桩基础课程设计
课程名称:基础工程
作业题目:院 系:专 业:年 级:姓 名:学 号:作业成绩:
指导教师 (签章)
一、设计任务
某铁路桥梁桥墩基础设计 二、设计资料
1、该桥系某I级铁路干线上的特大桥,线路位于单线、直线平坡地段,该地区无地震。
2、桥孔由8孔32米预应力钢筋混凝土梁,1孔48米下承式钢桥梁和9孔32米预应力钢筋混凝土梁。
3、水文地质情况,工程地质情况和土的物理力学性质资料:
设计高水位(高程23.00m) 设计低水位(高程22.00m) 河床(高程21.00m) 一般冲刷线(高程18.00m) 局部冲刷线(高程17.50m)
一孔梁重=2227KN
线路材料及人行道每米长度的重量=10KN
钢轨高度=176mm
三.设计步骤
注:高程以m计尺寸以cm计。
1.荷载:上部为等跨32m的预应力钢筋混凝土梁,荷载为纵向控制设计,混凝土桥墩,承台顶面上纵桥向荷载: (1)恒载
1). 结构自重N1
一孔梁重=2227kN,线路材料及人行道每米长度的重量=10kN。故:
N1222732.7102554kN
2). 顶帽自重N2
体积 V23.82.71.3520.35重量 N27.425184.99kN 3).墩身自重N3
3
1.320.153.82.70.157.4m3
墩身高h7.5m;顶面积A13.82.41.2213.64m2;底面积
A23.83.151.575219.76m2,故
1
体积 V37.513.6419.76.6419.76124.54m3
3
重量 N3124.54232864.42kN 4).浮力N4
高水位处墩身截面积3.82.9151.4575217.75m2 低水位处墩身截面积3.83.0151.5075218.60m2 墩底面积19.76m2
则桥墩浸入水下体积:
1
高水位时 V42.3517.7519.76.7519.7644.05m3
31
低水位时 V41.3518.6019.76.6019.7625.89m3
3
故浮力为:
高水位时 N444.0510440.5kN 低水位时 N425.8910258.9kN 5).竖向活载 一孔重载
5*220=1100kN
92kN/m
0.35
R1
(b)
支点反力R1为
R1
132.7-7.55220(32.35-21.5)+92(32.7-7.5)(-0.35)1896.42kN322
故竖向活载为 N5R11896.42kN
对基底xx轴之力矩 M50.351896.42663.75kNm
二孔重载
x
5*1.5=7.5
92kN/m
80kN/m
0.35
R0.7
1
2
0.35
(a)
G1G2
确定,若等跨度者,则可直
l1l2
其最不利荷载位置x见图2-(a),可由
接由G1G2解得,G1和G2分别为左右两跨上活载重量,故
G1(32.35-x-7.5)92+5220
G23032.5x7.5928032.353032.35x7.5 由G1G2,解得x7.08m 则支点反力R1、R2为
R1
R
132.35-7.5-7.08
9232.35-7.5-7.087.087.5.0kN11007.081.521536322
130-17.79230-17.732.35-802322
2
32.35-3017.71432.5kN
2
竖向活载 N6R1R21536.01432.52968.5
对基底xx轴之力矩 M60.351536.01432.536.2kNm
6)制动力 一孔重载
H110%5220+92(32.35-7.5-7.081)+10%92(30-32.35+7.5+7.081)50%
+10%80(32.35-30+32.35-7.5-7.081)50% 410.21kN
大于 10%522092(32.77.5)341.84kN 故取 H1341.84kN 对基底xx轴之力矩 M
H1
341.87.50.50.252819.85kNm
二孔重载 H2341.84kN 对基底xx轴之力矩 M7)纵向风力
本桥所在地区之基本风压值为1.2kPa表知:k11.1,k,21.0,k,31.0.
Wk1k2k3W01.11.01.01.2001.32kPa
H2
341.87.50.50.252819.85kNm
桥上有车时:W80%1.321.056kPa 顶帽风力H3
迎风面积0.56.53.25m2,H31.0563.253.43kN
0.5对基底xx轴之矩 MH33.437.526.58kNm
2
墩身风力H4
低水位时 迎风面积
1
6.206.8156.1540.02m2 2
H41.05640.0242.3kN
6.15
对基底xx轴之矩 MH442.31.35187.18kNm
2
8)承台顶面荷载为横载及一孔荷载时:
PN1N2N3N4N52554184.992864.4225.891896.427473.94kN
HH1H3H4341.843.4342.3387.57kN
.8526.58187.183697.36kNm MMMH1MH3MH4663.752819
横载及二孔活载时:
PN1N2N3N4N62554184.992864.4225.892968.58546.02kN
承台用C20混凝土,尺寸为2.0m4.15m7.95m。
作用在承台底面中心的荷载为
恒载加一孔活载(控制桩截面强度)时
P7473.942.04.157.9525.009123.57kN H387.57kN
M3697.36387.5724472.5kNm
恒载加二孔活载(控制桩入土深度荷载)时
.6kN P8546.022.04.157.9525.0010195
2.方案拟定
由于河床冲刷较大,故采用高桩承台,又由于基岩的深度较浅,且桩承载力大,沉降量小,安全可靠,故采用端承桩。施工工艺,采用钻孔灌注桩,因其适用于各类土层,岩层。
桩拟采用d0.8m,桩长为8m。 n
P1.510195.68,其排列如图,为对称竖向双排桩基础,桩底高程
P2000
采用9.5m。
桩基础排列平面示意图
3.计算
(1)桩的计算宽度b1
1
b1KfK0Kd0.91Kd
d
1b'L1'Kb0.6h1
h13d130.815.4
110.61.2
所以:b10.910.60.81.21m
0.65.40.8
(2)桩的变形系数
77
E0.8Eh0.82.6102.0810kN/m2
πd4π0.84I0.0201m4
6464
mb1000001.21
0.78m1
7EI2.08100.0201
—
桩在局部冲刷线以下深度h8m,其计算长度为hh0.7886.242.5。因此按弹性桩计算。
(3)桩顶刚度系数1,2,3,4的计算
1
1
h
AE
1C0A0
πd2
0.503m2l01.15m,h8,1,A4
88105kN/m3C0m0h100000
0.8tan24.53)4.98m2A0π(24d2
0.503m2Aπ4
按桩中心距计算,故A0
π
2.023.14m2 4
7.861051.879EI
1
1
1.15181
2.081070.50381053.14
已知:hh0.7886.244,取用4
l
l00.781.150.897
查附表3-17,3-18,3-19得:
xQ0.47372,
,m1.24674 xm0.64102
23EIxQ0.2248EI32EIxm0.3900EI 4EIm0.9725EI
(4)计算承台底面形心O点的位移a,b,(单孔活载+恒载+制动力等)
b
Pn1
9123.57606.94
81.879EIEI
n
2)HnM(n41xi3a n
222n2(n41xi)n3
i1
n
280.9725EI1.879EI12822.812EIn41xii1
n280.2248EI1.7984EIn380.3900EI3.1200EI(n3)2(3.12EI)29.734(EI)2a
22.812EI387.573.12EI4472.5728.5
2EI 1.7984EI22.812EI9.734(EI)n2Mn3H295.7
nEI
2)n22n2(n41xi
3
i1
(5)计算作用在每根桩顶上的作用力Ni,Q,Mi
i
竖向力Ni1(bxi)1.879EI(
.06kN1696606.94295.7
1.0) EIEI584.82kN
728.5295.7
0.3900EI48.44kN EIEI295.7728.5
0.3900EI3.45kNm 弯矩Mi43a0.9725EIEIEI
水平力Qi2a30.2248EI
校核:
nQi848.44387.53kNH387.57kN
n
.06584.82)83.454472.56kNmM4472.5kNmxiNinMi41.0(1696
i1n
.06584.82)9123.52kNP9123.57kNnNi4(1696
i1
(6)计算局部冲刷线处桩身弯矩M0,水平力Q及轴向力N。
M0MiQil03.4548.441.1559.156kNm
.060.5031.15(2510)1704.737kNQ048.44kN,N1696
(7)计算局部冲刷以下y处得桩截面的弯矩My及水平抗力 y My
Q
AmM0Bm
无量纲系数Am及Bm由附表查得,My值计算列表如下,其弯矩分布如图:
y
Qb1
zAx
2Mb1
zBx
无量纲系数Ax及Bx由附表查得,y值计算列表如下: 错误!未找到引用源。(8)桩顶纵向水平位移计算 桩在局部冲刷线处水平位移和转角x0及0
x0
Q0
3EI
Ax
M0
Bx 2EI
48.4459.156
2.44061.621
0.7832.081070.02010.7822.081070.02019.7210-4m0.972mm6mm(符合规范要求)
Q0M00AB
2EIEI
48.44
0.7822.081070.0201
6.26104rad
1.621
59.156
1.751
70.782.08100.0201
0.84
0.0201m4,E1E,h11.15m,h20mI164
所以n1
Q133
nnhhhhhhQxQ121221
E1I1348.44131.157
2.08100.02013
5.87410-5m
mxm
M
2E1I1
3.452
1.1522.081070.02015.457106m
h12nh22h1h2
墩顶纵向水平位移(以墩柱顶纵向水平位移计)
水平位移允许值0.5322.83cm,符合要求。(10)单桩轴向承载力简算
20.8
PRC1AC2Uh6.7100.60.050.82862.6kN 4
3
x10.9720.6261.150.05870.00551.71mm
.06kNP2862.6kN Nimax1696
(11)群桩检核 对于端承桩,可以认为端承桩基础的承载力等于各单桩承载力之和,其沉降量等于单桩沉降量,即不考虑群桩效应。 (12)承台的计算
a.桩顶处的局部受压验算
j4
查规范知,Ra14MP1.410kPa,1.15
Ac
d2
4
0.82
4
0.503m2
1.150.50314104kN52586.4kN
1.54
Ni'1696.06kN
j
ARm
所以符合条件。
b.桩对承台的冲剪验算 查表知:
Rjj3.3MPa3.3103kPa
t01.0m,u10.82.51m,um
u21tan350.426.91m,u1u22.516.91
4.71m,22
N'j48.44kN
N'jumRjj
t01.0m
3
1.544.810m3
4.713.310
48.44
所以符合条件。