铜川市北市区生活垃圾处理工程计算书陕西丰宇设计工程有限公司二〇一一年十一月1 道路圆管涵结构计算1.1基本设计资料1.1.1依据规范及参考书目：《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004），简称《桥规》《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2007）《公路砖石及混凝土桥涵设计规范》（JTJ 022-85）《公路小桥涵设计示例》（刘培文、周卫编著）1.1.2 计算参数：圆管涵内径D = 1500 mm 圆管涵壁厚t = 150 mm填土深度H = 4000 mm 填土容重γ1 = 18.00 kN/m3混凝土强度级别：C20 汽车荷载等级：公路-Ⅱ级修正后地基土容许承载力[fa] = 150.0 kPa管节长度L = 2000 mm 填土内摩擦角φ = 17.0 度钢筋强度等级：R235 钢筋保护层厚度as = 25 mm受力钢筋布置方案：φ10@100 mm1.2 荷载计算1.2.1恒载计算填土垂直压力：q土= γ1×H = 18.0×4000/1000 = 72.00kN/m2管节垂直压力：q自= 24×t = 24×150/1000 =3.60 kN/m2故：q恒= q土+ q自= 72.00 +3.60 = 75.60 kN/m21.2.2 活载计算按《公路桥涵设计通用规范》第4.3.1条和第4.3.2条规定，计算采用车辆荷载；当填土厚度大于或等于0.5m时，涵洞不考虑冲击力。
按《公路桥涵设计通用规范》第4.3.5条规定计算荷载分布宽度。
一个后轮单边荷载的横向分布宽度=0.6/2+1200/1000×tan30°=0.99 m由于一个后轮单边荷载的横向分布宽度=0.99 m > 1.8/2 m故各轮垂直荷载分布宽度互相重叠，荷载横向分布宽度a应按两辆车后轮外边至外边计算：a=（0.6/2+1200/1000×tan30°）×2+1.3+1.8×2=6.89 m一个车轮的纵向分布宽度=0.2/2+1200/1000×tan30°=0.79 m由于一个车轮单边的纵向分布宽度=0.79 m > 1.4/2 m故纵向后轮垂直荷载分布长度互相重叠，荷载纵向分布宽度b应按二轮外边至外边计算：b=（0.2/2+1200/1000×tan30°）×2+1.4=2.99 mq汽= 2×（2×140）/（a×b）= 560/（6.89×2.99）= 27.24 kN/m21.2.3管壁弯矩计算忽略管壁环向压力及径向剪力，仅考虑管壁上的弯矩。
管壁中线半径R = （D/2 + t/2）= （1500/2 + 100/2）/1000 = 0.80 m土的侧压系数λ = tan2（45°- 17/2）= 0.55填土重产生的弯矩M1 = 0.137×q土×R2×（1-λ）= 0.137×72.00×0.802×（1-0.55）= 2.84 kN·m 管壁自重产生的弯矩M2 = 0.369×q自×R2 = 0.369×3.60×0.802 = 0.85 kN·m恒载产生的最大弯矩M恒= M1 + M2 = 2.84 + 0.85 = 3.69 kN·m车辆荷载产生的弯矩M汽= 0.137×q汽×R2×（1-λ）= 0.137×27.24×0.802×（1-0.55）= 1.07 kN·m1.2.4荷载组合按《公路桥涵设计通用规范》第4.1.6条进行作用效应组合承载能力极限状态组合：M ud = 1.2×M恒+ 1.2×M汽= 1.2×3.69 + 1.2×1.07 = 5.71 kN·m正常使用极限状态组合：短期组合M sd = M恒+ 0.7M汽= 3.69 + 0.7×1.07 = 4.88 kN·m长期组合M ld = M恒+ 0.4M汽= 3.69 + 0.4×1.07 = 4.12kN·m1.3 强度验算1.3.1材料参数从《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》中表3.1.4查得：C20混凝土的轴心抗压强度设计值f cd = 9.2 MPa从《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》中表3.2.3-1查得：R235钢筋的抗拉强度设计值f sd = 195 MPa从《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》中表3.2.4查得：R235钢筋的弹性模量E s = 2.1×105 MPa从《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》中表5.2.1查得：构件的正截面相对界限受压区高度ξb = 0.621.3.2验算结果管节处预留10mm接缝宽度，故实际管节长为2000-10 = 1990 mm考虑任意位置都可能承受正、负弯矩，故管涵内、外侧都应布置钢筋。
ho = 150-25 = 125 mmx = f sd As/（f cd b）= 195×22×78.5/（9.2×1990）= 18.39 mmho×ξb = 125×0.62 = 77.5mm < x = 18.39mm，满足要求f cd×b×x×（ho-x/2）×10-6 = 9.2×1990×18.39×（125-18.39/2）×10-6= 38.98 kN·m > γo×Mud = 0.9×5.71 = 5.14 kN·m故截面强度验算满足要求！1.4 裂缝宽度验算由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》中第6.4.3条和第6.4.4条规定：σss = M s×106/（0.87×As×ho）= 4.88×106/（0.87×22×78.5×125）= 25.98 N/mm2ρ = A s/（b×ho）= 22×78.5/（1990×125）= 0.0069ρ > 0.002时，取ρ = 0.002对于光面钢筋，取C1 = 1.4C2 = 1+0.5×M ld/M sd = 1+0.5×4.12/4.88 = 1.42当为混凝土板式受弯构件时，C3取1.15W tk = C1×C2×C3×σss/Es×（30+d）/（0.28+ρ）= 1.40×1.42×1.15×25.98/210000×（30+10）/（0.28+0.00200）= 0.04 mmWtk = 0.040 mm ≤ 0.2 mm故裂缝宽度验算满足要求！1.5 地基应力验算当基底只承受轴心荷载时，按《公路桥涵地基与基础设计规范》式4.2.2-1，基底岩土承载力应满足：p = N/A ≤ [fa]q恒' = （4000+1500+150×2）/1000×18.0+24×150/1000×π = 115.70 kN/m2N = （q恒' + q汽）= （115.70 + 27.24）= 142.94 kN/m2σmax = N/A =142.94/3=47.65kPa ≤ [fa]=150.00kPa故地基应力验算满足要求！2 坝体稳定性计算本计算采用瑞典条分法进行分析计算，假定滑动面为圆柱面及滑动土体为不变形刚体，还假定不考虑土条两侧上的作用力。
2.1参数信息条分方法：瑞典条分法； 内摩擦角：17°土壤的单位凝聚力：4kPa ； 放坡参数：序号 放坡高度(m) 放坡宽度(m) 1 9.00 18.00 荷载参数：由于坝顶上无恒载，故不考虑外部荷载 土层参数：序号 土名称 土厚度 坑壁土的重度γ 坑壁土的内摩擦角φ 内聚力C 饱和容重 1 填土 9(m) 18.00(kN/m 3) 17.00(°) 4.00(kPa) 22.00(kN/m 3)2.2 计算原理根据土坡极限平衡稳定进行计算。
自然界匀质土坡失去稳定，滑动面呈曲面，通常滑动面接近圆弧，可将滑裂面近似成圆弧计算。
将土坡的土体沿竖直方向分成若干个土条，从土条中任意取出第i 条，不考虑其侧面上的作用力时，如图2-1所示，该土条上存在着：1、土条自重，2、作用于土条弧面上的法向反力，3、作用于土条圆弧面上的切向阻力。
将抗剪强度引起的极限抗滑力矩和滑动力矩的比值作为安全系数，考虑安全储备的大小，按照《规范》要求，安全系数要满足≥1.1的要求。
图2-1 坝坡稳定圆弧法计算图2.3 计算公式K=R(∑Nitanφi+∑cbL)/R∑i 切向力Ti=Qisinαi法向力Ni=cosαi 土条重量γhi 摩阻力Nitanφ 式子中：K --土坡稳定安全系数；c --土层的粘力；l--土条的圆弧长度；γ --土层的计算重度； φ --土层的内摩擦角；b --土的宽度；h i --第i 条土的平均高度；o 0-1-2-3-4234567891在扇形范围内，选取一系列的圆心点O ，分别进行滑弧计算，得出最小稳定安全系数，此时的R=13.32m ，L=23.37圆心O1如图示。
计算过程如表2-1所示。
2.4 计算结果经计算得：K=R(∑Nitanφi+∑cbL)/R∑Ti=362.4+124.42/422.596=1.15>1.1 符合稳定性要求。
6三、钢筋混凝土箱涵结构设计3.1设计资料3.1.1孔径及净空净跨径L0 = 1.3 m净高h0 = 1.3 m3.1.2设计安全等级: 三级结构重要性系数r0 = 0.93.1.3汽车荷载荷载等级公路—Ⅱ级3.1.4填土情况涵顶填土高度H = 50 m土的内摩擦角Φ=45 °填土容重γ1 = 8 kN/m3地基容许承载力[σ0] = 1000 kPa 3.1.5建筑材料普通钢筋种类HRB335主钢筋直径16 mm钢筋抗拉强度设计值fsd = 280 MPa涵身混凝土强度等级 C 30涵身混凝土抗压强度设计值fcd = 13.8 MPa 涵身混凝土抗拉强度设计值ftd = 1.39 MPa 钢筋混凝土重力密度γ2 = 25 kN/m3基础混凝土强度等级 C 20混凝土重力密度γ3 = 24 kN/m33.2、设计计算3.2.1截面尺寸拟定(见图L-01)顶板、底板厚度δ=0.3mC1 = 0.3m侧墙厚度t = 0.3m C2 = 0.3m横梁计算跨径LP = L0+t =1.6mL=L0+2t =1.9m侧墙计算高度hP =h0+=1.6mh = h0+2δ =1.9m基础襟边 c = 0.3m基础高度 d = 2m基础宽度 B = 2.5m3.2.2荷载计算1、恒载恒载竖向压力p恒= γ1H+γ2δ=407.50 kN/m2恒载水平压力顶板处eP1 = γ1Htan2(45°-φ/2) = 68.63 kN/m2底板处eP2 = γ1(H+h)tan2(45°-φ/3) = 71.24 kN/m22、活载汽车后轮着地宽度0.6m，由《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60—2004)第4.3.4条规定，按30°角向下分布。