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清华大学版基础工程课后习题答案

题2 - 41

(1)地区的标准冻结深度为0Z =1.8m

(2)按式2-33求设计冻结深度,即d Z =0Z zs ψzw ψze ψ

查表2-11求zs ψ

第一层土:p I =L ω-P ω=8<10 且d>0.075mm 占土重10%<50% ,为粉土,zs ψ=1.20 第二层土:d>0.25mm 占55%>50% d>0.5mm 占40%<50%,为中砂,zs ψ=1.30 查表2-12求zw ψ

第一层土: ω=20% 底层距地下水位0.8m<1.5m 冻胀等级为Ⅲ级 冻胀类别为冻胀

zw ψ=0.90

第二层土:地下水位离标准冻结深度为0.2m<0.5m 冻胀等级为Ⅳ级 冻胀类别为强冻胀 zw ψ=0.85

查表2-13求ze ψ

城市人口为30万,按城市的近郊取值 ze ψ=0.95 按第二层土计算:d Z =1.8*1.3*0.85*0.95=1.89m 折算冻结深度:'d Z =1.2 +(1.85 - 1.2)*

1.89

1.85

=1.864m 折算冻结深度进入第二层土内,故残留冻土层主要存在于第二层土。 (3)求基础最小埋深

按照正方形单独基础,基底平均压力为120a kp ,强冻胀,冰冻等条件,查表2-14得允许残留冻土层厚度max H =0.38m

由式2-34求得基础的最小埋置深度min d =d Z -max H =1.864-0.38=1.484m

题2 – 42

(1)埋置深度d=0.8m ,持力层为粉质粘土

规范建议的地基承载力公式为 a f =b M γb+ d M m γd+c M k c

k φ=24° 查表2-16得b M =0.80 d M =3.87 c M =6.45

γ=2ρg=1.89*9.8=18.53KN m m γ=1ρg=1.8*9.8=17.643KN m

则a f =0.8*18.5*2.5+3.87*17.64*0.8+6.45*20=220.6a kp (2)埋置深度d=2.4m ,持力层为细砂,此时b<3m 取b=3m

k φ=30°,查表2-16得 b M =1.9 d M =5.59 c M =7.95

γ=3ρg=1.94*9.8=193KN m m γ=

0.8*17.64 1.6*18.5

2.4

+=18.23KN m

则a f =1.9*19*3+5.59*18.2*2.4+7.95*0=352.5a kp

题2 – 43

土层一:由k φ=16°查表2-16得b M =0.36 d M =2.43 c M =5.00

γ=18.5-9.8=8.73KN m m γ=0

a f =

b M γb+ d M m γd+

c M k c =0.36*8.7*3+0+5*15=84.4a kp

土层二:cr P =

()1203252213222.73++=a kp u P =()1

4554444334443

++=a kp 因为 u P

ak f =

1

2

u P =222a kp L I =p

L p

ωωωω--=0.923>0.85 由表2-15得b η=0 d η=1.0

m γ=18.5-9.8=8.73KN m γ=19.6-9.8=9.83KN m

a f =

ak f +b ηγ(b-3)+d ηm γ(d-0.5)=222+0+1.0*8.7*(2-0.5)=235.05a kp

土层三:由k φ=22°查表2-16得b M =0.61 d M =3.44 c M =6.04

γ=20-9.8=10.23KN m m γ=

(18.59.8)*2(19.69.8)*2

9.254

-+-=3KN m

则a f =0.61*10.2*3+3.44*9.25*4+6.04*10=206.35a kp

土层四:由k φ=32°查表2-16得b M =2.6 d M =6.35 c M =8.55

γ=20.1-9.8=10.33KN m

m γ=(18.5-9.8+19.6-9.8+20-9.8)/3=9.573KN m 则a f =2.6*10.3*3+6.35*9.57*6+8.55*0=445a kp 若采用第二层为持力层,由a f =235.05a kp 则1A =

a F f d γ-=25000

23.25m 235.0520*210*2

=-+ 因为桥墩平面尺寸6m*2m, 取基础尺寸为8m*3m 验算基底压力G=γdA=(20-10)*2*8*3=480Kn

500480

228.338*3

k a F G P kp A ++=

==

tan α=

11.25

t b h =? α=38.66o 基础高度h=086

1.2522*0.8

t b b b h m tg tg αα--=

===

按长边及刚性角确定基础的尺寸如下图(单位:mm, h>900mm, 做成三层台阶):

题2 – 44

(1)求基地压力:18820*1*1.2*1

p 176.7/1.2*1

F G kPa m A ++=

== (2)基底至淤泥质粘土顶面的距离z 为1.8m.

由z/b=1.8/1.2=1.5>0.5 s1s215

==35

E E α=

查表2-17得压力扩散角θ=23°

3sat w 3

m b d d m 2tg =1.22*1.8*tg23=2.73m d =2.8m =-=16.59.8=6.7k /m 0.8*17.7+-=

=11.9k /m 2.8

-y =0y =1.0y *( d 0.5)901*11.9*(d z ak b b z N N f f +'=+θ+?'γ'γγ-γ=+γ'-=+下卧层埋深为下卧层土的浮容重为 (19.49.8)*2

下卧层以上土的加权平均容重为查表215得,,(淤泥层)cz z z z cz 2.80.5)117.4=17.7*0.82*=()

2*17.7*0.80.2*9.616.081.2*=70.651.22*1.8*tg23p p =33.3670.65=104co co d kPa P kPa b p p b z tg p kPa

kPa

kPa f -=+-=

=+==

+?

++<下卧层顶面处的自重应力:(19.4-9.8)33.36下卧层顶面处的附加压力:p (17.67-16.08)

所以p 验算:117.4z kPa +=经验算,第三层软弱土层的承载力满足要求。

题2 – 45

解:(1)k b d c =20=0.51=3.06=5.66b=3m M M φ? 查表得 M 设

a f =0.51*19.2*3 3.06*19.2*1.2 5.66*12=167.8k a

P ++

(2)21a 100080

=

==7.51m f -d 167.820*1.2

F P A ++γ- 考虑偏压:2

1A 1.3A 1.3*7.51=9.76m ==

3.2m*3m a=m b=m 采用: 基础 其中 3.2,3

(3)G= γAd=20*1.2*9.6=230.4 KN

F+G+p=1310.4 kN

M=180+60*1.2+80*0.45=288 k m N ?

总荷载的偏心距288a

e=

0.22=0.53m p 1310.46

M F G ==<++

基底地缘最大应力:p p=

=136.5k a a F G

P f A

++<,满足承载力要求 (4)粉质粘土 1.000.95zs ze ψ= 30 ψ=万人口,城郊

p 5p 9W W W ++<≤,且地下水位离标准冻结深度为2.0 1.6=0.4m 2.0m -<,

所以冻胀等级为IV ,冻胀类别为强冻胀,得w =0.85z ψ, 所以d 0w =***=1.6*1.00*0.95*0.85=1.292m zs ze z Z Z ψψψ。

按照方形基础,采暖,基底平均压力位136.5k a P 为条件,查表2-14得max h =0.482m 所以最小埋置深度min d max d =-h =1.292m-0.482m=0.81m

(5)采用C15混凝土,基底平均压力150

h=bt=0.5(3-0.6)=1.2m

为了保护基础不受外力的破坏,基础的顶面必须埋在设计地面以下100-150mm ,所以基础的埋置深度d 必须大于基础的高度h ,加上保护层厚度,即d ≧ht(100?150mm)

所以初定d=1.2m ,故需要重新设定埋深d (6)取埋深d=1.4m b=3m

则a f =0.51*19.2*3 3.06*19.2*1.4 5.66*12=179.55k a P ++

21a 100080

=

==7.13m f -d 179.5520*1.4

F P A ++γ- 21A 1.3A 9.26m ==,仍取a=m b=m 3.2,3 G= γAd=20*1.4*9.6=268.8 KN F+G+p=1348.8 kN M=180+60*1.4+80*0.45=300 k m N ?

300a

e=

0.22=0.53m p 1348.86

M F G ==<++

基底地缘最大应力:

max 2k 1348.8300*6

p =

+=199.1k a 1.2=215.46k a 9.6 3.2*3

p p ==140.5k a a a

P f P F G P f A

<++< 满足承载力要求,此时 允许刚性角为45°

题2 – 46

(1)根据2-45题的结果取基底面积a ×b=3200mm ×3000mm ,

按规范设计,荷载的标准组合应乘以1.35的基本组合值。

即 F=1.35×1000=1350 kN H=1.35×60=81kN M=1.35×180=243kN P=1.35×80=108kN

(2)基础底面净反力计算

M 总 =(243+81×1.2+108×0.45)=388.8kN ·m

A=a ×b=9.6m 2 W=6

1

×3×3.22=5.12m 3

荷载偏心距 e=M/(F+P )=388.8 /(1350+108)=0.27m <

6a =6

2.3=0.53m 基底净反力 Pe max = (F+P)/A + M 总/W=(1350+108)/9.6 + 388.8 /5.12=227.8 kPa Pe min = (F+P)/A -M 总/W=(1350+108)/9.6-388.8 /5.12=75.9kPa (3)基础抗冲切验算

取基础高度h=600mm ,则h o =600-70=530mm (按不设垫层时,保护层厚度不小于70mm )

Aaiegjc =(

2a -2c a -h o )*b - (2b -2

c

b -h o )2 = (3.2/2-0.6/2-0.53)*3 – (3/2-0.6/2-0.53)2 = 1.86m 2 按Aaiegj

c 面积上作用Pe max 计,则 Fl=Pe max ×Aaiegjc=227.8×1.86=423.7kN

因为h o =530mm <800mm ,故βh =1.0 采用C20的混凝土,t f =1100kN/m 2

得[V]=0.7t h f (b c + h o )* h o

=0.7*1.0*1100*(0.6+0.53)*0.53=461kN 满足F l <[V]的要求。 (4)柱边基础弯矩验算

柱边与远侧基础边缘的距离a ’=c a +2

1

(a —c a )=0.6+0.5×(3.2—0.6)=1.9m

柱边基础的净反力Pe I =Pe min +(Pe max -Pe min )×

a

a '

= 75.9+(227.8-75.9)×1.9/3.2 = 166.1kPa 由式(2-76)M I =

48

1

(a —c a )2 ×[(Pe max +Pe I ) ×(2b+bc)+(Pe max -Pe I )×b] =

48

1

(3.2—0.6)2×[(227.8+166.1) ×(2×3+0.6)+(227.8-166.1)×3] = 392.2kN ·m e p =21×(P emax +P emin ) =2

1×(227.8+75.9) = 151.85kPa

由式(2-75)得 M II =

24

e

p ×(b —bc) 2×(2a +c a ) =

24

85

.151×(3—0.6) 2×(2×3.2+0.6) = 255.1 kN ·m (6)配筋计算

采用HRB335级钢筋,y f =300N/mm 2, 按内力臂系数γs =0.9 计算

沿长边方向:A sI =

o

y I

h f M 9.0=392.2×106/(0.9×300×530)=2741mm 2

选配1416@200,实际钢筋面积2815 mm 2

沿短边方向:A sII =

o

y II

h f M 9.0=255.1×106/(0.9×300×530)=1783 mm 2

选配1214@240,实际钢筋面积1847mm 2

题3-26

解:10.216x m λ-=

=

10.211y m λ-==

(1)对于角柱Γ形节点,按半无限长梁计算交点挠度

2ix x

ix x F b k λω=

2iy y iy y F b k

λω= 因为ix iy ωω= ? iy 1.71ix F F =

且有 1300ix iy F kN F += ?820ix kN F = 480iy kN F = 调整前的基底压力平均计算值为

1

132

1

46242.5517.4*24.800.5*1.4*0.8*6 1.4*0.8*2

n

i

i n i

i F

F F F KPa

A A P ==++=

=++++?=

∑∑

'820820*0*42.558201300ix ix ix ix ix i i F F F F A P KN F F =+?=+

?=+=

'480iy iy iy iy iy i i

F F F F A P KN

F F =+?=+

?=

2、对于边柱T 形节点, x 方向与y 方向基础梁分别按半无限和无限长梁计算交点挠度

2ix x

ix x F b k λω=

22iy y iy y F b k

λω= ? 4x ix x iy y y b F b F λλ=

且1500ix iy F kN F += ? i 450.64x y ix x y y x

b F kN b b F λλλ==+ 1049.4iy kN F =

调整前:

450.6

*0.5*1.4*0.8*42.557.1581500ix ix i i F A P KN F F =

?==?

1049.4

*0.5*1.4*0.8*42.5516.671500iy iy i i

F A P KN F F =

?=

=?

∴'450.67.158457.758ix kN F =+= 'iy 1049.416.671066.07kN F =+= 3、对于内柱十字形结点,均按正交后无限长梁计算交点挠度

1388x y ix i x y y x

b F kN

b b F λλλ=

=+

812y x iy i x y y x

b F kN

b b F λλλ=

=+

1388

*1.4*0.8*42.5530.072200ix ix i I F A P KN F F =

=?==?

y 812

*1.4*0.8*42.5517.592200iy i i I

F A P KN F F =

=?=

=?

调整后:

'138830.071418.07ix ix ix F F kN F =+?=+=

'y 81217.59829.59i iy iy F F kN F =+?=+=

题3 - 27

(1)假定基底反力均匀分布,沿基础纵向的地基净反力为

800*21800*2p 260/182

F kN m L ∑+

===+

(2)梁的截面刚度

混凝土的弹性模量722.55*10/c E kN m = 梁的截面惯性矩33411

*2.5*1.20.361212

I bh m =

== 7622.55*10*0.369.18*10c E I kN m ==? 772.55*10*2.5*1.27.65*10c E A kN ==

反梁法把基础梁当成以柱端为不动支座的四跨连续梁,当底面作用以均匀反力

p 260/kN m =时,各支座反力为

910D A R R kN == 1690B C R R kN ==

把支座不平衡力均匀分布在支座相邻两跨的各1

3

跨度范围内

对A 、D 支座有011036.67/6

1()

33

A A D i kN

kN m l l -====-++△R △q △q

对B 、C 支座有1110

27.5/66

()

3333

B B

C i i kN m l l -====++△R △q △q

把均匀不平衡△q 作用于连续梁上,如下图,

求支座反力得96.8A D kN ''==-△R △R ,96.79B C kN ''=-△R =△R

得第一次调整后的支座反力为

91096.8813.2A D kN ''==-=△R △R 169096.791786.79B C kN ''=+=△R =△R

对于A 、D 支座,差值

813.2800

1.65%20%800

-=<

对于B 、C 支座,差值18001786.79

0.73%20%1800

-=<

所以满足精度要求

用叠加后的地基反力与柱荷载作为梁上荷载,求梁截面弯矩分布图如下:

题4-39

单桩竖向承载力特征值应由下式确定:

UK a Q K

R 1

=, P pk i sk UK A q l q u Q +=∑

式中UK Q ——单桩极限承载力标准值;K ——安全系数,取K=2 粉质粘土:L I =

p

l p w w w w --=0.74

有0.5<L I <0.75 利用内插法查表4-2得sk q =55.6 kPa 粉土:0.75<e=0.78<0.9 得sk q =62 kPa

中砂(中密):sk q =60.67 kPa ,查表4-3得 pk q =5000 kPa

且桩进入中砂层一米.对于预制桩,将对sk q 进行修正,修正系数为0.96

UK Q =4×0.3×(55.6×0.96×1+62×0.96×7+60.67×0.96×1)+5000×0.32=1084 kPa

a R =1084×0.5=542 kPa

题4-40

单桩抗拔承载力特征值:

a T =

i p n

i sia

pi h u q ∑=1

λ

=4×0.3×(0.75×55.6×0.5×1+0.75×62×0.5×7+0.6×60.67×1)=242 kN

题4-41

将偏心荷载向中间桩转化,可得到一个竖向力和一个弯矩值 条形基础受力为1800/,18000.4720k k F kN m M F e kN ==?=?=

条形基础尺寸:宽7米,高1.5米,条形基础及其上土平均容重为20kN/m , 每延米条形基础及其上土自重的标准值: 1.5720210/k G kN m =??= 边桩偏心荷载下竖向力为:

()222

180******** 1.5

498/522 1.52 1.5k k k i k i

F G M x Q kN m n x +?+??=

+=+=??+?∑ 中间桩偏心荷载下竖向力为:

2

1800210

402/5k k k i k i

F G M x Q kN m n x +?+=

+==∑ 题4-42

采用桩断面为300mm*300mm 的方桩,桩距为1m 大于3d ,可不计群桩间的影响。

单桩承载力特征值:a pa p p

sia i R q A u q

h

=+∑

其中20.3*0.30.09p A m ==,4*0.3 1.2p u m ==

因地基土均为黏性土故可认为该桩为摩擦桩,不计桩端承载力。 由地基土的物理力学指标p I 查表可得桩极限侧阻力标准值sk q 土层Ⅰ 1.25p I =,45%40%,1.5 1.215 1.0L w w e =>=>=> 所以该土为淤泥质土,取30,/215sk sa sk q q q kPa ===; 土层Ⅱ 0.667p I =,

0.750.667

55(7055)59.98,/229.990.750.5

sk sa sk q kPa q q kPa -=+

?-===-;

土层Ⅲ 0.364p I =,

0.50.364

70(8670)78.7,/239.350.50.25

sk sa sk q kPa q q kPa -=+

?-===-。

单桩承载力特征值: ()0 1.215*529.99*839.35*2472.344a pa p p sia i R q A u q h kN =+=+++=∑。

新规范执行新标准

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