公路小桥涵勘测设计第四涵洞结构计算实用教案

1、二 涵洞(hndng)受力特点及受力图式1 涵洞与土体共同承受(chngshu)外荷载涵洞除承受(chngshu)填土自重外，还承受(chngshu)经路堤传送下来的车载。当路堤填土高度在05m以上时，填土减弱了车辆荷载对涵洞的动力影响，故一般不计冲击力。涵洞受到外荷载一般由涵洞洞身和周围的土体共同作用(明涵除外)，其承载力都有所提高。明涵，其受力条件和计算方法与桥梁相同。第1页/共35页第一页，共36页。2 涵洞的受力与施工(sh gng)方法有关1）顶推法施工为避免在涵洞施工中进行大开挖(ki w)，或为保证已成路基的完整性时用。仅在距地面较深处取土，施工中被扰动的土体仅限同周围较近的土体

2、。作用于涵洞上部压力为与涵洞顶宽相对应的拱内部分的土压力。第2页/共35页第二页，共36页。2)沟埋式：挖方地段一般施工时多先挖沟槽，然后放置施工涵管，再进行回填。回填时 填土必然(brn)要产生沉降 变形，槽壁对会填土产生摩擦力，涵洞上的土压力一般小于沟内填土柱的重量。第3页/共35页第三页，共36页。 3)填埋式：填方地段，一般是先安装涵洞，然后再在其上分层填筑路基。在填方地段的涵洞，一般是先安装涵洞，然后再在其上分层填筑路基。涵管两侧填土的可压缩性较 刚性涵身 的可压缩性大得多。 涵洞两侧的填土厚度也大于管顶填土厚度。涵身两侧土颗粒的垂直位移大于涵身上部土颗粒的垂直位移，从而将产生方向向

3、下的摩擦力。作用(zuyng)于涵顶上的垂直土压力增加，除涵顶部的土柱质量外，还应包括向下的摩擦力，涵洞的垂直和水平力将逐渐 增加。第4页/共35页第四页，共36页。3 涵洞的受力与洞身变形(bin xng)有关 E管料弹性模量ES回填土的压缩模量 t管壁厚； r管的平均(pngjn)半径。1)(1)(33rtEErtEESS刚性管柔性管第5页/共35页第五页，共36页。4 在各种( zhn)情况下，涵洞受力及变形图式情况一：涵洞(hndng)基底变形，未压实的路堤沉降 由于涵顶土柱加涵身自重对基底的压力小于邻近路堤对基底的压力： 涵洞(hndng)下的基底沉降小于邻近的路堤下基底的沉降:洞顶

4、 填土对涵洞(hndng) 的压力小于洞顶土柱的重力1)柔性涵管(hngun)四种受力情况FPPBZ第6页/共35页第六页，共36页。情况二：涵洞基底不变形，而路堤有沉降洞顶填土对涵洞的压力小于洞顶填土土柱的重力(zhngl)，即：涵洞直径竖直方向减少 D值，水平方向增加D值。FPPBZ第7页/共35页第七页，共36页。情况三：基底变形，但路堤压实很好不发生压缩变形此时涵洞下及邻近路堤下的基底变形相同，涵洞的压力等于(dngy)洞顶土柱重力。第8页/共35页第八页，共36页。情况四：基底不变形，路堤压实不好 涵洞横向扩大纵向(zn xin)压缩（图中未示）FPPBZ第9页/共35页第九页，共3

5、6页。2）刚性(n xn)管 情况一：涵洞基底变形，未压实的路堤沉降刚性(n xn)涵洞的基底压力和沉降，一般较邻近路堤下为大。刚性(n xn)涵洞本身的变形比两侧的土壤变形小。填土作用于涵洞上的压力，大于洞顶土柱的重力。 涵洞变形，竖直方向直径减小，水平方向直径增加。FPPBZ第10页/共35页第十页，共36页。 情况二: 涵洞基底不变形，路堤有沉降填土作用于涵洞的压力(yl)，大于洞顶土柱的重力。涵洞变形不影响其上的压力(yl)数值。第11页/共35页第十一页，共36页。 情况三：基底变形(bin xng)，路堤压实很好，不发生压缩变形(bin xng)。 整体沉降 情况四：基底不变形(b

6、in xng)，涵上路堤压实良好。 填土对涵洞产生的压力等于洞顶土柱重力第12页/共35页第十二页，共36页。结论(jiln)： (1)对柔性涵洞，填土对涵洞的压力(yl)总是小于或等于洞顶土柱重力；对于刚性涵洞，其洞顶上的土压力(yl)总是大于洞顶土柱重力。 (2)从实用角度看，情况一和情况二最为常见； (3)从受力的角度看，柔性体系比刚性体系更为有利。第13页/共35页第十三页，共36页。三、结构计算的基本(jbn)方法 1 按容许(rngx)应力的计算方法（过去采用） 2 极限状态设计方法(当前使用)第14页/共35页第十四页，共36页。2 极限(jxin)状态设计方法(当前使用)1)承

7、载能力极限状态(zhungti)（1）截面强度计算 作用在构件截面中引起的效应 截面承载力设计值（2）稳定验算 作用在结构或构件截面中引起的效应 结构或构件承载力设计值（3）抗倾覆验算 作用引起的倾覆力矩或滑动力 结构的抗倾覆力矩或滑动力 s0SR(fd,ad)s0-结构重要性系数。S-作用效应组合设计值。R-构件承载力设计值第15页/共35页第十五页，共36页。2)正常使用(shyng)极限状态（1）抗裂验算 作用在构件特点部位产生的拉应力 作为适用和耐久性极限状态的拉应力控制值（2）裂缝宽度验算 作用引起的裂缝宽度 作为适用和耐久性极限状态的裂缝宽度控制值（3）挠度(nod)验算 构件在作

8、用下的变形 作为适用性极限状态的变形允许值第16页/共35页第十六页，共36页。 一、作用： 同时出现的作用，取其最不利效应组合进行设计。二、汽车荷载(hzi)及荷载(hzi)分布。三、作用计算。四、洞身上部计算。五、涵台的计算。六、洞口构造计算。第二节 涵洞结构(jigu)计算要点第17页/共35页第十七页，共36页。第二节 涵洞(hndng)结构计算要点 一、作用： 同时出现的作用，取其最不利效应组合进行设计1）永久作用：采用标准值2）可变作用：承载力极限(jxin)状态，采用标准值正常使用极限(jxin)状态按短期效应（频遇）组合设计时，采用频遇值（标准值乘以频遇值系数）正常使用极限(j

9、xin)状态按长期效应（准永久）组合设计时，采用准永久值（标准值乘以准永久系数）3）偶然作用：采用标准值第18页/共35页第十八页，共36页。二、汽车(qch)荷载及荷载分布1 涵洞设计(shj)的车辆荷载（车辆荷载纵平面尺寸、主要技术指标）2车辆荷载分布（1）计算涵洞顶上车辆荷载引起的竖向土压力时，受力面积按车辆或履带着地面积的边缘向下做30度扩散。 （2)几个压力扩散线重叠式，以最外边的扩散线为准。第19页/共35页第十九页，共36页。三、作用(zuyng)计算1 永久作用：结构重力等2 土的重力及土侧压力 1）静土压力标准值（在验算抗倾覆和抗滑时，墩、台前侧不受冲刷的土侧压力可按静土压力

10、） 2）主动土压力 3）填土重力对涵洞的竖向和水平(shupng)压力强度（新填土的涵洞 ）3 汽车荷载引起的土压力采用车辆荷载加载4 温度作用（公路桥涵设计通用规范（JTG-D60-2004）第20页/共35页第二十页，共36页。 1、主动土压力：一般的重力式挡土墙，在墙背上的土压力，都可以认为是主动土压力；2、被动土压力：在进行基坑支护的时候，悬臂式支护结构的墙前土压力，认为是被动土压力；预应力锚拉式支护结构，若预应力加载的过大，那么墙后的土压力也认为是被动土压力；3、静止土压力：高层建筑(o cn jin zh)的地下室的外墙刚性非常大，作用在地下室外墙上的土压力，可以认为是静止土压力。

11、第21页/共35页第二十一页，共36页。3 汽车荷载引起的土压力(yl)采用车辆荷载加载 （1）车辆荷载引起的土侧压力，换算成等代均布土层厚度(hud)。 （2）车辆荷载引起的竖向压力，受力面积按车辆或履带着地面积的边缘向下做30度扩散。几个压力扩散线重叠式，以最外边的扩散线为准。涵台横向全宽长度涵台后填土的破坏棱体面积内内车轮的总重土的容重BllBGlBGh000第22页/共35页第二十二页，共36页。四 洞身上(shn shng)部计算 1 圆管涵 2 正交盖板(i bn)涵 3 斜交盖板(i bn) 4 箱涵 5 拱涵第23页/共35页第二十三页，共36页。2、钢筋混凝土盖板(i bn)

12、涵结构计算 包括钢筋混凝土盖板(i bn)、涵台、底板和附属结构的计算。 钢筋混凝土盖板(i bn)的计算方法 1基本假定 1)单孔按简支梁计算，多孔按连续梁计算； 2)盖板(i bn)的两端为铰支撑在台身上端，台身下端与基础固结，盖板(i bn)内力计算不考虑涵台传来的水平力； 3)板的长度与宽度的比值等于或大于2时，可按简支单向板计算 4)计算涵洞顶上车辆荷载引起的竖压力时，车辆或履带按其着地面积的边缘300分布。当多个荷载作用扩散线相互重叠时，以面积最外边的扩散线为准。第24页/共35页第二十四页，共36页。2步骤(bzhu)及方法1）初拟断面尺寸盖板(i bn)厚度、盖板(i bn)长

13、度、涵台高度、涵台宽度以及基础、底板尺寸等。 初拟尺寸可参考已有涵洞的经验尺寸和相关的标准图、参考图拟定。第25页/共35页第二十五页，共36页。2)外荷载(hzi)计算(1)恒载 盖板顶填土垂直(chuzh)压力盖板自重hgz1Hg第26页/共35页第二十六页，共36页。（2）车辆荷载引起的垂直(chuzh)压力 顺板跨方向的分布宽度 横板跨方向的分布长度 a,b荷载(hzi)传到涵顶的分布宽度与长度(m)； A1、b1荷载(hzi)作用在路面的宽度与长度(m)；0130tan2Haa0130tan2HbbabPp 第27页/共35页第二十七页，共36页。3）荷载组合(zh)及内力（1）跨中

14、弯矩： hlllggMppz02)(81恒)1)(2(4clpcMp活 lp盖板(i bn)计算跨径(m) lo盖板(i bn)净跨径(m)；h盖板(i bn)厚度(m)。c压力扩散面积的长度c =a，1+冲击系数，按规范取用。第28页/共35页第二十八页，共36页。 (2) 支点(zhdin)剪力 (3) 荷载组合：公路钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土桥涵设计规范000)2()(21lclpcQlggQz活恒第29页/共35页第二十九页，共36页。4)截面(jimin)设计 (1)板的有效(yuxio)高度计算； (2)纵向受拉钢筋截面积。 5)正截面(jimin)强度验算 6)斜截面(jimin)抗剪强度验算第30页/共35页第三十页，共36页。第31页/共35页第三十一页，共36页。五 涵台的计算(j sun) 1）盖板涵涵台 （1）涵台作为上下简支的竖梁，演算(yn sun)墙身在竖向和水平压力作用下的承载能力（强度、稳定性）。 （2）将涵台基础当作弹性地基上的短梁，验算涵洞轴线方向竖直平面内的弯曲承载能力。 （3）验算地基土的承载能力。第32页/共35页第三十二页，共36页。六、洞口构造(guzo)计算第33页/共35页第三十三页，共36页。第34页/共35页第三十四页，共36页。谢谢您的观看(gunkn)！第35页/共35页第三十五页，