涵洞内力计算范例

1、精选优质文档-倾情为你奉上 3米净跨径1.65米填土暗盖板涵整体计算一.盖板计算1.设计资料 汽车荷载等级：公路-I级； 环境类别：II类环境； 净跨径：L0=3m； 单侧搁置长度：0.2m； 计算跨径：L=3.3m； 填土高：H=1.65m； 盖板板端厚d=30cm；盖板宽b=0.99m；保护层厚度c=25mm； 混凝土强度等级为C30； 轴心抗压强度fcd=13.8Mpa； 轴心抗拉强度ftd=1.39Mpa； 主拉钢筋等级为Q235； 抗拉强度设计值fsd=195Mpa； 盖板容重1=26kN/m3； 路面结构和填土的平均容重2=20kN/m3 根据公路圬工桥涵设计规范(JTG D61-

2、2005)中7.0.6关于涵洞结构的计算假定：盖板按两端简支的板计算，可不考虑涵台传来的水平力2.外力计算1) 永久作用 (1) 竖向土压力 q=2·H·b=20×1.6×0.99=31.68kN/m (2) 盖板自重 g=1·d·b/100=26×30×0.99/100=7.722kN/m2) 由车辆荷载引起的垂直压力（可变作用） 根据公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004)中4.3.4的规定： 计算涵洞顶上车辆荷载引起的竖向土压力时，车轮按其着地面积的边缘向下做30°角分布。当几个车轮的压力扩

3、散线相重叠时，扩散面积以最外面的扩散线为准 根据公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004)中4.3.1和4.3.2关于车辆荷载的规定，填料厚度等于或大于0.5m的涵洞不不计冲击力： 一个后轮单边荷载横向分布宽度=0.6/2+1.65tan30o=1.25m1.3/2m（1.8/2m） 故后轮垂直荷载分布宽度互相重叠，荷载横向分布宽度La应按二辆车后轮外边至外边计算，即： La=（0.6/2+1.65tan30）*2+（1.3+2*1.8）=7.41mlo 一个车轮单边荷载纵向分布宽度=0.2/2+1.65tan30o=1.05m1.4/2m 故纵向后轮垂直荷载分布长度互相重叠，荷载纵向分

4、布宽度Lb应按二轮（后轴）外边至外边计算，即： Lb=（0.2/2+1.65tan30）*2+1.4=3.51m 车轮重 P=2*（2*140）=560kN 车轮重压强L q汽=P/La/Lb=560/7.41/3.51=21.53kN/m23.内力计算及荷载组合1) 由永久作用引起的内力 跨中弯矩 M1=(q+g)·L2/8=(31.68+7.722)×3.32/8=53.64kN·m 边墙内侧边缘处剪力 V1=(q+g)·L0/2=(31.68+7.722)×3/2=59.10kN2) 由车辆荷载引起的内力 跨中弯矩 M2= q汽·

5、;L2·b/8=21.53×3.32×0.99/8=29.01kN·m 边墙内侧边缘处剪力 V2= q汽·L0·b/2=21.53×3.0×0.99/2=31.97kN3) 作用效应组合 根据公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004)中4.1.6关于作用效应组合的规定： 跨中弯矩（安全等级为三级） 0Md=0.9(1.2M1+1.4M2) =0.9×(1.2×53.64+1.4×29.01)=94.48kN·m 边墙内侧边缘处剪力 0Vd=0.9(1.2V1+1.4V2

6、) =0.9×(1.2×59.10+1.4×31.97)=104.11kN4.持久状况承载能力极限状态计算 1) 钢筋用量计算（正截面强度计算） 根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)中5.2.2式得最小钢筋截面积As: 0Md=fsdAs（ho-） 钢筋直径d=20mm，混凝土净保护层厚度25mm，则 截面有效高度 h0=d1-c-2.0/2=30-2.5-1.0=26.5cm=265mm故 94.48*106=195*As*（265-）解得 As=1929mm2 实际As=2200mm2，配置720 砼受压区高度 x=fsd&

7、#183;As/fcd/b=195×2200/13.8/0.99=31.4mmb·h0=0.56×265=148.4mm 砼受压区高度满足规范要求2) 斜截面抗剪承载力验算 根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)中5.2.9关于抗剪截面验算的规定: 0.51×10-3·fcu,k0.5·b·h0=0.51×10-3×300.5×990×265 =732.84kN0Vd=104.11kN 抗剪截面满足规范要求。 根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规

8、范(JTG D62-2004)中5.2.10关于受弯构件斜截面抗剪承载力验算的规定: 对于板式受弯构件，公式可乘以1.25提高系数 1.25×0.5×10-3·2·ftd·b·h0=1.25×0.0005×1×1.39×990×265 =227.91kN0Vd=104.11kN 可不进行斜截面抗剪承载力的验算，只需按照公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)中9.3.13构造要求配置箍筋5.裂缝宽度计算 根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG

9、D62-2004)中6.4关于裂缝宽度验算的规定: 环境类别为II类环境，对于钢筋混凝土构件，最大裂缝宽度不应超过0.20mm 作用短期效应组合 Ms=1.0M1+0.7M2 =1.0×53.64+0.7×29.01=73.95kNm 作用长期效应组合 Ml=1.0M1+0.4M2 =1.0×53.64+0.4×29.01=65.24kNm 受拉钢筋的应力 ss=Ms/0.87/As/h0=73.95/0.87/0./0.265=145.80Mpa 钢筋表面形状系数C1=1.00 受力性质系数C3=1.15 配筋率=As/bd=2200/990/300=

10、7.41% 作用长期效应影响系数 C2=1+0.5Ml/Ms=1+0.5×65.24/73.95=1.44 裂缝宽度 Wfk=C1·C2·C3·ss·(30+d)/Es/(0.28+10·) =1×1.44×1.15×145.8×(30+20)/2.00×105/(0.28+10×0.00741) =0.17mm0.20mm 裂缝宽度满足规范要求二.台身及基础计算1.设计资料 基础为整体式，基础襟边C1=0.10m，台身宽C2=0.60m，基础宽C3=2.20m 背墙宽C4=

11、0.42m，搭接宽度C5=0.18m，基础高度为0.40m，铺底厚为0.40m 涵洞净高H0=2.00m，计算高度H1=2.35m，基础顶深H2=5.40m 台身容重为22.5kN/m3，基础容重为23kN/m3，铺底容重为23kN/m3 台身轴心抗压强度fcd=13.80Mpa，台身弯曲抗拉强度ftmd=1.39Mpa，台身直接抗剪强度fvd=1.43Mpa 地基承载力容许值为400kPa，回填土的内摩擦角为40° 将台身简化为上端铰支、下端固结模型，取台宽b=0.99m进行计算2.台身验算1) 水平力 车辆荷载等代土层厚 破坏棱体长度l0=(H1+d1/2+H)*tan(45&#

12、176;-40°/2)=2.42m 计算长度B=8.62m =560/8.62/2.42/22=1.22m 土的侧压力系数 =tan2(45°-40°/2)=0.2174 q1=(H+h+d1/2)·b··22 =(2.7+1.22+0.15)×0.99×0.2174×22=19.27kN/m q2=(H+h+H0+0.40/2+d1)·b··22 =(2.7+1.22+2.00+0.20+0.30)×0.99×0.2174×22=30.40kN

13、/m A端处弯矩 =-17.40kNm A端处剪力 =38.76kN 最大弯矩位置x0的计算 =4.74kN/m =1.44m 最大弯矩计算 =9.26kNm2) 竖向力 当x0=1.44m时，台身y-y截面上的竖向力、偏心矩及弯矩名称竖向力(kN)偏心矩e(m)弯矩(kNm)P1112.31-0.21-23.58P224.700.092.22P32.810.090.25P410.210.000.00P150.03M=-21.113) 截面验算 作用效应组合 0Md=0.9×(1.2×M+1.4×Mmax)=-11.13kNm 0Nd=0.9×1.2&#

14、215;P=162.03kN 0Vd=0.9×1.4×QA=48.84kN 偏心矩e e=0Md/0Nd=-0.069m (1) 偏心受压承载力验算 现根据公路圬工桥涵设计规范(JTG D61-2005)中条文4.0.6、4.0.7计算偏心受压构件承载力影响系数 弯曲平面内的截面回旋半径 ix=0.289×b=0.2861 iy=0.289×C2=0.1734 构件长细比，其中长细比修正系数取1.3，构件计算长度l0取0.7H1=1.64m =3.5236 =2.1355 x方向和y方向偏心受压构件承载力影响系数，其中m取8.0，a取0.002 =0.8

15、605 =1.0037 砌体偏心受压构件承载力影响系数 =0.8632 构件截面面积 A=C2*b=0.5940m2 由公路圬工桥涵设计规范(JTG D61-2005)中条文4.0.9中关于偏心矩e的规定，现偏心矩e=-0.069m，小于等于0.6×0.5×C2=0.18m，所以现根据公路圬工桥涵设计规范(JTG D61-2005)中条文4.0.5验算偏心受压承载力 =7075.92kN 0Nd=162.03kN 偏心受压承载力满足要求 (2) 正截面受弯承载力验算 构件受拉边缘的弹性抵抗矩 W=b·C22/6=0.0594 现根据公路圬工桥涵设计规范(JTG D61-2005)中条文4.0.12计算正截面受弯承载力 W·ftmd=82.57kNm 0Md=-11.13kNm 正截面受弯承载力满足要求 (3) 直接受剪承载力验算 现根据公路圬工桥涵设计规范(JTG D61-2005)中条文4.0.13计算直接受剪承载力，其中f=0.7，Nk=171.89kN =935.36kN 0Vd=48.84kN 直接受剪承载力满足要求3.基底应力验算 基础底面上的竖向力、偏心矩及弯矩见下表，其中P9汽是由车辆荷载所产生的盖板支点反力，竖向力及弯矩进行作用短