.90874779.953698336.224066390.193050.075959.9131175-2.478248

16、57.4348693.57.2614107880.050810.013542.6090935-0.44181022.167283348.2987551870.000050.000090.0025675-0.0029367-0.0003692 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)=18.66kN·m由計(jì)算可得MMax<-32.63kN·m,則最大彎矩處在局部沖刷線處計(jì)算局部沖刷線以下深度Z 處橫向抗力Pzx 無量綱系數(shù)AX、BX由附表1、附表5分

17、別查得，PZX計(jì)算如表：ZAXBXPZX002.440661.6210000.20.4149377592.117791.290882.80818954-1.086920961.721268580.40.8298755191.802731.000644.78083996-1.685077763.09576220.61.2448132781.502680.749815.97766104-1.894020064.083640980.81.6597510371.22370.537276.4905048-1.809525364.6809794412.0746887970.970410.361196.43

18、38183-1.52060994.91320841.22.4896265560.745880.219085.93422128-1.106792164.827429121.42.9045643150.551750.107935.1213435-0.636139424.485204081.63.3195020750.38810.024224.1169648-0.163145923.953818881.83.7344398340.25386-0.035723.029565240.270686163.300251424.1493775930.14696-0.075721.94868960.637562

19、42.5862522.24.5643153530.06461-0.09940.942401460.92064281.863044262.44.9792531120.00348-0.11030.055373761.11447121.169844962.65.394190871-0.03986-0.11136-0.687106681.218946560.531839882.85.809128631-0.06902-0.10544-1.281287281.24292672-0.0383605636.22406639-0.08741-0.09471-1.73858491.1961873-0.54239

20、763.57.261410788-0.10495-0.05698-2.435364750.8396003-1.5957644548.298755187-0.10758-0.01487-2.85302160.2504108-2.6026108最大彎矩處的豎向力N:N=1.2×（345.2+705+307.8+1800）/4+11.8×0.5+1.4×（172.5+1095）/4=1790.15kN5. 樁身截面配筋及強(qiáng)度驗(yàn)算縱向鋼筋面積 樁內(nèi)豎向鋼筋按配筋率0.2%配置： 樁現(xiàn)選用8根的HRB400級鋼筋： Ag=1608mm2 , fsd=330Mpa樁柱采用C3

21、0混凝土，fcd=13.8Mpa計(jì)算偏心距增大系數(shù)因?yàn)殚L細(xì)比: >12所以應(yīng)采用普通箍筋，根據(jù)規(guī)范要求：對于受壓圓柱，箍筋間距應(yīng)不大于縱向受力鋼筋的15倍或0.8倍的樁徑且不小于400mm，按構(gòu)造要求故取箍筋間距為200mm，則箍筋的采用HRB335,箍筋直徑為8。偏心距增大系數(shù)： h0=r+rs=0.5+0.415=0.915m ; h=2r=1.0m ;所以：計(jì)算截面實(shí)際偏心距e0 根據(jù)公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG D62-2004）求軸向偏心距e0. 其中：r=0.5m，=0.002，g=0.83 .5以下采用試算法列表：ABCD(e0)e0(e0)/e00.982.

22、64240.37172.25610.70610.0726719390.0750.9689591930.972.61580.38652.2290.72510.0762733550.0751.0169780660.962.5890.40112.20120.74460.0799228380.0751.06563784故取=0.97截面承載力復(fù)核： =2.6158×500²×13.8+2.229×0.002×500²×330 =9392.3kN>1790.5kN =0.3865×500³×13.8

23、+0.7251×0.002×0.83×500³13.8=668.8KN·m> 32.63KN·m根據(jù)彎矩分布，樁基的鋼筋骨架宜在樁底，如果考慮分段配筋，在z=1.66截面為界此時(shí)M=3.35KN·m;N=1.2×3452+705+307.4+1800/4+0.5×11.8+1.66×5.3-0.5×50×1.66+1.4×172.5+1095/4=2184.2kN；按均勻材料驗(yàn)算截面應(yīng)力截面面積A=d²/4=0.785m² 截面抵抗距W=d³/32=0.098m³截面未出現(xiàn)拉應(yīng)力且都小于混凝土的抗壓強(qiáng)度，可在z=1.66處切除一部分