盖板涵计算书参考版.doc
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盖板涵计算书参考版.doc
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盖板涵计算书(参考版)
一、盖板计算
1、设计资料
适用涵洞桩号:
电白县Y101线小桥重建工程K2+100.000盖板涵
汽车荷载等级:
公路-Ⅱ级
安全结构重要性系数:
γ0=0.9
净跨径:
l0=5.0m
环境类别:
Ⅱ类环境
计算跨径:
L=5.4m
单侧搁置长度:
0.5m
盖板厚d=0.65m
填土高:
H=0.5m
盖板宽b=0.99m
净保护层厚度:
c=4cm
砼强度等级:
C40
砼轴心抗压强度:
fcd=18.4MPa
砼轴心抗拉强度:
ftd=1.65MPa
受力主筋:
5根Φ28的HRB400的钢筋
钢筋总面积(与板跨方向平行):
AS1=0.01789m2
钢筋总面积(与板跨方向垂直):
AS2=0.00408m2
钢筋间距:
20cm
盖板容重:
γ1=25KN/m3
钢筋轴心抗拉强度:
fsd=300Mpa
路面结构层和填土平均容重:
γ2=20KN/m3
其中:
①汽车荷载等级通过《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004)中4.3.1所得:
砼轴心抗压强度、抗拉强度通过《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004)中3.1.4所得:
②安全结构重要性系数通过《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004)中1.0.9和4.1.6所得:
③环境类别通过《混凝土结构设计规范》(JTGD60-2004)中3.5.2所得:
④混凝土轴心抗压、抗拉强度通过《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004)中3.1.4所得:
⑤各结构层容重通过《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004)中4.2.1所得:
根据《公路污工桥涵设计规范》(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。
5.0m×2.5m盖板涵洞整体布置图
2、外力计算
1)永久作用
(1)竖向土压力
q=K×γ2×H=1.067965×20×0.5=10.68kN/m
(2)盖板自重
g=γ1×d=25×0.65=16.25kN/m
2)有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4.3.4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》(JTGD60-2004)中4.3.1关于车辆荷载的规定:
c轮为汽车轮胎在行车方向的着地长度(m),d 轮为汽车轮胎宽度(m)。
车辆荷载顺板跨长:
La=c轮+2×H×tan30°=0.2+2×0.5×/3=0.77735m
车辆荷载垂直板跨长:
Lb=d轮+2×H×tan30°=0.6+2×0.5×/3=1.17735m
单个车轮重:
P=70*1.3=91kN
车轮重压强:
p=91/(0.77735×1.17735)=99.43kN/m2
填料厚度大于等于0.5m时的涵洞不计冲击力。
明涵计算时需考虑冲击力,车辆荷载乘以冲击系数1.3.
3、内力计算及荷载组合
将作用以最不利情况布置,最大弯矩M发生在跨中,最大剪力V发生在涵台内侧。
1)由永久作用引起的内力
跨中弯矩:
M1=(q+g)×L2/8=(10.68+16.25)×5.42/8=98.16kN••m
边墙内侧边缘处剪力:
V1=(q+g)×L0/2=(10.68+16.25)×5.0/2=67.33kN
2)由车辆荷载引起的内力
跨中弯矩:
=99.43*0.77735*(5.4-0.77735/2)*0.99/4=95.87kN
边墙内侧边缘处剪力:
=99.43*0.77735*0.99*(5-0.77735/2)/5=70.57kN
当la>l时,由车辆荷载引起的外荷载为均布荷载,取公式M=p×L2×b/8,V=p×L0×b/2;
当la 当lb 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×(1.2×98.16+1.4×95.87)=226.81kN••m 边墙内侧边缘处剪力: γ0Vd=0.9(1.2V1+1.4V2)=0.9(1.2×67.33+1.4×70.57)=161.63kN••m 涵洞的安全设计等级为三级,所以永久作用效应组合中的结构重要性系数γ0取0.9,永久作用和可变作用的分项系数分别取1.2和1.4。 4、持久状况承载能力极限状态计算 承载能力极限状态计算是以阶段Ⅲ为基础,此时受拉区混凝土不参与工作,全部拉力由钢筋承受,混凝土受拉区应力达到抗压强度极限值,上缘混凝土压碎,导致结构破坏。 截面有效高度h0=h-As=0.65-(0.04+0.016+0.028/2)=0.58m 1)砼受压区高度 x=fsd×As/fcd/b=300×0.01789/18.4/0.99=0.29m 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关于相对界限受压高度ξb的规定: HRB400钢筋的相对界限受压区高度ξb=0.53 x≤ξb×h0=0.53×0.58=0.31 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: ρ=100×As/b/d=100×0.01789/0.99/0.65=2.78, ≥45×ftd/fsd=0.25,同时≥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×1000×b×x(h0-x/2)=18.4×1000×0.99×0.29×(0.58-0.29/2)=2297.95kN••m ≥γ0Md=226.81kN••m 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=0.51×10-3×400.5×990×580=1852.09kN ≥γ0Vd=161.63kN 注: 上公式b、h0单位为mm 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=1.25×0.0005×1×1.65×990×580=592.14kN ≥γ0Vd=161.63kN 注: ①上公式b、h0单位为mm; ②α2为预应力提高系数,对于普通钢筋混凝土受弯构件,取α2=1.0。 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Ⅱ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=1×98.16+0.7×95.87=165.27kN••m 作用长期效应组合 M1=1.0M1+0.4M2=1×98.16+0.4×95.87=136.51kN••m 受拉钢筋的应力(受弯构件) σss=Ms/0.87/As/h0=165.27/0.87/0.01789/0.58=18.31Mpa 钢筋表面形状系数C1=1.00 作用长期效应影响系数C2=1+0.5M1/Ms=1+0.5×136.51/165.27=1.15 受力性质系数C3=1.15 裂缝宽度 Wfk=C1×C2×C3×σss×(30+d)/Es/(0.28+10×ρ) =1×1.15×1.15×18.31×(30+0.28)/2.00×105/(0.28+10×0.01789) =0.008mm≤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,根据《公路污工桥涵设计规范》(JTGD61-2005)中7.0.6关于涵洞结构的计算假定: 将台身简化为上端饺支、下端固结模型,取台宽b=0.99m进行计算。 台身顶宽: C1=0.40m 台身底宽: C2=0.8m 涵洞净高: H0=2.5m 台身计算高度: H1=2.83m 基础埋深: H2=3.65m 基础底宽: C3=2.8m 回填土的内摩擦角: φ=35° 铺底厚度: 0.4m 地基承载力容许值: 300kPa 计算台宽: b=0.99m 基础层数: 2层 基础襟边: 0.50m 单层基础厚: 0.7m 台身材料: C30砼 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 基础材料: C20砼 铺底材料: C20砼 台身基础容重: γ3=23kN/m3 铺底容重: 24kN/m3 其中,混凝土轴心抗压强度、弯曲抗拉强度和直接抗剪强度通过《公路污工桥涵设计规范》(JTGD61-2005)中3.3.2所得: 台身基础验算简图 2、台身验算 1)水平力 车辆荷载等代土层厚 破坏棱体破裂面与竖直线间夹角θ的正切值 =-tan35°+[(cot35°+tan35°)×tan35°]0.5=0.52 破坏棱体长度l0=H2×tan(45-φ/2)=3.65×0.52=1.90m 计算宽度B=1.17735m =140/1.17735/1.9/20=2.08m 土的侧压力系数 =tan2(45°-35°/2)=0.271 q1=(H+h+d/2)×b×λ×γ2=(0.5+2.08+0.4/2)×0.99×0.2710×20=14.92kN/m q2=(H2+h)×b×λ×γ2=(3.65+2.08)×0.99×0.2710×20=30.75kN/m A端处弯矩 =-2.832(8×30.75-7×14.92)/120=-9.45kN••m A端处剪力 =(9×14.92+16×30.75)×2.83/40=44.31kN 最大弯矩位置x0的计算 =(30.75-14.92)/2.83=5.59kN/m =(30.75-(30.752-2×5.59×44.31)0.5)/5.59=1.71m 最大弯矩计算 =-9.45+44.31×1.71-30.75×1.712/2+(30.75-14.92)×1.713/6×2.83 =36.64kN••m 2)竖向力 最不利截面y-y 受力简图 当x0=1.68m时,台身在此截面y-y 上的竖向力、偏心距及弯矩 名称 竖向力(kN) 偏心距e(m) 弯矩(kN••m) P1(盖板自重及盖板上土重) (q+g)×(l0+C5)/2=40.40 -0.25 -10.1
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