重力式橋墩剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)課程名稱基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)題目重力式橋墩剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)設(shè)計(jì)姓名專業(yè)年級(jí)學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師成績(jī)?nèi)掌?011年6月26日基礎(chǔ)工程課程設(shè)計(jì)評(píng)語2011指導(dǎo)教師（簽名）：年6月30日目錄：一、設(shè)計(jì)資料4二、擬定剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)尺寸4確定基礎(chǔ)埋置深度基礎(chǔ)的尺寸擬定三、橋墩荷載計(jì)算5上部構(gòu)造恒載反力、橋墩、墩帽自重及浮力等。汽車和人群荷載計(jì)算汽車制動(dòng)力：風(fēng)荷載計(jì)算四、地基壓應(yīng)力計(jì)算9五、持力層承載力驗(yàn)算10基底應(yīng)力計(jì)持力層承載力驗(yàn)算下臥層承載力驗(yàn)算六、基底偏心距驗(yàn)算10恒載作用時(shí)由合力偏心距七、基礎(chǔ)穩(wěn)定性驗(yàn)算11傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算,滑動(dòng)穩(wěn)定性驗(yàn)算八、沉降計(jì)算11九、參考文獻(xiàn)12一、設(shè)計(jì)資料1 .某一級(jí)公路橋梁，上部結(jié)構(gòu)

2、為35m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁（計(jì)算跨徑1=33.98m）,橋面寬度為凈10（三車道）+2Xm,弧形滑動(dòng)支座，摩擦系數(shù)以=。2 .設(shè)計(jì)荷載：公路-I級(jí)，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 .橫向基本風(fēng)壓W=kN/m2。5 .材料：墩帽混凝土30#,容重y=25kN/m3;墩身yM凝土20#,容重丫=24kN/m3。6 .每跨上部結(jié)構(gòu)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(jì)算指標(biāo)/m/kN/m/%/%/%/MPa黏土亞黏土強(qiáng)風(fēng)化巖一358 .沖刷線：最大沖

3、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(kuò)大基礎(chǔ)尺寸確定基礎(chǔ)埋置深度由上部結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)荷載資料知道，本橋是重力式橋墩剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)，并且為公路一I級(jí),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:）初步擬定基礎(chǔ)底面在最大沖刷線以下1.8m處，標(biāo)高為，基礎(chǔ)埋深為橋梁墩臺(tái)基礎(chǔ)基底最小埋置深度（m）表2總沖刷深度橋梁類別j一、05101520大中小橋（不鋪砌）特大橋基礎(chǔ)的尺寸擬定由規(guī)范知“水中基礎(chǔ)頂面不宜高于最低水位，并在一般情況下大、中橋墩、臺(tái)基礎(chǔ)厚度在12m左右”?，F(xiàn)初定基礎(chǔ)材料為C20混凝土澆筑

4、基礎(chǔ)，厚度為，基礎(chǔ)頂面標(biāo)高為+=,則墩身高為，由墩身坡度值10:1的，墩底截面長(zhǎng)為，寬為。基礎(chǔ)分兩層，臺(tái)階寬30cml故臺(tái)階擴(kuò)展角arctan30220,小于剛性角容許值=400,符合剛性角的要求。75則基礎(chǔ)底面尺寸為：a=+4X=擬定尺寸圖(二)三、橋墩荷載計(jì)算上部構(gòu)造恒載反力、橋墩、墩帽自重及浮力等。(1)計(jì)算值列表3表恒載計(jì)算表部位計(jì)算式豎直力P(kN)對(duì)基底中心軸偏心距e(m)彎矩M備注橋帽(兀X+XXX2500彎矩正負(fù)值規(guī)定如下：順時(shí)針為正，逆時(shí)針為負(fù)橋身1X+XX+1無+0.95)2X+-1TtXX233X2400臺(tái)基XX+XXX2400左跨上部構(gòu)造6000/23000-1530右

5、跨上部構(gòu)造6000/230001530EP=,EM=(2)浮力b=+4x =, !重力式橋墩剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)在水中的水位線圖（三）最低低水位浮力:F1=【 L x +x 2) x x +12-3XXL X +X 2) X X +2工百冗+ 義+工 3-XX 】X10=最高水位浮力:F1=【 L * +x2)xx1 X +X 2) x X +2 23X+- 1XX *10=（3）上覆土重W (4.6816.480.6) 20.31.0520.2 (4.68 0.60 16.48 1.2)0.30.3 20.2(11.8 215.52)0.030.320.2336.35kN2汽車和人群荷載計(jì)算Pk =

6、對(duì)于橋墩基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)，汽車荷載采用車道荷載，車道荷載包括均部qk和集中荷載Pk兩部分組成。對(duì)于公路-I級(jí)汽車荷載，qk10.5kN/m,集中荷載Pk與計(jì)算跨徑有關(guān)，計(jì)算跨徑小于或等于5m時(shí)，pk=180kN;橋涵計(jì)算跨徑等于或大于50m時(shí)，pk=360kN,橋涵計(jì)算跨徑大于5m小于50m時(shí)Pk值采用直線內(nèi)插求得。本算例中，由于本橋梁是（三）車道，所以查表橫向布置設(shè)計(jì)車道數(shù)(條)2345678橫向折減系數(shù)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)則支座反力為：10.533.98R1R1(295.92)2948.63kN2人群荷載引起的支座

7、反力為R2和R2351.53R2R22157.5kN2對(duì)基底形心軸的彎矩為：M?1=M'R1=X=M'R2=X=(2)單孔汽車荷載一20+單孔兩側(cè)行人荷載qkPk33.98m33.98mR1R1單孔汽車荷載一20+單孔兩側(cè)行人荷載圖(五)則支座反力為:R110.5 33.98295.92) 2 948.63kN人群荷載引起的支座反力為R2和R2351.53-R22157.5kNR202對(duì)基底形心軸的彎矩為：MRi=X=M'ri=0MR2=X=M'R2=0汽車制動(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(zhǎng)度上計(jì)算的總重力的10刈算，但公路-I級(jí)汽車制動(dòng)力不

8、小于165kMH1=(X35+)X10%=<165kN,WJH取為165kN。因此簡(jiǎn)支梁板式支座的汽車荷載產(chǎn)生的制動(dòng)力為：H=X165=風(fēng)荷載計(jì)算橫橋向風(fēng)荷載假定水平地垂直作用于橋梁各部分迎風(fēng)面積的形心上，則：表(6)地形、地理?xiàng)l件系數(shù)k3表(5)地表分類k2風(fēng)速高度變化修正系數(shù)表(7)由規(guī)范得公式風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值Fwh=k0k1k3WdAwh；W=丫M2/2g;W=TV102/2g;Vd=k2?k5?V10；因此Fwh=k0?k1?k3?(k2?k5)2W0?Awh；查規(guī)范可知，k0=、k1=、k3=、k5=、k2=；計(jì)算簡(jiǎn)圖看圖荷載作用小意圖(六)墩帽Fw=xxx(X)2XX(X)=0按

9、最高水位計(jì)算；墩身Fw=XXX(X)2XX(+)X2=按最低水位計(jì)算；墩身Fwh=XXX(X)2XX(+)X2=荷載組合I:恒載(最低水位)荷載組合廠包載(最高水位)四、地基壓應(yīng)力計(jì)算+雙孔汽車荷載+雙孔兩側(cè)彳T人荷載+風(fēng)力+制動(dòng)力;+單孔汽車荷載一20+單孔兩側(cè)彳T人荷載+風(fēng)力+制動(dòng)力;荷載組合田：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(jì)算見表(11)表各種荷載組合下作用于基礎(chǔ)底面形心處得H、N和M值組合水平力H(kN)豎直力N(kN)彎矩M(kNm)I82.5+=+X2+=x+x+x=不同荷載組合下作用于基底形心處得力表(8)R+=+=義+

10、X+X+=m+=+=x+x=IV0+X2+-=0五、持力層承載力驗(yàn)算基底應(yīng)力計(jì)Pmax19102.516.48 4.68595.14257.57kpa1216.48 4.6826p min19102.5一16.48 4.68 1659514216.48 4.682237.78kpa持力層承載力驗(yàn)算持力層為一般黏性土，按公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(JTGD63-2007);當(dāng)e=,Il二時(shí)，查表得fa0二,因埋置深度為地基承載力不予修正，則f0=fa0=>Pmax=,滿足要求下臥層承載力驗(yàn)算下臥層為亞黏土，e=,Il=時(shí)，查表得fa0=<持力層fa0=,故必須予以驗(yàn)算。基底至亞黏土層

11、頂面處的距離z為；z=,當(dāng)a/b=,z/b=,由公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(JTGD63-2007)查得附加應(yīng)力系數(shù)a=。計(jì)算下臥層頂面處的壓應(yīng)力6h+z,當(dāng)z/b<1,基底壓應(yīng)力取離最大壓應(yīng)力距離b/3二處的壓應(yīng)力，P=251kPa則Ph+z=x(+)+X(X2)=而下臥層頂面處的承載力容許值可按課本公式(2-16)計(jì)算，其中K=0,而Il=>,故K2=,JMPh+z=+XX(+)=>Ph+z=,滿足要求。六、基底偏心距驗(yàn)算包載作用時(shí)eo=O,p=-b=eo<p,滿足要求由合力偏心距對(duì)照表（8）中所列荷載組合情況，按荷載組合R計(jì)算M1120.13eo=<p輛足要

12、求N16435.4七、基礎(chǔ)穩(wěn)定性驗(yàn)算傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算b 4.68按荷載組合田：恒載（最高水位）+風(fēng)力驗(yàn)算；則要滿足墩臺(tái)基礎(chǔ)抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)k0s=22eo=O+x+x/=ko=s/eo=18OO>滿足要求。,滑動(dòng)穩(wěn)定性驗(yàn)算因基底處地基土為硬塑黏土，查表得以=按荷載組合田：恒載（最高水位）+風(fēng)力驗(yàn)算；則要滿足墩臺(tái)基礎(chǔ)抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)ko>Kc=x+/+=>滿足要求。八、沉降計(jì)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(duì)基礎(chǔ)沉降影響較大，故應(yīng)計(jì)算基礎(chǔ)沉降。計(jì)算圖列如圖五；確定地基變形的計(jì)算深度；乙4（）=X（）=確定分層厚度；第一層從基礎(chǔ)底部向下；第二層

13、從第一層底部向下3m第三層從第二層底部向下；確定各層土的壓縮模量；（單位MPa第一層Es1=第一層Es2=第三層Es3=35求基礎(chǔ)底面處附加應(yīng)力按正常使用極限狀態(tài)的長(zhǎng)期效應(yīng)組合采用，各項(xiàng)作用效應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù)分別為：上部構(gòu)造包載、橋墩及基礎(chǔ)自重均為，汽車荷載和人群荷載均為.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(yàn)算基礎(chǔ)沉降量。N=+x2+=kN基礎(chǔ)底面處附加應(yīng)力；P0=N/A-rh=/(X)X=計(jì)算地基沉降計(jì)算深度范圍內(nèi)各土層的壓縮變形量見表(9)Z單位(mDl/bz/baZi0CiZiai-Zi-ioti-1日,，siS'=Asi單位(mm)0035注：a查JTGD63-2007公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范的矩形面積上均布荷載作用下中點(diǎn)平均附加壓力系數(shù)。確定沉降經(jīng)驗(yàn)系數(shù)Es=EAi/E(Ai/Esi)=(+)/+(+(35)Ws=+x計(jì)算地基的最終沉降量S=VsS'=x=根據(jù)公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(JTGD63-2007)規(guī)定：相鄰墩臺(tái)間不均勻沉降差值，不應(yīng)使橋面形成大于%勺附加縱坡(折角)。因此該橋的沉降量是否滿足要求，還應(yīng)知道相鄰墩臺(tái)的沉降量。九、參