道路桥梁与渡河工程专业《基础工程》课程设计指导书第一部分柱式墩配多排桩基础1 拟定桥墩及基础尺寸1.1 标高推算及铅垂方向尺寸拟定墩帽顶面标高:从水文角度出发,推算墩帽顶面标高。
计算水位=设计水位+波浪壅水等梁底标高=计算水位+安全净空裸梁顶面标高=梁底标高+梁高墩帽顶面标高=梁底标高-支座及垫石厚度墩帽厚度:根据桥的规模,满足《桥规》有关最小厚度的要求,自行拟定。
承台顶面标高:考虑冰冻、撞击及方便基础施工决定。
承台厚度:为谋求较大刚度,按照《桥规》,承台厚度应不小于1.5m。
承台底面标高=承台顶面标高—承台厚度墩高=墩帽顶面标高—承台顶面标高墩柱长度=墩高—墩帽厚度。
桩长及桩底标高:由计算决定。
1.2 顺桥方向尺寸拟定墩帽宽度:根据标准跨径、计算跨径、支座垫板宽度、《桥规》有关C1、C2的规定,进行设计:B≥(标准跨径—计算跨径)+支座垫板宽度+2 C1+2C2墩柱直径:墩帽宽度—2C1,且应满足《桥规》的有关规定。
承台宽度:根据墩柱直径、桩的排数、桩的直径(1~2m)、桩的中距要求(≥2.5倍成孔直径(摩)、≥2.0倍成孔直径(柱))、边桩外缘到承台边缘的最小净距要求(见《桥规》或笔记),自行拟定。
1.3 横桥方向尺寸拟定墩帽长度:根据主梁间距、横桥向主梁片数、支座垫板宽度、《桥规》有关C1、C2的规定,满足安放主梁的要求。
同时考虑施工方法。
墩柱间距:对墩帽受力有利,参照标准图。
承台长度:根据墩柱间距与直径、桩的排数、直径、间中距要求、边桩外缘到承台边缘的最小净距要求,自行拟定。
2 承台底面形心荷载计算2.1 荷载类型(本次时间有限,简化如下)(1)承台底面形心竖向荷载包括:恒载(栏杆、人行道、桥面铺装、主梁、盖梁、墩柱、承台等)、汽车(及冲击)人群布载方式:简支梁为该墩相连两跨满载,计算该墩分担的量;连续梁需按该墩的支反力影响线进行最不利布载(2)承台底面形心水平荷载包括:制动力布载方式:整联制动,边支座不分担,其余各墩分担,正常应按刚度分配 (3)选哪个墩计算高墩自重大,刚度小水平力分得少,但力臂长;矮墩则相反。
实际工程中应逐个计算,本次择一即可。
2.2 各项荷载计算方法简述 2.2.1恒载先按单跨各项恒载的总重量计算 (1)栏杆、人行道自重根据构造图,取单侧每延米混凝土用量,乘以钢筋混凝土容重,容重可取25KN/m 3,得到每延米重量。
再乘以跨径,再乘以双侧。
(2)桥面铺装自重桥面铺装为双层,上层一般是沥青混凝土,100mm 等厚,铺满整个行车道,即“净”的部分,容重23KN/m 3;下层一般是钢筋混凝土调平层,80mm 等厚,铺满整个桥面,即主梁之上铺满,容重25-26KN/m 3;(3)主梁可根据标准图边主梁和中主梁混凝土用量,估算每个同学自己的边主梁和中主梁混凝土用量m 3,乘以容重26KN/m 3得到重量,再考虑自己的桥宽需要用几片边梁几片中梁。
单梁混凝土用量(含预制及现浇部分,不含调平层) m 3(4)盖梁、承台根据混凝土的用量计算重量。
容重26KN/m 3; (5)墩柱首先决定计算几号墩,从而可知墩柱的高度和混凝土用量。
容重26KN/m 3。
注意本次一般为双柱墩。
2.2.2汽车及汽车冲击力(1)按照规范计算k k P q 和。
(2)通过支反力影响线计算,注意双车道,注意双孔布载: 2.2.3人群通过支反力影响线计算,注意人行道宽度,注意双侧布载,注意双孔布载:(双侧)人2)(⨯⨯Ωq 。
2.2.4制动力目前一般使用桥面连续,为节约时间,近似地,某桥墩分得的制动力=整联的制动力/本联内布置固定铰支座的墩得数量。
例如,五孔一联,五孔一起制动产生的制动力,除以四个墩。
假设标准跨径30米,加载长度=30*5,单车道制动力k k P q +⨯=150。
再与165KN 或90KN 比较。
虽然是双车道,但同向行驶仅一条车道,故不要再乘以2了。
2.3计算承台底面形心荷载将以上算得的各个荷载汇集承台底面形心处,注意力臂,得到H M N 。
3桩顶荷载计算3.1假定桩长根据荷载、桩数及地质等情况,假定桩长。
3.2变形系数α的计算 3.2.1m 值m 土质当最大冲刷线以下)1(2+=d h m 米深度内有两层土时,21)1(m m m γγ-+=式中:⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧>-⨯-≤⨯=2.0)1(25.112.0)(5121121mm mm h h h hh h h h γ21m m 和分别为最大冲刷下以下第一层和下一层土的地基系数的比例系数; 1h 为最大冲刷下以下第一层土的厚度。
3.2.2 桩的计算宽度1b)1(1+=d kk b f (当m d 1≥)式中:f K ——形状换算系数,表k ——平行于水平力作用方向的桩间相互影响系数;1L ——H 作用方向,桩间净距 1h ——最大冲刷线以下计算深度()131+⨯=d h ,且h h ≤1(h 为局部冲刷线以下)d ——桩柱直径。
书曰:钻孔桩取设计直径b ——表(n ) 11+≤B nb B ——两侧边桩外缘间距3.2.3 弹性模量EIC E 桩身混凝土抗压弹性模量。
依据所选用的桩身混凝土标号,查《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2019)或结构设计原理教材。
3.2.4 变形系数 3.3判定刚性桩与弹性桩5.2>h α →弹性桩(桩基础)3.4桩顶刚度系数1ρ、2ρ、3ρ、4ρ计算 式中:0l ——桩的自由长度;h ——最大冲刷线以下埋深;ξ——沉桩)21(32γξ'+=;灌注桩)1(21γξ'+=;γ'——桩底荷载与总荷载之比,摩擦桩取0,柱桩取1; A ——桩身截面面积;c E ——桩身混凝土抗压弹性模量;0m ——桩底土地基系数的比例系数;0A ——摩擦桩取小值⎪⎩⎪⎨⎧+=2204)4tan 2(Sh dA πϕπ,柱桩420d A π=;ϕ——桩所穿过土层平均内摩擦角;S ——桩底中心距; d ——桩底直径;Q x 、M x 、M ϕ根据h h α=和00l l α=查“附表17、18、19”3.5承台底面形心位移0a 、0b 、0β计算对于竖直对称等直径桩基 3.6桩顶荷载i P 、i Q 、i M 计算4 桩长计算或验算4.1桩顶外载选择max i P 取2.4条中各i P 中最大者。
4.2桩长验算根据假定的桩长,计算单桩荷载和单桩容许承载力,如单桩容许承载力略大于单桩荷载,则假定合理;如单桩容许承载力远大于单桩荷载,则表明假定桩长过大;如单桩容许承载力小于单桩荷载,则表明假定桩长过小。
无论假定桩长过大还是过小,均需调整桩长,回到“2 桩顶荷载计算”,重新计算,直至通过。
①桩上全部向下的外载 ②土提供的向上的承载力③比较max i P 与[]a R 或与[]a R R γ。
或4.2’桩长计算设桩长为未知量,分别列出单桩荷载和单桩容许承载力得表达式,令二者相等,解得桩长。
对解得的桩长略加调整,带回到“2 桩顶荷载计算”,重新计算,直至假定桩长略大于等于解得桩长。
①桩上全部向下的外载 ②土提供的向上的承载力 ③令[]a R V = h4.3桩端最大最小压应力验算5 桩身内力计算取单桩及桩顶i Q 、i M ,采用教材公式(3-47c ),查“附表3、附表7”,得m m B A 、,计算并绘出桩身弯矩图。
用教材公式(3-51),查本指导书“附表13”,通过KQ 值,计算并标出最大弯矩值。
5.1求解最大冲刷线处0M 、0Q 5.2求解最大冲刷线以下Z M 、Z Qm m z B M A Q M 00+=α(5.2>⋅h α的摩擦桩、5.3>⋅h α的柱桩)0.4≥⋅h α时,α=h 以下,0=Z M 、0=Z Q5.3桩身最大弯矩m ax M①最大冲刷线以下桩身最大弯矩max z MQ z Q Q K Q M K C Q M αα0max 0=→→=——用本指导书表13通过Q K 计算,避免在4.13.1z --=α附近m K 值的歧异。
②当最大冲刷线以下)1(2+=d h m 米深度内有两层土时,桩身最大弯矩按下式修正:式中:00M H 和的单位分别为m kN kN .和;1h 为最大冲刷下以下第一层土的厚度。
③自由长度段0l 桩身最大弯矩lo M max由Z M 、Z Q 做出0l 上桩身弯矩表及图,找出该段最大弯矩lo M max④ 在②和③的结果即m ax M 和lo M max 之间选绝对值大者为m ax M 。
5.4绘制桩身弯矩图绘制桩身弯矩图及标出最大弯矩m ax M 及位置。
6 编制设计说明书6.1 前置封皮、任务书、目录; 6.2 正文写明拟定尺寸、桩顶荷载计算、桩长计算或验算、桩身内力计算、桩顶水平位移和转角计算等各步骤的依据、过程和结果; 6.3 参考文献7 绘制桥墩及基础一般构造图标准的工程制图。
须手工绘制,标出结构尺寸、结构主点(墩帽顶、承台顶、桩基底高程)、河床及冲刷线高程、水位),并说明单位、比例尺。
纵横比例尺须一致。
第二部分肋板式桥台设计1 拟定桥台及基础尺寸1.1 标高推算及铅垂方向尺寸拟定计算水位=设计水位+波浪壅水等梁底标高=计算水位+安全净空裸梁顶面标高=梁底标高+梁高背墙顶面标高≈裸梁顶面标高+铺装台帽顶面标高=梁底标高-支座及垫石厚度台帽厚度:根据桥的规模,参照图例,自行拟定。
承台顶面标高:考虑冰冻、撞击及方便基础施工决定。
台高=背墙顶面标高—承台顶面标高肋板高度=台高—背墙高度—台帽厚度承台厚度:为谋求较大刚度,按照《桥规》(JTG D63-2019)。
承台底面标高=承台顶面标高—承台厚度桩长及桩底标高:先行拟定桩长,最终由计算决定,本次参照桥墩桩长。
1.2 顺桥方向尺寸背墙厚度、耳墙长度、台帽宽度、肋板顶宽、肋板底宽,参照图例,自行拟定。
承台宽度:根据肋板底宽、桩的排数(一般两排)、桩的直径(一般1~2m)、桩的中距要求(≥2.5倍成孔直径(摩)、≥2.0倍成孔直径(柱))、边桩外缘到承台边缘的最小净距要求(见《桥规》或笔记),自行拟定。
1.3 横桥方向尺寸背墙及台帽的宽度、肋板厚度、肋板间距,参照图例,自行拟定。
承台长度:根据肋板间距与厚度、桩的排数(一般两排)、桩的直径、桩间中距要求、边桩外缘到承台边缘的最小净距要求,自行拟定。