埋置式桥台刚性扩大基础设计

埋置式桥台刚性扩大基础设计 《墩台与基础》课程设计 课题名称: 埋置式桥台刚性扩大基础设计 学生学号: 1001110110 武汉大学教务处 制 一、课程设计的任务或学年论文的基本要求: 1、设计条件 某桥上部构造采用装配式钢筋混凝土T形梁。标准跨径20.00m，计算跨径19.50m。摆动支座，桥面宽度为7，2×1.0m，双车道。有关设计条件和资料如下: 1)结构尺寸如附图1所示，上部构造恒载1085kN; 22)设计荷载为公路?级，人群荷载为5kN/m; 3)工程地质条件 设计洪水水位标高离基底的距离为6.5m。根据工程场地《岩土工程勘察》， 各土层物理力学指标如表1所示。 表1 各土层物理力学指标 固结快剪 压缩性指标 层厚含水量 重度 液塑性液性序号 土层名称 孔隙比 比重 3C φ aE1-2 s1-2 m , kN/m 限, 指数 指数 -1kPa 度 MPa MPa 20 0.1 55 20 0.15 11.6 1 粘土 6.5 26 19.7 0.74 2.72 44 2 粉质粘土 4.1 28 19.1 0.82 2.71 34 15 0.6 20 16 0.26 7 3 软质基岩 21.5 4)材料:台帽、耳墙及台身均采用C20钢筋混凝土;基础板采用C15素混凝土; 3o台后及溜坡填土γ,18kN/m，内摩擦角φ,35，c,0。 2、设计说明书内容及要求 1)确定基础; 2)在结构方案的基础上进行桥台及基础设计; 3)地基验算; 4)写出完整的计算书，字迹要工整美观，并用钢笔写或打印，插图可用铅笔画。设计计算应符合现行有关规范规定; 5)每个学生完成2号图纸1张的基础图绘图工作量，内容有: 埋置式桥台刚性扩大基础设计图。 6)施工图应与计算书的内容相符合，构造合理，便于施工。 7)施工图计算机或手绘完成，字宜用仿宋字体，线形、尺寸标注方法、图例等均应符合《 建筑制图统一标准》和《建筑结构制图标准》 指导教师签字: 教研室主任签字: 年 月 日 年 月 日 附图1 1 / 24 二、进度安排: 二、进度安排: 发题 2013年5月20日 (1)2013年5月20日-2013年5月21日 确定基础方案 2 / 24 (2)2013年5月22日-2013年5月26日 进行桥台的受力计算 (3)2013年5月27日-2013年5月28日 地基验算 (4)2013年5月28日-2013年5月29日 书写设计计算说明书 (5)2013年5月29日-2013年5月31日 绘制桥台施工图 三、应收集资料及主要参考文献: 1(华南理工大学、浙江大学、湖南大学编(基础工程(第二版)(北京:中国 建筑工业出版社， 2008 2(凌治平、易经武主编(基础工程(北京:人民交通出版社，1999 3(周景星、王洪瑾、虞石民等编(基础工程(北京:清华大学出版社，1996 4(王秀丽主编(基础工程(重庆:重庆大学出版社，2001 5(赵明华主编(基础工程(北京:高等教育出版社，2003 6(袁聚云、李晓培、楼晓明等编(基础工程设计原理(上海:同济大学出版社，2002 7([美]Bowles，J(E(著，童小东等译(基础工程分析与设计(第5版)(北京: 中国建筑工业出版社，2004 8(中华人民共和国国家标准(混凝土结构设计规范(GB50010-2002)(北京: 中国建筑工业出版社，2002 9(中华人民共和国国家标准(建筑地基基础设计规范(GB50007-2002)(北京: 中国建筑工业出版社，2002 10(中华人民共和国行业标准(建筑桩基础设计规范(JGJ94-2008)(北京:中 国建筑工业出版社，2008 11(顾晓鲁、钱鸿缙等编(地基与基础(第三版)(北京:中国建筑工业出版社，2003 12(周果行编著(房屋结构毕业设计指南(北京:中国建筑工业出版社，2004 13(袁聚云等(土木工程专业毕业设计指南(岩土工程分册)(北京:中国水利水 电出版社，1999; 四、课程设计(学年论文)摘要(中文): 本次课程设计为埋置式桥台刚性扩大基础的设计，属于天然地基上的浅基础设计。本设计主要内容如下:通过对不同方案的技术经济比较，从而确定本方案最为适宜; 3 / 24 根据工程地质资料和气象资料选择持力层和通过计算确定基础埋深;对基础受到的各 种荷载分别进行计算并以导致结构物出现最不利情况的荷载进行组合;对地基承载力 进行了验算;对基底偏心距进行了验算;对基础的稳定性进行了验算，包括抗倾覆稳 定性验算和抗滑移稳定性验算;最后，对基础按恒载采用分层总和法进行了沉降量的 计算。 关键词:桥台，基础设计 五、课程设计(学年论文)摘要(英文): This course design is about the design of a buried abutment's rigidity enlarged foundation, which belongs to shallow foundation's design on the natural base. This design including the following contents: Making sure that this plan is the most appropriate one via the comparison in technology and economy; Choosing the supporting course and determining the embedment depth by computation according to geological materials and climatological data; Computing the loads that the foundation may accept respectively and combine the loads in the most unfavorable situation; checking the ground bearing capacity; Checking the foundation undersurface's eccentric distance; Checking the foundation's stability, including overturning stability and slippage stability; Lastly, computing the settlement of the foundation according to dead load with the method of splitting summation. Keywords:abutment，foundation design 六、成绩评定: 指导教师评语: 4 / 24 指导教师签字: 200 年 月 日 项目 评价 项目 评价 调查论证 工作量、工 作态度 实践能力 分析、解决 质量 问题能力 创新 得分 七、答辩记录: 什么是地基承载力特征值及地基容许承载力, 5 / 24 答,地基承载力特征值为在保证地基稳定的条件下,使建筑物的沉降量不超过允许值的地基承载力。 地基容许承载力是指地基稳定有足够安全度的承载能力,也即地基极限承载力除以一安全系数,此即定值法确定的地基承载力,同时必须验算地基变形不超过允许变形值。 答辩意见及答辩成绩: 答辩小组教师(签字): 200 年 月 日 总评成绩: (教师评分×75%+答辩成绩×25%) 课程设计评审标准(指导教师用) 评价内容 具 体 要 求 权重 调查论证 能独立查阅文献和从事其他调研;能提出并较好地论述课题的实0.1 6 / 24 施方案;有收集、加工各种信息及获得新知识的能力。 实践能力 能正确选择研究(实验)方法，独立进行研究工作。如装置安装、0.2 调试、操作。 分析解决问题能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题;能正确处理实验0.2 能力 数据;能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。 工作量、工作按期圆满完成规定的任务，工作量饱满，难度较大，工作努力，0.2 态度 遵守纪律;工作作风严谨务实。 质量 综述简练完整，有见解;立论正确，论述充分，结论严谨合理;0.2 实验正确，分析处理科学;文字通顺，技术用语准确，符号统一， 编号齐全，书写工整规范，图表完备、整洁、正确;论文结果有 应用价值。 创新 工作中有创新意识;对前人工作有改进或独特见解。 0.1 7 / 24 埋置式桥台刚性扩大基础设计 一、基础结构布置的选择 本工程的某桥上部构造采用装配式钢筋混凝土T形梁，标准跨径20m，计算跨径19.5m;摆动支座，桥面宽度为7+2×1.0m，双车道。 初步拟定的方案为浅基础和桩基础。对于桩基础，完全可以满足强度、稳定性等要求，但其造价将会很高，不是很经济;其结构形式和施工方法较简便易行，易于 保证施工质量，经济效益也较好。 综合考虑基础所在地的工程地质状况、水文条件等因素，经过技术、经济和施工条件上的比较，最后选定方案为浅基础，即埋置式桥台刚性扩大基础。 二、基础结构布置的选择 基础分两层，每层厚度0.5m，襟边和台阶等宽，去0.40m。根据襟边和台阶构造要求，初拟出平面较小尺寸，如图所示，经验算不满足要求时再调整尺寸。基础用C15混凝土浇筑，混凝土的刚性角。基础的扩散角为: 满足要求。 三、荷载计算及组合 (1)、上部构造恒载反力及桥台台身、基础自重与基础上土重计算 其值列于表1-1 (2)、土压力计算 土压力按台背竖直，，填土内摩擦角，台背(圬工)与填土间摩擦角 计算，后台填土水平，。 ?后台填土表面无车辆荷载时的土压力计算 后台填土自重所引起的主动土压力计算式为: 8 / 24 恒载计算表 表1-1 竖直力 对基底弯矩 中心轴 序偏心距 计算式 备注 号 (m) 0.8×1.34×7.7×25.00 1 206.36 1.35 278.59 0.5×1.35×7.7×25.00 2 129.94 1.075 139.68 0.5×2.4×0.35×2×25.00 3 21.00 2.95 61.95 ×2.4×2.0×0.5×(0.35+0.7)×2×25.00 4 63.00 2.55 160.65 ?弯矩正负1.66×1.25×7.7×25.00 5 399.44 1.125 449.37 值规定如5.5×1.25×7.7×25.00 6 1203.13 1.125 1353.52 下:逆时针 方向取“-”×1.85×5.5×7.7×25.00 7 979.34 -0.12 -114.26 号;顺时针0.5×3.7×8.5×24.00 8 377.40 0.10 37.74 方向取“+”0.5×4.3×9.3×24.00 9 479.88 0.00 0.00 号; ?偏心距在[×(5.13+6.90)×2.65-×1.85×5.5]×7.7×18.00 10 1504.73 -1.055 -1597.58 基底中心轴 之右为“+”，×(5.13+7.73)×0.8×3.9×2×18.00 11 722.59 -0.07 -49.61 中心轴之左 为“-”。 0.5×0.4×4.3×2×18.00 12 30.96 0.00 0.00 0.5×0.4×8.5×18.00 13 30.60 -1.95 -59.67 1085.00 0.65 705.25 14 上部构造恒载 1365.63 15 7233.37 已知:，为桥台宽度取7.7m，为自基底至填土表面的距离，等于10.00m;为主动土压力系数。 9 / 24 其水平向分力: 离基础底面的距离: 对基底形心轴的力矩: 其竖直向分力: 作用点离形心轴的距离: 对基底形心轴的力矩: ?台后填土表面有汽车荷载时 由汽车荷载换算的等代均布土层厚度: 式中:为破坏棱体长度，当台背竖直时，，。 10 / 24 由，其中，得: 在破坏棱体长度范围内只能放一列汽车，因为是双车道，故: ? 台背在填土连同破坏棱体上车辆荷载作用下所引起的与压力: 其水平向分力: 作用点离基础底面的距离: 对基底形心轴的力矩: 其竖直向分力: 作用点离基底形心轴的距离: 11 / 24 对基底形心轴的力矩: ?台后有车辆荷载(图1-2): 140kN140kN 此时支反力为0，土压力车辆等代均布土层厚度 为: 图1-2 土压力合力: 其水平向分力: 作用点离基础底面的距离: 对基底形心轴的力矩: 其竖直向分力: 作用点离基底形心轴的距离: 对基底形心轴的力矩: 12 / 24 ?台前溜坡填土自重对桥台前侧面上的主动土压力 计算时，以基础前侧边缘垂线作为假想台背，图表面的倾斜度以溜坡坡度为1:1.5算得， ，则基础边缘至坡面的垂直距离为，若取 ，主动土压力系数: 则主动土压力: 其水平向分力: 作用点离基础底面的距离: 对基底形心轴的力矩: 其竖直向分力: 作用点离基底形心轴的距离: 对基底形心轴的力矩: 13 / 24 (3)、支座荷载反力计算 支座计算考虑如下两种情况。 ?台后无荷载，车道荷载作用在桥上 ?)汽车及人群荷载反力 根据《公路桥涵设计通用规 范》(JTG D60—2004)，对于集中 荷载标准值按以下规定选取:桥 梁计算跨径小于或等于5m时， 1.00 ;桥梁计算跨径等于图1-3 或大于50m时，，计算跨径在5,50m之间时，值采用直线内插求得。其荷载布置图如所示。 计算剪力效应时应乘以1.2的系数，公路?级车道荷载的均布荷载标准值为 ，支座反力标准值为: 人群荷载支座反力: 支座反力作用点距离基底形心轴的距离: 对基底形心轴的力矩: 14 / 24 ?)汽车荷载制动力 重力式墩台不计冲击系数。 制动力按车道荷载标准值在加载长度上计算总重力的10%计算，其公路-?级汽车荷载 的制动力标准值不小于90kN。 故取制动力。 ?台后桥上有均布荷载，车辆荷载在台后 其荷载布置如图所示。 140kN140kN 人群荷载支座反力: 对基底形心轴的力矩: 图1-4 (4)支座摩阻力计算 取摆动支座系数，则支座摩阻力: 对基底形心轴的弯矩: 15 / 24 (方向按荷载组合需要确定) 对实体式埋置桥台不计汽车荷载的冲击力，同时从以上制动力和支座摩阻力的计算结构表明，支座摩阻力于制动力。因此，在后面的附加组合中，以制动力作为控制设计。 (5)荷载组合 根据实际可能出现的荷载情况，可按以下情况进行组合:台后无荷载，车道荷载在桥上;台后、桥上均有荷载，车辆在台后，车道荷载在桥上;桥上无荷载，台后为车辆荷载，进行台身截面验算的荷载组合，其荷载组合见表1-2。 荷载组合计算表 表1-2 公路?级 荷载作用情况 序台后、桥上均有荷载， 台后无荷载，车道桥上无荷载，台后为号 车辆在台后，车道荷 荷载在桥上 车辆荷载 载在桥上 计算项目 力(kN) 1085 1085 1085 上部荷力臂(m) 1 0.65 0.65 0.65 载 弯矩(kN?m) 705.25 705.25 705.25 力(kN) 7233.37 7233.37 7233.37 台身荷力臂(m) 2 0.189 0.189 0.189 载 弯矩(kN?m) 1365.63 1365.63 1365.63 力(kN) 581.96 153.56 0 汽车 力臂(m) 3 0.65 0.65 0.65 弯矩(kN?m) 378.28 99.82 0 力(kN) 100 100 100 人群 力臂(m) 4 0.65 0.65 0.65 弯矩(kN?m) 65 65 65 水平:1226.69 水平:1851.98 水平:1851.98 力(kN) 竖直:512.89 竖直:583.98 竖直:583.98 力臂(m) 台后土5 压力 弯矩(kN?m) 台前溜水平:384.36 水平:384.36 水平:384.36 力(kN) 6 坡土压竖直:269.13 竖直:269.13 竖直:269.13 16 / 24 力 力臂(m) 弯矩(kN?m) 力(kN) 90 90 0 制动力 力臂(m) 7 8.66 8.66 8.66 弯矩(kN?m) 779.4 779.4 779.4 竖向力(kN) 基本组9872.35 9515.04 9361.48 合及短水平力(kN) 8 1701.05 2326.34 2236.34 期组合 弯矩(kN•m) -850.52 -2131.13 -2230.95 四、地基承载力验算 (1)台前、台后填土对基底产生的附加应力计算 因台后填土较高，由于填土自重在基底地基土中所产生的附加压力: 台后填土高度。当基础埋置深度为2.0m时，取基础后边缘附加应力系数 ，基础前边缘附加应力系数。则: 后边缘处: 前边缘处: 此外，计算台前溜坡椎体对基础前边缘底面处引起的附加应力时，填土高度可近似取基础边缘作垂线与坡面交点的距离()，并取系数，则 因此，基础前缘总的竖向附加压力: 17 / 24 (2)基底压应力计算 ?台后、桥上均有荷载，车辆在台后，车道荷载在桥上，采用短期组合: 考虑台前、台后填土产生附加应力后的总应力: 台前: 台后: ?桥上无荷载，台后为车辆荷载 考虑台前、台后填土产生附加应力后的总应力: 台前: 台后: (3)地基强度验算 ?持力层强度验算 18 / 24 根据土工试验资料，持力层为一般黏性土，根据《公桥基规》，当，时，查得:，因基础埋置深度为原底面下2.0m(3.0m)，不考虑深度修正;对黏性土地基，虽，但不进行宽度修正。 ? 满足要求。 ?下卧层强度验算 下卧层为一般黏性土，由，，可查得容许承载力，小于持力层的容许承载力，故作如下验算。 基底至土层?顶面(高程+5.0m)处的距离为: 当，，附加应力系数，且计算下卧层顶面处压应力 时，若，基底压力取平均值，即 ? 而下卧层顶面处的容许承载力可按下式计算: 其中:，，，则 满足要求。 19 / 24 五、沉降计算 根据《公桥基规》，桥梁墩台基础的沉降量按恒载采用分层总和法计算。 基底处附加应力: 各层压缩模量: 将土层?(持力层)分为2.0m、2.0m、2.5m三层，土层?分成2.0m和2.1m两层。则每一层沉降如下表所示: 沉降计算表 表5-1 分层 序号 0 0 2.16 0.00 1.000 0.000 — 11.6 1 2.0 2.16 0.47 0.945 1.891 1.891 11.6 34.50 34.50 2 4.0 2.16 0.93 0.807 3.229 1.338 11.6 24.42 58.93 3 6.5 2.16 1.51 0.652 4.237 1.008 11.6 18.39 77.31 4 8.5 2.16 1.98 0.557 4.730 0.493 7.0 14.92 92.23 5 10.5 2.16 2.47 0.480 5.040 0.310 7.0 9.36 101.60 根据，，查表得沉降经验系数，则最终沉降为: 20 / 24 按《公桥基规》，墩台容许总的均匀沉降极限值(不包括施工中的沉降)为(mm);其中为相邻墩台间最小跨径长度，跨径小于25m时仍以25m计算，故此处取。 容许的墩台均匀总沉降值: 故沉降满足要求。 地基压缩层厚度验算: 虽然，但其下层为基岩，故不必继续向下计算。 六、基底偏心距验算 (1)仅受恒载作用时应满足， ? 满足要求。 (2)若考虑荷载组合时，应满足，以桥上无荷载、后台为车辆荷载时，采用基本组合为最不利: 21 / 24 满足要求。 七、基础稳定性验算 (1)倾覆稳定性验算 ?后台、桥上均有荷载，车辆在台后，车道荷载在桥上，采用基本组合为最不利: ，满足条件。 ?桥上无荷载、台后为车道荷 ，满足要求。 (2)滑动稳定性验算 最不利情况为桥上无荷载，台后有荷载，取基本组合: 验算通过，满足要求。 参考文献 (华南理工大学、浙江大学、湖南大学编(基础工程(第二版)(北京:中国建筑工业出版社， 2008 (凌治平、易经武主编(基础工程(北京:人民交通出版社，1999 22 / 24 (周景星、王洪瑾、虞石民等编(基础工程(北京:清华大学出版社，1996 (王秀丽主编(基础工程(重庆:重庆大学出版社，2001 (赵明华主编(基础工程(北京:高等教育出版社，2003 (袁聚云、李晓培、楼晓明等编(基础工程设计原理(上海:同济大学出版社，2002 ([美]Bowles，J(E(著，童小东等译(基础工程分析与设计(第5版)(北京:中国建筑工业出版社，2004 (中华人民共和国国家标准(混凝土结构设计规范(GB50010-2002)(北京:中国建筑工业出版社，2002 (中华人民共和国国家标准(建筑地基基础设计规范(GB50007-2002)(北京:中国建筑工业出版社，2002 (中华人民共和国行业标准(建筑桩基础设计规范(JGJ94-2008)(北京:中国建筑工业出版社，2008 (顾晓鲁、钱鸿缙等编(地基与基础(第三版)(北京:中国建筑工业出版社，2003 (周果行编著(房屋结构毕业设计指南(北京:中国建筑工业出版社，2004 (袁聚云等(土木工程专业毕业设计指南(岩土工程分册)(北京:中国水利水电出版社，1999 23 / 24