冷链物流建设项目（一期）-四川路（邻水一标段）涵洞计算书

2/201/20 设计计算书 CLD01涵洞计算 3/20 设计计算书CalculationDocumentofDesign计算书名称CalculationDoc.Name涵洞计算计算指导书编号CSNo.CS-D1126-1911项目名称ProjectName冷链物流建设项目（一期）-四川路（邻水一标段）计算书编号CalculationDoc.No.CLD01计算日期Date编制专业Specialty桥梁版本Rev.关联文件档号/图号RelevantDoc.设计阶段Stage施工图计算人Calculatedby校核人Checkedby审核人Reviewedby审定人Approvedby版本Rev.修改依据Accordingto修改人Modifiedby校核人Checkedby修改日期DateCLD01 设计计算书CLD01 设计计算书CS-D1126-1911 20/20 涵洞计算涵洞计算 19/20 CS-D1126-1911 设计计算书 CLD01计算书目录1概述 51.1工程简介 51.2技术标准与验算规范 51.3计算依据 51.4计算流程框图 61.5计算输入 61.5.1计算参数 61.5.2主要材料 61.5.3结构概述 72涵洞水文计算 82.1涵洞设计流量 82.1.1采用径流简化公式计算 82.1.2采用全国水文分区经验公式 92.1.3采用暴雨推理法经验公式 92.2涵洞孔径 102.3计算结果及分析 113涵洞结构计算 123.1圆管涵 123.1.1计算条件 123.1.2.恒载计算 123.1.3.活载计算 123.1.4.管壁弯矩计算 133.1.5.荷载组合 133.1.6.截面强度计算 133.1.7.裂缝宽度验算 143.1.8.基底应力验算 143.2盖板涵 143.2.1计算条件 143.2.2恒载内力计算 163.2.3活载计算 163.2.4荷载组合 163.2.4构件计算 163.2.5裂缝验算 173.2.6.涵台计算 183.2.7基底应力验算 19CLD01 设计计算书 设计计算书 CLD01概述工程简介本项目位于，包含邻水路西段和四川路，邻水路西段起点与邻水路东段衔接，终点接四川路；四川路起点接邻水路，终点接规划川渝路。规划为城市主干路，全长约5.8公里。道路红线宽38m，双向6车道。本次设计为本项目一标段，起点接邻水路，桩号为K0+770.684，终点至省界，桩号为K2+780.000。本标段道路全长2009.316m，共设涵洞3道，平面交叉5处。本标段圆管涵最大填土高度约为7.75m，最小填土高度约为4.53m，盖板涵最大填土高度约为10.53m，最小填土高度约为9.50m。技术标准与验算规范《公路工程技术标准》JTGB01-2014《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2015《公路圬工桥涵设计规范》JTGD61-2005《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG3362-2018《公路涵洞设计规范》JTGT3365-02-2020计算依据成渝双城经济圈川渝高竹新区新材料产业园建设项目（一期）-四川路道路及配套工程勘察设计一标段地勘报告。成渝双城经济圈川渝高竹新区新材料产业园建设项目（一期）-四川路道路及配套工程勘察设计一标段工程涵洞施工图。计算流程框图任务书任务书开始1、平面布置图4、地勘资料2、纵断面布置图5、地形图3、横断面布置图收集任务单数据不同水文参数表水文参数选取水文计算书水文计算结构计算书结构计算基础计算书基础计算结果分析结束否是计算输入1.5.1计算参数安全等级：二级，结构重要性系数：1.0最大覆土厚度：圆管涵：7.75m，盖板涵10.53m道路荷载等级：城-A级填土容重：18kN/m3，内摩擦角：30°1.5.2主要材料混凝土：涵身采用C30混凝土普通钢筋：采用HRB400钢筋1.5.3结构概述圆管涵：内径1500mm，壁厚160mm。其结构断面及配筋如下图1-1、1-2所示。图1-1圆管涵洞身断面图1-2圆管涵配筋图盖板涵：涵净宽4000mm，净高3000mm，顶板厚700mm，洞身厚600mm,整体式基础厚1100mm，箱涵断面图如图1-3所示，盖板配筋图如图1-4所示。图1-3盖板涵断面图（单位：mm）图1-4盖板配筋图（单位：mm）涵洞水文计算涵洞设计流量根据《公路工程水文勘测设计规范》（JTGC30-2015）第8章有关规定，结合本地区具体情况以及涵洞所处位置都属于小流域的特点，决定采用原交通部交通科学研究院小流域径流简化公式、全国水文分区经验公式和暴雨推理法经验公式计算涵洞设计流量。2.1.1采用径流简化公式计算F(流域面积)<100km2的小流域的设计流量采用径流简化公式计算:式中：─规定频率为p时的洪峰流量(m3/s)，本次计算频率采用1%，即100年一遇的洪峰流量；ψ─地貌系数，结合汇水面积和主河道平均坡度，查表《地貌系数ψ值》取值；─汇水面积(km2)；─径流厚度(mm)，福建省漳州云霄县在暴雨分区中属第7区；根据实际情况确定土壤吸水类属号，径流厚度值根据汇流时间t(min)的不同可在表《常用径流厚度h值(简化公式用)》中查得；本项目一般取值为59-66mm；─被植物或洼地滞留的径流厚度(mm)，径流厚度根据表《植物(或洼地)滞留的径流厚度Z值》中查得，由于本项目桥梁处于不同地带，计算中一般取5-10mm；─洪水传播影响洪峰流量的折减系数，根据流域面积重心至桥涵的距离Lo(km)的不同在表《折减系数β值》中取值；─流域内降雨不均匀影响洪峰流量的折减系数，在表《折减系数值》中取值，计算中一般取1.0；─湖泊或小水库调节作用影响洪峰流量的折减系数，根据水库(湖泊)控制的流域面积f和桥涵的流域面积F的比值在表《折减系数δ值》取值，计算中取1.0；2.1.2采用全国水文分区经验公式全国水文分区经验公式的使用范围仅适用于F(流域面积)<50000km2的河流。经验公式的组合使用方法：由分区平均流量，，值，求算；由分区流量，根据，值，求算；再由表中的比值，得值。本项目桥梁所在水文分区编号52。查得：系数＝26.4系数＝0.65Q1%与Q2%的比值：1.142.1.3采用暴雨推理法经验公式式中：─设计流量（m3/s）；Sp—设计雨力（mm/h），查附录B各省(区)雨力等值线图B-1～B-3；τ—汇流时间（h）；综上，本次设计取用流量见下表。涵洞水文计算表涵洞序号桩号汇水面积F主河沟长度暴雨推理法径流形成法取用设计流量设计流量设计流量F(km2)L(km)Qp（m3/s）Qp（m3/s）Qp（m3/s）1K1+150.0000.0060.20.40.50.52K1+393.0000.391.614.312.814.33K2+610.0000.030.31.81.61.8涵洞孔径根据计算得出的涵洞设计流量，进行涵洞孔径计算，采用人民交通出版社张学龄主编的《桥涵水文》介绍的方法进行计算，其计算方法介绍如下：式中：——过涵流量（m3/s）；、、——涵洞进口附近临界断面的水深（m）、流速（m/s）和过水面积（m2）；——涵前水深（m）；——涵前行近流速（m/s）；——涵前总水头（m）；——流速系数，因涵洞进水口的局部水头损失而引起；箱涵、盖板涵，=0.95；拱涵、圆管涵，＝0.85；——压缩系数，考虑涵洞进水口对水流的侧向压缩，，其中为流速分布系数；无压力式涵洞一般取＝1，则＝1；对于拱涵，有升高管节者取＝1，则＝1，无升高管节者取＝1.1，则＝0.96；——重力加速度，取9.81m/s2。根据涵洞的实际工作条件，作了下列的规定和假设：（1）无压力式涵洞进水口处的水面和涵顶之间要保持一个最小净空高度，的取值可根据《公路工程水文勘测设计规范》（JTGC30-2015）表8.4.1采用；（2）从涵前水深至进水口水深的降落系数取0.87，而，所以。（3）收缩断面的水深；（4）涵前的行近流速,即；（5）涵洞出口处或收缩断面处的最大允许流速,规定为：净跨的拱涵、盖板涵，用；的拱涵、盖板涵以及所有的圆管涵，则用。表2-1涵洞过涵流量计算结果拟定尺寸涵洞净距Lo（m）最小净空高度Δ（m）流速系数φ涵洞侧向压缩系数ξ过水面积ω(m2)湿周x(m)最大允许流速Vmax(m/s)粗糙系数n涵前水深H(m)临界水深hk(m)过涵流量Q(m3/s)D=1.51.50.380.8510.992.504.50.01351.290.822.384×340.500.9517.3967.69860.01352.871.8531.50计算结果及分析经计算分析，沿线涵洞的设计孔径满足规范要求。涵洞结构计算圆管涵3.1.1计算条件本次取K1+150处圆管涵进行计算，最大填土高度取7.75m。涵洞的设计安全等级为二级，取其结构验算系数：1.0设计荷载等级=城－A验算荷载等级(兼容老规范)=城－A布载宽度=14(m)管顶填土高度=7.75(m)土容重=18KN/m³土的内摩擦角=30度管节长度=200cm管节接缝长度=1cm单孔净跨径=150(cm)内层箍筋等级=HRB400钢筋管壁厚度16cm管壁容重=25KN/m³管壁抗压强度=13.8MPa3.1.2.恒载计算本次设计H/D=4.73，Bg/D>10，根据《公路涵洞设计规范》JTGT3365-02-2020第9.2.2条，表9.2.2,竖向土压力系数K，取得土压力系数K=1.80填土产生的垂直压力q土=K*γ*H=230.04kN管壁自重产生的垂直压力q自=4kN3.1.3.活载计算设计荷载的引起的垂直压力q汽=8.24kN验算荷载的引起的垂直压力Q设=8.24kN3.1.4.管壁弯矩计算λ=(Tan((45-土内摩擦角/2)/180*3.14159265))^2=0.333土压力产生的弯矩M土=0.137*Q*((内径+外径)/2/2/100)^2*(1-λ)=14.47kN·M管节自重产生的弯矩M自=0.369*Qz*((内径+外径)/2/2/100)^2=1.02kN·M设计荷载产生的弯矩M设=0.137*Q设*((内径+外径)/2/2/100)^2*(1-λ)=0.52kN·M验算荷载产生的弯矩M验=0.137*Q验*((内径+外径)/2/2/100)^2*(1-λ)=0.52kN·M3.1.5.荷载组合承载能力极限状态组合Md=1.2*(M土+M自)+1.8*M设=19.52kN·M正常使用极限状态组合短期组合Msd=(M土+M自)+0.7*M设=15.85kN·M正常使用极限状态组合长期组合Mld=(M土+M自)+0.4*M设=15.70kN·M3.1.6.截面强度计算内层箍筋的钢筋抗拉设计强度=330MPa内层箍筋根数=30根管节长度=2m内层箍筋截面积=1.13cm^2管节长度-接缝长度=199cm管壁抗压强度=13.8MPa内层箍筋直径为12mm内层箍筋间距为6.9cm由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG3362-2018）第5.2.2条中公式按单筋截面（不考虑受压钢筋）计算临界受压区高度X=内层箍筋的钢筋抗拉设计强度*钢筋总面积/(管壁抗压强度*(管节长度-接缝长度))=4.08cm临界受压高度X=4.08cm<ξb*h0=6.32cm符合《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG3362-2018）第5.2.2-3条规定。抗力=fcd*b*x(h0-x/2)=55.34kN·M>γ*Md=19.52kN·M截面强度满足要求3.1.7.裂缝宽度验算δss=Parm.Msd*10^3/(0.87*(根数/(管节长度/100))*内层箍筋截面积*h0)=90.09MPac1=1c2=1.494c3=1.15Wtk=c1*c2*c3*(δss/Es)*((c+内层箍筋直径)/(0.30+1.4*ρ))=7.32E-02Wtk<0.2mm,满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG3362-2018）第6.4.2条规定。3.1.8.基底应力验算基础宽度b=2.32m，基础埋置深度h=8.92m，h/b=3.8448275862<=4恒载作用在基础底面的压力P恒=483.94kN活载作用在基础底面的压力P活=19.12kN根据《公路桥涵地基与基础设计规范》JTG3363—2019第3.0.6条，单位长度范围内作用于基础的总的压力N=P恒+P活=503.07kN基底应力δmax=N/A=216.84kPa要求新建载载力不下于220.00kPa。盖板涵3.2.1计算条件涵洞的设计安全等级为二级，取其结构验算系数：1.0涵洞桩号:K1+393.00设计荷载等级=城－A验算荷载等级(兼容老规范)=城－A布载宽度=14.50(m)板顶填土高度=10.53(m)土容重=18千牛/立方米土的内摩擦角=30度盖板单侧搁置长度=30cm净跨径=400.0(cm)计算跨径=446.0cm涵洞斜交角度=15度正标准跨径=456.0cm板间接缝长度=2cm横向钢筋等级=HRB400钢筋单侧基础襟边总宽=20cm洞身长度83.88(m)盖板厚度70cm盖板宽度=100cm盖板容重=25KN/m³盖板抗压强度=13.8MPa盖板抗拉强度=1.39MPa涵台顶宽度=65cm涵台底宽度=65cm涵台高度=298cm涵台容重=23KN/m³台身抗压强度=11.73MPa整体式基础=True基础级数=1每级基础高度=110cm基础容重=23KN/m³铺底厚度=0铺底容重=23KN/m³基底容许应力=250单侧基础襟边总宽=20cm3.2.2恒载内力计算本次设计H/D=1.981132075，Bg/D>10，根据《公路涵洞设计规范》JTGT3365-02-2020第9.2.2条，表9.2.2,竖向土压力系数K，取得土压力系数K=1.60q土=K*γ*H=303.89kNq自=盖板容重*盖板厚度=17.5kNV恒=(q土+q自)*净跨径=602.55kNM恒=1/8*(q土+q自)*计算跨径^2=720.88kN.M恒载产生的支座剪力V恒=602.55kN恒载产生的跨中弯矩M恒=720.88kN·M3.2.3活载计算根据标准城－A荷载设置的车辆荷载求得设计荷载作用下盖板上产生的最大弯矩M设=16.89209kN·M,最大剪力V设=14.12kN.填土大于0.5m,不计冲击力系数U0M设=M设*(1+U)=16.89kN.mV设=V设*(1+U)=14.12kN3.2.4荷载组合根据设计条件，根据《公路涵洞设计规范》JTGT3365-02-2020表9.3.2-1得弯矩效应折减系数Ka=0.976(1)承载能力极限状态效应组合Md=结构重要性系数*(1.2*M恒+1.8*M设)*Ka=873.69kN*mV支=结构重要性系数*(1.2*V恒+1.8*V设)=748.47kN(2)正常使用极限状态效应组合正常使用极限状态效应组合短期组合Msd=(M恒+0.7*M设[不计冲击力])*Ka=714.89kN*m正常使用极限状态效应组合长期组合Mld=(M恒+0.4*M设[不计冲击力])*Ka=709.95kN*m3.2.4构件计算(1)正截面强度计算截面有效高度h0=656mm盖板宽度b=1000mm盖板抗压强度fcd=13.8MPa钢筋抗拉设计强度fsd=330MPa按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG3362-2018）第5.2.2-1和5.2.2-2公式，计算最小钢筋截面积Asr0*Md<=fcd*b*x*(h0-x/2),可得xfsd*As=fcd*b*x,可得Asx=104.90<=349.68,截面受压高度符合要求!As=4386.62mm^2根据计算需要受拉钢筋的最小截面积As=4386.62mm^2在涵洞中设计的受拉钢筋的截面积Ar=11696.85mm^2实际钢筋截面积Ar=11696.85mm^2>=最小钢筋截面积As=4386.62mm^2,正截面强度满足要求。(2)斜截面强度计算由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG3362-2018）第5.2.11条计算0.51*10^(-3)*sqr(fcu,k)*b*h0=1840.84kN>r0*Vd=748.47kN截面尺寸满足要求由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG3362-2018）第5.2.12条计算0.5*10^(-3)*a2*ftd*b*h0=458.00kN<r0*Vd=748.47kN需进行斜截面抗剪承载力的验算由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG3362-2018）第5.2.9条计算a1*a2*a3*0.45*10^(-3)*b*h0*sqr((2+0.6*P)*sqr(fck)*psv*fsv)=886.12kNVcs=886.1222>Vd=748.47,斜截面承载力满足规范要求。3.2.5裂缝验算钢筋表面形状系数c1=1作用长期效应影响系数c2=1.498受力性质系数c3=1.15Es=200000MPa受拉钢筋的应力(受弯构件)δss=Msl/(0.87*As*h0)=117.16MPaWfk=c1*c2*c3*(δss/Es)*((c+d)/(0.30+1.4*ρ))=0.134mm<0.2mm符合《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG3362-2018）第6.4.3条规定。3.2.6.涵台计算(1)设计荷载作用下的内力计算计算水平土压力产生的弯矩:涵台基础距路面高度H=14.24米破坏棱体长L=8.22米荷载布置宽度为14.5米,布载长度为8.22米,等代土层为0.16米.λ=Tan(45-Parm.土的内摩擦角/2)^2=0.333涵台剪力Qa=土容重*(盖板厚度+盖板距路面高度+等代土层)*λ=68.43kN涵台剪力Qb=土容重*(H+等代土层)*λ=86.43kN涵台高度h1=300支座处的反力:Ra=(2*Qa+Qb)*h1/6=111.64kN,Rb=(Qa+2*Qb)*h1/6=120.64kN.最大弯矩发生位置Xmax=1.53米,最大弯矩Mmax=87.14kN·M(2)计算垂直力产生的弯矩与剪力:盖板及其之上填土压力P1=填土高*(标准跨径/2)*土容重+盖板厚度*标准跨径/2*盖板容重=491.231kNe1=-2.50E-02mm1=-12.28kN.m涵台顶部的填土压力P2=填土高*(台顶宽-盖板搁置长度)*土容重=66.40kNe2=0.15mm2=9.96kN.m涵台台帽上部压力P3=盖板厚度*(台顶宽-盖板搁置长度)*涵台容重=5.64kNe3=0.15mm3=0.85kN.m涵台压力P4汽=台顶宽*Xmax汽*涵台容重=22.86kNe4汽=-1.19E-08mm4汽=0kN.m总剪力P=586.13kN总弯矩M=-1.48kN.m组合总弯矩Mj=120.66kN·M,总剪力Nj=703.35kNe0=取绝对值(Mj/Nj)Mj=120.66KN.