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水泥罐基础设计


罐体基础计算 一、荷载情况 上部水泥罐设计容量为 100 吨,罐体自身重量按 20 吨计算,水泥罐盛满 水泥后自重为 G1=1200 KN 承台自重 G2=(3.8×3.8×1.5+0.5×0.6×0.6×4)×25=559.5 KN 一根桩自重 G3=3.1416×0.82/4×9.9×25=124.41 KN 附加荷载 作用于水泥罐体的水平风力 风荷载标准值 W=β Zμ S

μ ZW0= 1.0×0.8×1.78×0.6=0.8544 KN/㎡ 风荷载作用面积为 S=10.5×1.5×3.1416=49.46 ㎡ 作用于水泥罐体的水平风力 P=W×S=0.8544×49.46=42.26 KN 风荷载对桩顶截面的弯矩 M=42.26×(1.5+0.5+1+10.5/2)=348.64 KN·m 二、计算 1、桩的内力及位移计算 确定桩的计算宽度 b0 b0=1.5d+0.5=1.5×0.8+0.5=1.7 m 2、计算桩的变形系数α 竖向地基系数 C0=m0h,根据地质资料查表得 C0=3.1175×105 KN/m4 当 h≤ 10m 时,C0=10m0 故地基土比例系数 m0= C0/10=3.1175×104 KN/m4 桩身砼弹性模量 EI=0.67EhI=0.67×2.8×107×0.0201=3.77076×105 I=π d4/64=3.1416×0.84/64=0.0201 m4 地基变形系数 α = 5
mb EI

=1.07

桩基础的换算深度 h′=α h=1.07×9.9=10.593>3.5 3、计算单桩桩顶截面所受外力 N0=(G1+G2)/4=(1200+559.5)/4=439.88 KN

Q0=P/4=10.56 KN M0=M/4=348.64/4=87.16 KN·m 4、计算桩顶以下以下深度 z 处桩身截面的弯矩 Mz、剪力 Qz 及水平抗力σ 计算公式为 Mz= Q0 Am/α +M0 Qz= Q0 AQ+α M0BQ σ z= α Q0 Z′AX/b0+α 2M0 Z′Bx/b0 无量纲系数 Am 、Bm、 AQ 、BQ 、AX 、Bx 按规范查表即得。 计算结果见计算表(一) 、表(二) 、表(三) 。 桩身最大弯矩位置 ZMmax 和最大弯矩 Mmax 的确定 弯矩最大时满足下式 DQ= Q0/α M0=0.11323 于是可得 Z′=ZMmaxα =0.399 ZMmax=0.3729 m
z

Mmax= KmM0=1.02892×87.16=89.6808 KN·m 弯矩分布见桩随深度弯矩分布图 5、桩顶水平位移计算 X0= Q0Ax/ α
3

EI+ M0Bx/ α

2

EI=10.56 × 2.44066/(1.073 × 3.77076 ×

105)+87.16×1.62100/(1.072×3.77076×105) =0.383 mm<6 mm(符合规范要求) 6、桩基承载力计算 (1)、按设计规范经验公确定单桩轴向容许承载力[P] [P]=(C1A+C2Uh)Ra C1=0.5 C2=0.04

[P]=(0.5×π ×0.82/4+0)×5600=1407.4 KN>N0=439.88 KN(符合要求) (2)、按桩身材料强度确定单桩承载力 轴向受压时的截面强强度度验算公式为 Nj≤φ rb(ARa/rc+Rg′Ag′/rs) 先不考虑钢筋的作用进行验算 桩的纵向弯曲系数φ =0.97 桩的工作条件系数 rb=0.95

混凝土抗压设计强度 Ra=25000 KPa 混凝土安全系数 rc=1.25 桩身截面面积 A=0.503 ㎡ [N]=0.97×0.95×25000/1.25=9270.3 KN> Nj=439.88 KN(符合要求) 7、横向力作用下的稳定验算 为保证桩在横向力作用下的稳定性,要求桩对其侧面土的横向压应力不 超过桩两侧被动土压力与主动土压力之差,并具有必要的安全储备。应满足下 式: dσ z≤η 1η 2(b0ep-dea) 考虑上部结构安全度的系数η 1=1.0: 考虑总荷载中恒载所占比例系数η 2=1-0.8Mn/Mm 其中恒载对桩基承台底面坐标原点的力矩 Mn =0 全部外力对桩基承台底面坐标原点的力矩 Mm 桩侧的被动土压力强度 ep,桩侧的主动土压力强度 ea 由水平抗力计算表可知,桩身最大水平抗力在桩顶以下 0.561 米深度处 截面σ z=32.4172 Kpa ep=17.5×0.561×tan2(45° +19° /2)+2×2.0 tan(45° +19° /2)=24.904

ea=17.5×0.561×tan2(45° -19° /2)-2×2.0tan(45° -19° /2)=2.142 dσ
z

=0.8×32.4172=25.9338

η 1η 2(b0ep-dea)=1.0×1.0×(1.7×24.904-0.8×2.142)=40.623 dσ z=25.9338 KN<η 1η 2(b0ep-dea) =40.623 KN(符合要求) 7、承台的计算 桩顶处的局部受压验算 桩顶作用于承台混凝土的压力,不考虑桩身与承台混凝土间的黏着力, 局部承压时,按下式计算: Pi′≤β AcRja/rm 承台内单桩承受的最大轴向力 Pi′=439.88 KN 混凝土安全系数 rm =1.54 承台内基桩桩顶横截面面积 Ac=0.503 ㎡ 混凝土抗压极限强度 Rja=25000 Kpa 局部承压时的提高系数β =1.2 1.2×0.503×25000/1.54=9798.7 KN>Pi′=439.88 KN(符合要求) 三、配筋计算 由于桩基所受外力较小,桩身混凝土本身足以承受外部荷载作用,可不必 配筋,考虑到构造要求,可适当配筋,详情见桩基设计图。


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