盖板涵结构设计计算docx.docx

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盖板涵结构设计计算

4.8米净跨径明盖板涵整体计算

一.盖板计算

1.设计资料

汽车荷载等级：

公路-I级；环境类别：

I类环境；

净跨径：

L0=4.8m；单侧搁置长度：

0.30m；计算跨径：

L=5.1m；

盖板板端厚d1=40cm；盖板板中厚d2=40cm；盖板宽b=6.60m；保护层厚度c=4cm；

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HRB335；抗拉强度设计值fsd=280Mpa；

主筋直径为25mm，外径为27mm，共45根，选用钢筋总面积As=0.022091m2

涵顶铺装厚H1=15cm；涵顶表处厚H2=1cm；

盖板容重γ1=25kN/m3；涵顶铺装容重γ2=25kN/m3；涵顶铺装容重γ3=1kN/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）涵顶铺装及涵顶表处自重

q=（γ2·H1+γ3·H2）·b=（25×0.15+1×0.01）×6.60=24.82kN/m

（2）盖板自重

g=γ1·（d1+d2）·b/2/100=25×（40+40）×6.60/2/100=66.00kN/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4.3.1关于车辆荷载的规定：

车辆荷载顺板跨长

La=0.2m

车轮重

P=280kN

根据《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）中4.3.2关于汽车荷载冲击力的规定：

汽车荷载的局部加载，冲击系数采用1.3

车轮重压强

p=1.3·P/La=1.3×280/0.20=1820.00kN/m

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=（24.82+66.00）×5.12/8=295.27kNm

边墙内侧边缘处剪力

V1=（q+g）·L0/2=（24.82+66.00）×4.8/2=217.96kN

2）由车辆荷载引起的内力

跨中弯矩

M2=p·La·（L/2-0.7）=1820.00×0.20×（5.10/2-0.7）=673.40kNm

边墙内侧边缘处剪力

V2=p·La·（L0-La/2）/L0+p·La·（L0-1.5）/L0

=1820.00×0.20×（4.80-0.20/2）/4.80+1820.00×0.20×（4.80-1.5）/4.80

=606.67kN

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×（1.2×295.27+1.4×673.40）=1167.37kNm

边墙内侧边缘处剪力

γ0Vd=0.9（1.2V1+1.4V2）

=0.9×（1.2×217.96+1.4×606.67）=999.80kN

4.持久状况承载能力极限状态计算

截面有效高度h0=d1-c-2.7/2=40-4-1.350=34.7cm=0.347m

1）砼受压区高度

x=fsd·As/fcd/b=280×0.022091/13.8/6.60=0.068m

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:

HRB335钢筋的相对界限受压区高度ξb=0.56。

x≤ξb·h0=0.56×0.347=0.194m

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=0.97，不小于45ftd/fsd=0.22,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）=13.8×1000×6.60×0.068（0.347-0.068/2）

=1933.19kNm≥γ0Md=1167.37kNm

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=0.51×10-3×300.5×6600×346.5

=6388.19kN≥γ0Vd=999.80kN

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=1.25×0.0005×1×1.39×6.60×1000×0.347×1000

=1986.74kN≥γ0Vd=999.80kN

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

=1.0×295.27+0.7×673.40=766.65kNm

作用长期效应组合

Ml=1.0M1+0.4M2

=1.0×295.27+0.4×673.40=564.63kNm

受拉钢筋的应力

σss=Ms/0.87/As/h0=766.65/0.87/0.022091/0.347=115.12Mpa

作用长期效应影响系数

C2=1+0.5Ml/Ms=1+0.5×564.63/766.65=1.37

裂缝宽度

Wfk=C1·C2·C3·σss·（30+d）/Es/（0.28+10·ρ）

=1×1.37×1.15×115.12×（30+25）/2.00×105/（0.28+10×0.0097）

=0.13mm≤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

基础为分离式，基础襟边C1=0.35m，台身宽C2=1.00m，基础宽C3=2.40m

背墙宽C4=0.70m，搭接宽度C5=0.30m，基础高度为0.40m，铺底厚为1.00m

涵洞净高H0=2.80m，计算高度H1=3.50m，基础顶深H2=4.36m，基础为2级扩大基础

台身容重为25kN/m3，基础容重为25kN/m3，铺底容重为18kN/m3

台身轴心抗压强度fcd=11.73Mpa，台身弯曲抗拉强度ftmd=1.04Mpa，台身直接抗剪强度fvd=2.09Mpa

地基承载力容许值为180kPa，回填土的内摩擦角为30°

将台身简化为上下端铰支模型，取台宽b=6.60m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+0.15+0.01）*tan（45°-30°/2）=2.23m

计算长度B=5.50m

=560/5.50/2.23/18=2.54m

土的侧压力系数

=tan2（45°-30°/2）=0.3333

q1=（0.15+0.01+h+d1/2）·b·λ·18

=（0.15+0.01+2.54+0.20）×6.60×0.3333×18=114.77kN/m

q2=（0.15+0.01+h+H0+1.00/2+d1）·b·λ·18

=（0.15+0.01+2.54+2.80+0.50+0.40）×6.60×0.3333×18=253.37kN/m

A端处剪力

=362.55kN

最大弯矩位置x0的计算

=39.60kN/m

=1.64m

最大弯矩计算

=282.96kNm

2）竖向力

当x0=1.64m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

245.20

-0.35

-85.82

P2

17.37

0.15

2.61

P3

46.20

0.15

6.93

P4

273.66

0.00

0.00

∑P

582.43

∑M=-76.29

3）截面验算

作用效应组合

γ0Md=0.9×（1.2×∑M+1.4×Mmax）=274.14kNm

γ0Nd=0.9×1.2×∑P=629.03kN

γ0Vd=0.9×1.4×QA=456.81kN

偏心矩e

e=γ0Md/γ0Nd=0.436m

（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=1.9074

iy=0.289×C2=0.2890

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1.0H1=3.50m

=4.4983

=0.6816

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

=0.1932

=1.0032

砌体偏心受压构件承载力影响系数

=0.1933

构件截面面积

A=C2*b=6.6000m2

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=0.436m，大于0.6×0.5×C2=0.30m，所以现根据《公路圬工桥涵设计规范》（JTGD61-2005）中条文4.0.10验算偏心受压承载力

构件受拉边缘的弹性抵抗矩

W=b·C22/6=1.1000

=821.71kN≥γ0Nd=629.03kN

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=1.1000

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=1144.00kNm≥γ0Md=274.14kNm

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=853.27kN

=14220.64kN≥γ0Vd=456.81kN

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

245.20

-0.35

-85.82

P2

1.0

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