预应力空心板桥毕业设计

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1、1基础工程课程设计基础工程课程设计题目名称题目名称: 某公路桥梁桥双柱式墩基础设计学学 院：院： 专业年级：专业年级： 09 土木 2 班 学生姓名：学生姓名： 2学学 号：号： 指导教师：指导教师： 课程设计课程设计第一部分第一部分1.11.1 设计任务设计任务本设计对象为某公路桥梁，该桥梁的上部结构设计已经完成，本课程设计的任务是完成桥墩基础与地基的设计与检算。要求同学按给定的条件完成相关的设计和计算工作，具体要求如下：1综合分析设计资料，对三种常用的桥梁基础类型（刚性扩大基础、桩基础和沉井基础）的技术合理性进行比较（限于课时，本次课程设计不考虑造价因素），选择较为合理的基础方案。2对选定

2、的基础方案进行详细设计。3初步决定修筑基础的施工方案。4将以上全部成果整理成设计计算说明书和设计施工图。1.21.2 设计资料设计资料1.2.11.2.1 工程概况工程概况该桥梁系某 I 级公路干线上的中桥（单线），线路位于直线平坡地段。该地区地震烈度较低，不考虑地震设防问题。桥梁及桥墩部分的设计已经完成，桥跨由 4 孔 30m 预应力钢筋混凝土梁组成。1.2.21.2.2 工程地质和水文地质工程地质和水文地质3地面标高地面标高 340.8m，最大冲刷线标高，最大冲刷线标高 335.6m。地基土为中砂，。地基土为中砂，,内摩擦角内摩擦角38o，地基土比例系数，地基土比例系数 m15 000 k

3、N/m4；地基土极；地基土极限摩阻力限摩阻力 kPa；地基容许承载力；地基容许承载力370kPa，土的饱和容，土的饱和容ik50q a0f重重 = 19. 50 kN/m3；土的浮容重；土的浮容重 = 10.8 kN/m3。1.2.3 墩柱及桩的尺寸墩柱及桩的尺寸采用双柱式墩（图采用双柱式墩（图 1)。墩帽盖梁标高。墩帽盖梁标高 351.4m，墩柱顶标高为，墩柱顶标高为350.2m，桩顶（常水位）标高为，桩顶（常水位）标高为 345.2m，。墩柱直径，。墩柱直径 1.50m；桩；桩的直径的直径 1.60 m。桩身用。桩身用 C25 混凝土；其受压弹性模量混凝土；其受压弹性模量MPa；桩的容重；

4、桩的容重 = 25kN/m34 c2.8 10E 1.2.4 荷载情况荷载情况桥墩为单排双柱式，上部结构为桥墩为单排双柱式，上部结构为 30 m 预应力钢筋混凝土预应力钢筋混凝土 T 梁，桥面宽度梁，桥面宽度 7m+221.5m,设计汽车荷载为公路设计汽车荷载为公路 II 级，人群荷载级，人群荷载 标准值为标准值为 3.0kN/m2。桥梁处于。桥梁处于 I 类环境，下部结构安全等级为二类环境，下部结构安全等级为二 级，以顺桥向计算级，以顺桥向计算。4图 1 双柱式桥墩计算图（标高单位为 m，尺寸单位为 cm）每一根桩承受荷载为：每一根桩承受荷载为：两跨恒载反力两跨恒载反力 N1=1451.78

5、 kN盖梁自重反力盖梁自重反力 N2=401.5 kN系梁自重反力系梁自重反力 N3=141.78 kN一根墩柱（直径一根墩柱（直径 1.5m）自重）自重 N4=220.28 kN 桩每延米自重桩每延米自重21.61530.16 (kN) ()4q已扣除浮力两跨活载反力两跨活载反力 N5=569.10 kN 单跨活载反力单跨活载反力 N6=415.18kN车辆荷载反力已按偏心受压原理考虑横向分布的分配影响。车辆荷载反力已按偏心受压原理考虑横向分布的分配影响。在顺桥向引起的弯矩在顺桥向引起的弯矩 M=129.15kNm 制动力制动力 T=89.50 kN，作用点在支座中心，距桩顶距离为，作用点在

6、支座中心，距桩顶距离为 5.867m。5纵向风力：盖梁部分纵向风力：盖梁部分 W1=2.95kN，对桩顶力臂，对桩顶力臂 5.1m；墩身部分；墩身部分W2=2.25kN，对桩顶力臂，对桩顶力臂 2.45m；桩基础采用旋转钻孔灌注桩基础，；桩基础采用旋转钻孔灌注桩基础，为摩擦桩为摩擦桩。桥墩为单排双柱式，上部结构为 30 m 预应力钢筋混凝土 T 梁，桥面净宽 7m21.5 m,设计汽车荷载为公路 2 级，人群荷载标准值为 3.0kN/m2。以顺桥向 计算，计得至盖梁顶的各作用值见表 1。1.31.3 设计依据设计依据1中华人民共和国交通部部标准公路桥涵地基与基础设计规范（JTG D63-200

7、7）.人民交通出版社，20072中华人民共和国铁道部标准铁路桥涵地基基础设计规范，TBJ2993赵明华主编，徐学燕副主编基础工程高等教育出版社，20034李克钏主编，罗书学副主编基础工程中国铁道出版社，20005王晓谋主编，基础工程人民交通出版社，2005第二部分第二部分 方案设计方案设计2.12.1 方案比选方案比选(1)对刚性扩大基础 基础在外力（包括基础自重）作用下， 基底的地基反力为 ，此时基础的悬出部 分 a-a 断面左端，相当于承受着强度为的 均布荷载的悬臂梁，在荷载作用下，a-a 断 面将产生弯曲拉应力和剪应力。当基础圬 工具有足够的截面使材料的容许应力大于 由地基反力产生的弯曲

8、拉应力和剪应力时， a-a 断面不会出现裂缝，这时，基础内不需 配置受力钢筋，这种基础称为刚性基础。刚性扩大基础属于浅基础，其埋置深度一 般小于 5 米，对于本工程若采用刚性扩大基础，其须埋于最大冲刷线下不小于 1 米， 刚最小的进置深度为 5.7m 因此，尽管持力层土层地质良好，考虑浅基础特点故不 适合。(2)沉井基础6沉井基础适用以下情况 a上部荷载较大，而表层地基土的容许承载力不足，扩大基础开挖工作量大，以 及支撑困难,但在一定深度下有好的持力层，采用沉井基础与其它深基础相比较， 经济上较为合理时； b在山区河流中，虽然土质较好，但冲刷大或河中有较大卵石不便桩基础施工时；c岩层表面较平坦

9、且覆盖层薄，但河水较深；采用扩大基础施工围堰有困难时。 综上所述，本工程不须采用沉井基础。(3)桩基础 a当建筑物荷载较大，地基上部土层软弱或适宜的地基持力层位置较深，地下水 位较高，采用浅基础或人工地基在技术上、经济上不合理； b河床冲刷较大，河道不稳定或冲刷深度不易计算正确，位于基础或结构物下面 的土层有可能被侵蚀、冲刷，如果采用浅基础不能保证基础安全时； c当地基计算沉降过大或结构物对基础沉降变形与水平侧向位移较敏感，采用桩 基础穿过松软（高压缩）土层，将荷载传到较坚实（低压缩性）土层，以减少建筑 物沉降并使沉降较均匀； d承受较大的水平力，需要减少建筑物的水平位移和倾斜时，对稳定性要求

10、较高；e在地震区，可液化地基中， 采用桩基础可增加建筑物抗震能力，桩基础穿越可 液化土层并伸入下部密实稳定土层，可消除或减轻地震对建筑物的危害。 本工程对水平位移要求严格，本工程中局部冲刷线集位置较深，采用桩基础具 有造价低，强度高，沉降量小而均匀，施工较两者简易，综上所述，本工程采用桩 基础比较合理。3.13.1桩长计算桩长计算 由于地基土土层单一，为中密砂砾土，根据地质情况桩长不可确定，应按单桩轴向 容许承载力公式反算桩长。 采用短期效应组合，除了考虑永久作用外，还需考虑汽车效应和人群效应。 按两跨布载考虑Nh=1.0*(N1+N2+N3+N4+Lq+hq)+1.0*N5+1.0*N7=1

11、.0*(1451.78+401.5+141.78+220.28+(345.2- 335.6)*30.16+h*8.44+1.0*569.10=3073.98+8.44h设桩埋入局部冲刷线下深度为 h,埋入一般冲刷线下，则3h002 231(3)2aipaikRUl qm AfK r h计算时取以下数据：桩的设计桩径 1.60m,桩周长 =5.03m，aR6 . 1U7=2.01,=0.7, =0.8, =4.0, =370,=10.802(1.5) 4pA2m0m2K0afakp2(已考虑浮力)，=50akp ，所以3/KN mikq得0022 11(3)2naik ipa iRuq lm A

12、fKh=*(5.03*50*h)+2.01*0.8*0.7*370+4*10.8*(h+5.23)=Nh=3073.98+8.44h1 2解得 h=15.40m 取 h=16.0m 桩底标高为 319.60 取 h=16.0m 桩的轴向承载力满足要 求。3.23.2单桩所受外荷载的分配单桩所受外荷载的分配计算墩柱顶外荷载、（按单跨计算） iPiiHM、)2805.19415.18*1.4401.501451.78*1.2KNPi（）（)267.43(2.45)-(5*2025-6.31)-(7.06*3.00*1.1350.20)-(351.40*89.5*1.4*0.6129.15*1.4

13、mKNMi 3.33.3 换算到局部冲刷线处换算到局部冲刷线处计算计算000PHM、汽车按一跨布载考虑，按承载能力极限状态下作用基本组合的效应组合计算， 除汽车荷载效应外还需考虑人群荷载、汽车制动力、风荷载的可变效应。)3379.11)6 . 9*16.30(28.22078.141*2 . 119.28050KNP（】 )(71.91)25. 295. 2(*1 . 15 .89*4 . 1 *0.70KNH)(75.1418)7 .14*7 . 27 .14*95. 2(*1 . 16 .335-4 .351(*5 .89*4 . 1 *6 . 015.129*4 . 10mKNM3.43

14、.4 桩的各参数确定桩的各参数确定 地基土比例系数15000m计算宽度mdkkbf34. 2) 16 . 1 (9 . 00 . 1) 1(1桩的变形参数所以按弹性桩计算桩的换算深度其中, 5 . 225. 516283 . 0h41m. 06 . 1049087. 0283 . 032. 0108 . 28 . 034. 2150004415751mhIEImb)(89.98)2.95*1.189.5*1.4(*0.7KNHi83.5 局部冲刷线以下深度 Z 处桩身各截面内力计算计算局部冲刷线以下深度 Z 处的桩身截面弯矩,计算公式：MZMMMMMMZBABABMAQM46.140738.2

15、6446.1407345. 021.9700无量纲系数 有附表 3、附表 7 分别查得MZ,计算如下表：MAMBzZ zMAMB)(mkNMz0.00.00.000001.00000661.86 0.20.610.196960.99806715.70 0.41.220.377390.98617758.32 0.61.860.529380.95861782.61 0.82.440.645610.93817786.69 1.03.050.723050.91324785.11 1.23.660.761830.85089765.52 1.44.220.764980.68694668.74 1.85.490.684880.49889521.86 2.26.700.531600.32025360.73 2.67.930.352580.17546214.80 3.09.150.193050.07595104.29 3.510.670.050810.0135423.18局部冲刷线以下深度 z 处横向土抗力计算：zxPxxxxxxzxBZAZBZAZBZbMAZbHP591.71448.1334. 246.14