《基础工程》课程设计.docx

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1、广西大学土木工程学院根底工程课程设计一、 设计资料1、 地质及水文（1） 河床土质：从地面河床至标高 32.5m 为软塑粘土，以下为密实粗砂， 深度达 30 米。（2） 水文：地面河床标高为40.5m，一般冲刷线标高为 38.5m，最大冲刷线为 35.2m，常水位 42.5m。2、 土质指标表 1土质指标类型地基系数 mKN/m4软塑粘土8103极 限 摩KPa30阻 力内摩擦角 20o重 扣除浮力KN/m3 12密实粗砂2510311038123、 桩、承台尺寸与材料标准规定：钻挖孔灌注的摩擦桩中心距不得小于 2.5 倍成孔直径， 所以取：承台尺寸：7.0m5.0m2.0m。（1） 拟定承受

2、四根桩，设计直径为 1.0m。1（2） 桩身及承台混凝土用 20 号，其受压弹性模量 Eh=2.6104Mpa。（3） 平面布置图如以以下图 1 所示：图 1平面布置图4、 荷载状况(1)上部为等跨 25m 的预应力梁桥，混凝土桥墩，承台顶面上纵桥向荷载为： 恒载及一孔活载时：N=6103.4KNH=310.25KN(制动力及风力)M=4123.6KN 竖直力偏心、制动力、风力等引起的弯矩恒载及二孔活载时N=6503.24KN2桩直径 1.0m自重每延米为q = p (1.0) 2 15 = 11 .78 KN/m(已扣除浮力)4(3) 故,作用在承台底面中心的荷载力为:N=6103.4+(7

3、.05.02.025)=7853.4 KNH=310.25KNM=4123.6+310.252.0=4744.1KNM恒载及二孔活载时:N=6503.24+(7.05.02.025)=8253.24KN(4) 则拟定桩根底承受冲抓钻孔灌注桩根底,为摩擦桩。二、 单桩容许承载力确实定依据大路桥涵地基与根底设计标准中确定单桩容许承载力的阅历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 h ，则：3N =P= 1 Ul t+ mA+K (h -3)h2ii00223当两跨活载时：N = 8253 .24h4+ (38.5-35.2) 11.78 + 1211.78h

4、 (kN)=2102.18 + 5.89h(kN)计算P时取以下数据：桩的设计桩径为 1.0m ，冲抓锥成孔直径为 1.15m，U= 1.15=3.61m ，A= 1.02/4=0.785 , =0.70 , m =0.8 , K =6.0 ，020=550kpa = ( 40 .5 - 32 .5) 12 + h - (35 .2 - 32 .5) 1228 + h - 2 .7= 63 .6 + 12 h5 .3 + h(kN/) (已扣除浮力)=30kpa, 1=110kpa2P= 123.612.7 30 + (h-2.7) 110 + 0.7 0.80.785550 + 6.0 63

5、 .6 + 12 h5 .3 + h(h+3.3-3) = Nh= 2102.18 + 5.89h所以，则解一元二次方程得：h=9.99m现取 h=10m，桩底标高为 25.20m，桩的轴向承载力符合要求。具体见如以以下图 2 所示承台30010010020010010042.500常水位40.500河床C承台C38.500 般冲刷线10050010035.20最大冲刷线32.5004001001000020020330001002033软塑粘土000密实粗砂1图 2 双排桩断面图a横桥断面图b纵桥断面图三、桩顶及最大冲刷线处荷载 P一 参数计算11、 桩的计算宽度 b、Q 、Miii及P 、

6、Q 、M000的计算b =K K Kd1f0K =0.9K =1+1/d=2.0d=1.0f0 b= 0 .9 1 + d1d K d = 1 .8 K又L= 3.0 - 1.0 = 2.0 m； h11= 3(d + 1) = 6.0 m ； n=2 ； b ” =0.6又有L =2.0 2.5m)故按弹性桩计算2、 桩顶刚度系数 、 、 、值计算1234l =3.3mh=10m =1/2 (钻孔桩)A=pd 2 =0.785m 20h=10mC=10 m004=1025103=2.5105 KN/ m 3按桩中心距计算面积，故取 A=p 3 2 = 7.07 m 204r=13 .3 +=

7、 1 102+1-11l+ xh10+ 0 .785 2 .6 10 7 0 .672 .5 10 5 7 .07 AECA00=0.999EI又： h = a h =0.49610=4.96ml= a l00=0.4963.3=1.637m由 h 和l查附表 17、18、19，并用双内插法得:( h = 4 .89 m 4 m ，取 4m)0c=0.25830 ; cm=0.44373 ; Fm=1.05794r= a 3 EI c2Q= 0.032 EIr= a32 EI cm= 0 .109 EIr= a EI F4m= 0 .525 EI3、 计算承台底面原点 0 处位移 a、b 、b

8、000Nb=0n r1=7853 .44 0 .999 EI= 1965 .32EIN r+ r41ni =1x 2 = 4 0 .525 EI + 0 .999 EI 4 1 .5 2i= 11 .091 EIn r= 4 0 .031 EI = 0 .128 EI2n r= 4 0 .109 EI = 0 .436 EI3(n r ) 23= (0 .436 EI ) 2= 0 .190 ( EI ) 2 n r4+ r n12 H + n r M i311 .091 EI 310 .25 + 0 .436 EI 4744 .1xa=i =1=0n rn r2 4+ r nx1i =12

9、- n 2 r 2i 30 .128 EI 11 .091 - 0 .190 ( EI ) 2= 4480 .48EIb= N0n rn rn r M + n r H232+ r nx 2 - (n r )= 0 .128 EI 4744 .1 + 0 .436 EI 310 .250 .128 EI 11 .091 EI - 0 .190 ( EI ) 22 4= 603 .84EI1i3(i =1二)计算作用在每根桩顶上的作用力 P 、Q 、 Miii竖向力:P = r (b+ c b) = 0 .999 EI 1965 .32 1 .5 603 .84 = 2868 .21 KNi10i

10、0EIEI1058 .5 KN水平力：Q= r ai20- r b30= 0 .032 EI 4480 .48EI- 0 .109 EI 4480 .48EI=77 .56 kN弯矩：M= r bi40- r a30= 0 .525 EI 603 .84EI- 0 .109 EI 4480 .48EI= - 171 .36 kN m校核：nQ= 4 77 .56 = 310 .24 i H =310 .25kN校核正确nx Piii =1+ nMi= 2 (2868 .21 - 1058 .5) 1 .5 + 4 (- 171 .36 )= 4743 .7 kN m M = 4744 .1kN

11、 m校核正确nnPii =1= 2 (2868 .21 + 1058 .5) = 7853 .42 kN = P = 7853 .4 kN校核正确二 计算最大冲刷线处桩身弯矩 M，水平力Q00，及轴向力 P0M= M0i+ Q li 0= - 171 .36 + 77 .56 3.3 = 84 .59 kN mLLQ= 77 .56 kN0P= 2868 .21 + 0.785 3.3 15 = 2907 .07 kN0三、 最大弯矩Mmax及最大弯矩位置 Zmax的计算a = 0 .496a h = 0 .496 10 = 4 .96 m 4 .0 mQM=0za A+ MBm0m无量纲系数

12、 A及 BZZ = a Zh = a hABmmQa0 AmMB0mMzmm由附表 3、7 查得， M值计算列表如下，z004.9601.0000084.5984.590.4090.24.960.196960.9980630.8084.43115.230.820.44.960.377390.9861759.0183.42142.431.230.64.960.529380.9586182.7881.09163.872.041.04.960.723050.85089113.0669.00182.062.861.44.960.764980.68694119.6258.11177.733.681.84

13、.960.684880.49889107.1042.20149.304.502.24.960.531600.3202583.1327.09110.225.322.64.960.354580.1754655.4414.8470.286.133.04.960.193050.0759511.886.4218.3由表可得：Mmax= 182 .06 kN mZmax= 2 .04 m四、桩顶纵向水平位移验算桩在最大冲刷处水平位移 x0和转角f0由 Z = 0h = 4 .96 m查附表 1，2，5，6 得A= 2 .A= - 1 .62100xfB= 1 .B= - 1 .75058xfc=Q 00a

14、 3 EIMA+0B=xa 2 EIx77 .560 .496 3 EI84 .59 2 .44066+ 1 .621000 .496 2 EI= 2 .470 10 - 3 m = 2 .470 mm 6 mm满足要求f= - (Q 0A+ M 0 B77 .56 (- 1 .62100 ) 0 .495 8 .553 10 5) = - 0a 2 EIfa EIf+69 .358-= 0 .887 10 - 3 rad0 .495 8 .553 10 5(1 .75058)Q lc=0Q3 EI=77 .56 3 .3 33 8 .5358 10 5= 1 .088 10 - 3 mM=

15、- 171 .36 kN mMl 2- 171 .36 3 .3 2x=0=m2 EI2 8 .5358 10 5= - 1 .093 10 - 3 m所以，桩顶纵向水平位移x = x - fl +1000x+ xQm= 2 .470 10 - 325= 15 .07 mm+ 0 .948 10 - 3 (3 .3 + 10 ) + 1 .088 10 - 3 - 1 .093 10 - 3L水平位移容许值 = 0 .5= 0 .5 = 2 .5cm = 25 mmx1 = 15 .07 25 mm符合要求五、 桩身截面配筋计算一 配筋的计算最大弯矩截面在 Z=2.04 m 处，此处设计最大弯

16、矩为 Mj大竖向力= 182 .06 kN m ，设计最N= 2907 .07 + 0 .5 2 .04 11 .78 - 0 .5 30 3 .610 2 .04 = 2808 .62 kNj按公桥规承受简化法等效钢环法由截面强度的计算公式：gN0jfA r 2 +cdfC r r 2sdgN h e 0j0fB r 3 +cdfDg r r 3sd取以上两式的临界状态分析，整理得：fBr - A (he )r =cdfsd C (he00- Dgr现拟定承受 C20 号混凝土，级钢筋， f= 9 .2 mpaf= 195 mpacdsd1、 计算偏心距增大系数Me=j0Nj=182 .06

17、2808 .62= 64 .82 mm又由于a h = 4 .96 m 4 .0 m ，故桩的计算长度为：4 .04 .0l= 0 .5 (l+) = 0 .5 3 .3 + = 5 .68 mppa0 .496 l长细比 pd= 5 .68 m 7 m ，故可不考虑纵向弯曲对偏心距的影响。h = 1 .02、 计算受压区高度系数h e 0 = 1.0 64 .82 = 64 .82 mmr = d =210002= 500 mm设 g = 0 .87则 rg= 0 .87 500 = 435 mma= r - rgg= 500 - 435 = 65 mmfBr - A (h e )9 .25

18、00 B - 64 .82 A4600 B - 596 .344 A)r =cd fsdrC (h e00- Dgrr=19564 .82 C - 435 D=12639 .9C - 84825 DrN=bncfA r 2 +b cdrsfC r r 2sd= 0 .951 .25 9 .2 A 500 2+ 0 .951 .25 195 C r 500 2= 1748000A + 37050000C r现承受试算法列表计算见表 2表 2 受压区高度系数 计算表ABCDNu(N)Nj(N)Nu/Nj0.962.5890.40112.20230.7446-0.008523830618291159

19、21.320.972.61580.38652.2290.7251-0.00654403234029115921.380.982.64240.37172.25610.7061-0.00427426184229115921.460.992.66850.35662.28250.6874-0.00166452382629115921.5512.69430.34132.30820.66920.001332482354929115921.661.012.71120.33112.33330.65130.00364505386429115921.741.022.72770.32092.35780.63370.

20、006284531696029115921.831.032.7440.31082.38170.61650.009314561843329115921.931.042.75980.30062.40490.59970.012848596894129115922.051.052.77540.29062.42760.58320.016946637555229115922.19由计算表可见，当 =1.02 时，计算纵向力 N与设计值 N之比较为合理，同时Uj满足最小配筋率 0.5%要求，故取 =1.02， r = 0 .006284为设计值。3、 计算所需纵向钢筋的截面积A= rp r 2g= 0.00

21、6284 p 500 2 = 4935 .442 mm 2现选用20 f 18A ”g= 5090 mm 2， 布置如图 3 所示20 181 10250 1002R43.5图 3 钢筋布置示意图尺寸单位：厘米20混凝土净保护层 c = 65 -2= 55 mm 50 mm ，符合要求。纵向钢筋间距为：2 p 43520- 20 = 117 mm 80 mm二 对截面进展强度复核由前面的计算结果， h e= 64 .82 mm， a= 65 mm， r= 435 mm0gg = 0 .87实际配筋率r =4 A ”gpd 2=4 5090p 1000 2= 0 .006481 0 .0051、

22、 在垂直与弯矩作用平面内l长细比 pd= 5.68 7 ，故纵向弯曲系数j = 1.0混凝土截面面积， Ah= p d 24= 785398 .16 mm 2实际纵向钢筋面积 Ag= 5090 mm 2则在垂直于弯矩作用平面内的承载力为N= j ru 1b rcfA +1cdhrsfAg sd= 1 .0 0 .95 1 1 .25 9.2 785398 .16 +11 .25 195 5090 = 6245 .8 kN Nj= 2808 .62 kN2、 在弯矩作用面内h (e) = Bf cd0Afcd+ D rgfsd+ C rfsd r =9.2 B + 0.00648 0.87 19

23、5 D9.2 A + 0.00648 195 C 500= 64 .9852 mm0同样承受试算法可得，当 =1.02 时，h (e ) = 64 .9852 mm 与设计值64 .82 mm 接近，故取 =1.02 为计算值。在弯矩作用平面内的承载力为：bN= rnrcfA r 2 + rbcdrsfC r r 2sd0 .95=1 .25 9 .2 2 .7277 500 2 +0 .951 .25 195 2 .3578 0 .006481 500 2= 5334 .177 kN N= 2808 .62 kNjrrM=bucfB r 3 + rbcdrsfD r r 2sd0 .95=1

24、 .25 9 .2 0 .3209 500 3 +0 .951 .25 195 0 .6337 0.006481 500 2= 280 .62 kN M= 182 .06 kN mj桩截面符合要求。六、 承台构造设计计算图 4 桩承台计算图尺寸单位：厘米 承台见图 4有效高度为：h 0 = 200 - 20 - 4 = 176 cm1、 承台受冲切验算桩边冲切，计算冲跨比：l= a ox100= 0 .568oxh0al=oy oyh017640= 0 .227176计算冲切系数：b=oxl0 .84=+ 0 .2ox0 .840 .568 + 0 .2= 1 .094b=0.84=0.84=

25、 1.967oyl+ 0.20 .227 + 0 .2oy h = 2023 mm ，取b= 0 .9，则hp2 b(b + a) + boxcoy(hoyc+ a) bfh0 yhpt0= 2 1 .094 (1.2 + 0 .4) + 1.967 (2 + 1.0 ) 0.9 1060 1.76= 25694 .01 kN 2868 .2 kN所以，满足要求。2、 桩向上冲切c= c12= 150 cm ； a1 x= 100 cm ； a1 y= 40 cm ，所以，l= 0 .568 ； l1 x1 y= 0 .227计算冲切系数；b=0 .56=0 .56= 0 .7291 xl+

26、0 .20 .568 + 0 .21 xb=0 .56=0.56= 1.3111 yl+ 0 .20.227 + 0 .21 y取b= 0 .9 ，所以hpbba1 ya bfN= (c +) +(c +1 x )hl1 x221 y12hpt0= 0.729 (1.5 + 0 .4 ) + 1 .311 (1 .5 + 1.0 ) 0 .9 1060 1 .7622= 6483 .28 kN 2868 .2 kN所以，满足要求。3、 抗剪承载力计算a= 100 cm；axy= 40 cm， 所 以 ， l1 x= a xh0= 1 01 70= 0 .568；6al=yyh0=40176=

27、0 .227 ， h0= 176 cm剪切承载力截面高度影响系数b8001= () 4hs1760= 0 .821对于截面l= 0 .568 ，介于 0.33.0 之间xb = 1 .75=1 .75= 1 .116l + 1 .00 .568 + 1 .0V= blhsb f b ht00= 0 .821 1 .116 1060 5 .0 1 .76= 8546 .65 kN H = 310 .25 kN对于截面l= 0 .227 0 .3 ，取lyy= 0 .3b = 1 .75=1 .75= 1 .346l + 1 .00 .3 + 1 .0V= blhsb f b ht00= 0 .8

28、21 1 .346 1060 7 .0 1 .76= 14431 .27 kN H = 310 .25 kN抗剪承载力满足要求。4、 承台受弯承载力计算Mmax= M= N xyii= 2 2868 .2 1 .5 = 8604 .6 kN mM= N yxii= 2 2868 .2 0 .9 = 5162 .76 kN m承受 HRB 335 钢筋，则xb= 0 .56 ， x xb h，则取用x = 0 .550 x = x h0g= 0 .55 1760M8604 .6 10 6A=0d=sxx 0 .55 1760 = 24083 .63 mm 2 h - f2 sd1760 - 28

29、02选用30 f 32 钢筋，间距 29 16 .5(cm ) , 则有用钢筋为24129 mm 2混凝土保护层为10 cm ，沿 Y 轴方向布置。gMA=0d=(5162 .76 + 4123 .6 ) 10 6= 25991 .88 mm 2syx h - f1760 -0 .55 1760 2802 sd2选用33 f 32 钢筋，间距1 25 + 30 21 + 1 25 ( cm ) ，则有用钢筋为26541 .9 mm 2 。混凝土保护层为10 mm ,沿 X 方向布置。【参考资料】1、 凌治平，易经武主编，根底工程，北京：人民交通出版社，20232、 贾艳敏，高力主编。构造设计原理。北京：人民交通出版社，20233、 中华人民共和国行业标准。大路桥涵地基与根底设计标准JTJ024-85。 北京：人民交通出版社，19864、 中华人民共和国行业标准。大路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计标准JTG D62-2023。北京：人民交通出版社，2023