详细版箱涵结构计算书doc.docx
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详细版箱涵结构计算书doc
一、设计资料
(1)概况:
細*道路工程经过水库溢洪道处设置箱涵,箱涵净跨Lo=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二3.6米,填土的内摩擦角φ为24°,土体密度γ1=20.2KN∕m3,设箱涵采用C25混凝土(fcd=11.5MPa)和HRB335钢筋(f≡d=280MPa)o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Yo=l.Oo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。
(一)依抿及知I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》(JTGD60-2004)
3、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004)
4、《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTGD63-2007)
二、设计计算
图
(一)截面尺寸拟定(见图1-1)
箱涵过流断面尺寸山水利部门提供,拟定顶板、底板厚度δ=IOOCm(C1=50cm)
侧墙厚度t=100cm(G二50CIn)
故U=L0+t=8+l=9In
h9=ho+S=10.5+1=11.5m
(2)荷载计算
1、恒载
恒载竖向压力
P=γ1H+γ2δ=20.2X3.6+25X1
=97.72kN∕m2
恒载水平压力
顶板处:
epi=γIHtan2(450-φ∕2)
=20.2×3.6Xtan2(45-2472)=30.67k∖∕m2
底板处:
ep2=Y1(H+h)tan2(45o-φ∕2)=20.2×(3.6+12.5)×tan2(450-2472)=137.15kN∕m2
2、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30oo
1)先考虑按六车道(7辆车)分布,横向折减系数0•亦
一个汽车后轮横向分布宽
>1.3m∕2
0.60/2+3.6tan30o=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=(0.60/2+3.6tan30o)×2+22=26.76m
同理,纵向分布宽度
0.25/2+3.6tan30o=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讣算
b二(0.25/2+3.6tan30o)×2+1.2=5.6m
车辆荷载垂直压力
q牟二(140×2×7)/(26.76×5.6)×0.55=7.20kN∕m2
2)考虑按两车道(2辆车)分布,横向折减系数1.0
一个汽车后轮横向分布宽
>1.3m∕2
0.60/2+3.6tan30o=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=(0.60/2+3.6tan30o)×2+4.9=9.66m
同理,纵向分布宽度
0.25/2+1.6tan30o=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讣算
b=(0.25/2+3.6tan30o)×2+1.2=5.61m
车辆荷载垂直压力q⅛=(140×2×2)∕(9.66×5.61)X1.0=10.33kX∕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10.33kN∕m2o
故,车辆水平压力
e牟=10∙33Xtaι√(45-2472)=4.36kN∕m2
(3)内力计算
1、构件刚度比(单位长度)
J>一×1.0×1.0'11C
12
2、节点弯矩和构件轴力计算
(I)&种荷载作用下(图1-2)涵洞四角节点弯矩:
MaA=MaB=MiIC=MaD=•也如
K+112
Nal=Ne2=O,NE产喫^
2
恒载(P=97.72kN∕m2)
P
I
-JJ
MaB
IT卜
1
f∣1
MaC
B
-,LL∣IIlIl^
C
Na3
3
a
4
NaI
A
门11IT「〕t,
D
∣J>
2
VI
MaA
I
P
I
MaD
I
IlllllI
Il
图1一2
=-289.30kN∙In
MaA=~1-e.97Lz2x9'0-
1.28+112
9772×90
439,74kN
2
车辆荷载(P=Q4=10.33kN∕m2)
_30.67x11.5_
NbI=二1/6・3okN
2
(3)C种荷载作用下(图1-4)
Nc3=NCI=O
恒载(P=em-e讥=106.48kN∕m')
60
MIKC=E×(2心+7)•皿血一294.曲・m(1.28+1)×(1.28+3)
11.5
NC-Io6,48xll.5+-364.5+294.3=I98kχ
Ny险,N^Ph-A⅛Ξ∙‰,χd3=NdF-MJULrMhpIlPLP
车辆荷载(P=e车=4∙36kX∕m2)
IOK+210×1.28+2
==0.6116
15K+515x1.28+5
5K+35x1.28+3……
==0.3884
15K+515x1.28+5
MdA=-
(0.0936+0.6116)•
4.36×11.52
=TOl.89kN∙m
MdB=-
(0.0936-0.3884)
丄“山=42.59kN・In
Mdc=-
(0.0936+0.3884)
丄"H1=-69.64kX・m
%=一
(0.0936-0.6116)
丄"小【=74.84kN.m
Nd_74.84÷69.64=I2j56kχ
11.5
Nd:
二4.37X11.5-12.56二37.69kN
XTXT42.59+69.64IO4r71XTNd3=NdF-=-12.47kN
(δ)节点弯矩和轴力计算汇总表如表1-1表1一1
荷载种类
节点弯矩M(kN・M)
构件轴力(kN)
A
B
C
D
1
2
3
4
恒载
-289.3
-189.76
-364.5
-289.3
-189.76
-294.3
-289.3
-189.76
-294.3
-289.3
-189.76
-364.5
176.35
198
176.35
414.3
439.74
439.74
-843.56
-773.86
-773.86
-843.56
374.35
590.65
车辆荷载
-30.67
-101.89
-30.67
42.59
-30.67
-69.64
-30.67
74.84
12.56
37.69
46.62-12.47
46.62-12.47
-132.56
11.92.
-100.31
44.17,
34.15
34.15
(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
YOSUd-Yo(1.2Sw+1.4Sqk)(Yo=l.O)
3、构件跨中截面内力计算
(1)顶板(图1-6)
X=Lp/2—4.5m
P=l.2×97.72+1.4×10.33=131.73kN∕m
Ns=Nι=466.8kN
MS=M8÷Nsx-P⅞=-911.34÷575.98X4.5-131.73
I冬11一6
×—=346.80kN・m
2
VX=P∙X-Ns=131.73×4.5-575.98=16.805kN
(2)底板(图1-7)
w1=P+q车-
车扩=1.2×97.72÷1.4×(10.33-3∕92×4.37X11.52)
=101.76kN∕m
VS=WIX+—(W^Wl)-N3=IOl.76×4.5+^^×
ILP2x9
=-50.63kN
(3)左侧墙(图1-8)
w1=l.2epl+l.4e车=1.2×30.67+1.4X4.36=42.91kN∕m
W2=1.2ep2+1.4e车=1.2X137.15+1.4X4.36=170.68kN∕m
X=hp∕2—5・/5m
NH=N3=57o.98kN
X2X3、
MX=MB+NiX-Wl—一(w2-w1)
26hp
575575
=-911.34+466.8×5.75-42.91X二一-二一×(170.68-42.91)
26×11.5
=711.37kN∙m
v25752
Vs=WIX+—(w2-w1)-N1=42.91×5.75+—×(170.68-42.91)-466.8
2hp2x11.5
=-36.40kN
(4)右侧墙(图1-9)
X=hp/2—0./OnI
w1-l.2θpi—1.2X30.67—36.8kN/m
w:
—1.2θp2-1.2X137.15—164.58kN∕m
Nx=N4=575.98kN
γ~X
M==NIc+NlX-WIT(W^)
=-1068.47+466.8X5.75-36.8×^--
2
…X(164.58-36.8)6×11.5
=655.22kN∙m
2
VS=WIX+—(
2hp
W--Wl)-N1=36.8×5.75+5'75^X(164.58-36.8)-466.8
2×11.5
=-71.52kN
(5)构件内力汇总表(表1-2)表1-2
内力构件
Md(kN∙m)
N:
.
(kN)
Vd
(kN)
Md(kN∙m)
Nd(kN)
Vd
(kN)
Md(kN∙m)
N:
.
(kN)
Vd
(kN)
B-C(顶板)
端点B
跨中截面
端点C
-911.34
466.8
575.98
346.8
466.S
16.Sl
-1068.47
466.8
-575.98
A-D(底板)
端点A
跨中截面
端点D
-1197.S6
761.55
575.98
262.60
761.55
-50.63
-950.43
761.55
-575.98
B-A(左侧墙)
端点B
跨中截面
端点A
-911.34
575.98
466.8
711.37
575.98
-36.40
-1197.86
575.9S
-761.55
C-D(右侧墙)
端点C
跨中截面
端点D
-1068.47
575.98
466.8
655.22
575.98
-71.52
-950.43
575.9S
-761.55
(四)截面设计
1•顶板(B-C)
钢筋按左右对称,用最不利荷载讣算。
(1)跨中
lo~9.0m,h=l.Om,azz0.06m,ho=O.9Inio
^=-^-=31.17>17.5
i0.2887
III《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第5.3.10条
G=0・2+2.7^-=0.2+2.7×—=2.32>1.0,取G=1・0A00.94
f3=l.!
5-0.04=1.15-0.01X^=1.06>1.0,取卄
H=]+亠仏]%严l+4「x理JZgI•073140Oeol力丿1400x0.74<1.0;
Ill《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》笫5.3.5条
e=∏e0+--a=l∙073×0.74+—-0.06=1.234In
22
γ0Nde=fcdbx(h0--)
2
1.OX466.8×103×1234=ll.5×1000×X×(940--)
2
解得x=55mm<ξbho=0.56X940=526.4mm,为大偏心受压构件。
A=f"bx-九Nd=11.5x1000x55-1.0x466.8x10*一厶漿花佃'
S-TL-280■
用Φ16(g10Omrn,实际As=2009.6mm:
IOOA1=IOOX2009.6=O21>02
叽1000x940
满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》笫9.1.12条的规定。
根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第5.2.9条:
0.51×10-3λ∕7^7bho=0.51×10-3×√f25×1000X940
=2397kN>YOVd=1.0×16.81kN=16.81kN抗剪截面尺寸符合规定。
0.5×W3α2‰bho=O.5×10-3×1.0×1.23X1000X940
=578.IkN>YoVd=l.0×16.81kN=16.81kN仅需按构造设置抗剪钢筋。
(2)节点
lo~9∙Onbhzzl.5in)azz0.06m,h°=l.44ι∏o
=0.433
丄=^—=20.79>17.5
i0.433
由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第5.3.10条
G=O.2+2.7色=0.2+2.7×—=4.49>1.0,取G=I・0
RΛo1.44"
/O0
ζz=i.15-0.01-^=1.15-0.OlX-=1.09>1.0,取^2=1.0
h1.5
n=ι+一儿一辿]GG=ι+—匕—x(2£I×ι.o×ι.o=ι.oi6140(Vo∖h)14∞×2.2911.5丿
由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第5.3.5条
hJ5
e=ne°+—-a=1.016X2.29+—-0.06—3.01/m
22
γ0Nde=fcdbx(h0--)
2
1.0×466.8×103×3017=ll.5×1000×X×(1440--)
2
解得x=88mm<ξbho=O.56X1440=806mm,为大偏心受压构件。
A_f“bx-人Nd_ASΛ,-
J1.5xl000x88-1.0x466.8xl0^_1947mm:
280
用Φ20
(2)100mm,实际As=3140mm2
叽
=IooX3140_0218>02
1000x1440
满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》笫9.1.12条的规定。
根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》笫5.2.9条:
0.51×W3λ∕‰bho=0.51X10'3×√f25×IOOOxl440
=3672kN>YoVd=1∙0×575.98kN=575.98kN抗剪截面尺寸符合规定。
0.5×W3α2‰bho=O.5×10"s×l.0×l.23×1000X1440
=885.6kN>γ0Vd=l.0×575.98kN=575.98kN仅需按构造设置抗剪钢筋。
2•底板(A-D)
钢筋按左右对称,用最不利荷载计算。
(1)跨中
lo~9.OnI)hzzl.Om,azz0.06πι,ho=O.9Inio
=31.17>17.5
U_9.0
j02887
Ill《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第5.3.10条
e0345
'12+2.7萨0.2+2.7X話=].19>l∙0,取JFO
<2=1.15-0.01^=1.15-0.01X^=1.06>1.0,取心.0
YONde=fcdbx(ho~—)
2
1.0×761.55×103×840=ll.5×1000×X×(940--)
2
解得x=61mm<ξbho=0.56X940=526.4mm,为大偏心受压构件。
按构造配筋用Φ16(g100mm,实际As=2009.6mm:
满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第9.1.12条的规定。
根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第5.2.9条:
0.51×10-3λ∕^7bh°=O.51X10-3×√25×1000X940
=2397kN>γ0Vd=1.0×50.63kN=50.63kN抗剪截面尺寸符合规定。
O.5×10'sα2χrfbho=O.5×10"3×1.0×1.23×1000×940
=578.IkN>YoVd=I.0×50.63kN=50.63kN仅需按构造设置抗剪钢筋。
(2)节点
IO=9.Om9h=l.5m,qzz0.06m,ho^zl.44InO
Md1197.86I“
761.55
e0=—-==1.57m
⅛^0∙433
∖bh1
l-∖,⅛
1QI
-^=-=20.79>17.5
i0.433
Itl《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设讣规范》第5.3.10条
ei57
G=O.2+2.7亡F2+2.7X而W∙14>l.。
,取「=】.()
G=1・15-0.01-^=1.15-0.OlX-=1.09>1.0,取^2=1.0h1.5
Ill《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设讣规范》第5.3.5条
e=∏e0+--a=1.024X1.57+—-0.06=2.30m
22
YOXde=fcdbx(ho~—)
2
1.0×761.55×103×2300=ll.5×1000×X×(1440--)
2
解得x=108mm<ξbh0=0.56X1440=806mm,为大偏心受压构件。
A-fa-九Nd_ASΛ,'
=Il.5x10X)x108-1.0x761.55x10^-1716πun2
280
用Φ20
(2)100mm,实际AS=3IdOmm2
满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第9.1.12条的规定。
根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》笫5.2.9条:
0.51×10-3λ∕‰bh°=O.51×10-3×√B^X1000X1440
=3672kN>γ0Vd=1.0×575.98kN=575.98kN
抗剪截面尺寸符合规定。
0.5×10^sα24bho=O.5×10'3×l.OX1.23×1000×1440
=885.6kN>γ0Vd=l.0×575.98kN=575.98kN仅需按构造设置抗剪钢筋。
3•左、右侧墙(B-A、C-D)
钢筋按左右对称,用最不利荷载讣算。
(1)跨中
Io=Il.5m,h=l.0m,q—0.06iπ,h°=0.94Ino
-Md.
Nd
71137
==1.235m
575.98
=匝二
\12
二£^=0.2887
T=δ⅛fc=39∙83'17∙5
III《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设讣规范》第5.3.10条
<1=0.2÷2.7j=0.2÷2.7X⅛^=3.75>1.0,取心.0
f2=1.15-0.04=1.15-0.01×l⅛=1.035>1.0,取心。
∏=1+_儿QIζlζ,=l+—怛一×∣—!
xl.0xl.0=1.072
14Oθ6>okΛ)14∞×1.235(1.0丿
Ill《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》笫5.3.5条
L1∩
e=∏eo+-a=l.072×1.235+一-0・06=1.764m
22
γ0Nde=fcdbx(h0--)
2
1.OX575.98×103×1764=ll.5×1000×X×(94O--)
2
解得X=Ioomm A=f"bx-九Nd=11.5x1000x100-1.0x575.98x103 SL-280 按构造配筋用018@10Omrn.实际As=2543mm2 100As. 100x2543 Ll== 叽 ==0.27>0.2 1000x940 满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》笫9.1.12条的规定。 根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第5.2.9条: 0.51×10-3λ∕7ΣΓbh=O.51XIOTX√25×1000X940 =2397kN>γ0Vd=l.0×71.52kN=71.52kN抗剪截面尺寸符合规定。 0.5XlO"3α2∕frfbho=0.5×IO"3×1.0X1.23×1000X940 =578.IkN>γ°Vd=l∙0×71.52kN=71.52kN仅需按构造设置抗剪钢筋。 (2)节点 Io=I1・5m,hzzl.5πι,azz0.06m,hO=1・4Inio b=丄辽=26.56>17.5 i0.433 Ill《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第5.3.10条 <1=0.2÷2.7j=0.2÷2.7×^=4.1>1.0,取心.0 ζ2=l.15-0.01-^=1.15-0.01X—=1.07>1.0,取ζ2=1.0 h1.5 n=l+-^-1^-I1+―—x(—Ixl.0xl.0=1.029 140(Vou丿1400×2.08I1.5丿 由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》笫5.3.5条
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