涵洞力学计算书很全面.docx
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涵洞力学计算书很全面
2米净跨径.686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:
城-B级;环境类别:
Ⅱ类环境;
净跨径:
L0=2m;单侧搁置长度:
0.35m;计算跨径:
L=2.3m;填土高:
H=.686m;
盖板板端厚d1=30cm;盖板板中厚d2=30cm;盖板宽b=0.99m;保护层厚度c=4cm;
混凝土强度等级为C30;轴心抗压强度fcd=11.73Mpa;轴心抗拉强度ftd=1.04Mpa;
主拉钢筋等级为HRB400;抗拉强度设计值fsd=330Mpa;
主筋直径为20mm,外径为22mm,共11根,选用钢筋总面积As=0.003456m2
盖板容重γ1=25kN/m3;土容重γ2=21kN/m3
根据《公路圬工桥涵设计规范》(JTGD61-2005)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=γ2·H·b=21×.686×0.99=14.26194kN/m
(2)盖板自重
g=γ1·(d1+d2)·b/2/100=25×(30+30)×0.99/2/100=7.43kN/m
2)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》(JTGD60-2004)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》(JTGD60-2004)中4.3.1关于车辆荷载的规定:
车辆荷载顺板跨长
La=0.2+2·H·tan30=0.2+2×.686×0.577=0.99m
车辆荷载垂直板跨长
Lb=1.9+2·H·tan30=1.9+2×.686×0.577=2.69m
车轮重
P=280kN
车轮重压强L
p=P/La/Lb=280/0.99/2.69=104.83kN/m2
3.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=(14.26+7.43)×2.32/8=14.34kNm
边墙内侧边缘处剪力
V1=(q+g)·L0/2=(14.26+7.43)×2/2=21.69kN
2)由车辆荷载引起的内力
跨中弯矩
M2=p·La·(L-La/2)·b/4=104.83×0.99×(2.30-0.99/2)×0.99/4=46.44kNm
边墙内侧边缘处剪力
V2=p·La·b·(L0-La/2)/L0)=104.83×0.99×0.99×(2.00-0.99/2)/2.00=77.43kN
3)作用效应组合
根据《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004)中4.1.6关于作用效应组合的规定:
跨中弯矩
γ0Md=0.9(1.2M1+1.4M2)
=0.9×(1.2×14.34+1.4×46.44)=74.00kNm
边墙内侧边缘处剪力
γ0Vd=0.9(1.2V1+1.4V2)
=0.9×(1.2×21.69+1.4×77.43)=120.98kN
4.持久状况承载能力极限状态计算
截面有效高度h0=d1-c-2.2/2=30-4-1.100=24.9cm=0.249m
1)砼受压区高度
x=fsd·As/fcd/b=330×0.003456/11.73/0.99=0.098m
根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004)中5.2.1关于相对界限受压区高度ξb的规定:
HRB400钢筋的相对界限受压区高度ξb=0.53。
x≤ξb·h0=0.53×0.249=0.132m
砼受压区高度满足规范要求
2)最小配筋率
根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004)中9.1.12关于受弯构件最小配筋百分率的规定:
P=100·As/b/h0=1.40,不小于45ftd/fsd=0.14,同时不小于0.2
主筋配筋率满足规范要求
3)正截面抗弯承载力验算
根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004)中5.2.2关于受弯构件正截面抗弯承载力计算的规定:
fcd·b·x(h0-x/2)=11.73×1000×0.99×0.098(0.249-0.098/2)
=227.99kNm≥γ0Md=74.00kNm
正截面抗弯承载力满足规范要求
4)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》(JTGD62-2004)中5.2.9关于抗剪截面验算的规定:
0.51×10-3·fcu,k0.5·b·h0=0.51×10-3×300.5×990×249
=688.60kN≥γ0Vd=120.98kN
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范》(JTGD62-2004)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·α2·ftd·b·h0=1.25×0.0005×1×1.04×0.99×1000×0.249×1000
=160.23kN≥γ0Vd=120.98kN
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》(JTGD62-2004)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》(JTGD62-2004)中6.4关于裂缝宽度验算的规定:
环境类别为I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
=1.0×14.34+0.7×46.44=46.85kNm
作用长期效应组合
Ml=1.0M1+0.4M2
=1.0×14.34+0.4×46.44=32.92kNm
受拉钢筋的应力
σss=Ms/0.87/As/h0=46.85/0.87/0.003456/0.249=62.57Mpa
作用长期效应影响系数
C2=1+0.5Ml/Ms=1+0.5×32.92/46.85=1.35
裂缝宽度
Wfk=C1·C2·C3·σss·(30+d)/Es/(0.28+10·ρ)
=1×1.35×1.15×62.57×(30+20)/2.00×105/(0.28+10×0.0140)
=0.06mm≤0.20mm
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=0.30m,台身宽C2=0.80m,基础宽C3=2.10m
背墙宽C4=0.45m,搭接宽度C5=0.35m,基础高度为0.40m,铺底厚为0.30m
涵洞净高H0=1.80m,计算高度H1=2.10m,基础顶深H2=3.09m
台身容重为23kN/m3,基础容重为23kN/m3,铺底容重为23kN/m3
台身轴心抗压强度fcd=9.78Mpa,台身弯曲抗拉强度ftmd=0.92Mpa,台身直接抗剪强度fvd=1.85Mpa
地基承载力容许值为250kPa,回填土的内摩擦角为35°
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°-35°/2)=1.53m
计算长度B=6.29m
=560/6.29/1.53/21=2.77m
土的侧压力系数
=tan2(45°-35°/2)=0.2710
q1=(H+h+d1/2)·b·λ·21
=(.686+2.77+0.15)×0.99×0.2710×21=20.33kN/m
q2=(H+h+H0+0.30/2+d1)·b·λ·21
=(.686+2.77+1.80+0.15+0.30)×0.99×0.2710×21=32.16kN/m
A端处弯矩
=-14.69kNm
A端处剪力
=36.62kN
最大弯矩位置x0的计算
=5.63kN/m
=1.28m
最大弯矩计算
=7.81kNm
2)竖向力
当x0=1.28m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)
P1
29.28
-0.23
-6.59
P2
6.42
0.18
1.12
P3
3.07
0.18
0.54
P4
12.15
0.00
0.00
∑P
50.92
∑M=-4.93
3)截面验算
作用效应组合
γ0Md=0.9×(1.2×∑M+1.4×Mmax)=4.52kNm
γ0Nd=0.9×1.2×∑P=55.00kN
γ0Vd=0.9×1.4×QA=46.15kN
偏心矩e
e=γ0Md/γ0Nd=0.082m
(1)偏心受压承载力验算
现根据《公路圬工桥涵设计规范》(JTGD61-2005)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=0.2312
构件长细比,其中长细比修正系数γβ取1.3,构件计算长度l0取0.7H1=1.47m
=2.3616
=1.9084
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
=0.8907
=1.0042
砌体偏心受压构件承载力影响系数
=0.8941
构件截面面积
A=C2*b=0.7920m2
由《公路圬工桥涵设计规范》(JTGD61-2005)中条文4.0.9中关于偏心矩e的规定,现偏心矩e=0.082m,小于等于0.6×0.5×C2=0.24m,所以现根据《公路圬工桥涵设计规范》(JTGD61-2005)中条文4.0.5验算偏心受压承载力
=6925.17kN≥γ0Nd=55.00kN
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=0.1056
现根据《公路圬工桥涵设计规范》(JTGD61-2005)中条文4.0.12计算正截面受弯承载力
W·ftmd=97.15kNm≥γ0Md=4.52kNm
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》(JTGD61-2005)中条文4.0.13计算直接受剪承载力,其中μf=0.7,Nk=77.02kN
=1503.71kN≥γ0Vd=46.15kN
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期效应组合
名 称
分项系数
竖向力(kN)
偏心矩e(m)
弯 矩(kNm)
P1
1.0
29.28
0.00
0.00
P2
1.0
6.42
0.00
0.00
P3
1.0
3.07
0.00
0.00
P5
1.0
38.25
0.00
0.00
P6
1.0
19.13
0.00
0.00
P7
1.0
19.27
0.00
0.00
P8
1.0
6.83
0.00
0.00
P9汽
0.7
77.43
0.00
0.00
∑P
176.45
∑M=0.00
基础底面面积
A=b·C3=2.0790m2
=85kPa≤250kPa
基底应力满足要求
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