8.1在线视频

各位同学 大家好

课程设计

是本课程的一个重要环节

很多同学在拿到设计任务书后

不知从何下手

已经学过的知识

不知道如何运用起来

本节课我们以19年春季学期的

课程设计任务书为例

教大家逐步完成

桩基础的设计任务

我们先来分析这个桥梁结构的几何特征

从题干中我们可以看到

桥墩的尺寸以及关键标高信息

这包括了常水位标高

一般冲刷线标高和局部冲刷线标高

这些标高是桥梁所处的河流的基本情况

我们要完成的任务

就是如何合理地把这个桥墩落在这个场地上

接下来

我们看水文地质条件

表格中列出的所有参数

都是非常重要的

土体的类型

决定了这一土层的基本性质

层厚

决定了自重应力的分布

以及基础埋深的选择

土层容重用来计算自重应力

和上覆荷载

比例系数M

是计算水平响应的关键参数

容许承载力

和侧摩阻力

用来验算桩的竖向承载能力

其中容许承载力

还应该根据

公路桥涵地基与基础设计规范》

2007的5.3.3条

来进行承载力修正

最后是压缩模量

用来计算沉降相关指标

大家在开始设计之前

一定要对地质情况

有个直观的认识

思考一下

这个地质有什么特征

是上硬下软

还是上软下硬？

中间是否有软弱夹层？

哪一层土可做为持力层

哪些土层是不能做为持力层？

哪些土层

不满足施工条件？

做为基础工程设计者

这些问题

都需要提前进行预判

关于设计荷载

我们一般将基础承受的

上部荷载为两类

恒载

和活载

其中

恒载包括了桥面

箱梁

桥墩

等桥梁结构部件

而活载包括了车辆

行人

风

等部分提供的荷载

有些活载的数值根据对应的工况来取

比如一跨和两跨活载

有些活载仅提供水平剪力

不增加竖向荷载

比如风水作用力

接下来是材料的选择

根据

公路桥基规范

5.2.2

及5.2.5的构造要求

桩身及承台混凝土强度等级

均不应低于C25

而钢筋的选择可根据2018版

《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》

3.2条选用

与原04版规范不同

18版规范对钢筋的

型号进行了变革

增加了500MPa级的

热轧带肋钢筋

推广400MPa

500MPa高强热轧带肋钢筋

作为纵向受力的主要钢筋

淘汰335MPa

热轧带肋钢筋的应用

用300MPa级光圆钢筋

取代235MPa级光圆钢筋

在设计时

要注意选取正确的钢筋型号

接下来我们设计工作正式开始

为了得到合理的荷载计算表达

永久作用代表值

即为标准值

但可变作用的代表值

包括标准值

频遇值和准永久值

在计算时应当分别注意

乘上相应的组合系数

相同类型的荷载

要根据《公路桥涵设计通用规范》

4.1部分的要求进行荷载组合

还应满足公路桥基规范

1.08和1.09的设计组合要求

此外

根据公路桥基规范5.3.7条

针对不同的工况

还需要采用合理的抗力系数

荷载组合时要把握一些基本原则

比如

只有在结构上可能同时出现的荷载

才进行组合

荷载按所有可能组合中

最不利作用效应

进行组合

可变作用出现有利影响时

不参与组合等

此外还需要注意

荷载的组合

对应的是哪一种状态

是结构整体失效达到承载力极限状态呢

还是变形过大以致于不能正常使用呢？

根据公路桥涵通用设计规范

4.1.5条

按承载能力极限状态设计时

应采用荷载的基本组合

4.1.6条规定

如果按照正常使用极限状态设计时

应该采用频遇组合和准永久组合

这些概念大家要区分清楚

通过以上分析

我们便得到了不同工况下

桩顶承受的

荷载

在这一部分计算时要特别认真

正确的荷载计算结果

是决定基础方案合理性的首要前提

在完成了荷载计算后

我们来考虑如何合理地布桩

我们可以选择多排桩基础

通过

多桩

组合法达到更大的承载力

也可以选择大直径单排桩基础

上部采用连系梁代替大体积承台结构

不但造价更低

而且自重荷载更小

同学们可以综合比选

这两种方案

根据本题目参数

我们建议多排桩桩径

可选为1.0～1.5米之间

而单排大直径桩

建立

3米以上

多排桩数量可

根据矩形

或梅花形布置方案来确定

而单排桩数量

一般取

对称二个即可

如果选择多排桩方案

在拟定承台尺寸时

要注意多桩的布置几何参数

包括

墩柱直径

桩的排数

桩直径

桩间距等

这些距离的设置

应注意是否满足

公路桥基设计规范

5.2.4条

承台的埋置深度

要求也请大家

根据公路桥基设计规范

5.1.3条确定

接下来我们确定

合理桩长

桩长的验算

要求我们要根据公路桥涵设计通用规范

4.1.5确定

桩长设计的原则是

竖向承载力

要能满足上部荷载承载要求

一般多排桩长度可达30米左右

而单排大直径桩可考虑更短的桩长

当承载尺寸

桩长

桩径

桩数

布置间距

标高等参数确定完毕后

同学们可以着手绘制第一张图

桩基础构造图

在图中标明尺寸信息

与桩基结构平行等

高标注土层的柱状示意图

需要注意的是

桩基几何尺寸单位

一般为毫米或厘米

而标高单位我们采用米

在确定桩基几何构型后

我们接下来进行桩身截面配筋设计

配筋的目的

是让桩基能

抵抗上部结构传递的弯矩

我们注意到

本题干中

工况一条件

一跨有车

一跨无车

这时能沿顺桥向提供更大的弯矩

因此

抗弯设计选取这一工况荷载进行

采用M法

来进行基桩内力计算

计算前首先要得到桩基水平位移系数

ALPHA

我们通过𝜶值是否大于2.5

判定桩是否属于弹性桩

这里要特别注意的是

分层土层中的ALPHA的计算

由于m值不一样

要根据规范中

给出的计算公式来得到当量值

单排桩计算步骤

比较简单

在求得ALPHA值后

根据局部冲刷线处的剪力与弯矩

我们可查表获得桩身内力沿深度的分布

而对于多排桩结构

则还需要根据

桩-承台的位移协调条件

来将上部荷载分配到单桩

这里用到的重要参数

是每根桩的桩顶刚度系数

RHO1\RHO2\RHO3\RHO4

这几个系数

表征桩顶变位和内力之间的关系

可以在公路桥基规范

附录P中查表得到

我们通过每根桩对应的桩顶刚度系数

可以求解承台底面的水平位移

竖向位移

和转角

通过位移协调条件

将承台顶部荷载分配到

各基桩

进而得到单桩的竖向荷载

水平荷载

弯矩的分配

之后的计算与单排桩类似

我们不再重复

在得到桩身最大弯矩后

我们根据

《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》

5.3.8

相关要求进行配筋

再次采用工况一的频遇组合

计算各桩顶荷载

桩身弯弯

参照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》

6.4

验算桩身裂缝宽度

这样

我们就完成了桩基的配筋计算

到了这一步

我们可以开始绘制本课程设计的

第二张图

桩基配筋图

在图中

注明主筋的直径

根数

并根据《公路桥涵地基与基础设计规范》5.2节

对箍筋

加劲筋

定位钢筋

等进行构造配置

接下来的桩顶水平位移

我们可参考之前的

视频讲解内容来求解

桩身沉降变形

我们应根据

《公路桥涵地基与基础设计规范》

5.3.12和4.3节的规定进行核算

这就是基桩设计全部内容

对于选择多排桩方案的同学

还要进行承台的验算

这包括承台的抗冲切

抗弯

抗剪和局部抗压验算

验算要求

见《公路钢筋混凝土及预应力

混凝土桥涵设计规范》

第五章

承载能力极限状态这一部分

特别要注意的是

承台底部钢筋网的

配置

是根据承台的抗弯要求

来得到的

在完成这部分内容后

我们可以着手绘制

第三张图

承台配筋图或桩基连梁配筋图

在图中

标明各类钢筋的尺寸和布置方式

最后在材料用量表中

汇总本

桩基础所采用的混凝土总方量

钢筋规格

钢筋总用量等

便于成本计算

本课程的设计环节

我们鼓励同学们设计新桩型

新材料

或采用创新的计算方法来进行设计

同学们在设计过程中

应该共同讨论

设计思路

设计方法

交流设计过程中存在的问题

互相学习

共同进步

相信

通过今天的讲解

同学们对我们课程设计的全部过程

已经有了初步的了解

在这里

我预祝大家都能体会到

设计的快乐

拿到好成绩