双孔箱涵结构计算书.docx
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双孔箱涵结构计算书.docx
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双孔箱涵结构计算书
双孔箱涵结构计算书
项目名称_____________日期_____________
设计者_____________校对者_____________
一、示意图:
二、基本设计资料
1.依据规范及参考书目:
《水工混凝土结构设计规范》(SL191-2008),以下简称《砼规》
《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2002)
《水工钢筋混凝土结构学》(中国水利水电出版社)
《公路工程技术标准》JTGB01-2014,以下简称《公路标准》
《公路桥涵设计通用规范》JTJD60-2004,以下简称《通规》
《涵洞》(中国水利水电出版社出版,熊启钧编著)
中国建筑工业出版社《高层建筑基础分析与设计》(宰金珉、宰金璋)
2.几何信息:
单层箱涵孔数n=2
从左往右第1孔净宽B1=3.500m
从左往右第2孔净宽B2=3.500m
孔净高H=3.000m
底板厚d1=0.350m顶板厚d2=0.300m
侧墙厚d3=0.300m加腋尺寸t=0.250m
中间隔墙厚d4=0.400m
3.荷载信息:
埋管方式:
上埋式
填土高Hd=3.200m
填土种类:
密实砂类土、硬塑粘性土内摩擦角φ=36.0度水下内摩擦角φ=32.0度
填土容重γ=22.000kN/m3填土浮容重γs=18.000kN/m3
汽车荷载等级:
公路-Ⅱ级
4.荷载系数:
可变荷载的分项系数γQ1k=1.20
可变荷载的分项系数γQ2k=1.10
永久荷载的分项系数γG1k=1.05
永久荷载的分项系数γG2k=1.20
5.材料信息:
混凝土强度等级:
C15
纵向受力钢筋种类:
HRB335
纵筋合力点至近边距离as=0.040m
最大裂缝宽度允许值ωmax=0.250mm
6.荷载组合:
组合名称
类型
孔内水位(m)
两侧水位(m)
土压力
汽车荷载
正常使用
基本
0.0
0.0
√
√
7.荷载组合下附加荷载信息:
组合名称
均布死荷载(kN/m)
均布活荷载(kN/m)
集中死荷载(kN)
死荷载间距(m)
集中活荷载(kN)
活荷载间距(m)
正常使用
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
8.约束信息:
第1跨左侧支座约束:
铰支
第2跨左侧支座约束:
铰支
第2跨右侧支座约束:
铰支
9.地基土参数:
按弹性地基上的框架进行箱涵内力计算。
地基模型:
弹性半空间模型
地基土的泊松比μo=0.200
地基土的变形模量Eo=20.00MPa
三、荷载计算
1.垂直压力计算
顶板自重qv2=d2×25=7.500kN/m
垂直土压力计算公式如下:
qv1=Ks×γ×Hd
工况:
正常使用,顶板上的垂直土压力qv1=76.032kN/m
作用于顶板上的垂直压力qt=qv1+qv2=83.532kN/m
2.侧向水平土压力计算
水平土压力计算公式如下:
qh=γ×H×tan2(45°-φ/2)
3.汽车荷载
按《公路标准》7.0.3条规定并考虑车辆荷载的相互作用得到:
qq=8.676kN/m,顶板承受汽车荷载
汽车荷载产生的对称作用于侧墙两侧水平土压力为:
qqh=qq×tan2(45°-φ/2)=2.25kN/m
4.荷载单位及方向规定
垂直、平行集中荷载单位:
kN
弯矩单位:
kN·m
均布荷载、三角形、倒三角形等线性分布荷载单位:
kN/m
垂直集中荷载及线性分布荷载垂直单元轴线,以向上或者向左为正
平行集中荷载平行于单元轴线,以向上或者向右为正
弯矩以逆时针为正。
列表中a表示荷载起点到单元始端节点的距离,单位为米
列表中c表示线性荷载的线性分布长度,单位为米
5.工况“正常使用”荷载列表
荷载设计值列表:
类型
荷载值
所在单元
a(m)
c(m)
满布均布荷载
-79.83
3
-
-
满布均布荷载
-20.73
1
-
-
满布均布荷载
-12.15
3
-
-
满布均布荷载
-2.70
1
-
-
满布均布荷载
-79.83
6
-
-
满布均布荷载
-12.15
6
-
-
满布均布荷载
20.73
7
-
-
满布均布荷载
2.70
7
-
-
满布均布荷载
-9.19
2
-
-
满布均布荷载
-7.88
3
-
-
满布均布荷载
-9.19
5
-
-
满布均布荷载
-7.88
6
-
-
垂直集中荷载
-26.18
2
0.000
-
垂直集中荷载
-34.91
5
0.000
-
垂直集中荷载
-26.18
5
3.850
-
倒三角形荷载
-19.94
1
0.000
3.325
倒三角形荷载
19.94
7
0.000
3.325
荷载标准值列表:
类型
荷载值
所在单元
a(m)
c(m)
满布均布荷载
-76.03
3
-
-
满布均布荷载
-19.74
1
-
-
满布均布荷载
-10.12
3
-
-
满布均布荷载
-2.25
1
-
-
满布均布荷载
-76.03
6
-
-
满布均布荷载
-10.12
6
-
-
满布均布荷载
19.74
7
-
-
满布均布荷载
2.25
7
-
-
满布均布荷载
-8.75
2
-
-
满布均布荷载
-7.50
3
-
-
满布均布荷载
-8.75
5
-
-
满布均布荷载
-7.50
6
-
-
垂直集中荷载
-24.94
2
0.000
-
垂直集中荷载
-33.25
5
0.000
-
垂直集中荷载
-24.94
5
3.850
-
倒三角形荷载
-18.99
1
0.000
3.325
倒三角形荷载
18.99
7
0.000
3.325
四、内力计算
1.计算说明
a、采用有限单元法对结构进行内力计算。
b、建模时,水平单元(底板和顶板)方向从左到右。
c、建模时,竖直单元(边墙和隔墙)方向从下到上。
d、承载力极限状态计算时,荷载效应组合设计值按下式计算:
S=γG1K×SG1K+γG2k×SG2K+γQ1k×SQ1K+γQ2k×SQ2K,即:
S=1.05×SG1K+1.20×SG2K+1.20×SQ1K+1.10×SQ2K,即:
e、正常使用极限状态验算应按荷载效应的标准组合进行,并采用下列表达式:
Sk(Gk,Qk,fk,αk)≤c
2.各工况下内力设计值计算结果:
M+—截面正弯矩(使截面下侧或右侧受拉的弯矩),单位kN·m;
N+—截面正弯矩对应的轴力,受压为正、受拉为负,单位kN;
M-—截面负弯矩(使截面上侧或左侧受拉的弯矩),单位kN·m;
N-—截面负弯矩对应的轴力,受压为正、受拉为负,单位kN;
Q—截面承受的剪力,单位kN;
(1)工况“正常使用”各截面内力设计值:
截面位置
M+
N+
M-
N-
Q
左边墙下侧节点
0.00
0.00
-0.98
176.14
36.80
左边墙跨中节点
15.21
176.14
-52.84
176.14
63.99
左边墙上侧节点
0.00
0.00
-81.61
176.14
74.25
底板左侧节点
0.98
0.00
0.00
0.00
11.90
底板跨中节点
8.52
0.00
-6.64
0.00
16.20
底板右侧节点
0.00
0.00
-15.55
-0.00
20.97
顶板左侧节点
0.00
0.00
-81.61
74.25
176.14
顶板跨中节点
72.45
74.25
-54.84
74.25
160.25
顶板右侧节点
0.00
0.00
-143.52
74.25
208.30
中隔墙下侧节点
-0.00
416.60
-0.00
416.60
0.00
中隔墙跨中节点
-0.00
416.60
-0.00
416.60
0.00
中隔墙上侧节点
-0.00
416.60
-0.00
416.60
0.00
底板左侧节点
0.00
0.00
-15.55
0.00
20.97
底板跨中节点
8.52
0.00
-6.64
0.00
16.20
底板右侧节点
0.98
-0.00
0.00
0.00
11.90
顶板左侧节点
0.00
0.00
-143.52
74.25
208.30
顶板跨中节点
72.45
74.25
-54.84
74.25
160.25
顶板右侧节点
0.00
0.00
-81.61
74.25
176.14
右边墙下侧节点
0.98
176.14
0.00
0.00
36.80
右边墙跨中节点
52.84
176.14
-15.21
176.14
63.99
右边墙上侧节点
81.61
176.14
0.00
0.00
74.25
3.各工况下内力标准值计算结果:
Mk+—截面正弯矩(使截面下侧或右侧受拉的弯矩),单位kN·m;
Nk+—截面正弯矩对应的轴力,受压为正、受拉为负,单位kN;
Mk-—截面负弯矩(使截面上侧或左侧受拉的弯矩),单位kN·m;
Nk-—截面负弯矩对应的轴力,受压为正、受拉为负,单位kN;
Qk—截面承受的剪力,单位kN;
(1)工况“正常使用”各截面内力标准值:
截面位置
Mk+
Nk+
Mk-
Nk-
Qk
左边墙下侧节点
0.00
0.00
-0.99
165.24
34.86
左边墙跨中节点
14.37
165.24
-49.57
165.24
60.20
左边墙上侧节点
0.00
0.00
-76.63
165.24
69.83
底板左侧节点
0.99
0.00
0.00
0.00
11.30
底板跨中节点
8.14
0.00
-6.34
0.00
15.45
底板右侧节点
0.00
0.00
-14.84
-0.00
19.99
顶板左侧节点
0.00
0.00
-76.63
69.83
165.24
顶板跨中节点
67.93
69.83
-51.41
69.83
150.26
顶板右侧节点
0.00
0.00
-134.56
69.83
195.33
中隔墙下侧节点
-0.00
390.66
-0.00
390.66
0.00
中隔墙跨中节点
-0.00
390.66
-0.00
390.66
0.00
中隔墙上侧节点
-0.00
390.66
-0.00
390.66
0.00
底板左侧节点
0.00
0.00
-14.84
0.00
19.99
底板跨中节点
8.14
0.00
-6.34
0.00
15.45
底板右侧节点
0.99
-0.00
0.00
0.00
11.30
顶板左侧节点
0.00
0.00
-134.56
69.83
195.33
顶板跨中节点
67.93
69.83
-51.41
69.83
150.26
顶板右侧节点
0.00
0.00
-76.63
69.83
165.24
右边墙下侧节点
0.99
165.24
0.00
0.00
34.86
右边墙跨中节点
49.57
165.24
-14.37
165.24
60.20
右边墙上侧节点
76.63
165.24
0.00
0.00
69.83
五、配筋计算
取1m单宽对箱涵进行配筋计算,b=1000mm
As—截面下侧(或右侧)钢筋计算面积,单位mm2;
As实配—截面下侧(或右侧)钢筋配筋方案及实配面积,单位mm2;
As'—截面上侧(或左侧)钢筋计算面积,单位mm2;
As'实配—截面上侧(或左侧)钢筋配筋方案及实配面积,单位mm2;
1.左边墙配筋计算结果汇总:
左边墙厚度h=300mm,b=1000mm
(1)工况“正常使用”各截面配筋计算结果:
截面位置
As
As实配
As'
As'实配
抗剪验算
左边墙下侧节点
390
419(D12@270)
390
1257(D20@250)
满足
左边墙跨中节点
390
419(D12@270)
682
1257(D20@250)
满足
左边墙上侧节点
390
419(D12@270)
1205
1257(D20@250)
满足
2.左边墙右侧正截面配筋计算:
工况“正常使用”下,左边墙右侧正截面配筋最不利:
该工况下:
左边墙弯矩M=15.21kN·m,轴力N=176.14kN
(a)、偏心距计算:
偏心距eo=M/N=15205246/176139=86.3mm
eo>=h/30=10.0mm,故按实际偏心距eo=86.3mm计算。
(b)、计算偏心距增大系数η:
Lo/h=3325/300=11.08>8.0,需考虑纵向弯曲的影响。
η值可按《砼规》中式6.3.9-1计算:
η=1+1/(1400×eo/ho)×(Lo/h)2×ξ1×ξ2
上式中:
ξ1=0.5×fc×A/(K×N)(《砼规》式6.3.9-2)
ξ1=0.5×7.2×300×1000/(176138.61×1)=5.110
当ξ1>1.0时,取ξ1=1.0
ξ2=1.15-0.01×Lo/h(《砼规》式6.3.9-3)
当Lo/h=3325/300=11.1<15.0时,取ξ2=1.0
故:
η=1+1/(1400×86.3/260)×(3325/300)2×1.000×1.000
=1.264
(c)、配筋计算:
截面有效高度ho=h-as=300-40=260mm
Nb=fc×b×ho×ξb=7.20×1000×260×0.550=1029600N
K×N=1.20×176139=211366N 采用对称配筋,As=As',可得: ξ=K×N/(fc×b×ho)=1.20×176139/(7.20×1000×260) =0.113 x=ξ×ho=0.113×260.0=29.4mm<2×as'=80.0mm,则: As=As'=K×N×(η×eo-h/2+as')/fy/(ho-as') =1.20×176139×(1.264×86.3-300/2+40)/300.0/(260-40) =-2.8mm2 配筋率ρ=As/ho/b=-2.8/260/1000=-0.00%<ρmin=0.15% 故: 按最小配筋率配筋,As=As'=ρmin×ho×b =0.0015×260×1000=390.0mm2 左边墙右侧钢筋计算面积As=390mm2,实配As=419mm2(D12@270) 3.左边墙左侧正截面配筋计算: 工况“正常使用”下,左边墙左侧正截面配筋最不利: 该工况下: 左边墙弯矩M=-81.61kN·m,轴力N=176.14kN (a)、偏心距计算: 偏心距eo=M/N=81606134/176139=463.3mm eo>=h/30=10.0mm,故按实际偏心距eo=463.3mm计算。 (b)、计算偏心距增大系数η: Lo/h=3325/300=11.08>8.0,需考虑纵向弯曲的影响。 η值可按《砼规》中式6.3.9-1计算: η=1+1/(1400×eo/ho)×(Lo/h)2×ξ1×ξ2 上式中: ξ1=0.5×fc×A/(K×N)(《砼规》式6.3.9-2) ξ1=0.5×7.2×300×1000/(176138.61×1)=5.110 当ξ1>1.0时,取ξ1=1.0 ξ2=1.15-0.01×Lo/h(《砼规》式6.3.9-3) 当Lo/h=3325/300=11.1<15.0时,取ξ2=1.0 故: η=1+1/(1400×463.3/260)×(3325/300)2×1.000×1.000 =1.049 (c)、配筋计算: 截面有效高度ho=h-as=300-40=260mm η×eo=1.049×463.3=486.1mm>0.3ho=78.0mm,按大偏心受压计算。 As'=(K×N×e-fc×αsb×b×ho2)/fy'/(ho-as') 式中e=η×eo+h/2-as=1.049×463.3+300/2-40=596.1mm 式中αsb=ξb×(1-0.5×ξb)=0.550×(1-0.5×0.550)=0.399 As'=(1.20×176139×596.1-7.20×0.399×1000×2602) /300.0/(260-40)=-1031.5mm2 配筋率ρ=As'/ho/b=-1031.5/260/1000=-0.40%<ρmin=0.15% 故: 按最小配筋率配筋,As'=ρmin×ho×b =0.0015×260×1000=390.0mm2 按已知As'的情况计算As: αs=(K×N×e-fy'×As'×(ho-as')/fc/b/ho2 =(1.20×176139×596.1-300.0×390.0×(260-40)/7.20/1000/2602 =0.206 ξ=1-(1-2×αs)1/2=1-(1-2×0.206)1/2=0.233 x=ξ×ho=0.233×260=60.6mm<2×as'=80.0mm,则: As=K×N×(η×eo-h/2+as')/fy/(ho-as') =1.20×176139×(1.049×463.3-300/2.0+40)/300.0/(260-40) =1204.5mm2 配筋率ρ=As/ho/b=1204.5/260/1000=0.46%>ρmin=0.15%,满足要求。 左边墙左侧钢筋计算面积As=1205mm2,实配As=1257mm2(D20@250) 4.左边墙斜截面抗剪验算: 工况“正常使用”下,左边墙斜截面抗剪最不利: 该工况下: 左边墙剪力Q=74.25kN,轴力N=176.14kN (a)、复核截面尺寸: 截面有效高度ho=h-as=300-40=260mm 偏心受压构件受剪截面应符合下式要求: K×V≤0.25×fc×b×ho(《砼规》式6.5.8) K×V=1.20×74250=89100N≤0.25×7.20×1000×260=468000N 故截面尺寸满足要求。 (b)、计算过程: 当满足下述条件时,实心板可不配置抗剪钢筋: K×V≤0.7×βh×ft×b×ho《砼规》式6.5.4-1 βh=(800/ho)1/4《砼规》式6.5.4-2 K×V=1.20×74250=89100N≤0.7×βh×ft×b×ho =0.7×1.000×0.91×1000×260=165620N 故可不配置抗剪钢筋! 偏心受压构件其斜截面受剪承载力应符合下式要求: K×V≤Vc+Vsv+Vsb+0.07N(《砼规》式6.5.9) 上式中: Vc=0.7×ft×b×ho(《砼规》式6.5.3-2) Vsv=1.25×fyv×Asv/s×ho(《砼规》式6.5.3-3) Vsb=fy×Asb×sinα(《砼规》式6.5.3-5) Vc=0.7×0.91×1000×260=165620N Vsb=300.0×0×sin45°=0N K×V=1.20×74250=89100N≤Vc+0.07N =165620+0.07×176139=177950N 故: 可不进行斜截面受剪承载力计算,按构造配置箍筋。 5.右边墙配筋计算结果汇总: 右边墙厚度h=300mm,b=1000mm (1)工况“正常使用”各截面配筋计算结果: 截面位置 As As实配 As' As'实配 抗剪验算 右边墙下侧节点 390 1257(D20@250) 390 419(D12@270) 满足 右边墙跨中节点 682 1257(D20@250) 390 419(D12@270) 满足 右边墙上侧节点 1205 1257(D20@250) 390 419(D12@270) 满足 6.右边墙右侧正截面配筋计算: 工况“正常使用”下,右边墙右侧正截面配筋最不利: 该工况下: 右边墙弯矩M=81.61kN·m,轴力N=176.14kN (a)、偏心距计算: 偏心距eo=M/N=81606134/176139=463.3mm eo>=h/30=10.0mm,故按实际偏心距e
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