涵洞受力特点及结构计算

涵洞受力特点及结构计算第一节涵洞结构计算概要—、概述涵洞在各种外荷载的作用下的内力计算，由强度和稳定条件的要求的确定涵洞断面尺寸，结构及钢筋配筋的数量。洞身的结构计算：

1涵洞外荷载计算；

2钢筋混凝土圆管涵计算；

3

钢筋混凝土盖板涵计算．

4钢筋混凝土箱涵计算等。二、涵洞受力特点及受力图式1涵洞受力特点1）涵洞与土体共同承受外荷载涵洞除承受填土自重外，还承受经路堤传送下来的车载。当路堤填土高度在0．5m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)，其承载陡都有所提高。明涵，其受力条件和计算方法与桥梁相同。2）涵洞的受力与施工方法有关（1）顶推法施工为避免在涵洞施工中进行大开挖，或为保证已成路基生性时用。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。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。2)沟埋式施工主挖方地段设置的涵洞一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。(3)填埋式施工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，从而将产生方向向下的摩擦力。作用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。3）涵洞的受力与洞身变形有关E——管料弹性模量ES——回填土的压缩模量

t——管壁厚；

r——管的平均半径。2．在各种情况下，涵洞受力及变形图式情况一：涵洞基底变形，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：①涵洞下的基底沉降小于邻近的路堤下基底的沉降:②洞顶填土对涵洞的压力小于洞顶土柱的重力1)柔性涵管——四种受力情况情况二：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，即：涵洞直径竖直方向减少ΔD值，水平方向增加ΔD值。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，涵洞的压力等于洞顶土柱重力。情况四：基底不变形，路堤压实不好

涵洞横向扩大纵向压缩（图中未示）2）刚性管情况一：涵洞基基底变形，未压压实的路堤沉降降①刚性涵洞的基底底压力和沉降，，一般较邻近路路堤下为大。②填土作用于涵涵洞上的压力，，大于洞顶土柱柱的重力。③涵洞变形，，竖直方向直径径减小，水平方方向直径增加。。情况二:涵洞基底不变形形，路堤有沉降降①填土作用于涵涵洞的压力，大大于洞顶土柱的的重力。②涵洞变形不影影响其上的压力力数值。情况三：基底变变形，路堤压实实很好，不发生生压缩变形。整体沉降情况四：基底不不变形，涵上路路堤压实良好。填土对涵洞产生生的压力等于洞洞顶土柱重力结论：(1)对铰式涵洞，填填土对涵洞的压压力总是小于或或等于洞顶土柱柱重力；对于刚性涵洞，，其洞顶上的土土压力总是大于于洞顶土柱重力力。(2)从实用角角度看，，情况一一和情况况二最为为常见；；(3)从受力的的角度看看，铰式式体系比比刚性体体系更为为有利。。第二节涵涵洞洞土压力力及外荷荷载计算算一、垂直直压力1．填土对对洞顶的的垂压力力1)采用开槽法修建涵的公式假定管顶顶填土压压力一部部分由涵涵管承受受，一部部分由沟沟槽边摩摩擦力分分担。除无粘性的的砂及卵卵石外，槽边边摩擦力力颇大，，可减小小涵管的的压力。。普通土吸水饱和和时，上述述摩擦力力或粘结结力减小小，涵洞洞所承受受的荷重重加大。。涵洞承受受的最大大荷载：：2）采用柔性圆圆管时：假定定土完全全湿润，，无摩擦擦力：3）采用刚性圆圆管时：2．车辆货货载对对涵洞的的垂压力力1）车辆荷荷载与分分布(1)车辆荷载载作用于于涵洞上上的重直直压力与与洞顶填填土高度度、路堤堤内压力力分布情情况有关关。计算算涵洞顶顶上车辆辆荷载引引起的竖竖向土压压力时，，车辆或履履带按其其着地面面积的边边缘下作作30度角分布布。(2)当几个车车轮或两两条压力力扩散线线相重叠叠时，则则扩散面面积以最最外边的的扩散线线为准。当填土厚厚度等于于或大于于4m时，亦可可按半无无限弹性性体理论论计算。。2）竖向应力计计算（1）地面上只一一个集中力σv——计算某点的竖竖向应力(kh)；P——集中荷载(kN)；H——半无限体内某某点距地面的的深度(m)；R——施力点与计算算点间的距离离(m)。最大竖向力发发生在通过施施力点的竖轴轴上。(2)当地面作用为为矩形面积，，均布荷载时时式中：p——矩形均布荷载载(kPa)；α——系数，由表6-5查得，离地面面越远，值越越小。二、水平压力力1．填土产生的的水平压力式中：qh——填土的重重力对涵涵洞的水水平压力力(kPa)；γ——土的容量量(kN／m3)；h——计算截面面至路面面顶的高高度(m)λ——侧压力系系数，按按下式计计算：φ——土的内摩摩擦角2．车辆荷荷载引起起的水平平压力车辆荷载载引起的的土侧压压力，可可将其换换算成等等代均布布土层厚厚计算：：γ——土的容重重(kN／m3)，B——车辆荷载载压力分分布的计计算宽度度(m)；lo——车辆荷载载压力分分布的计计算长度度(m)；∑G——为布置在在B*lo面积内的的车轮的的重力(kN)。车辆荷载载引起的的水平压压力也可可按下式式简化计计算：第三节常常见见涵洞结结构计算算二、钢筋筋混凝土土盖板涵涵结构计计算包括钢筋筋混凝土土盖板、、涵台、、底板和和附属结结构的计计算。钢筋混凝凝土盖板板的计算算方法1．基本假假定1)单孔按简支梁计算，多多孔按连续梁计算；2)盖板的两两端为铰支撑在台身上上端，台台身下端端与基础础固结，盖板内内力计算算不考虑虑涵台传传来的水水平力；；3)板的长度度与宽度度的比值值等于或或大于2时，可按按简支单向板计算4)计算涵洞洞顶上车车辆荷载载引起的的竖压力力时，车车辆或履履带按其其着地面面积的边边缘300分布。当当多个荷荷载作用用扩散线线相互重重叠时，，以面积积最外边边的扩散散线为准准。2．步骤及及方法1）初拟断断面尺寸寸盖板厚度度、盖板板长度、、涵台高高度、涵涵台宽度度以及基基础、底底板尺寸寸等。初拟尺寸寸可参考考已有涵涵洞的经经验尺寸寸和相关关的标准准图、参参考图拟拟定。2)外荷载计计算(1)恒载盖板顶填填土垂直直压力盖板自重重（2）车辆荷荷载引起起的垂直直压力顺板跨方方向的分分布宽度度横板跨方方向的分分布长度度a,b——荷载传到到涵顶的的分布宽宽度与长长度(m)；A1、b1——荷载作用用在路面面的宽度度与长度度(m)；3）荷载组组合及内内力（1）跨中弯弯矩：lp——盖板计算算跨径(m)lo——盖板净跨跨径(m)；h——盖板厚度度(m)。c——压力扩散散面积的的长度c=a，1+μ——冲击系数