TJ1-9φ813天然气管道保护涵整体计算一.盖板计算1.设计资料汽车荷载等级：公路-I级净跨径：L=2.1m；单侧搁置长度：0.25m；计算跨径：L=2.35m；填土高：H=0.5m；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=3cm；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16mm，外径为17.5mm，共11根，选用钢筋总面积As=0.002212m2盖板容重γ1=25kN/m3；土容重γ2=18kN/m3根据《公路圬工桥涵设计规范》(JTG D61-2005)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=18×0.5×0.99=8.91kN/m(2) 盖板自重g=γ1·(d1+d2)·b/2/100=25×(30+30)×0.99/2 /100=7.43kN/m2) 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》(JTG D60-2004)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》(JTG D60-2004)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+2×0.5×0.577=0.78m车辆荷载垂直板跨长Lb=1.9+2·H·tan30=1.9+2×0.5×0.577=2.48m车轮重P=280kN车轮重压强Lp=P/La /Lb=280/0.78/2.48=145.40kN/m23.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=(8.91+7.43)×2.352/8=11.28kNm 边墙内侧边缘处剪力V1=(q+g)·L/2=(8.91+7.43)×2.1/2=17.15kN2) 由车辆荷载引起的内力跨中弯矩M2=p·La·(L-La/2)·b/4=145.40×0.78×(2.35-0.78/2)×0.99/4=54.87kNm边墙内侧边缘处剪力V2=p·La·b·(L-La/2)/L)=145.40×0.78×0.99×(2.10-0.78/2)/2.10=91.18kN3) 作用效应组合根据《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)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×(1.2×11.28+1.4×54.87)=81.31kNm 边墙内侧边缘处剪力γ0Vd=0.9(1.2V1+1.4V2)=0.9×(1.2×17.15+1.4×91.18)=133.42kN 4.持久状况承载能力极限状态计算截面有效高度 h0=d1-c-1.75/2=30-3-0.875=26.1cm=0.261m1) 砼受压区高度x=fsd ·As/fcd/b=280×0.002212/13.8/0.99=0.045m根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)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 ·h=0.56×0.261=0.146m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》(JTG D62-2004)中9.1.12关于受弯构件最小配筋百分率的规定:P=100·As /b/h=0.86，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》(JTG D62-2004)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(h-x/2)=13.8×1000×0.99×0.045(0.261-0.045/2)=147.77kNm≥γ0Md=81.31kNm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》(JTG D62-2004)中5.2.9关于抗剪截面验算的规定:0.51×10-3·f cu,k0.5·b·h0=0.51×10-3×300.5×990×261.25=722.47kN≥γ0Vd=133.42kN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》(JTG D62-2004)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·f td·b·h0=1.25×0.0005×1×1.39×0.99×1000×0.261×1000=224.69kN≥γ0Vd=133.42kN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》(JTG D62-2004)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》(JTG D62-2004)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=1.0×11.28+0.7×54.87=49.68kNm 作用长期效应组合Ml =1.0M1+0.4M2=1.0×11.28+0.4×54.87=33.22kNm 受拉钢筋的应力σss =Ms/0.87/As/h=49.68/0.87/0.002212/0.261=98.81Mpa作用长期效应影响系数C2=1+0.5Ml/Ms=1+0.5×33.22/49.68=1.33裂缝宽度Wfk =C1·C2·C3·σss·(30+d)/Es/(0.28+10·ρ)=1×1.33×1.15×98.81×(30+16)/2.00×105/(0.28+10×0.0086)=0.10mm≤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=0.10m，台身宽C2=0.60m，基础宽C3=0.80m背墙宽C4=0.35m，搭接宽度C5=0.25m，基础高度为0.30m，铺底厚为0.00m 涵洞净高H0=1.60m，计算高度H1=1.75m，基础顶深H2=2.40m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 =5.87Mpa，台身弯曲抗拉强度ftmd=0.66Mpa，台身直接抗剪强度fvd=1.32Mpa地基承载力容许值为300kPa，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=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°-30°/2)=1.39m计算长度B=6.08m=280/6.08/1.39/18=1.85m 土的侧压力系数=tan2(45°-30°/2)=0.3333q1=(H+h+d1/2)·b·λ·18=(0.5+1.85+0.15)×0.99×0.3333×18=14.83kN/mq2=(H+h+H0+0.00/2+d1)·b·λ·18=(0.5+1.85+1.60+0.00+0.30)×0.99×0.3333×18=25.23kN/m A端处剪力=19.04kN最大弯矩位置x的计算=5.94kN/m=0.84m最大弯矩计算=7.68kNm2) 竖向力当x=0.84m时，台身y-y截面上的竖向力、偏心矩及弯矩3) 截面验算作用效应组合γ0Md=0.9×(1.2×∑M+1.4×Mmax)=6.41kNmγ0Nd=0.9×1.2×∑P=40.14kNγ0Vd=0.9×1.4×QA=23.99kN偏心矩ee=γ0Md/γNd=0.160m(1) 偏心受压承载力验算现根据《公路圬工桥涵设计规范》(JTG D61-2005)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=0.2861iy=0.289×C2=0.1734构件长细比，其中长细比修正系数γβ取1.3，构件计算长度l取1.0H1=1.75m=3.7486=2.2719x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=0.5312=1.0033砌体偏心受压构件承载力影响系数=0.5321构件截面面积A=C2*b=0.5940m2由《公路圬工桥涵设计规范》(JTG D61-2005)中条文4.0.9中关于偏心矩e的规定，现偏心矩e=0.160m，小于等于0.6×0.5×C2=0.18m，所以现根据《公路圬工桥涵设计规范》(JTG D61-2005)中条文4.0.5验算偏心受压承载力=1855.47kN ≥γ0Nd=40.14kN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=0.0594现根据《公路圬工桥涵设计规范》(JTG D61-2005)中条文4.0.12计算正截面受弯承载力W·ftmd =39.20kNm ≥γMd=6.41kNm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》(JTG D61-2005)中条文4.0.13计算直接受剪承载力，其中μf =0.7，Nk=48.60kN=808.38kN ≥γ0Vd=23.99kN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是由车辆荷载所产生的盖板支汽点反力，竖向力及弯矩进行作用短期效应组合基础底面面积A=b·C3=0.7920m2基础底面处弹性抵抗矩W=b·C32/6=0.1056基底应力最大值=275kPa ≤300kPa基底应力满足要求。