桥梁结构设计理论方案
作品名称
参赛学校
参赛队员、
专业名称
指导教师
大庆市大学生结构创新设计竞赛组委会
二○一一年
目录
1设计说明
根据本次大赛要求及所提供材料，本组成员秉承“安全、节省、承载力高、美观”原则，设计此桥梁“步步精心”结构模型。桥梁以桁架结构为主体，尽量做到受力均匀，拉杆和压杆合理分布。其中“杆件承载力充分利用和桥身自重轻”为此设计最大亮点。
1.1设计构思
在接到比赛要求最初，本组成员经过分析得出“材料本身承载力强、材质轻、只适合粘结”的结论，初步确定以“平面结构，主梁主要承力，桁架结构”为大体思路。
为减轻桥梁自重，我们决定尽量多用拉杆，但在模拟加载过程中，发现此想法难以实现。遂改用另一种减重方式，即尽量使每根杆都受力均匀，所受最大拉（压）力和最小拉（压）力差值最小。
1.2结构选型
在确定“平面结构、主梁主要承力、桁架结构”为大体思路后，设计步骤如下：
①根据大赛尺寸要求，初步确定桥梁的跨度、高度和宽度；
②根据以往经验和资料分析，设计出桥梁大体模型；
③以实际情况为准，提取计算简图；
④利用结构力学求解器软件对结构进行模拟加载，计算出各杆所承受轴力及弯矩，以确定桥
梁各单元杆件截面尺寸；
⑤结合杆件密度，取最优荷重比。
1.3详细计算
1.3.1设计资料
根据大赛要求，可以确定桥梁跨度L=1300mm，净跨L0=1200mm，桥宽B=185mm，由经验和资料初步确定桥高H=150mm，竖向腹杆间距由比赛小车车轮中心轴距离确定，选为120mm。
1.3.2桥梁形式、尺寸及支撑布置
根据上述原则，最终确定桥梁如图1-1,1-2
图1-1正视图
图1-2俯视图
1.3.3基本假定
①节点粘结处按照铰接计算；
②支座简支；
③荷载取为竖直集中静荷载，分别作用在结点和单元上
④考虑动荷载影响，计算荷载取为实际荷载1.2倍；
⑤忽略桥本身自重，
⑥材料材质均匀。
⑦定义杆件单元和结点码，下文提到单元和结点码皆基于此定义
图1-4
1.3.4荷载模拟
①桥面板近似为均布荷载q=mg/l0=3×10/1300=0.0125N/mm
②一辆小车加砝码P’=120N，考虑动荷载影响P=1.2P’=144N
③一辆小车在两榀桁架上荷载分配的原则如图1-5
图1-5
P1=0.25P=36N
P2=0.75P=108N
考虑每辆小车轮距，将一辆小车及砝码的荷载简化为两集中力Q1和Q2
Q1=0.5P2=18N
Q2=0.5P1=54N
则桥梁计算简图如图1-6
图1-6
按照图1-6将计算简图输入结构力学求解器，将集中荷载依次作用在各单元中间位置，得出各杆件所受最大轴力和弯矩值，依次列在附表1-5，再将集中荷载依次作用在各结点位置，同样得出各杆件所受最大轴力和弯矩值，依次列在附表6-9，此数据作为设计最终依据。
1.3.5计算示例
材料性质：
木材 E=4
10Mpa ，抗拉强度f t =30MPa
查阅有关资料可知：木材抗压强度f c =30MPa ，抗弯强度f m =20MPa ，抗剪强度f v =2Mpa
从表1-9可知，杆件单元共分为三类。一、受拉构件；二、受压构件；三、压弯构件。以下每类杆件均举例说明计算过程，其余不再列出。
另在结构中还存在拉弯和受剪构件，因其对结构影响较小，在此忽略不计。 一 受拉构件，以单元1为例
A>
t f F =30
255=8.5mm 2 选截面2×6mm 的杆件 二 受压构件，以单元23为例 试选5×6杆件
i=
A
I
=62.5/30=2.1 λ=
i
l =192/2.1=133.02>75 ψ=3000/λ2=0.17 A>N/ψf c =
30
17.05
.100ｘ＝19.7mm 2
选5×6杆件合适。
三 压弯构件，以单元10为例 试选如图1-7截面
图1-7
由图1-7知：
A=52mm 2
，I x =497.33mm 4
，i x =3.093mm ，I y =169.33mm4，i y =1.81mm ，W x =h
I X
2=99.47
由图1-1知： L ox =l 0y =120mm 强度验算：
m X c W M A N f f ＋=209.047.996
.1267309.0526.282ｘｘ＋
ｘｘ
=0.98<1 强度满足要求 刚度验算：
λx =I x /i x =120/0.093=38.8<[λ]=120 λy =l y /i y =120/1.81=66.3<[λ]=120
刚度满足要求 稳定性验算： A 平面内
K=
)1(f c
m Af N W M ＋
=
30
9.0526
.2821(209.047.996
.1267ｘｘ＋
ｘｘｘ=0.489
Φm =（1-K ）2=0.261
Φ=1/[1＋(λ/80)2]=
2)
80
8.38(11
＋=0.81 N/(ΦΦm A)=
52
261.081.06
.282ｘｘ=25.71N/mm 2 B 平面外 N/(Φy Af c )+[M/(Φl Nf m )]2= 2)20 9.06.2826 .1267(309.052593.06.282ｘｘ＋ｘｘｘ=0.4<1 满足稳定性要求 图1-7截面适合。 其余各杆件算法与此相同，不再一一列出，以上公式皆取自《木结构设计规范GB50005—2003》。最 终各单元截面选择见附表10、11。 2节点设计 2.1节点构思 经过实验，胶水粘结可以承受的力比材料本身的只强不弱，但考虑到构件用胶水粘结时，接触面积较小，为增加构件之间粘结强度，用1×55 mm木板做成垫片，辅助粘结。同样原理，细杆与其他杆件连接时，不用正面粘结，而用侧面。 且为增加胶结强度，特别对结点粘结处进行砂纸打磨处理，以增加其摩擦力。并对于多结点交接处，滴加更多胶水，以增加粘结力。 2.2节点详图 图2-1节点1实际详图 图2-2节点2实际详图 图2-3节点6实际详图 3设计总结 ①结构整体采用桁架结构，既满足受力均匀的要求，同时又保证了计算、施工的方便； ②计算过程利用结构力学求解器软件，使结果更准确，为设计提供了有效依据； ③交点多的节点，采用1×55mm薄片做垫片，既充分利用了材料，又使节点承载力有了显著提高； ④桥梁中只承受拉力的单元做到了足够多，此设计较多的减少了桥身自重； ⑤施工精细，节点、杆件处理分毫不差，每根杆件都根据连接做出相应角度坡口，真正地诠释了桥梁的名字“步步精心”。 4破坏分析 ①动荷载影响可能估计不足，实际加载过程中，可能因此破坏； ②节点胶水过少，或者因温度变化开裂，造成粘结强度降低； ③木材本身有结点，截面削弱，虫眼等因素； ④结构不对称，加载时整体失稳，发生脆性破坏。 附录 附表1 Q1作用在单元13和14，Q2作用在单元5和6（见图附-1） 杆端1 杆端2 单元码 轴力N 剪力N 弯矩N.mm 轴力N 剪力N 弯矩N.mm 1 77.49 0.00 0.00 77.49 0.00 0.30 2 66.00 0.00 0.30 66.00 0.00 0.00 3 82.11 0.01 0.00 82.11 0.01 1.60 4 108.9 5 -0.01 1.60 108.95 -0.01 0.00 5 -100.5 6 -8.79 0.00 -100.56 10.71 115.62 6 -100.56 -9.94 115.62 -100.56 9.56 92.44 7 -58.76 -1.42 92.44 -58.76 0.08 12.47 8 -58.76 -1.15 12.47 -58.76 0.35 -36.09 9 -72.75 -0.25 -36.09 -72.75 1.25 23.54 10 -72.75 -1.28 23.54 -72.75 0.22 -40.60 11 -81.44 -0.76 -40.60 -81.44 0.74 -41.88 12 -81.44 2.64 -41.88 -81.44 4.14 365.50 13 -203.18 -26.66 365.50 -203.18 28.84 496.33 14 -203.18 -31.89 496.33 -203.18 23.61 0.00 15 220.12 0.03 0.00 220.12 0.03 3.36 16 141.22 -0.01 3.36 141.22 -0.01 0.00 17 -60.73 0.00 0.00 -60.73 0.00 0.00 18 78.89 0.00 0.00 78.89 0.00 0.00 19 -78.31 0.00 0.00 -78.31 0.00 0.00 20 6.33 0.00 0.00 6.33 0.00 0.00 21 -7.58 0.00 0.00 -7.58 0.00 0.00 22 10.82 0.00 0.00 10.82 0.00 0.00 23 -11.58 0.00 0.00 -11.58 0.00 0.00 24 -27.27 0.00 0.00 -27.27 0.00 0.00 25 26.83 0.00 0.00 26.83 0.00 0.00 26 -20.66 0.00 0.00 -20.66 0.00 0.00 27 -1.24 0.00 0.00 -1.24 0.00 0.00 28 -2.53 0.00 0.00 -2.53 0.00 0.00 29 1.91 0.00 0.00 1.91 0.00 0.00 杆端1 杆端2 单元码 轴力N 剪力N 弯矩N.mm 轴力N 剪力N 弯矩N.mm 1 139.7 2 0.00 0.00 139.72 0.00 0.54 2 117.26 0.00 0.54 117.26 0.00 0.00 3 137.21 0.01 0.00 137.21 0.01 2.04 4 145.53 -0.02 2.04 145.53 -0.02 0.00 5 -134.33 -1.91 0.00 -134.33 -0.41 -139.45 6 -134.33 -6.83 -139.45 -134.33 12.6 7 210.63 7 -106.04 -9.91 210.63 -106.04 9.59 191.86 8 -106.04 -3.37 191.86 -106.04 -1.87 -122.99 9 -130.67 0.87 -122.99 -130.67 2.37 71.48 10 -130.67 -3.09 71.48 -130.67 -1.59 -209.31 11 -153.85 4.76 -209.31 -153.85 6.26 452.16 12 -153.85 -24.77 452.16 -153.85 30.73 809.46 13 -237.73 -35.76 809.46 -237.73 19.74 -151.64 14 -237.73 0.51 -151.64 -237.73 2.01 0.00 15 257.56 0.03 0.00 257.56 0.03 3.70 16 232.60 -0.01 3.70 232.60 -0.01 0.00 17 -19.23 0.00 0.00 -19.23 0.00 0.00 18 24.94 0.00 0.00 24.94 0.00 0.00 19 -97.43 0.00 0.00 -97.43 0.00 0.00 20 22.62 0.00 0.00 22.62 0.00 0.00 21 -14.49 0.00 0.00 -14.49 0.00 0.00 22 21.47 0.00 0.00 21.47 0.00 0.00 23 -17.96 0.00 0.00 -17.96 0.00 0.00 24 -33.00 0.00 0.00 -33.00 0.00 0.00 25 8.31 0.00 0.00 8.31 0.00 0.00 26 -6.42 0.00 0.00 -6.42 0.00 0.00 27 -12.97 0.00 0.00 -12.97 0.00 0.00 28 -5.46 0.00 0.00 -5.46 0.00 0.00 29 -31.03 0.00 0.00 -31.03 0.00 0.00 杆端1 杆端2 单元码 轴力N 剪力N 弯矩N.mm 轴力N 剪力N 弯矩N.mm 1 205.96 0.00 0.00 205.96 0.00 0.80 2 170.05 0.00 0.80 170.05 0.00 0.00 3 164.87 0.01 0.00 164.87 0.01 2.17 4 161.26 -0.02 2.17 161.26 -0.02 0.00 5 -148.85 -3.0 6 0.00 -148.85 -1.56 -277.45 6 -148.85 1.19 -277.45 -148.85 2.69 -44.28 7 -146.31 -6.05 -44.28 -146.31 13.45 400.13 8 -146.31 -12.92 400.13 -146.31 6.58 19.94 9 -187.32 -1.51 19.94 -187.32 -0.01 -71.16 10 -187.32 1.70 -71.16 -187.32 3.20 222.82 11 -205.39 -20.82 222.82 -205.39 34.68 1054.42 12 -205.39 -35.46 1054.42 -205.39 20.04 129.41 13 -214.55 -5.56 129.41 -214.55 -4.06 -447.45 14 -214.55 2.98 -447.45 -214.55 4.48 0.00 15 232.44 0.02 0.00 232.44 0.02 3.14 16 241.62 -0.01 3.14 241.62 -0.01 0.00 17 7.04 0.00 0.00 7.04 0.00 0.00 18 -9.20 0.00 0.00 -9.20 0.00 0.00 19 -28.25 0.00 0.00 -28.25 0.00 0.00 20 -0.92 0.00 0.00 -0.92 0.00 0.00 21 -29.84 0.00 0.00 -29.84 0.00 0.00 22 27.65 0.00 0.00 27.65 0.00 0.00 23 -38.01 0.00 0.00 -38.01 0.00 0.00 24 -9.41 0.00 0.00 -9.41 0.00 0.00 25 -3.62 0.00 0.00 -3.62 0.00 0.00 26 2.76 0.00 0.00 2.76 0.00 0.00 27 -26.37 0.00 0.00 -26.37 0.00 0.00 28 1.71 0.00 0.00 1.71 0.00 0.00 29 -70.14 0.00 0.00 -70.14 0.00 0.00 杆端1 杆端2 单元码 轴力N 剪力N 弯矩N.mm 轴力N 剪力N 弯矩N.mm 1 251.43 0.00 0.00 251.43 0.00 1.17 2 215.19 0.00 1.17 215.19 0.00 0.00 3 181.61 0.01 0.00 181.61 0.01 2.41 4 180.03 -0.02 2.41 180.03 -0.02 0.00 5 -166.18 -3.04 0.00 -166.18 -1.54 -274.76 6 -166.18 -0.34 -274.76 -166.18 1.16 -226.15 7 -169.72 3.13 -226.15 -169.72 4.63 239.53 8 -169.72 -10.95 239.53 -169.72 8.55 95.71 9 -248.74 -6.37 95.71 -248.74 13.13 501.75 10 -248.74 -25.43 501.75 -248.74 30.07 779.78 11 -205.82 -30.33 779.78 -205.82 25.17 470.66 12 -205.82 -7.29 470.66 -205.82 -5.79 -314.20 13 -199.73 -0.84 -314.20 -199.73 0.66 -324.69 14 -199.73 1.96 -324.69 -199.73 3.46 0.00 15 216.38 0.02 0.00 216.38 0.02 2.89 16 218.10 -0.01 2.89 218.10 -0.01 0.00 17 1.29 0.00 0.00 1.29 0.00 0.00 18 -1.73 0.00 0.00 -1.73 0.00 0.00 19 7.19 0.00 0.00 7.19 0.00 0.00 20 -73.02 0.00 0.00 -73.02 0.00 0.00 21 -4.32 0.00 0.00 -4.32 0.00 0.00 22 53.70 0.00 0.00 53.70 0.00 0.00 23 -72.80 0.00 0.00 -72.80 0.00 0.00 24 3.31 0.00 0.00 3.31 0.00 0.00 25 -1.59 0.00 0.00 -1.59 0.00 0.00 26 1.19 0.00 0.00 1.19 0.00 0.00 27 -15.58 0.00 0.00 -15.58 0.00 0.00 28 -38.57 0.00 0.00 -38.57 0.00 0.00 29 -32.46 0.00 0.00 -32.46 0.00 0.00 附表5 Q1+Q2作用在单元9和10（见图附-5） 杆端1 杆端2 单元码 轴力N 剪力N 弯矩N.mm 轴力N 剪力N 弯矩N.mm 1 247.10 0.01 0.00 247.10 0.01 1.39 2 247.10 -0.01 1.39 247.10 -0.01 0.00 3 200.69 0.01 0.00 200.69 0.01 2.65 4 197.87 -0.02 2.6 5 197.87 -0.02 0.00 5 -182.64 -3.38 0.00 -182.64 -1.88 -315.22 6 -182.64 0.2 7 -315.22 -182.64 1.77 -192.93 7 -185.34 0.78 -192.93 -185.34 2.28 -9.16 8 -185.34 2.20 -9.16 -185.34 3.70 345.20 9 -282.64 -29.06 345.20 -282.64 44.44 1267.64 10 -282.64 -44.44 1267.64 -282.64 29.06 345.20 11 -185.34 -3.70 345.20 -185.34 -2.20 -9.16 12 -185.34 -2.28 -9.16 -185.34 -0.78 -192.93 13 -182.64 -1.77 -192.93 -182.64 -0.27 -315.22 14 -182.64 1.88 -315.22 -182.64 3.38 0.00 15 197.87 0.02 0.00 197.87 0.02 2.65 16 200.69 -0.01 2.65 200.69 -0.01 0.00 17 2.15 0.00 0.00 2.15 0.00 0.00 18 -2.83 0.00 0.00 -2.83 0.00 0.00 19 0.13 0.00 0.00 0.13 0.00 0.00 20 -98.86 0.00 0.00 -98.86 0.00 0.00 21 56.90 0.00 0.00 56.90 0.00 0.00 22 56.90 0.00 0.00 56.90 0.00 0.00 23 -98.86 0.00 0.00 -98.86 0.00 0.00 24 0.13 0.00 0.00 0.13 0.00 0.00 25 -2.83 0.00 0.00 -2.83 0.00 0.00 26 2.15 0.00 0.00 2.15 0.00 0.00 27 -0.08 0.00 0.00 -0.08 0.00 0.00 28 -88.87 0.00 0.00 -88.87 0.00 0.00 29 -0.08 0.00 0.00 -0.08 0.00 0.00 杆端1 杆端2 单元码 轴力N 剪力N 弯矩N.mm 轴力N 剪力N 弯矩N.mm 1 108.77 0.00 0.00 108.77 0.00 0.42 2 91.69 0.00 0.42 91.69 0.00 0.00 3 112.97 0.01 0.00 112.97 0.01 1.92 4 133.21 -0.01 1.92 133.21 -0.01 0.00 5 -122.9 6 -3.05 0.00 -122.96 -1.55 -276.17 6 -122.96 0.86 -276.1 7 -122.96 2.36 -82.54 7 -82.14 0.46 -82.54 -82.14 1.96 62.73 8 -82.14 -1.85 62.73 -82.14 -0.35 -69.83 9 -101.66 0.16 -69.83 -101.66 1.66 39.46 10 -101.66 -1.91 39.46 -101.66 -0.41 -99.57 11 -116.87 0.81 -99.57 -116.87 2.31 87.76 12 -116.87 -2.44 87.76 -116.87 -0.94 -114.94 13 -237.00 -4.96 -114.94 -237.00 -3.46 -620.38 14 -237.00 4.42 -620.38 -237.00 5.92 0.00 15 256.76 0.03 0.00 256.76 0.03 3.82 16 196.85 -0.01 3.82 196.85 -0.01 0.00 17 -46.12 0.00 0.00 -46.12 0.00 0.00 18 59.89 0.00 0.00 59.89 0.00 0.00 19 -103.80 0.00 0.00 -103.80 0.00 0.00 20 12.95 0.00 0.00 12.95 0.00 0.00 21 -11.39 0.00 0.00 -11.39 0.00 0.00 22 15.96 0.00 0.00 15.96 0.00 0.00 23 -15.30 0.00 0.00 -15.30 0.00 0.00 24 -35.45 0.00 0.00 -35.45 0.00 0.00 25 20.23 0.00 0.00 20.23 0.00 0.00 26 -15.58 0.00 0.00 -15.58 0.00 0.00 27 -3.82 0.00 0.00 -3.82 0.00 0.00 28 -3.57 0.00 0.00 -3.57 0.00 0.00 29 -4.75 0.00 0.00 -4.75 0.00 0.00 杆端1 杆端2 单元码 轴力N 剪力N 弯矩N.mm 轴力N 剪力N 弯矩N.mm 1 172.01 0.00 0.00 172.01 0.00 0.66 2 143.34 0.00 0.66 143.34 0.00 0.00 3 154.21 0.01 0.00 154.21 0.01 2.09 4 152.79 -0.02 2.09 152.79 -0.02 0.00 5 -141.03 -2.72 0.00 -141.03 -1.22 -236.52 6 -141.03 -0.15 -236.52 -141.03 1.35 -164.10 7 -128.21 1.13 -164.10 -128.21 2.63 61.66 8 -128.21 -2.09 61.66 -128.21 -0.59 -99.33 9 -159.26 0.41 -99.33 -159.26 1.91 39.80 10 -159.26 -2.07 39.80 -159.26 -0.57 -118.23 11 -185.71 0.62 -118.23 -185.71 2.12 45.81 12 -185.71 -3.39 45.81 -185.71 -1.89 -271.42 13 -224.45 -1.69 -271.42 -224.45 -0.19 -383.94 14 -224.45 2.45 -383.94 -224.45 3.95 0.00 15 243.17 0.03 0.00 243.17 0.03 3.37 16 246.64 -0.01 3.37 246.64 -0.01 0.00 17 2.64 0.00 0.00 2.64 0.00 0.00 18 -3.48 0.00 0.00 -3.48 0.00 0.00 19 -67.17 0.00 0.00 -67.17 0.00 0.00 20 21.92 0.00 0.00 21.92 0.00 0.00 21 -20.41 0.00 0.00 -20.41 0.00 0.00 22 25.49 0.00 0.00 25.49 0.00 0.00 23 -24.21 0.00 0.00 -24.21 0.00 0.00 24 -22.63 0.00 0.00 -22.63 0.00 0.00 25 -1.43 0.00 0.00 -1.43 0.00 0.00 26 1.07 0.00 0.00 1.07 0.00 0.00 27 -22.72 0.00 0.00 -22.72 0.00 0.00 28 -3.98 0.00 0.00 -3.98 0.00 0.00 29 -59.51 0.00 0.00 -59.51 0.00 0.00 杆端1 杆端2 单元码 轴力N 剪力N 弯矩N.mm 轴力N 剪力N 弯矩N.mm 1 234.78 0.00 0.00 234.78 0.00 0.97 2 194.80 0.00 0.97 194.80 0.00 0.00 3 172.8 4 0.01 0.00 172.84 0.01 2.29 4 170.81 -0.02 2.29 170.81 -0.02 0.00 5 -157.6 6 -2.99 0.00 -157.66 -1.49 -268.73 6 -157.66 0.06 -268.73 -157.66 1.56 -172.01 7 -159.98 1.30 -172.01 -159.98 2.80 74.31 8 -159.98 -2.66 74.31 -159.98 -1.16 -155.24 9 -217.01 1.06 -155.24 -217.01 2.56 62.04 10 -217.01 -2.98 62.04 -217.01 -1.48 -205.92 11 -211.60 1.32 -205.92 -211.60 2.82 42.55 12 -211.60 -2.82 42.55 -211.60 -1.32 -206.40 13 -207.60 -2.06 -206.40 -207.60 -0.56 -363.20 14 -207.60 2.28 -363.20 -207.60 3.78 0.00 15 224.91 0.02 0.00 224.91 0.02 3.01 16 228.62 -0.01 3.01 228.62 -0.01 0.00 17 2.83 0.00 0.00 2.83 0.00 0.00 18 -3.73 0.00 0.00 -3.73 0.00 0.00 19 0.90 0.00 0.00 0.90 0.00 0.00 20 -37.11 0.00 0.00 -37.11 0.00 0.00 21 -28.46 0.00 0.00 -28.46 0.00 0.00 22 35.55 0.00 0.00 35.55 0.00 0.00 23 -55.75 0.00 0.00 -55.75 0.00 0.00 24 0.68 0.00 0.00 0.68 0.00 0.00 25 -2.05 0.00 0.00 -2.05 0.00 0.00 26 1.55 0.00 0.00 1.55 0.00 0.00 27 -23.47 0.00 0.00 -23.47 0.00 0.00 28 -5.54 0.00 0.00 -5.54 0.00 0.00 29 -59.65 0.00 0.00 -59.65 0.00 0.00 杆端1 杆端2 单元码 轴力N 剪力N 弯矩N.mm 轴力N 剪力N 弯矩N.mm 1 255.04 0.01 0.00 255.04 0.01 1.33 2 232.37 -0.01 1.3 3 232.37 -0.01 0.00 3 191.17 0.01 0.00 191.17 0.01 2.53 4 188.94 -0.02 2.53 188.94 -0.02 0.00 5 -174.40 -3.21 0.00 -174.40 -1.71 -295.32 6 -174.40 -0.02 -295.32 -174.40 1.48 -207.92 7 -177.46 1.86 -207.92 -177.46 3.36 105.13 8 -177.46 -2.75 105.13 -177.46 -1.25 -135.46 9 -273.70 -0.23 -135.46 -273.70 1.27 -73.30 10 -273.70 -1.73 -73.30 -273.70 -0.23 -191.00 11 -194.87 1.88 -191.00 -194.87 3.38 124.08 12 -194.87 -3.72 124.08 -194.87 -2.22 -232.00 13 -191.10 -1.52 -232.00 -191.10 -0.02 -324.28 14 -191.10 1.95 -324.28 -191.10 3.45 0.00 15 207.03 0.02 0.00 207.03 0.02 2.77 16 209.63 -0.01 2.77 209.63 -0.01 0.00 17 1.97 0.00 0.00 1.97 0.00 0.00 18 -2.61 0.00 0.00 -2.61 0.00 0.00 19 2.18 0.00 0.00 2.18 0.00 0.00 20 -96.33 0.00 0.00 -96.33 0.00 0.00 21 29.87 0.00 0.00 29.87 0.00 0.00 22 66.16 0.00 0.00 66.16 0.00 0.00 23 -87.90 0.00 0.00 -87.90 0.00 0.00 24 1.59 0.00 0.00 1.59 0.00 0.00 25 -2.24 0.00 0.00 -2.24 0.00 0.00 26 1.69 0.00 0.00 1.69 0.00 0.00 27 -6.11 0.00 0.00 -6.11 0.00 0.00 28 -75.00 0.00 0.00 -75.00 0.00 0.00 29 -7.09 0.00 0.00 -7.09 0.00 0.00 附表10 1—4和15—29杆件截面最终选用表 单元码计算长度 mm 所用截面 mm×mm 截面面积 mm2 最大承载力内力设计值 拉力N 压力N 拉力N 压力N 1 240 2×6 1 2 360 －255 0 2 240 2×6 12 360 －266.4 0 3 260 2×6 12 360 －218.9 4 130 2×6 12 360 －216.1 15 130 2×6 12 360 －257.6 16 260 2×6 12 360 －246.6 17 50 2×4 8 240 -96 7.0 -60.7 18 130 2×4 8 240 -14.21 78.9 -9.2 19 192 5×6 30 900 -152.55 7.2 -103.8 20 192 5×6 30 900 -152.55 22.6 -100.5 21 192 4×4 16 480 -52.08 84.3 -29.8 22 192 4×4 16 480 -52.08 84.3 -29.8 23 192 5×6 30 900 -152.55 22.6 -100.5 24 192 5×6 30 900 -152.55 7.2 -103.8 25 130 2×4 8 240 -14.21 78.9 -9.2 26 50 2×4 8 240 -96 7.0 -60.7 27 150 4×4 16 480 -85.44 1.9 -70.1 28 150 4×6 24 720 -128.16 1.7 -88.9 29 150 4×4 16 480 -85.44 1.9 -70.1 附表11 5—14杆件截面最终选用表 单元码计算长度 mm 所用截面 mm×mm 截面面积mm2 内力设计值 压力N 弯矩N.mm 5 120 如图52 -237.7 -620.4 6 120 如图52 -237. 7 809．5 7 120 如图52 -211.6 1054.4 8 120 如图52 -211.6 779.8 9 120 如图52 -282.6 1267.6 10 120 如图52 -282.6 1267.6 11 120 如图52 -211.6 779.8 12 120 如图52 -211.6 1054.4 13 120 如图52 -237.7 809．5 14 120 如图52 -237.7 -620.4 图附-1 图附-2 图附-3 图附-4 第一章桩基础设计 一、设计资料 1、地址及水文 河床土质：从地面（河床）至标高32.5m 为软塑粘土，以下为密实粗砂，深度达30m ；河床标高为40.5m ，一般冲刷线标高为38.5m ，最大冲刷线为35.2m ，常水位42.5m 。 2、土质指标 表一、土质指标 3、桩、承台尺寸与材料 承台尺寸：7.0m ×4.5m ×2.0m 。拟定采用四根桩，设计直径 1.0m 。桩身混凝土用20号，其受压弹性模量h E =2.6×104MPa 4、荷载情况 上部为等跨25m 的预应力梁桥，混凝土桥墩，承台顶面上纵桥向荷载为：恒载及一孔活载时： 5659.4N KN =∑、 298.8H KN =∑、 3847.7M KN m =∑ 恒载及二孔活载时： 6498.2N KN =∑。桩（直径 1.0m ）自重每延米为： 2 1.01511.78/4 q KN m π?= ?= 故，作用在承台底面中心的荷载力为： 5659.4(7.0 4.5 2.025)7234.4298.83847.7298.8 2.04445.3N KN H KN M KN =+???===+?=∑∑∑ 恒载及二孔活载时： 6498.2(7.0 4.5 2.025)8073.4N KN =+???=∑ 桩基础采用冲抓锥钻孔灌注桩基础，为摩擦桩 二、单桩容许承载力的确定 根据《公路桥涵地基与基础设计规范》中确定单桩容许承载力的经验公式，初步反算桩的长度，设该桩埋入最大冲刷线以下深度为h ，一般冲刷线以下深度 为3h ，则：002221 []{[](3)}2 h i i N p U l m A k h τλσγ==++-∑ 当两跨活载时： 8073.213.311.7811.7842 h N h =+?+? 计算[P]时取以下数据： 桩的设计桩径1.0m ，冲抓锥成孔直径为1.15m ，桩周长 2 22 02021211.15 3.6,0.485,0.7 4 0.9, 6.0,[]550,12/40,120, a a a u m A m m K Kp KN m Kp Kp ππλσγττ?=?== ======== 1 [] 3.16[2.740( 2.7)120]0.700.90.7852 [550 6.012( 3.33)]2057.17 5.898.78k p h h N h m =??+-?+??? +??+-==+∴= 现取h=9m ，桩底标高为26.2m 。桩的轴向承载力符合要求。具体见如图1所示。 枣庄学院第一届结构设计大赛第九组作品设计计算书 学校名称：枣庄学院 专业名称：土木工程专业 学生姓名：蒋文忠吴少波杨广晓黎斌邵淑营 指导教师：高志飞张秀丽 二〇一四年五月 理论分析计算书目录 一、设计说明 (3) 1、方案构思 (3) 2、结构选型 (4) 3、结构特色 (4) 二、方案设计 (5) 1、设计基本假定 (5) 2、模型结构图 (5) 3、节点详图 (5) 4、主要构件材料表及结构预计重量 (5) 三、结构设计计算 (6) 1、静力分析 (6) 2、内力分析 (6) 3、承载力及位移计算 (7) 四、结构分析总结 (8) 一、设计说明 根据竞赛规则要求，我们从模型制作的材料抗压特性，冲击荷载形式和静力加载大小要求等方面出发，结合节省材料，经济美观，承载力强等特点，采用比赛提供的木材细杆和木板，502胶水味粘结剂精心设计制作了结构模型。 1、方案构思 模型主要承受竖直静荷载，竖直静荷载较容易满足。 （1）本结构主要构思是想利用腹杆的轴力来抵抗荷载的作用 （2）设计的总原则是：尽可能的利用竖向支撑的腹杆来提高柱子的承载力而在柱子之间辅以细杆来稳定结构，并利用木材的抗拉性能，及抗压性能来抵抗荷载的作 2、结构选型 由于梯形具有较强的稳定性，而且在平面上容易找平，我们选择梯形为主体结构框架，桁架受力均匀简单，仅受轴力，便于木材性能的发挥。 2.1结构外形 结构上平面为跨度为900mm的等边三角形，内部采用空间桁架结构加强稳定性。 2.2材料截面选择 主体下弦杆截面为四根8*6的杆件粘接而成,两边的两个侧杆截面为5*3的杆件，保证抗压的同时减轻材料的质量。上弦杆为截面为四个5*3的杆件，两侧腹杆为两个截面8*6的杆件，中间三个腹杆为截面5*3的杆件。 2.3节点设计 主体框架结构相交的节点由于杆的倾斜在加静载时会引起较大的剪力，在连接时用小木片填充密实，再用水平短木条相连使木条在下面顶住节点上部斜梁，在加载处节点贴上薄木片来增大接触面积，从而来增大节点强度，从而在结构受力计算时一些节点模拟成刚节点。 3、结构特色 这个结构是在我们制作结构对结构进行试验的多次循环反复而后的出来的结构，它凝聚了所有的试验所得的经验。 它的优点： （1）从结构的外形上看，我们选择梯形作为主体形状，受力均匀，加载方便，上宽下窄，形状渐随着高度逐渐变化，有活力。 （2）根据结构力学求解器软件建立的模型分析，可得出结构位移最大点，针对这一情况，我们改造出变截面柱，成为我们结构一大特色。 （3）斜梁相交时，用胶水加固，这大大提高了斜梁的稳定性和强度。 （4）结构有效的节约了材料，采用合适的杆加固，经济适用。 （5）结构模仿实际工程，采用腰梁，增强抗震性和稳定性。 （6）根据结构力学求解器软件建立的模型分析结果，我们加强顶部和支座强度。 基 础 工 程 课 程 设 计 计 算 书 系别：土木工程系 姓名：盛懋 目录 1 .设计资料 (3) 1.1 建筑物场地资料 (3) 2 .选择桩型、桩端持力层、承台埋深 (3) 2.1 选择桩型 (3) 2.2 选择桩的几何尺寸以及承台埋深 (3) 3 .确定单桩极限承载力标准值 (4) 3.1 确定单桩极限承载力标准值 (4) 4 .确定桩数和承台底面尺寸 (4) 5 .确定复合基桩竖向承载力设计值及群桩承载力和 (5) 5.1 四桩承台承载力计算 (5) 6 .桩顶作用验算 (6) 6.1 四桩承台验算 (6) 7 .桩基础沉降验算 (6) 7.1 桩基沉降验算 (6) 8 .桩身结构设计计算 (9) 8.1 桩身结构设计计算 (9) 9 .承台设计 (10) 9.1 承台弯矩计算及配筋计算 (10) 9.2 承台冲切计算 (11) 9.3承台抗剪验算 (12) 9.4 承台局部受压验算 (12) 1. 工程地质资料及设计资料 1) 地质资料 某建筑物的地质剖面及土性指标表1-1所示。场地地层条件：粉质粘土土层取q sk＝60kpa，q ck＝430kpa；饱和软粘土层q sk＝26kpa；硬塑粘土层q sk＝80kpa，q pk＝2500kpa；设上部结构传至桩基顶面的最大荷载设计值为：V=2050kn，M=300kn?m，H=60kn。选择钢筋混凝土打入桩基础。柱的截面尺寸为400mm?600mm。已确定基础顶面高程为地表以下0.8m，承 台底面埋深1.8m 。桩长8.0m 。 土层的主要物理力学指标 表1-1 编号 名称 H m W % ? kn/m 3 ? ° S r e I p I L G s E s mpa f ak kpa a 1-2 mpa -1 1 杂填土 1.8 16.0 2 粉质粘土 2.0 26.5 19.0 20 0.9 0.8 12 0.6 2.7 8.5 190 3 饱和软粘土 4.4 42 18.3 16.5 1.0 1.1 18.5 0.98 2.71 110 0.96 4 硬塑粘土 >10 17.6 21.8 28 0.98 0.51 20.1 0.25 2.78 13 257 2）设计内容及要求 需提交的报告：计算说明书和桩基础施工图: (1)单桩竖向承载力计算 (2)确定桩数和桩的平面布置 (3)群桩中基桩受力验算 (4)群桩承载力和 （5）基础中心点沉降验算（桩基沉降计算经验系数为1.5） (6)承台结构设计及验算 2 .选择桩型、桩端持力层 、承台埋深 1）、根据地质勘察资料，确定第4层硬塑粘土为桩端持力层。采用钢筋混凝土预制桩，桩截面为方桩，为400mm ×400mm ，桩长为8米。桩顶嵌入承台50cm ，则桩端进持力层1.55米。承台底面埋深1.8m ，承台厚1m 。 2）、构造尺寸：桩长L ＝8m ，截面尺寸：400×400mm 3）、桩身：混凝土强度 C30、 c f ＝14.3MPa 4φ16 y f ＝210MPa 4）、承台材料：混凝土强度C20、 c f ＝9.6MPa 、 t f ＝1.1MPa 3.确定单桩竖向承载力标准值 （1）单桩竖向承载力标准值Quk 前言 一、选题依据 （一）设计目的及设计的主要内容： 本设计通过自行拟定桥梁形式及断面尺寸，设计下部结构——墩台与基础并编制施工方案，使我们全面地掌 握桥梁的设计及施工理论，并学会将其应用于实践。桥梁的设计是系统性十分强的工作，有了本次设计我们可以对 四年来所学的专业知识有一个综合系统的回顾和学习，并为今后的实际工作打下良好的基础。 本桥位在考虑它的使用、经济、美观的同时，我们还要着重解决其在工程实际中的问题。在建桥实践中，该桥 采用20m跨径，采用预应力混凝土结构。为减少施工中的麻烦，特采用装配式结构。使桥梁构件的尺寸和形式趋于 标准化，便于预制和施工，并节省大量支架模板和劳动力，缩短工期。 （二）设计拟应用的现场资料综述 桥位地质情况，从上到下的土层均为砂土、黏性土、砂砾。 （三）设计拟应用的文献综述： 本设计涉及内容广泛，需应用到材料力学、结构力学、桥梁学、结构设计学及基础工程学等方面的知识。采用 是2004年颁布的新规范《公路桥涵通用设计规范》，严格执行其规定。根据设计荷载等确定桥长、跨径及孔数。根 据《桥梁工程》《公路桥涵设计手册》中的简支梁桥的计算进行行车道板的计算；荷载横向分布计算；主梁内力计算； 横隔梁内力计算及挠度、预拱度的计算。根据《结构设计原理》进行主梁、横隔梁、行车道板及墩台与基础的截面 尺寸设计及配筋计算。根据《基础工程》及《公路桥涵设计手册》进行墩台与基础的设计。并根据《桥梁工程》《基 础工程》拟订施工方案。根据《有关桥涵标准图》进行施工图纸设计。知识涉及相对全面，能为以后的工作和学习 打下比较扎实的基础。 （四）设计相关技术的国内外现状： 预应力混凝土梁式桥在我国获得了很大的发展。早在70年代，我国就建成了跨径达五十多米的预应力混凝土简支梁桥。除了简支梁桥以外，近年来我国还修建了多座现代化大跨径预应力混凝土箱型刚架桥、连续梁桥和悬臂两梁桥。目前，我国在预应力混凝土箱型梁桥的施工技术方面达到了世界先进水平。在国外，预应力混凝土梁式桥的研究起步较早，法国著名工程师弗莱西奈经过20年研究使预应力混凝土技术付诸实践后，新颖的预应力混凝土梁式桥首先在法国和德国以异乎寻常的速度发展起来。西德最早用全悬臂法建造预应力混凝土桥梁，特别是在1952年成功地建成了莱茵河上的沃伦姆斯桥后，这种方法就传播到全世界。近年来，国外对大跨径预应力混凝土桥的结构体系有这样的见解，倾向于采用悬臂浇筑工艺来修建连续梁桥。这种方法在世界发展甚快。 二、研究（设计）思路 跨径大于20米的简支梁桥，均采用预应力混凝土梁桥。它比普通钢筋混凝土梁桥一般可节省钢材30%，跨径越大节省越多。其刚度比普通钢筋混凝土桥要大，因此建筑高度可显著减少，使大跨径桥梁轻柔美观。由于能消除裂缝，扩大了对多种桥型的适应性，并提高了结构的耐久性。 本设计采用装配式梁桥，其优点是：桥梁构件的尺寸和形式趋于标准化，便于预制和施工，并节省大量支架模板和劳动力，缩短工期。 三、研究（设计）内容 黑龙江省大学生结构设计 大赛 作品名称：塔吊 参赛队员: 指导老师： 目录 一．设计说明书 (3) 1.方案构思 (3) 2.结构选型 (4) 二．方案设计 (4) 1.CAD三维图 (4) 2.实体结构 (5) 3.节点祥图 (8) 三．计算书 (8) 1. 结构分析 (8) （1）结构周期 (9) （2）结构九模态 (11) 2.节点分析 (11) 3.位移计算 (11) （1）位移表 (11) （2）位移图 (12) 4.轴力图、弯矩图 (13) （1）轴力图 (13) （2）弯矩图 (14) 5. 结构计算假定、各单元性能参数和模型材料 (15) 四. 结构分析总结 (15) 五. 结语 (16) 一. 设计说明书 现代结构讲究结构和美学相适应，在满足结构功能的通时体现建筑美，同时也传递一种精神，一种理念。这是本作品设计的源泉，打破传统塔吊的结构型式，体现了力与美的完美结合。 图1. 塔吊 1. 方案构思 形象是结构内在品质物化的外在形态，是表现结构内涵和个性的形式和语言系统。为使我们的结构能给人留下特别的印象，考虑从各种技术手段上来表现结构形象。塔吊在我们建筑施工领域是不可却少的一部分，当下的塔吊种类也相对单一，所以设计出一个既美观又实用而且质量轻便的塔吊是一个重要的工作。此次比赛我们致力于设计出一个最合理，质量最轻，且无多余联系的塔吊体系。同时也希望能够在未来的生产生活中有很大的促进作用。 我们的结构采用两个三角形对插在一起撑起一个整体，塔身共8根主承重杆件，整个结构外观简洁、新颖。 2. 结构选型 从材料力学中我们学到，结构会受到拉、压、弯、剪、扭共四个力。从力学可分析，三角形是最稳定的结构，我们的结构采用两个三角形，利用三角斜撑的稳定性，结构上部荷载就可逐层分解到下部支架，受力均匀，从而使整个结构稳定。考虑到比赛中模型先后受到侧向荷载和竖向荷载，其中以侧向荷载为主要控制荷载，模型结构选择了框架和撑杆构成的体系，框架结构主要承受竖向荷载，撑杆主要承受侧向荷载，从而保证结构具有足够的侧向刚度，控制其侧向位移在规定范围内。 二.方案设计 1.CAD三维图 图2. 俯视图 课程设计(论文) 题目名称钢筋混凝土预制桩基础设计 课程名称基础工程 学生姓名李宇康 学号124100161 系、专业城市建设系土木工程 指导教师周卫 2015年5 月 桩基础设计计算书 一：设计资料 1、建筑场地土层按其成因土的特征和力学性质的不同自上而下划分为四层，物理力学指标见下表。勘查期间测得地下水混合水位深为2.0m,地下水水质分析结果表明，本场地下水无腐蚀性。 建筑安全等级为2级，已知上部框架结构由柱子传来的荷载： V=1765, M=169KN·m，H = 50kN； 柱的截面尺寸为：800×600mm； 承台底面埋深：D ＝ 2.0m。 2、根据地质资料，以黄土粉质粘土为桩尖持力层， 钢筋混凝土预制桩断面尺寸为300×300，桩长为10.0m 3、桩身资料：混凝土为C30，轴心抗压强度设计值f c ＝15MPa，弯曲强度设计值为 f m ＝16.5MPa，主筋采用：4Φ16，强度设计值：f y ＝310MPa 4、承台设计资料：混凝土为C30，轴心抗压强度设计值为f c ＝15MPa，弯曲抗压强度设 计值为f m ＝1.5MPa。 、附：1）：土层主要物理力学指标； 2）：桩静载荷试验曲线。 附表一： 土层的主要物理力学指标表1-1 土 层代号名称 厚 度 m 含水 量w (%) 天然 重度 (kN/m3 ) 孔 隙 比 e 侧模 阻力 桩端 阻力液性 指数 I L 直剪试验 (直快) 压缩 模量 E s (MPa) 承载力 特征值 f k(kPa) q sk kPa q pk kPa 内摩 擦角 ?? 粘聚 力c (kPa) 1 杂填土 2.0 20 18.8 2 2 6.0 90 2 淤泥质土9 38.2 18.9 1.02 22 1.0 21 12 4.8 80 3 灰黄色粉 质粘土 5 26.7 19. 6 0.75 60 2000 0.60 20 16 7.0 220 4 粉砂夹粉 质粘土 >10 21.6 20.1 0.54 70 2200 0.4 25 15 8.2 260 附表二： 本科毕业设计 巴中市西环线老山一号桥（75+136+75）m连续刚构桥桥设计 年级：************ 学号：***** 姓名：**** 专业：土木工程 指导老师：***** 2016年6月 毕业设计任务书 班级 * 学生姓名 *** 学号 * 发题日期：2016 年 3 月 1 日完成日期：2016年 6 月 1 日 题目巴中市西环线老山一号桥（75+136+75）m连续刚构桥设计 (一) 设计资料 1、主要技术指标 (1) 孔跨布置：(75+136+75)m (2) 荷载标准：公路—Ⅰ级； (3) 桥面宽度：2×净-13.25米 (4) 桥面纵坡：0% (平坡)； (5) 桥面横坡：2%。 (6) 桥轴平面线型：直线。 2、材料规格 (1) 梁体混凝土：C60级混凝土； (2) 主墩墩身：C40级混凝土 (2) 桥面铺装及栏杆混凝土：C30级混凝土； (3) 预应力钢筋及锚具： 连续梁主梁纵横向预应力钢筋可采用s 15.24高强度低松弛钢绞线；竖向预应力 钢筋用精扎螺纹钢筋。 (4) 普通钢筋： 普通钢筋用HRB335钢筋； 3、施工顺序及要点 (1) 墩台基础施工：施工桩基及现浇承台，滑模或爬模浇筑墩身混凝土； (2) 0#段施工：安装施工托架，施加不小于120%实际荷载预压。然后在托架上浇筑墩顶现浇梁段。待混凝土龄期达到10天，且强度到90%后，对称张拉钢筋，进行临时固结； (3)挂篮安装：安装挂篮以及进行悬臂浇筑施工所必需的施工机具。 (4)预应力钢束张拉：利用挂篮，立模后绑扎钢筋，浇筑混凝土；待混凝土龄期达到7天，且强度达到90%后，对称张拉纵向预应力钢束和上一节段横向钢束和横竖向预应力粗钢筋，并压浆； (5) 节段施工：采用挂蓝向桥墩两侧分节段地进行对称平衡悬臂施工，施工完一个节段，张拉一个节段； (6) 边跨合龙：形成单悬臂结构体系； (7) 中跨合龙：安装中跨合拢段吊架，准备中跨合拢。拆除主墩墩顶粗钢筋临时 1 第四章桩基础的设计计算 1．本章的核心及分析方法 本节将介绍考虑桩与桩侧土共同抵抗外荷载作用时桩身的内力计算，从而解决桩的强度问题。重点是桩受横轴向力时的内力计算问题。 桩在横轴向荷载作用下桩身的内力和位移计算，国内外学者提出了许多方法。目前较为普遍的是桩侧土采用文克尔假定，通过求解挠曲微分方程，再结合力的平衡条件，求出桩各部位的内力和位移，该方法称为弹性地基梁法。 以文克尔假定为基础的弹性地基梁法从土力学观点看是不够严密的，但其基本概念明确，方法简单，所得结果一般较安全，在国内外工程界得到广泛应用。我国公路、铁路在桩基础的设计中常用的“m”法、就属此种方法，本节将主要介绍“m”法。 2．学习要求 本章应掌握桩单桩按桩身材料强度确定桩的承载力的方法，“m”法计算单桩内力的各种计算参数的使用方法，多排桩的主要计算参数及其各自的含义。掌握承台计算方法,群桩设计的要点及注意事项,了解桩基设计的一般程序及步骤。本专科生均应能独立完成单排桩和多排桩的课程设计。 第一节单排桩基桩内力和位移计算 一、基本概念 （一）土的弹性抗力及其分布规律 1．土抗力的概念及定义式 （1）概念 桩基础在荷载（包括轴向荷载、横轴向荷载和力矩）作用下产生位移及转角， 2 使桩挤压桩侧土体，桩侧土必然对桩产生一横向土抗力zx σ，它起抵抗外力和稳定桩基础的作用。土的这种作用力称为土的弹性抗力。 （2）定义式 z zx Cx =σ （4-1） 式中： zx σ——横向土抗力，kN/m 2； C ——地基系数，kN/m 3； z x ——深度Z 处桩的横向位移，m 。 2．影响土抗力的因素 （1）土体性质 （2）桩身刚度 （3）桩的入土深度 （4）桩的截面形状 （5）桩距及荷载等因素 3．地基系数的概念及确定方法 （1）概念 地基系数C 表示单位面积土在弹性限度内产生单位变形时所需施加的力，单位为kN/m 3或MN/m 3。 （2）确定方法 地基系数大小与地基土的类别、物理力学性质有关。 地基系数C 值是通过对试桩在不同类别土质及不同深度进行实测z x 及zx σ后反算得到。大量的试验表明,地基系数C 值不仅与土的类别及其性质有关，而且也随着深度而变化。由于实测的客观条件和分析方法不尽相同等原因，所采用的C 值随深度的分布规律也各有不同。常采用的地基系数分布规律有图下所示的几种形式，因此也就产生了与之相应的基桩内力和位移的计算方法。 长安大学2016年大学生结构设计竞赛赛题 竹质塔结构模型设计、制作与测试 1.竞赛模型 设计能够承受一定的竖向荷载和水平地震作用的竹质塔结构模型，具体结构形式不限，可为四根、六根或八根柱组成的框架式空间结构，也可为其他结构。模型包括小振动台系统、上部塔结构模型和塔顶铁块三个部分，铁块通过热熔胶固定于塔顶，塔结构模型由参赛选手制作，并通过螺栓和竹质底板固定于振动台上，图1给出了一示意性结构图。 图1 模型立面示意图(单位：mm) 2. 模型要求 2.1 几何尺寸要求： (1) 底板：塔结构模型用胶水固定于模型底板上，底板为330mm×330mm× 8mm的木板（如图2所示），底板用螺栓固定于振动台上。 (2) 模型大小：模型总高度应为900mm，允许误差为±3mm。总高度为模型底板顶面至塔顶(模型顶面)上表面的垂直距离，但不包括塔顶铁块的高度。模型顶面为平面，应满足安全放置铁块的要求。模型底面尺寸不得超过220mm×220mm的正方形平面，塔顶不得小于150mm×150mm的正方形平面，即整个模型需放置于该正方形平面范围内，可为等截面结构也可为变截面结构，模型底面外轮廓与底板边缘应有足够的距离以保证螺栓能顺利紧固。模型的主要受力构件应合理布置，整体结构应体现“创新、轻巧、美观、实用”的原则。 图2模型底板示意图(单位：mm) 2.2 模型及附加铁块安装要求： (1)利用热熔胶将附加铁块固定在塔顶上，可在顶层设置固定铁块辅助装置，但辅助装置和铁块不能超出塔顶范围且不能直接跟柱接触。 (2) 提供的铁块为底边150mm高50mm的长方体，重量约为8.83 kg。 3. 加载设备介绍 桩基础课程设计计 算书 土 力 学 课 程 设 计 姓名： 学号： 班级： 二级学院： 指导老师： 地基基础课程设计任务书 [工程概况] 某城市新区拟建一栋10层钢筋混凝土框架结构的办公楼，长24.0m ，宽9.6m ，其1-5轴的柱底荷载效应标准组合值如下所示。建筑场地位于临街地块部·位，地势平坦,室外地坪标高同自然地面，室内外高差450mm 。柱截面尺寸均为500mm ×500mm ，横向承重，柱网布置图如图1所示。场地内地层层位稳定，场地地质剖面及桩基计算指标详见工程地质资料，如表1所示。勘察期间测得地下水水位埋深为 2.5m 。地下水水质分析结果表明，本场地地下水无腐蚀性。试按乙级条件设计柱下独立承台桩基础。 柱底荷载效应标准组合值 1轴荷载：5417;85.m;60k k k F kN M kN V kN ===。 2轴荷载：5411;160.m;53k k k F kN M kN V kN ===。 3轴荷载：5120;88.m;63k k k F kN M kN V kN ===。 4轴荷载：5300;198.m;82k k k F kN M KN V kN ===。 5轴荷载：5268;140.m;60k k k F kN M kN V kN ===。 图1 框架结构柱网布置图 （预制桩基础）--12土木1班 工程概况 某市新区钢筋混凝土框架结构的办公楼，长24.0米，柱距6米，宽9.6米，室内外地面高差0.45米。柱截面500×500mm 。建筑场地地质条件见表1。 表1 建筑场地地质条件 注：地下水位在天然地面下2.5米处 目录 地基基础课程设计任务书............................................................................ - 0 -工程概况....................................................................................................... - 1 - 1.设计资料.................................................................................................... - 4 - 2.选择桩型与桩端持力层、确定桩长和承台埋深...................................... - 4 - 3.确定单桩极限承载力标准值..................................................................... - 5 - 4.确定桩数和承台尺寸 ................................................................................ - 6 - 5.桩顶作用效应验算 .................................................................................... - 7 - 6.桩基础沉降验算 ........................................................................................ - 8 - 6.1 求基底压力和基底附加压力 ........................................................... - 8 - 6.2 确定沉降计算深度 ........................................................................... - 8 - 6.3 沉降计算........................................................................................... - 8 - 1 设计基本资料 1.1 概述 跨线桥应因地制宜，充分与地形和自然环境相结合。跨线桥的建筑高度选取除保证必要的桥下净空外，还需结合地形以减少桥头接线挖方或填方量，最终再谈到经济实用的目的。如果桥两端地势较低，主要采用梁式桥；略高的则主要采用中承式拱肋桥；更高的则宜采用斜腿刚构、双向坡拱等形式。在桥型的选择时，一方面从“轻型”着手，以减少圬工体积，另一方面结合当地的资源材料条件，以满足就地取材的原则。随着社会和经济的发展，生态环境越来越受到人们的关注与重视，高速公路跨线桥将作为一种人文景观，与自然相协调将会带来“点石成金”的效果。高速公路上跨线桥常常是一种标志性建筑物，桥型本身具有的曲线美，能够与周围环境优美结合。 茶庵铺互通式立体交叉K65+687跨线桥，必须遵照“安全、适用、经济、美观”的基本原则进行设计，同时应充分考虑建造技术的先进性以及环境保护和可持续发展的要求。 1.1.1设计依据 按设计任务书、指导书及地质断面图进行设计。 1.1.2 技术标准 （1）设计等级：公路—I级；高速公路桥，无人群荷载； （2）桥面净宽：净—11.75m + 2×0.5 m防撞栏； （3）桥面横坡：2.0%； 1.1.3 地质条件 桥址处的地质断面有所起伏，桥台处高，桥跨内低，桥跨内工程地质情况为（从 1.1.4 采用规范 JTG D60-2004 《公路桥涵设计通用规范》； JTG D62-2004 《公路钢筋砼及预应力砼桥涵设计规范》； JTG D50-2006 《公路沥青路面设计规范》 JTJ 022-2004 《公路砖石及砼桥涵设计规范》； 1.2 桥型方案 经过方案比选，通过对设计方案的评价和比较要全面考虑各项指标，综合分析每一方案的优缺点，最后选定一个最佳的推荐方案。按桥梁的设计原则、造价低、材料省、劳动力少和桥型美观的应是优秀方案。独塔单索面斜拉桥比较美观，但是预应力混凝土等截面连续梁桥桥梁建筑高度小，工程量小，施工难度小，可以采用多种施工方法，工期较短，易于养护。另外该桥是位于山区的高速公路桥，对于美观要求低。综上，设计最终确定采用4×35m预应力混凝土等截面连续梁桥（图1.1）。 图1.1 桥跨总体布置立面图（单位：cm） 1.3 施工方式 采用分段支架浇筑的方式，达到设计强度后，张拉预应力钢束并压注水泥浆，待混凝土达到预定强度后拆除支架并卸模板，再完成主梁横向接缝，最后进行护栏及桥面铺 桥墩桩基础设计计算书 WTD standardization office【WTD 5AB- WTDK 08- WTD 2C】 基础工程课程设计一．设计题目：00 某桥桥墩桩基础设计计算 二．设计资料： 某桥梁上部构造采用预应力箱梁。标准跨径30m，梁长，计算跨径，桥面宽13m （10+2×），墩上纵向设两排支座，一排固定，一排滑动，下部结构为桩柱式桥墩和钻孔灌注桩基础。 1、水文地质条件： 河面常水位标高，河床标高为，一般冲刷线标高，最大冲刷线标高处，一般冲刷线以下的地质情况如下： （1）地质情况c（城轨）： 2、标准荷载： （1）恒载 桥面自重：N1=1500kN+8×10kN=1580KN； 箱梁自重：N2=5000kN+8×50Kn=5400KN； 墩帽自重：N3=800kN； 桥墩自重：N4=975kN；扣除浮重：10*2*3*=150KN （2）活载 一跨活载反力：N5=，在顺桥向引起的弯矩：M1= kN·m； 两跨活载反力：N6=+8×100kN； （3）水平力 制动力：H1=300kN，对承台顶力矩； 风力：H2= kN，对承台顶力矩 3、主要材料 承台采用C30混凝土，重度γ=25kN/m3、γ‘=15kN/m3(浮容重)，桩基采用C30混凝土，HRB335级钢筋； 4、墩身、承台及桩的尺寸 墩身采用C30混凝土，尺寸：长×宽×高=3×2×。承台平面尺寸：长×宽=7×，厚度初定，承台底标高。拟采用4根钻孔灌注桩，设计直径，成孔直径，设计要求桩底沉渣厚度小于300mm。 5、其它参数 结构重要性系数γso=，荷载组合系数φ=，恒载分项系数γG=，活载分项系数γQ= 6、设计荷载 （1）桩、承台尺寸与材料 承台尺寸：××初步拟定采用四根桩，设计直径1m，成孔直径。桩身及承台 桥梁结构设计理论方案作品名称蔚然水岸 参赛学院建筑工程学院 参赛队员吕远、李丽平、李怡潇、赵培龙 专业名称土木工程 一、方案构思 1、设计思路 对于这次的设计，我们分别考虑了斜拉桥、拱桥、梁式桥和桁架桥的设计方案。斜拉桥可以看作是小跨径的公路桥，且对刚度有较高的要求，所以斜拉桥对材料的要求比较高，对于用桐木强度比不上其他样式的桥来得结实；拱桥最大主应力沿拱桥曲面而作用，而沿拱桥垂直方向最小主应力为零，可以很好的控制桥梁竖直方向的位移，但锁提供的支座条件较弱，且不提供水平力，显然也不是一个好的选择；梁式桥有较好的承载弯矩的能力，也可以较好的控制使用中的变形，但桥梁的稳定性是个很大的问题，控制不了桥梁的扭转变形，因此，我们也放弃了制作梁式桥的想法；而桁架桥具有比较好的刚度，腹杆即可承拉亦可承压，同时也可以较好的控制位移用料较省，所以，相比之下我们最后选择了桁架桥。 2、制作处理 （1）、截杆 裁杆是模型制作的第一步。经过试验我们发现，截杆时应该根据不同的杆件，采用不同的截断方法。对于质地较硬的杆应该用工具刀不断切磋，如同锯开；而对于较软的杆应该直接用刀刃用力按下，不宜用刀口前后切磋，易造成截面破损。 （2）、端部加工 端部加工是连接的是关键所在。为了能很好地使杆件彼此连接，我们根据不同的连接形式，对连接处进行处理，例如，切出一个斜口，增大连接的接触面积；刻出一个小槽，类似榫卯连接等。 （3）拼接 拼接是本模型制作的最大难点。由于是杆件截面较小，接触面积不够，乳胶干燥较慢等原因，连接是较为困难的。我们采取了很多措施加以控制，如用铁夹子对连接处加强压、用蜡线进行绑扎固定等。对于拱圈的制作，则预先将杆件置于水中浸泡并加上预应力使其不断弯曲，并按照先前划定的拱形不断调整，直至达到理想形状。 在拱脚处处理时，先粘结一个小的木块，让后用铁夹子施加很大的压力，保证连接能足够牢固。 乳胶粘接时要不断用电吹风间断性地吹风，使其尽快形成粘接力，达到强度的70%（基本固定）后即可让其自行风干。 （4）风干 模型制作完成后，再次用吹风机间断性地吹粘接处，基本稳定后，让其自然风干。 （5）修饰 基础工程课程设计 一．设计题目： 某桥桥墩桩基础设计计算 二．设计资料： 某桥梁上部构造采用预应力箱梁。标准跨径30m，梁长29.9m，计算跨径29.5m，桥面宽13m（10+2×1.5），墩上纵向设两排支座，一排固定，一排滑动，下部结构为桩柱式桥墩和钻孔灌注桩基础。 1、水文地质条件： 河面常水位标高25.000m，河床标高为22.000m，一般冲刷线标高20.000m，最大冲刷线标高18.000m处，一般冲刷线以下的地质情况如下： （1）地质情况c（城轨）： 2、标准荷载： （1）恒载 桥面自重：N1=1500kN+8×10kN=1580KN； 箱梁自重：N2=5000kN+8×50Kn=5400KN； 墩帽自重：N3=800kN； 桥墩自重：N4=975kN；扣除浮重：10*2*3*2.5=150KN （2）活载 一跨活载反力：N5=2835.75kN，在顺桥向引起的弯矩：M1=3334.3 kN·m； 两跨活载反力：N6=5030.04kN+8×100kN； （3）水平力 制动力：H1=300kN，对承台顶力矩6.5m； 风力：H2=2.7 kN，对承台顶力矩4.75m 3、主要材料 承台采用C30混凝土，重度γ=25kN/m3、γ‘=15kN/m3(浮容重)，桩基采用C30混凝土，HRB335级钢筋； 4、墩身、承台及桩的尺寸 墩身采用C30混凝土，尺寸：长×宽×高=3×2×6.5m 3 。承台平面尺寸：长×宽 =7×4.5m 2 ，厚度初定2.5m ，承台底标高20.000m 。拟采用4根钻孔灌注桩，设计直径1.0m ，成孔直径1.1m ，设计要求桩底沉渣厚度小于300mm 。 5、其它参数 结构重要性系数γso =1.1，荷载组合系数φ=1.0，恒载分项系数γG =1.2，活载分项系数γQ =1.4 6、 设计荷载 （1） 桩、承台尺寸与材料 承台尺寸：7.0m ×4.5m ×2.5m 初步拟定采用四根桩，设计直径1m ，成孔直径1.1m 。桩身及承台 混凝土用30号，其受压弹性模量h E =3×4 10MPa 。 （2） 荷载情况 上部为等跨30m 的预应力箱梁桥，混凝土桥墩，作用在承台底面中心的荷载为： 恒载及一孔活载时： 1.2(158054008009751507 4.5 2.515 1.42835.751571 3.55N KN =?+++-+???+?=∑） 1.4(300 2.7)42 3.78H KN =?+=∑ [3334.3300(2.5 6.5) 2.7 4.75 2.5 1.48475.425M KN =+?++? +?=∑（）] 恒载及二孔活载时： 1.2(158054008009751507 4.5 2.515N =?+++-+????∑）+1.45830.04=19905.556KN 桩（直径1m ）自重每延米为： q= 2 11511.781/4 KN m ??=π（已扣除浮力） 三、计算 1、根据《公路桥涵地基与基础设计规范》反算桩长 根据《公路桥涵地基与基础设计规范》中确定单桩容许承载力的经验公式，初步反算桩的长度， 设该桩埋入最大冲刷线以下深度为h ，一般冲刷线以下深度为h 2，则： [][]{} )3(2 1 22200-++==∑h k A m l U P N i i h γσλτ 第1组 设计说明 作品名称龙骨桥 作品重量342g 建筑方案说明 1、建筑材料 A0绘图纸两张、200ml白乳胶、线。在实际制作中常常在白纸之间刷上胶，故所用的材料实际上是纸胶复合材料。根据组委会提供的参考资料可知：纸胶复合材料受拉时呈现线弹性和脆性，受拉弹性模量为E t=2492.2 N/mm2，抗拉强度设计值为f t=32.91N/ mm2；不失稳的情况下纸管的抗压强度设计值为E c=7.18 N/mm2，是理想的弹塑性材料，受压弹性模量为f c=831.89 N/mm2。其抗拉强度设计值f t是抗压强度设计值f c的4倍多，可见纸的受拉性能比受压性能好的多。 2、建筑工程 我们利用纸胶的抗拉、抗压和抗弯性能，及绳子的抗拉强度高而无刚度特点，用纸胶构件和绳子搭制一座跨度1040mm，桥宽190mm 的纸桥。通过最合理的结构设计，构件尺寸设计和最优的构件组装方法，以达到在用料最省的条件下尽可能地通过更大的荷载，使荷质比达值最大，充分发挥材料的力学性能。 结构设计说明 1、结构的选型 按设计要求，小车的速度较慢，故可以不考虑荷载的动态效应，即把每一时刻的荷载都当作静荷载处 理。小车从杆的一端移到另一端，内应 力最大处的包络图如右图所示，为一抛 物线方程y=-(x-1/2)^2+1/2,取其为设计拱轴线，在拱的构造上我们用三根杆做成梯形来代替合理拱轴线。 拱桥按桥面的位置分为上承式，中承式，下承式。 上承式桥优点是桥面系构造简单，拱圈与墩台的宽度较小，桥上视野开阔，施工方便；缺点是桥梁的建筑高度大，纵坡大和引桥长。一般用在跨度较大的桥梁。 中承式桥的优点是建筑高度较小，引道较短；缺点是桥梁宽度大，构造较复杂，施工也较麻烦。 下承式桥的优点是桥梁建筑高度很小，纵坡小，可节省引道长度；缺点是构造复杂，拱肋施工麻烦。一般用于地基差的桥位上。 按照有无水平推力分可分为有水平推力和无水平推力。 在竖向荷载作用下拱脚对墩台无水平推力作用的拱桥。其推力由刚性梁或柔性杆件承受，属于内部超静定、外部静定的组合体系拱桥。适用于地质不良的桥位处，墩台与梁式桥基本相似，体积较大，只能做成下承式桥，建筑高度很小，桥面标高可设计的很低，降低纵坡，减小引桥长度，因此可以节约材料。但是，结构的施工比较复杂。 在竖向荷载作用下拱脚对墩台有水平推力作用的拱桥。水平推力可减小跨中弯矩，能建成大跨度的桥梁。造型美观，城市桥梁一般优先选用，可做成上承式、中承式桥。缺点是，对地质要求很高，为防止墩台移动或转动，墩台须设计很大，施工较麻烦。 我们知道在纸桥加载的时候，并没有提供水平力，由这一点在综合考虑以上两方面我们采取的是下承式拱桥。主拱和承梁的截面选 深基础课程设计计算书 学校：福建工程学院 层次：专升本 专业：土木工程＿＿＿＿姓名：林飞＿＿＿＿ 2016年09 月16 日 目录 一、外部荷载及桩型确定 (1) 二、单桩承载力确定 (1) 三、单桩受力验算 (4) 四、群桩承载力验算 (5) 五、承台设计 (6) 六桩的强度验算 (9) 一、 外部荷载及桩型确定 1、柱传来荷载：F= 3000kN 、M = 600kN ·m 、H = 60kN 2、桩型确定：1）、由题意选桩为钢筋混凝土预制桩； 2）、构造尺寸：桩长L ＝10.0m ，截面尺寸：400mm ×400mm 3）、桩身：混凝土强度等级 C30、c f ＝14.3 N/mm 2 、 4Φ16 y f ＝300 N/mm 2 4）、承台材料：混凝土强度等级C30、c f ＝14.3 N/mm 2 、 t f ＝1.43 N/mm 2 二、单桩承载力确定 1、单桩竖向承载力的确定： 1）、根据桩身材料强度（?＝1.0，配筋Φ16） ()() kN A f A f R S y p c 1.25298.8033004003.140.12=?+??=''+=? 2）、根据地基基础规范公式计算： ①、桩尖土端承载力计算： 粉质粘土，L I ＝0.60，入土深度为12.0m 由书105页表4-4知，当h 在9和16之间时，当L I =0.75时，1500=pk q kPa,当L I =0.5时，2100=pa q ，由线性内插法： 75 .06.01500 75.05.015002100--=--pk q 1860=pk q k P a ②、桩侧土摩擦力： 粉质粘土层1： 1.0L I = ，由表4-3，sik q =36～50kPa ，由线性内插法，取36kPa 粉质粘土层2： 0.60L I = ，由表4-3，sik q =50～66kPa ，由线性内插法可知， 设计原始资料 1.地形、地貌、气象、工程地质及水文地质、地震烈度等自然情况 （1）气象：天津地区气候属于暖温带亚湿润大陆性季风气候区，部分地区受海洋气候影响。四季分明，冬季寒冷干旱，春季大风频繁，夏 季炎热多雨，雨量集中，秋季冷暖变化显著。年平均气温12.20C， 最冷月平均气温-40C，七月平均气温26.40C。 （2）工程地质：天津地铁一号线经过地区处于海河冲积平原上，地形平坦，地势低平，地下水位埋深较浅，沿线分布了较多的粉砂、细砂、粉土，均为地震可液化层，局部地段具有地震液化现象。沿线地层 简单，第四系地层广泛发育，地层分布从上到下依次为人工堆积层、新近沉积层、上部陆相层、第一海相层、中上部陆相层、上部及中 上部地层广泛发育沉积有十几米厚的软土。 a.人工填土层，厚度5m，?k=100KP a； b.粉质黏土，中密，厚度15m，?k=150 KP a； c.粉质黏土，密实，厚度15m，?k=180KP a； d.粉质黏土，密实，厚度10m，?k=190KP a。 第一章方案比选 一、桥型方案比选 桥梁的形式可考虑拱桥、梁桥、梁拱组合桥和斜拉桥。任选三种作比较，从安全、功能、经济、美观、施工、占地与工期多方面比选，最终确定桥梁形式。 桥梁设计原则 1．适用性 桥上应保证车辆和人群的安全畅通，并应满足将来交通量增长的需要。桥下应满足泄洪、安全通航或通车等要求。建成的桥梁应保证使用年限，并便于检查和维修。 2．舒适与安全性 现代桥梁设计越来越强调舒适度，要控制桥梁的竖向与横向振幅，避免车辆在桥上振动与冲击。整个桥跨结构及各部分构件，在制造、运输、安装和使用过程中应具有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性。 3．经济性 设计的经济性一般应占首位。经济性应综合发展远景及将来的养护和维修等费用。 4．先进性 桥梁设计应体现现代桥梁建设的新技术。应便于制造和架设，应尽量 桥梁桩基础课程设计任务书 1、桥墩组成：该桥墩基础由两根钻孔灌注桩组成。桩径采用φ=1.2m ，墩柱直径采用φ=1.0m 。桩底沉淀土厚度t = (0.2~0.4)d 。局部冲刷线处设置横系梁。 2、地质资料：标高25m 以上桩侧土为软塑亚粘土，其各物理性质指标为：容量γ=18.5kN /m 3，土粒比重G=2.70g/3cm ，天然含水量%21=ω，液限 %7.22=l ω，塑限%3.16=p ω。标高25m 以下桩侧及桩底土均为硬塑性亚粘土，其物理性质指标为：容量γ=19.5kN /m 3，土粒比重G=2.70g/3cm ，天然含水量 %8.17=ω，液限%7.22=l ω，塑限%3.16=p ω。 3、桩身材料：桩身采用25号混凝土浇注，混凝土弹性模量 αMP E h 41085.2?=，所供钢筋有Ⅰ级钢和Ⅱ级纲。 4、计算荷载 ⑴ 一跨上部结构自重G=2350kN ； ⑵ 盖梁自重G 2=350kN ⑶ 局部冲刷线以上一根柱重G 3应分别考虑最低水位及常水位情况； ⑷公路Ⅱ级 ： 双孔布载，以产生最大竖向力； 单孔布载，以产生最大偏心弯矩。 支座对桥墩的纵向偏心距为3.0=b m （见图2）。计算汽车荷载时考虑冲击力。 ⑸ 人群荷载： 双孔布载，以产生最大竖向力； 单孔布载，以产生最大偏心弯矩。 ⑹ 水平荷载（见图3） 制动力：H 1=22.5kN （4.5）； 盖梁风力：W 1=8kN （5）； 柱风力：W 2=10kN （8）。采用常水位并考虑波浪影响0.5m ，常水位按45m 计，以产生较大的桩身弯矩。W 2的力臂为11.25m 。 图4 5、设计要求 ⑴确定桩的长度，进行单桩承载力验算。 ⑵桩身强度验算：求出桩身弯矩图（用座标纸画），定出桩身最大弯矩值及其相应截面位置和相应轴力，配置钢筋，验算截面强度（采用最不利荷载组合及常水位）。 ⑶计算主筋长度、螺旋钢筋长度及钢筋总用量。 ⑷用A3纸绘出桩的钢筋布置图。 二、应交资料 1、桩基础计算书 2、桩基础配筋图 3、桩基础钢筋数量表某桥梁桩基础设计计算
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