重力式橋墩剛性擴大基礎(chǔ)課程設(shè)計報告

.PAGE.課程設(shè)計課程名稱基礎(chǔ)工程設(shè)計題目重力式橋墩剛性擴大根底設(shè)計姓名專業(yè)年級學(xué)號指導(dǎo)教師成績?nèi)掌?011年6月26日"根底工程課程設(shè)計"評語指導(dǎo)教師(簽名)：2011年6月30日目錄：一、設(shè)計資料……………………4二、擬定剛性擴大根底尺寸……………………42.1確定根底埋置深度2.2根底的尺寸擬定三、橋墩荷載計算………………53.1上部構(gòu)造恒載反力、橋墩、墩帽自重及浮力等。3.2汽車和人群荷載計算3.3汽車制動力：3.4風(fēng)荷載計算四、地基壓應(yīng)力計算……………9五、持力層承載力驗算…………105.1基底應(yīng)力計5.2持力層承載力驗算5.3下臥層承載力驗算六、基底偏心距驗算……………106.1恒載作用時6.2由合力偏心距七、根底穩(wěn)定性驗算……………117.1傾覆穩(wěn)定性驗算7.2.滑動穩(wěn)定性驗算八、沉降計算……………………11九、參考文獻……………………12一、設(shè)計資料1.某一級公路橋梁，上部構(gòu)造為35m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土簡支梁(計算跨徑l=33.98m)，橋面寬度為凈10(三車道)+2×1.5m，弧形滑動支座，摩擦系數(shù)μ2.設(shè)計荷載：公路-Ⅰ級，人群荷載3.5kN/m2。3.橋址處河流最高水位為116.66m，最低水位為112.8m，通航水位為115.33m。4.橫向根本風(fēng)壓W0=0.83kN/m2。5.材料：墩帽混凝土30#，容重γ=25kN/m3；墩身混凝土20#，容重γ=24kN/m3。每跨上部構(gòu)造自重6000kN(中心荷載)。7.地基情況及土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，見表1。表1地基土層分布及計算指標(biāo)名稱厚度/m容重/kN/m3孔隙比含水量/%液限/%塑限/%壓縮模量/MPa黏土6.020.20.65122.034.316.116.5亞黏土3.018.30.97833.136.019.87.5強風(fēng)化巖6.022.5————358.沖刷線：最大沖刷線和一般沖刷線就是現(xiàn)有的地面線，標(biāo)高為112.00m9.橋墩形式和尺寸示意圖，見圖1。二、擬定剛性擴大根底尺寸2.1確定根底埋置深度由上部構(gòu)造和設(shè)計荷載資料知道，本橋是重力式橋墩剛性擴大根底，并且為公路—Ⅰ級，從地質(zhì)條件看最大沖刷線和一般沖刷線就是現(xiàn)有的地面線，標(biāo)高為112.00m。再由(如表2：)初步擬定根底底面在最大沖刷線以下1.8m橋梁墩臺根底基底最小埋置深度(m)表2總沖刷深度橋梁類別05101520大\中\(zhòng)小橋(不鋪砌)1.52.02.53.03.5特大橋2.02.53.03.54.02.2根底的尺寸擬定由規(guī)知"水中根底頂面不宜高于最低水位，并在一般情況下大、中橋墩、臺根底厚度在1—2m左右〞?，F(xiàn)初定根底材料為C20混凝土澆筑根底，厚度為1.5m，根底頂面標(biāo)高為110.2+1.5=111.7m，那么墩身高為120.8-1.2-111.7=7.9m，由墩身坡度值10:1的，墩底截面長為15.28m，寬為3.48m。根底分兩層，臺階寬30cm，故臺階擴展角，小于剛性角容許值[]=,符合剛性角的要求。那么根底底面尺寸為：a=15.28+4×0.3=16.48mb=3.48+4×0.3=4.68m擬定尺寸圖〔二〕三、橋墩荷載計算3.1上部構(gòu)造恒載反力、橋墩、墩帽自重及浮力等。(1)計算值列表3恒載計算表表(3)部位計算式豎直力P(kN)對基底中心軸偏心距e(m)彎矩M(kN.m)備注橋帽(π×1.052+11.8×2.1)×1.2×25847.3100彎矩正負值規(guī)定如下：順時針為正，逆時針為負橋身{×(1.9+3.7)×7.9×11.8+π(0.79+0.95)2×(7.9+9.5)－π×0.952×9.5}×247372.9000臺基(16.7×4.9×0.75+16.1×4.3×0.75)×242719.0800左跨上部構(gòu)造6000/230000.51-1530右跨上部構(gòu)造6000/230000.511530∑P=16939.29kN,∑M=1530kN.m(2)浮力重力式橋墩剛性擴大根底在水中的水位線圖〔三〕最低低水位浮力：F1=【{×(1.9+1.9+0.76×2)×7.6×11.8+π(0.76+0.95)2×(7.6+9.5)－π×0.952×9.5}－{×(1.9+1.9+0.68×2)×6.8×11.8+π(0.68+0.95)2×(6.8+9.5)－π×0.952×9.5}】×10=385.4kN最高水位浮力：F1=【{×(1.9+1.9+0.76×2)×7.6×11.8+π(0.76+0.95)2×(7.6+9.5)－π×0.952×9.5}－{×(1.9+1.9+0.294×2)×2.94×11.8+π(0.294+0.95)2×(2.94+9.5)－π×0.952×9.5}】×10=1946.37kN(3)上覆土重3.2汽車和人群荷載計算對于橋墩根底的設(shè)計，汽車荷載采用車道荷載，車道荷載包括均部和集中荷載兩局部組成。對于公路-Ⅰ級汽車荷載，，集中荷載與計算跨徑有關(guān)，計算跨徑小于或等于5m時，=180kN；橋涵計算跨徑等于或大于50m時，=360kN，橋涵計算跨徑大于5m小于50m時值采用直線插求得。本算例中，=295.92kN由于本橋梁是(三)車道，所以查表橫向折減系數(shù)表(4)橫向布置設(shè)計車道數(shù)(條)2345678橫向折減系數(shù)1.000.780.670.600.550.520.5支座反力按以下兩種情況考慮：(1)雙孔汽車荷載+雙孔兩側(cè)行人荷載雙孔汽車荷載+雙孔兩側(cè)行人荷載圖〔四〕那么支座反力為：人群荷載引起的支座反力為和對基底形心軸的彎矩為：MR1=M’R1=948.63×0.51=483.8kN.mMR2=M’R2=157.5×0.51=80.3kN.m(2)單孔汽車荷載—20+單孔兩側(cè)行人荷載單孔汽車荷載—20+單孔兩側(cè)行人荷載圖〔五〕那么支座反力為：人群荷載引起的支座反力為和對基底形心軸的彎矩為：MR1=948.63×0.51=483.8kN.mM’R1=0MR2=157.5×0.51=80.3kN.mM’R2=03.3汽車制動力：由汽車荷載產(chǎn)生的制動力按車道荷載標(biāo)準(zhǔn)值在加載長度上計算的總重力的10%計算，但公路-I級汽車制動力不小于165kN。H1=〔10.5×35+295.92〕×10%=66.34kN<165kN，那么H1取為165kN。因此簡支梁板式支座的汽車荷載產(chǎn)生的制動力為：H=0.5H1=0.5×165=82.5kN3.4風(fēng)荷載計算

橫橋向風(fēng)荷載假定水平地垂直作用于橋梁各局部迎風(fēng)面積的形心上，那么：地形、地理條件系數(shù)k3表(5)地表分類k2表(6)風(fēng)速高度變化修正系數(shù)表(7)由規(guī)得公式風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值Fwh=k0k1k3WdAwh；Wd=γVd2/2g；W0=γV102/2g；Vd=k2?k5?V10；

因此Fwh=k0?k1?k3?〔k2?k5〕2W0?Awh；查規(guī)可知，k0=0.9、k1=0.5、k3=1.0、k5=1.38、k2=1.0；計算簡圖看圖荷載作用示意圖〔六〕墩帽Fwh=0.9×0.5×1.0×〔1.0×1.38〕2×0.83×〔2.1×1.2〕=1.79kN。按最高水位計算；墩身Fwh=0.9×0.5×1.0×〔1.0×1.38〕2×0.83×〔1.9+2.49〕×2.94/2=4.59kN按最低水位計算；墩身Fwh=0.9×0.5×1.0×〔1.0×1.38〕2×0.83×〔1.9+3.26〕×6.8/2=12.48kN

四、地基壓應(yīng)力計算荷載組合I：恒載〔最低水位〕+雙孔汽車荷載+雙孔兩側(cè)行人荷載+風(fēng)力+制動力；荷載組合Ⅱ：恒載〔最高水位〕+單孔汽車荷載—20+單孔兩側(cè)行人荷載+風(fēng)力+制動力；荷載組合Ⅲ：恒載〔最高水位〕+風(fēng)力；荷載組合Ⅳ：恒載〔最低水位〕+雙孔汽車荷載+雙孔兩側(cè)行人荷載；計算見表(11)表各種荷載組合下作用于根底底面形心處得H、N和M值不同荷載組合下作用于基底形心處得力表(8)組合水平力H(kN)豎直力N(kN)彎矩M(kN·m)I82．5+1.79+12.48=96.7716939.29+(948.63+157.5)×2+336.35－385.4=19102.51.79×7.1+12.48×3.7+82.5×6.5=595.14Ⅱ82.5+1.79+4.59=88.8816939.29+948.63+157.5+336.35－1946.37=16435.41.79×7.1+4.59×1.54+82.5×6.5+483.8+80.3=1120.13Ⅲ1.79+4.59=6.3816939.29+336.35－1946.37=15329.271.79×7.1+4.59×1.54=19.78Ⅳ016939.29+(948.63+157.5)×2+336.35－385.4=19102.50五、持力層承載力驗算5.1基底應(yīng)力計5.2持力層承載力驗算持力層為一般黏性土，按"公路橋涵地基與根底設(shè)計規(guī)"〔JTGD63-2007〕；當(dāng)e=0.651，IL=0.32時，查表得[fa0]=379.7kPa,因埋置深度為1.8地基承載力不予修正，那么[f0]=[fa0]=379.7kPa>Pmax=257.57kPa,滿足要求5.3下臥層承載力驗算下臥層為亞黏土，e=0.978，IL=0.82時，查表得[fa0]=159.8kPa<持力層[fa0]=379.7kPa,故必須予以驗算?；字羴嗮ね翆禹斆嫣幍木嚯xz為；z=6-1.8=4.2m，當(dāng)a/b=16.48/4.68=3.52，z/b=4.2/4.68=0.9，由"公路橋涵地基與根底設(shè)計規(guī)"〔JTGD63-2007〕查得附加應(yīng)力系數(shù)α=0.583。計算下臥層頂面處的壓應(yīng)力σh+z，當(dāng)z/b<1，基底壓應(yīng)力取離最大壓應(yīng)力距離b/3=1.56m處的壓應(yīng)力，P=251kPa，那么Ph+z=10.2×〔1.8+4.2〕+0.583×〔251-10.2×2〕=195.64kPa而下臥層頂面處的承載力容許值可按課本公式〔2-16〕計算，其中K1=0，而IL=0.82>0.5，故K2=1.5，那么[P]h+z=159.8+1.5×10.2×〔1.8+4.2-3〕=205.7kPa>Ph+z=195.64kPa，滿足要求。六、基底偏心距驗算6.1恒載作用時e0=0，ρ=b=0.78e0<0.1ρ，滿足要求。6.2由合力偏心距對照表〔8〕中所列荷載組合情況，按荷載組合Ⅱ計算e0===0.07<ρ滿足要求七、根底穩(wěn)定性驗算7.1傾覆穩(wěn)定性驗算按荷載組合Ⅲ：恒載(最高水位)+風(fēng)力驗算；那么要滿足墩臺根底抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)k0＞1.5；s===2.34me0=[0+1.79×7.1+4.59×1.54]/15329.27=0.0013k0=s/e0=2.34/0.0013=1800>1.5滿足要求。7.2.滑動穩(wěn)定性驗算因基底處地基土為硬塑黏土，查表得μ=0.25按荷載組合Ⅲ：恒載(最高水位)+風(fēng)力驗算；那么要滿足墩臺根底抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)k0＞1.3；Kc=(0.25×15329.27+1.79+4.59)/(1.79+4.59)=601.7>1.3滿足要求。八、沉降計算由于持力層以下的土層為亞黏土為軟弱下臥層，按其壓縮系數(shù)為中壓縮性土，對根底沉降影響較大，故應(yīng)計算根底沉降。計算圖列如圖五；確定地基變形的計算深度；Zn=b〔2.5-0.4lnb〕=4.68×〔2.5-0.4×ln4.68〕=8.8m確定分層厚度；第一層從根底底部向下4.2m；第二層從第一層底部向下3m；第三層從第二層底部向下1.6m；確定各層土的壓縮模量；〔單位MPa〕第一層Es1=16.5第二層Es2=7.5第三層Es3=35求根底底面處附加應(yīng)力按正常使用極限狀態(tài)的長期效應(yīng)組合采用，各項作用效應(yīng)的分項系數(shù)分別為:上部構(gòu)造恒載、橋墩及根底自重均為1.0，汽車荷載和人群荷載均為0.4.荷載組合Ⅳ(最低水位)+雙孔汽車荷載+雙孔兩側(cè)行人荷載，驗算根底沉降量。N=16939.29+(948.63+157.5)×2+336.35－385.4=19102.5kN根底底面處附加應(yīng)力；P0=N/A-rh=19102.5/〔16.48×4.68〕-10.2×1.8=229.3kPa計算地基沉降計算深度圍各土層的壓縮變形量見表(9)Z單位〔m〕l/bz/biziizii-zi-1i-1Esi△s’iS’=△s’i單位(mm)03.504.23.50.90.8303.4863.4