当前课程知识点:基础工程学 > 课程设计 > 8.1课程设计全过程解读 > 8.1
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
-1.1 绪论
--1.1绪论
--1.1习题
--1.1PPT
-2.1土的基本参数
--2.1习题
--2.1PPT
-2.2土的强度
--2.2土的强度
--2.2习题
--2.2PPT
-2.3土的沉降变形
--2.3PPT
--2.3习题
-3.1浅基础概述
--3.1
--3.1PPT
--3.1习题
-3.2浅基础的力学验算
--3.2
--3.2PPT
--3.2习题
-3.3刚性浅基础的验算示例
--3.3
--3.3PPT
--3.3习题
-4.1桩基础简介及构造要求
--4.1
--4.1PPT
--4.1习题
-4.2单桩轴向承载机理及容许承载力
--4.2
--4.2PPT
--4.2习题
-4.3.1单排桩水平承载分析1
--4.3.1
--4.3PPT
-4.3.2单排桩水平承载分析2
--4.3.2
--4.3PPT
--4.3习题
-4.4多排桩水平承载分析
--4.4
--4.4PPT
--4.4习题
-4.5承台设计与计算
--4.5
--4.5PPT
--4.5习题
-4.6桩基工程案例:苏通大桥
--4.6
--4.6PPT
--4.6习题
-4.7沉井工程简介及构造要求
--4.7
--4.7PPT
--4.7习题
-5.1基坑工程简介
--5.1
--5.1PPT
--5.1习题
-5.2土压力理论
--5.2
--5.2PPT
--5.2习题
-5.3支护结构设计
--5.3
--5.3PPT
--5.3习题
-6.1复合地基理论
--6.1
--6.1PPT
--6.1习题
-7.1简介
--7.1
--7.1PPT
--7.1习题
-7.2Winkler地基梁理论
--7.2
--7.2PPT
--7.2习题
-7.3桩基沉降理论
--7.3
--7.3PPT
--7.3习题
-7.4土拱与土楔效应
--7.4
--7.4PPT
--7.4习题
-7.5动力基础分析
--7.5
--7.5PPT
--7.5习题
-8.1课程设计全过程解读
--8.1
--8.1PPT
--8.1习题
-8.2CAD加载TSSD2015方法
--8.2
-8.3基桩钢筋的绘制1
--8.3.1
--8.3.2
--8.3.3
-8.4基桩钢筋的绘制2
--8.4.1
--8.4.2
--8.4.3
--8.4.4
-8.5桩基础构造图
--8.5
-8.6桩身配筋图的绘制(简版)
--8.6
-8.7承台配筋图的绘制
--8.7