一、设计资料(一)概况:***道路工程经过水库溢洪道处设置箱涵,箱涵净跨L0=8.0米,净高h0=10.5米,路基红线范围内长49米,箱涵顶最大填土厚度H=米,填土的内摩擦角φ为24°,土体密度γ1=m3,设箱涵采用C25混凝土(f cd=)和HRB335钢筋(f sd=280MPa)。
桥涵设计荷载为城-A级,用车辆荷载加载验算。
结构安全等级二级,结构重要性系数γ0=。
地基为泥质粉砂岩,[σ0]=380kPa,本计算书主要内容为结构设计与地基应力验算。
(二)依据及规范1、《城市桥梁设计荷载标准》(CJJ77-98)2、《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)3、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)4、《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTGD63-2007)二、设计计算(一)截面尺寸拟定(见图1-1)顶板、底板厚度δ=100cm(C1=50cm)侧墙厚度 t=100cm (C2=50cm)故 L P=L0+t=8+1=9mh p=h0+δ=+1=11.5m(二)荷载计算1、恒载恒载竖向压力P=γ1H+γ2δ=×+25×1=m2恒载水平压力顶板处: e p1=γ1Htan2(45o-φ/2)=××tan2(45o-24o/2)= kN/m2底板处:e p2=γ1(H+h)tan2(45o-φ/2)=×(+)×tan2(45o-24o/2)=m22、活载城-A级车辆荷载轴重按《城市桥梁设计荷载标准》4.1.3条确定,参照《公路桥涵设计通用规范》第4.3.4条2款,计算涵洞顶车辆荷载引起的竖向土压力,车轮扩散角30o。
1)先考虑按六车道(7辆车)分布,横向折减系数一个汽车后轮横向分布宽>1.3m/22+ tan30o=2.38m>1.8m/2故,两列车相邻车轴有荷载重叠,按如下计算横向分布宽度a=2+ tan30o) ×2+22=26.76m同理,纵向分布宽度2+ tan30o=2.2m>1.2m/2故,同列车相邻车轴有荷载重叠,纵向分布宽度按如下计算b=2+ tan30o) ×2+=5.6m车辆荷载垂直压力q车=(140×2×7)/××= kN/m22)考虑按两车道(2辆车)分布,横向折减系数一个汽车后轮横向分布宽>1.3m/22+ tan30o=2.38m>1.8m/2故,两列车相邻车轴有荷载重叠,按如下计算横向分布宽度a=2+ tan30o) ×2+=9.66m同理,纵向分布宽度2+ tan30o=1.05m>1.2m/2故,同列车相邻车轴有荷载重叠,纵向分布宽度按如下计算b=2+ tan30o) ×2+=5.61m车辆荷载垂直压力q车=(140×2×2)/××= kN/m2根据上述计算,车辆荷载垂直压力取大值按两车道布置计算取值kN/m2。
P1243BADCP图1-2M aBM aCM aAM aDN a3N a4a故,车辆水平压力e 车=×tan 2(45o -24o /2)= kN/m 2(三)内力计算1、构件刚度比(单位长度)K=21I I ×Lp hp =330.10.11210.10.1121⨯⨯⨯⨯×0.95.11=2、节点弯矩和构件轴力计算 (1)a 种荷载作用下(图1-2) 涵洞四角节点弯矩:M aA =M aB =M ac =M aD =-12)(112PL P K •+ N a1=N a2=0, N a3=N a4=2)(PL P 恒载(P = kN/m 2)M aA =120.972.97128.112⨯•+-=·mN a3=2.972.97⨯= kNP1243B ADC图1-3M bBM bCM bAM bDN b1N b2bPP 1243B ADC图1-4M cBM cCM cAM cDN c1N c2cP车辆荷载(P =q 车= m 2)M aA =120.933.10128.112⨯•+-=·mN a3=20.933.10⨯=(2)b 种荷载作用下(图1-3)M bA =M bB =M bc =M bD =-12)(12P h P K K •+ N b1=N b2=2)(Ph P , N b3=N b4=0恒载(P =e p1=m 2)M bA =125.1167.30128.128.12⨯•+-=·mN b1=25.1167.30⨯= (3)c 种荷载作用下(图1-4)M cA =M cD =60)()3)(1()83(2p h P K K K K ⨯•+++ M cB =M cC =60)()3)(1()72(2p h P K K K K ⨯•+++ N C1=PcBcAph M M h P -+⨯61243BADC图1-5M dBM dCM dAM dDN d1N d2dN d3N d4PN C2=PcBcA ph M M h P --⨯3N C3= N C4=0恒载(P =e p2-e p1=m 2)M cA =M cD =605.1148.106)328.1()128.1()828.13(28.12⨯•+⨯++⨯⨯=·m M cB =M cC =605.1148.106)328.1()128.1()728.12(28.12⨯•+⨯++⨯⨯=·m N C1=5.113.2945.36465.1148.106+-+⨯=198kN N C2=5.113.2945.36435.1148.106+--⨯= (4)d 种荷载作用下(图1-5)M dA =-[515210)34(6)3(2++++++K K K K K K ]·42P PhM dB =-[51535)34(6)3(2++-+++K K K K K K ]·42P PhM dC =-[51535)34(6)3(2++++++K K K K K K ]·42P Ph M dD =-[515210)34(6)3(2++-+++K K K K K K ]·42P Ph N d1=P dC dD h M M -, N d2=Ph p -PdC dD h M M -, N d3= N d4=-P dCdB L M M --289.3-189.76-294.3=-773.86-289.3-189.76-364.5=-843.56176.35=374.35198176.35=590.65414.3439.74439.74表1-1荷载种类节点弯矩M(kN·M)A B C D 构件轴力(kN)1234恒载-289.3-189.76-364.5=-843.56-289.3-189.76-294.3=-773.86车辆荷载(P =e 车= kN/m 2))34(6)3(2+++K K K K =)328.1428.1(6)328.1(28.12+⨯+⨯+⨯= 515210++K K =528.115228.110+⨯+⨯=51535++K K =528.115328.15+⨯+⨯= M dA =-(6116.00936.0+)·45.1136.42⨯=·mM dB =-(3884.00936.0-)·45.1136.42⨯=·mM dC =-(3884.00936.0+)·45.1136.42⨯=·mM dD =-(6116.00936.0-)·45.1136.42⨯=·mN d1=5.1164.6984.74+=N d2=× N d4=-964.6959.42+=(5)节点弯矩和轴力计算汇总表如表1-13M(6)荷载效应组合,按《公路桥涵设计通用规范》第4.1.6条进行承载能力极限状态效应组合γ0Sud =γ0(+)(γ0= M A =×+×()=·m M B =×+×()=·mM C =×+×()=·m M D =×+×()=·m N 1=×+×()= N 2=×+×()= N 3= N 4=×+×()=3、构件跨中截面内力计算 (1)顶板(图1-6)N 2N 23M V图1-7w 2 x= L P /2=4.5mP=×+×=m N x = N 1=M x =M B +N 3x-P 22x =+×25.42N 3=×(2)底板(图1-7)w 1=P+ q 车-23pL e 车2p h =×+×(92××) =mw 2=P+ q 车+23pL e 车2p h =×+×(+3/92××) =mx= L P /2=4.5m N x = N 2=M x =M A +N 3x- w 122x -PL x 63(w 2-w 1)=+×25.42 -965.43⨯×()=·mV x =w 1x+PL x 22(w 2-w 1)- N 3=×+925.42⨯×()Bw 1w 2MV图1-83=(3)左侧墙(图1-8) w 1=+ e 车=×+×=mw 2=+ 车=×+× =mx= h P /2=5.75m N x = N 3=M x =M B +N 1x- w 122x -Ph x 63(w 2-w 1)=+×275.525.11675.53⨯()=·mV x =w 1x+Ph x 22(w 2-w 1)- N 1=×+5.11275.52⨯×()=4D C图1-9MVw 1w 2-1197.86-1068.47-950.43466.8466.8466.8761.55761.55761.55346.8262.6016.81-50.63575.98-575.98575.98-575.98构件表1-2B-C (顶板)A-D (底板)B-A(左侧墙)M dN d V d 端点B 跨中截面端点C端点A 跨中截面端点D端点B 跨中截面端点A-911.34(kN·m)内力(kN)(kN)M dN dV d(kN·m)(kN)(kN)M dN dV d(kN·m)(kN)(kN)(4)右侧墙(图1-9)x= h P /2=5.75m w 1==×=m w 2==×=m N x =N 4=M x =M C +N 1x- w 122x -Ph x 63(w 2-w 1)=+×275.525.11675.53⨯()=·mV x =w 1x+Ph x 22(w 2-w 1)- N 1=×+5.11275.52⨯×()=(5)构件内力汇总表(表1-2)(四)截面设计 1.顶板(B-C )钢筋按左右对称,用最不利荷载计算。