福建农林大学基础工程课程设计

一、设计资料

1. 某一级公路桥梁，上部结构为35 m预应力钢筋混凝土简支梁(计算跨径l=33.98 m)，桥面宽度为净10(三车道)+2×1.5 m，弧形滑动支座，摩擦系数μ=0.2。 2. 设计荷载：公路-Ⅰ级，人群荷载3. 5 kN/m2。

桥址处河流最高水位为116.66 m，最低水位为112.8 m，通航水位为115.33 m。 4. 横向基本风压W0=0.83 kN/m2。

5. 材料：墩帽混凝土30#，容重γ=25 kN/m3；墩身混凝土20#，容重γ=24 kN/m3。 每跨上部结构自重6000 kN（中心荷载）。 7. 地基情况及土的物理力学性质指标，见表1。 表1 地基土层分布及计算指标 名 称 厚度/m 容重/kN/m3 孔隙比 含水量/% 液限/% 塑限/% 压缩模量/MPa 黏 土 6.0 20.2 0.651 22.0 34.3 16.1 16.5 亚黏土

3.0

18.3 0.978 33.1 36.0 19.8 7.5 强风化岩 6.0

22.5

—

—

—

—

35

8. 冲刷线：最大冲刷线和一般冲刷线就是现有的地面线，标高为112.00 m。 9.桥墩形式和尺寸示意图如附图一： 附图一：

1

二、拟定基础尺寸。

2.1.基础埋深确定；考虑最大冲刷线取基础埋置深度为H=2m；

2.2.基础构造形式确定；基础分两层，每层厚度为0.5m，襟边和台阶宽度相等，取0.4m。基础采用C15素混凝土，容重r=24KN/m3，混凝土的刚性角αmax=40°。现基础扩散角为：α=tan-1（0.8/1.0）=38.66°＜αmax=40°，满足要求。 2.3.基础平面尺寸确定；

桥墩底长度；l=11.8+2×0.95+2×（8.6/10）=15.42m；

则基础底面长度（横桥向）a=l+2Htanα；a=15.42+2×2×0.8=18.62m。

桥墩底宽度；d=2×（8.6/10）+1.9=3.62m

则基础底面宽度（顺桥向）b=d+2Htanα；b=3.62+2×2×0.8=6.82m。平面尺寸如图一所示；

三、荷载计算。

3.1.上部构造恒载反力、桥墩、墩帽自重如表2所示； 表2

2

序号 计算式 容重（KN/m3） 竖直力 对基底中心轴偏（KN） 心距 e（m） 847.31 0 弯矩M（KN.M） 备注 1 （11.8×2.1×1.2）+（π×1.052×1.2） 25 0 墩帽可看成一长方体与一圆柱组合 2 11.8×（1.9+3.62）×8.6/2+1/3×π（0.86+0.95）2×18.1-1/3×π0.952×9.5 24 7996.86 0 0 墩身可看成一槽体与圆锥体组成 3 18.62×6.82×0.5+18.22×6.42×0.5 24 2927.53 0 0 基础可看成两个长方体组合 4 6000/2 3000 （35-33.98）/2=0.51 1530 上部结构自重对支座的荷载 5 3.2支座活载反力计算； 3.2.1.汽车及人群荷载反力

∑P=14771.7，∑M=1530 《公路桥涵通用设计规范》（JTG D60-2004）中规定，桥梁结构的整体计算采用车道荷载。

公路-I级车道荷载均布标准值为：qk=10.5KN/m；按线性内插法可知集中荷载标准值为Pk=180+[（360-180）/（50-5）]×（33.98-5）=295.92KN。

桥跨上的车道荷载布置如图二所示；均布荷载满跨布置，集中荷载布置在最大影响线峰值处。 反力影响线的纵距分别为：h1=1.0；h2=0。

计算支座反力为：（注：因三车道数需予以折减且必须大于按两车道计算值；横向布置折减系数查规范为0.78）

R1=（295.92×1+1/2×1×33.98×10.5）×3×0.78=474.32×3×0.78=1109.91kN >（295.92×1/2×1×33.98×10.5）×2=948.64kN，满足条件。

人群荷载支座反力：R2=1/2×1×35×3.5×3×0.78=143.33kN > 1/2×1×35×3.5×2=122.5kN，满足条件。

3

支座反力作用点离基底形心轴的距离为（35-33.98）/2=0.51m；对基底形心轴的弯矩为： MR1=1109.91×0.51=566.05kN·m；MR2=143.33×0.51=73.1kN·m。 3.2.2.汽车荷载制动力

由汽车荷载产生的制动力按车道荷载标准值在加载长度上计算的总重力的10%计算，但公路-I级汽车制动力不小于165kN。

H1=（10.5×35+295.92）×10%=66.34kN < 165kN，则H1取为165kN。 因此简支梁板式支座的汽车荷载产生的制动力为：H=0.5H1=0.5×165=82.5kN 3.2.3.风荷载计算

由规范得公式风荷载标准值Fwh=k0·k1·k3·Wd·Awh；Wd=rvd2/2g；W0=rv102/2g；vd=k2·k5·v10； 因此Fwh= k0·k1·k3·（k2·k5）2W0·Awh；查规范可知，k0=0.9、k1=0.5、k3=1.0、k5=1.38、k2=1.0；计算简图见图三

墩帽Fwh=0.9×0.5×1.0×（1.0×1.38）2×0.83×（2.1×1.2）=1.79kN。

① 按最高水位计算； 墩身Fwh=0.9×0.5×1.0×（1.0×1.38）2×0.83×（1.9+2.49）×2.94/2=4.59kN。 ② 按最低水位计算；墩身Fwh= 0.9×0.5×1.0×（1.0×1.38）2×0.83×（1.9+3.06）×5.8/2=10.23kN。

四、地基承载力验算

4.1.基底应力计算

按何在组合I：恒载（最低水位）+双孔汽车荷载+双孔两侧行人荷载+风力+制动力；计算见表3.

表3基底应力计算组合表 组合 水平力kN 竖直力kN 弯矩kN·m 4

I 制动力+风荷载 82.5+1.79+10.23=94.49 所有竖直力-浮力 14771.7+1109.91+143.33+10.22.8=17244.4 ×122.3（埋深中土体重）-10×-（1530+566.05+73.1+82.5×10.8+1.79×7.4+4.59×5.47）=-3098.5

基底应力

Pmax=N/A+M/W；W=1/6ab2=1/6×18.62×6.822=144.34；Pmax=17244.4/（18.62×6.82）

+3098.5/144.34=157.08kPa

Pmin=N/A-M/W；Pmin=17244.4/（18.62×6.82）-3098.5/144.34=113.91kPa

由于e0=0.51<ρ=b/6=1.14，所以基底压应力分布图为梯形如图四

4.2.地基承载力验算 4.2.1持力层承载力验算

持力层为一般黏性土，按《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2007）；当e=0.651，IL=0.32时，查表得[fa0]=379.7kPa,因埋置深度为2m，故地基承载力不予修正，则[f0]=[ fa0]=379.7kPa > Pmax=157.08kPa,满足要求 4.2.2下卧层承载力验算

下卧层为亚黏土，e=0.978，IL=0.82时，查表得[fa0]=159.8kPa <持力层[fa0]=379.7kPa,故必须予以验算。

基底至亚黏土层顶面处的距离z为；z=6-2=4m，当a/b=18.62/6.82=2.73，z/b=4/6.82=0.59，由《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2007）查得附加应力系数α=0.751。计算下卧层顶面处的压应力?h+z，当z/b <1，基底压应力取离最大压应力距离b/3=2.27m处的压应力，P=104.8kPa，则Ph+z=10.2×（2+4）+0.751×（104.8-10.2×2）=125.58kPa

下卧层顶面处的承载力容许值可按课本公式（2-16）计算，其中K1=0，而IL=0.82>0.5，故K2=1.5，则[P] h+z=159.8+1.5×10.2×（2+4-3）=205.7kPa > Ph+z=125.58kPa，满足要求。

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