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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流某桥桥墩桩基础设计计算(城轨专业课程设计).精品文档.某桥桥墩桩基础设计计算(城轨专业课程设计) 基础工程课程设计 一设计题目： 某桥桥墩桩基础设计计算 二设计资料： 某桥梁上部构造采用预应力箱梁。标准跨径30m，梁长29.9m，计算跨径29.5m，桥面宽13m（10+21.5），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。 1、水文地质条件： 河面常水位标高25.000m，河床标高为22.000m，一般冲刷线标高20.000m，最大冲刷线标高18.000m处，一般冲刷线以下的地质情况如下： （1）地质情况c
2、（城轨）： 2、标准荷载： （1）恒载 桥面自重：N1=1500kN+810kN=1580KN； 箱梁自重：N2=5000kN+850Kn=5400KN； 墩帽自重：N3=800kN； 桥墩自重：N4=975kN；扣除浮重：10*2*3*2.5=150KN （2）活载 一跨活载反力：N5=2835.75kN，在顺桥向引起的弯矩：M1=3334.3 kNm； 两跨活载反力：N6=5030.04kN+8100kN； （3）水平力 制动力：H1=300kN，对承台顶力矩6.5m； 风力：H2=2.7 kN，对承台顶力矩4.75m 3、主要材料 承台采用C30混凝土，重度=25kN/m3、=15kN/
3、m3(浮容重)，桩基采用C30混凝土，HRB335级钢筋； 4、墩身、承台及桩的尺寸 墩身采用C30混凝土，尺寸：长宽高=326.5m3。承台平面尺寸：长宽=74.5m2，厚度初定 2.5m，承台底标高20.000m。拟采用4根钻孔灌注桩，设计直径1.0m，成孔直径1.1m，设计要求桩底沉渣厚度小于300mm。 5、其它参数 结构重要性系数so=1.1，荷载组合系数=1.0，恒载分项系数G=1.2，活载分项系数Q=1.4 6、 设计荷载 （1） 桩、承台尺寸与材料 承台尺寸：7.0m4.5m2.5m 初步拟定采用四根桩，设计直径1m，成孔直径1.1m。桩身及承台 混凝土用30号，其受压弹性模量
4、Eh=3104MPa。 （2） 荷载情况 上部为等跨30m的预应力箱梁桥，混凝土桥墩，作用在承台底面中心的荷载为： 恒载及一孔活载时： ?N ?H ?M ?N?1.2?(1580?5400?800?975?150?7?4.5?2.5?15）?1.4?2835.75?15713.55KN?1.4?(300?2.7)?423.78KN?3334.?33?00(?2.5?6.（5?)2.7?）4.75?2.?51K.N4 恒载及二孔活载时： ?1.2?(1580?5400?800?975?150?7?4.5?2.5?15）+1.4?5830.04=19905.556KN 桩（直径1m）自重每延米为：
5、 q= ?1 42?15?11.781KN/m（已扣除浮力） 三、计算 1、根据公路桥涵地基与基础设计规范反算桩长 根据公路桥涵地基与基础设计规范中确定单桩容许承载力的经验公式，初步反算桩的长度， 设该桩埋入最大冲刷线以下深度为h，一般冲刷线以下深度为h2，则： Nh?P?12U?lii?m0A?0?k22(h2?3) ? 桩的设计桩径1m，冲抓锥成孔直径为1.1m，桩周长和面积为 ?12?0.785m，假定桩长<20m取=0.70 t/d<0.3取m0=0.80 U=1.1=3.456m ，4 查表得K2=6.0 已知 ?0?=550KPa Nh? 19905.556 4 ?q?
6、l0?0.5q?h?5058.856?5.891h 16?4.6?17?3.8?（h?2?4.6?3.8）?20 h?2 i 土换算加权重度?2? ?10?10? 29.8h?2 Nh?P? 12 U li ?m0A?0?k2 2 (h2?3)?0.5?3.456? 4.6?20?3.8?50?(h?2?4.6?3.8)?240?0.7?0.8?0.785?550? 6?(10? 29.8h?2 )?(h?1)? 1h?2 ?(441.096h?1147.916h?3829.416) 2 令Nh?P?得：435.205h2?6218.554h?13947.128?0?h?16.26m(舍去负值
7、） 现取h=17m<20m,满足取=0.70，则，桩低标高为1.00m 2.单桩竖向允许承载力 代入数据h=17m得?P?加权重度?2?10?3、桩的平面布置图 29.8h?2 12U li i ?m0A?0?k22(h2?3)?5480.67KN ?8.432KN/m 3 ?10? 29.817?2 25.00m常水位22.00m河床 1.00m桩底标高 50承台横桥向立面图承台纵桥向立面图 4、桩的内力及位移计算 （1）确定桩的计算宽度b1 b1?K f ?K0?K?d?0.9?(d?1)?k，?沿水平力H作用方向上装间净距 ' L1?1.5m?0.6h1?0.6?3?(d?
8、1)?3.6m，?K?b? ' 1?b0.6 ' L1h1 ?0.767m,?b1?1.381m， ' 满足nb1?2.762?B?1?4.5，取一排装两边外侧边缘距离B?3.5m （2） 计算桩-土变形系数 地面或最大冲刷线下的影响深度hm?2(d?1)?4m范围内有两层土。 m0? m1?h1?m2(2h1?h2)h2 hm 7 2 2 6?2.6?15?(2?2.6?1.4)?1.4 4 7 2 2 2 ?11197.5KN/m 4 4 E?0.67Eh?0.67?3?10?2.01?10KN/m，I? 64 ?d 4 ?0.0491m， ?0.436m ?1 ,
9、h?h?7.412?2.5，满足按弹性桩计算 （3） 桩顶刚度系数?1、?2、?3、?4的计算 l0?20?18?2m,h?17m,?0.5,A? 5 4 d 2 ?0.785m 3 2 C0?m0?h?11197.5?17?1.904?10KN/m,A0? 4 ?2.5?4.91m(按桩中心距计算） 2 2 ?1? 1 l0?hAEh 1C0A0 1?2?0.5?17? ?75 1.904?10?4.91?0.785?3?10 ?1 5 ?6.60?10?0.670EI 已知：h?h?7.412（?4），取用4，l0?l0?0.436?2?0.872m查表得：?Q?0.48395，?M?0.
10、64916，?M?1.25357 ?2?EI?Q?0.0401EI,?3?EI?M?0.1234EI,?4?EI?M?0.5466EI (4)计算承台地面远点O处位移?0、b0、?0（单孔活载+恒载+制动力） b0? Nn?1 15713.554?0.670EI 5863.26 EI 3 2 m n?4?1?xm?4?0.5466EI?0.67EI?4?1.25?6.3739EI i?1 22 n?2?4?0.0401EI?0.1604EI,n?3?4?0.1234EI?0.4936EI,n?3?0.2436(EI) i ?2?n?xH?n?3M41?i? i?1?i ?22? n?2?n?4
11、?1?xi?n?3? i?1? 222 ?a0? 6.3739EI?423.78?0.4936EI?8475.4250.1604EI?6.3739EI?0.0.2436(EI) 2 8840.31 EI2014.24EI ?0? n?2M?n?3H m ?2?2 n?2?n?4?1?xi?(n?3) i?1? 0.1604EI?8475.425?0.4936EI?8475.425 0.1604EI?6.3739EI?0.0.2436(EI) 2 （5）计算作用在每根桩顶上的作用力Pi、Qi、Mi 2014.24?5615.31KN?5863.26 竖向力Pi?1?b0?xi?0?0.670EI
12、?1.25? EIEI?2241.46KN水平力Qi?2?0?3?0?0.0401EI?弯矩Mi?4?0?3a0?0.5466EI 8840.31EIEI ?0.1234EI 2014.24EIEI ?105.94KN 2014.24 ?0.1234EI 8840.31 ?10.09KN?m 校核:n?Qi?4?105.94KN?423.76KN? n ?H ?423.78KN ?xP i i?1n i ?nMi?2?(5615.31?2241.46)?1.25?4?10.09?8474.985KN?m?2?(5615.31?2241.46)?15713.54KN? ?M ?8475.425K
13、N?m ?nP i?1 I ?P?15713.55KN,校核正确 (6)计算最大冲刷线处桩身弯矩M0，水平力Q0及轴向力P0 M0?Mi?Qi?l0?10.09?105.94?2?221.97KN?m Q0?Qi?105.94KN,P0?5615.31?0.785?2?15?5641.86KN (7)最大弯矩Mmax及最大弯矩位置Zmax的计算 ?0.436m?1,?h?7.412?4(取4） CQ? ?M Q0 0.436?221.97 105.94 ?0.9135 Z 0.978380.436 ?2.244m 查表得：Z?Z?0.97838,Zmax?可查表（线性内插）得KM max M
14、?1.666 ?M0?K M ?221.97?1.463?369.80KN?m (8)桩顶纵向水平位移验算 桩在最大冲刷线处水平位移xo和转角o的计算 查表得：Ax?2.44066，Bx?1.62100，A?1.62100，B?1.75058XO? Qo ?EI ?3 3 Ax? Mo ?EIMo 2 Bx? 105.940.436EI105.94 3 ?2.44066? 221.970.436EI 2 ?1.62100 ?3 ?3.21?10m?3.21mm?6mm，符合规范要求 ?O? Qo ?EI 2 A? ?EI B? 0.436EI 2 ?（?1.62100）+ 221.970.43
15、6EI ?(?1.75058)?1.82?10rad 桩顶纵向水平位移 ?O? Qo ?EI 2 A? Mo ?EI B? 105.940.436EI 2 ?（?1.62100）+ ?3 ?3 221.970.436EI Ql ?(?1.75058)?1.82?10rad 3 ?3 ?1?0?0?l0?Q?M?3.21?10?(?1.82?10)?2? 3EI Ml 20 ?(6.85?0.31)?10m?7.16mm ?3 2EI 水平位移容许值=0.525=2.5cm=25mm 符合规范要求。 5、按m法计算桩身入土段任一深度处的弯矩和桩侧横向土抗力（并作MZ?Z、?Z?Z曲线） 已经算出
16、b1?1.381m,?0.436m,Q0?105.94KN,M0?221.97KN?m ?1 ?1?Z Z曲线，?ZX? ?Qo b1 ?Z?Ax? ?M0 b1 2 ?Z?Bx 6、桩身界面配筋计算 （1）配筋的计算 最大弯矩发生在Z=2.082m处，此处设计最大弯矩为Mj?369.80KN?m 最大设计竖向力为 N j ?P0?0.5qZ?0.5?UZ?5641.86?0.5?11.781?0.5?20?2.082?3.456?5580.718KNMN jj e0?66.3mm,又h?h?7.412（?4），计算长度lp?0.5(2? 40.436 )?5.587?4.4 故需要考虑纵向弯
17、曲对偏心距的影响系数 e0? MN jj ?66.3mm,又h?h?7.412（?4），计算长度lp?0.5(2?1 40.436 )?5.587?4.4 ?1? 1400? l2el ?(0)?1?2,?1?0.2?2.7?0,?2?1.15?0.01?0?1,而l0?5.587e0hh0hh0 h0?r?rs?500?0.9?500?950mm,h?1000mm,代入得：?1?0.364,?2?1.084?1取1，?1.132 ?e0?75.1 mm,r?0.5m,C30混凝土HRB钢筋Ra?17.5Mp,Rg?340MP,偏心距系数Er?轴力系数Nr? Nr 2j ?e0r ?0.132
18、 ?22322.872，弯矩系数ENr? Mr 3 j ?2958.4 若取g=0.9，查墩台与基础附表得以下表格数据 当u=0.006和u=0.008时均有N>Nr,EN>ENr,故桩身只需要按构造配筋，取 u=0.006纵筋Ag?u?r?4712.39mm现采用12?22,实配Ag?1884?2?4562mm22'2 （2）对截面进行强度校核 实际?As ?r2?4562?(500) 22 22?0.58%?0.5%取as?65mm其中rs?435mmg?rsr?0.87混凝土保护层厚度C?65? ?54mm?50mm，纵向钢筋间距91.9mm?80mm,满足要求，布置
19、如下图所示。 （3）验算垂直于弯矩作用平面内承载力 1?1.2 1.1?s0Nu?（fcdAh?fsdAg)?Nu?G ?13217.3KN?Nj'(13.8?10?3?4?1?280?102?3?4562) ?5580.718KN满足要求 7、承台设计 （1）桩与承台的连接处构造设计 承台平面尺寸：长宽=74.5m2，厚度2.5m，承台底标高20.000m。采用桩顶主筋伸入承台连接。桩身嵌入承台内的深度为200mm；伸入承台内的桩顶主筋做成喇叭状，夹角15度。伸入承台内的主筋竖向高度为100cm>35*2.2=77cm，不设弯钩的带肋钢筋。抗弯钢筋布置在承台内上下两排并且不截断
20、穿过桩身。箍筋设20箍?10，间距200mm，构造钢筋前后两端各18根?10，抗裂钢筋前后两端各8根?12下设相同的钢筋网具体配筋图见附图B。 （2）桩顶局部受压验算 桩顶局部受压时按右式计算Pj?AcRa/?m式中Pj承台内基桩承受计算轴向力，取 Pj?Nj?5580.718KN,?1,Ac? j 3 j ?4 ?1?0.785mm,桥梁C30混凝土Ra?20.1MP,系数?m?1.54 22j ?AcRa/?m?1?0.785?20.1?10/1.54?10245.78KN?Nj?5580.718KN,满足要求，可按构造配筋 （3）承台受冲切验算 承台有效高度h0=250-20-4=276
21、cm， 桩边冲切，相关参数见桩平面布置图B，计算冲跨比 ?0x?0x? a0xh0 50226 ?0.221，?0y? a0yh0 25226 ?0.111,计算冲切系数： 0.84 ?0x?0.2 ?1.995?0y? 0.84 ?0y?0.2 ?2.701，?h?2500?2000,取?hp?0.9 ?C30混凝土HRB钢筋取ft?1.390MP，则2?0x(bc?a0y)?0y(hc?aox)?hpfth0 ?2?1.995?(1?0.25)?2.701?(2.5?0.5)?0.9?1390?2.24?59389.3KN?5615.31KN满足要求C1?C2?150cma1x?50cm,
22、a1y?25cm,计算冲切系数?1x? 0.56 ?x?0.2 0.560.221?0.2 ?1.330，?1y?1.801， ?取?hp?0.9?Nj?1x(c2?0.5a1y)?1y(c1?0.5a1x)?hpfth0?1.330?(1.5?0.5?0.25)?1.801?(1.5?0.5?0.5)?0.9?1390?2.24?14888.3KN?5615.31KN满足要求 (4)抗剪承载力验算 ?x?0.221，?y?0.111，?h0?2240mm?剪切承载力截面高度影响系数?hs?（ 对于横桥向截面，?x?0.3,取0.3，?16463.97KN? 1.75 2500?200?100
23、0 2240 1 4 ）?0.873 ?1 ?1.346?V1?hSftb0h0?0.873?1.346?1390?1390?4.5?2.24 ?H ?423.78KN,对于纵桥向截面?y?0.3,取0.3，?1.346，?V1?hSftb0h0?0.873?1.346?1390 ?1390?7?2.24?25610.62KN? ?H ?423.78KN?抗剪承载力满足要求。 （5）承台受弯承载力计算 Mmax?M y Nixi?2?5615.31?1.0?11230.62KN?m,M x 2 Nixy?2?5615.31?0.25?2807.66KN?m 采用C30混凝土HRB钢筋，fsd?
24、280MP,?b?0.56，x?b?h0,取?=0.55?x?h0?0.55?2240?1232mmAsx? ?s0?Md (h0?0.5x)?fsd 1.1?11230.62?10 2 6 (2240?0.5?1232)?280 ?27167.67mm,选用34?32间距1?20?31?17?1?20cm， 实配钢筋Asx?27343mm，保护层厚度7cm，沿x轴布置，具体配筋图件附图B。Asy? ?s0?Md (h0?0.5x)?fsd （2807.66?3334.3）?10?1.12 ?14857.84mm，选用19?32间距1?22?16?20?1?22cm (2240?0.5?1232)?280 2 6 实配钢筋Asy?15282mm，保护层厚度7cm，沿x轴布置，具体配筋图件附图B。 四、参考资料及应用软件 1. 公路桥涵设计通用规范JTG D60-2004； 2. 公路桥涵地基与基础设计规范JTG D63-2007； 3. 公路桥涵设计手册：墩台与基础，北京：人民交通出版社，2000； 4. 基础工程，王晓谋，北京：人民交通出版社，2003。 5. 混凝土结构设计原理（第三版），沈蒲生主编，高等教育出版社，2007