h 0 =
3m
2、设计安全等级三级结构重要性系数r 0 =0.9
3、汽车荷载荷载等级公路 —
Ⅰ级
4、填土情况涵顶填土高度H =0.2m 土的内摩擦角Φ =30°填土容重γ1 =18kN/m 3地基容许承载力[σ0] =
200
kPa
5、建筑材料普通钢筋种类HRB400主钢筋直径20mm 钢筋抗拉强度设计值f sd =
330MPa
涵身混凝土强度等级C 30涵身混凝土抗压强度设计值f cd =13.8MPa 涵身混凝土抗拉强度设计值f td = 1.39MPa 钢筋混凝土重力密度γ2 =
25kN/m 3基础混凝土强度等级C 15混凝土重力密度γ3 =
24
kN/m 3(一)截面尺寸拟定 (见图L-01)顶板、底板厚度δ =0.45m C 1 =0.05m 侧墙厚度t =0.45m C 2 =
0.05m 横梁计算跨径L P = L 0+t = 6.45m L = L 0+2t = 6.9m 侧墙计算高度h P = h 0+δ = 3.45m h = h 0+2δ =
3.9m 基础襟边 c =0.2m 基础高度 d =0.1m 基础宽度 B =
7.3
m
图 L-01
(二)荷载计算1、恒载恒载竖向压力p 恒 = γ1H+γ2δ =
14.85
kN/m 2
恒载水平压力顶板处e P1 = γ1Htan 2(45°-φ/2) = 1.20kN/m 2底板处e P2 = γ1(H+h)tan 2(45°-φ/3) =
24.60
kN/m 2
2、活载
钢 筋 混 凝 土 箱 涵 结 构 设 计
一 、 设 计 资 料
二 、 设 计 计 算
汽车后轮着地宽度0.6m，由《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60—2004)第4.3.4条规定，按30°角向下分布。一个汽车后轮横向分布宽
< 1.3/2 m < 1.8/2 m
故横向分布宽度
a = (0.6/2+Htan30°)×2+1.3 =
9.200
m
同理，纵向，汽车后轮着地长度0.2m
0.2/2+Htan30°=
0.215 m < 1.4/2 m 故
b = (0.2/2+Htan30°)×2 =
0.600m ∑G =
280kN 车辆荷载垂直压力
q 车 = ∑G /(a×b) =
65.94kN/m 2车辆荷载水平压力e 车 = q 车tan 2(45°-φ/2) =28.57
kN/m 2
(三)内力计算1、构件刚度比
K = (I 1/I 2)×(h P /L P ) =
0.53
2、节点弯矩和轴向力计算(1)a种荷载作用下 (图L-02)涵洞四角节点弯矩M aA = M aB = M aC = M aD =-1/(K+1)·pL P 2/12
横梁内法向力N a1 = N a2 =0侧墙内法向力N a3 = N a4 =pL P /2恒载
p = p 恒 =
14.85kN/m 2M aA = M aB = M aC = M aD =
-33.54kN ·m N a3 = N a4 =
47.kN 车辆荷载
p = q 车 =65.94kN/m 2M aA = M aB = M aC = M aD =-148.94
kN ·m 图 L-02
N a3 = N a4 =
212.66
kN
(2)b种荷载作用下 (图L-03)
M bA = M bB = M bC = M bD =-K/(K+1)·ph P 2/12
N b1 = N b2 =ph P /2N b3 = N b4 =
0恒载
p = e P1 =
1.20kN/m 2M bA = M bB = M bC = M bD =
-0.41kN ·m N b1 = N b2 =
2.07
kN
(3)c 种荷载作用下 (图L-04)
图 L-03
M cA = M cD =-K(3K+8)/[(K+1)(K+3)]·ph P 2/60M cB = M cC =-K(2K+7)/[(K+1)(K+3)]·ph P 2
N c1 =ph P /6+(M cA -M cB )/h P N c2 =ph P /3-(M cA -M cB )/h P
N c3 = N c4 =
0恒载
p = e P2-e P1 =23.40kN/m 2M cA = M cD =-4.40kN ·m M cB = M cC =
-3.69kN ·m N c1 =13.25kN N c2 =
27.11
kN
图 L-04
(4)d 种荷载作用下 (图L-05)
M dA =-[K(K+3)/6(K 2+4K+3)+(10K+2)/(15K+5)]·ph P 2/4
0.42 m
0.6
/2+Htan30°=
M dC =-[K(K+3)/6(K2+4K+3)+(5K+3)/(15K+5)]·ph P2/4
M dD =-[K(K+3)/6(K2+4K+3)-(10K+2)/(15K+5)]·ph P2/4
N d1 =(M dD-M dC)/h P
N d3 = -N d4 =-(M dB-M dC)/L P
车辆荷载p = e车 =28.57kN/m2
M dA =-52.92kN·m
M dB =32.11kN·m
M dC =-41.99kN·m
M dD =43.04kN·m图 L-05
N d1 =24.65kN
N d2 =73.94kN
N d3 = -N d4 =-11.49kN
(5)节点弯矩、轴力计算及荷载效应组合汇总表
按《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60—2004)第4.1.6条进行承载能力极限状态效应组合
V x =ω1x+x2(ω2-ω1)/2L P-N3
图 L-07
=-39.28kN
(3)左侧墙 (图L-08)
ω1 =1.4e P1+1.4e 车
=
41.68kN/m 2ω2 =1.4e P2+1.4e 车
74.44kN/m 2
x =h P /2N x = N 3 =
339.11
kN
M x =M B +N 1x-ω1·x 2/2-x 3(ω2-ω1)/6h P
=-183.19
kN ·m
V x =ω1x+x 2
(ω2-ω1)/2h P -N 1
=
30.08
kN (4)右侧墙 (图L-09)
ω1 = 1.4e P1 = 1.68kN/m 2ω2 = 1.4e P2 =
34.44kN/m 2x =h P /2
N x = N 4 =
371.28kN
M x =M C +N 1x-ω1·x 2/2-x 3(ω2-ω1)/6h P
=-227.41
kN ·m V x =ω1x+x 2
(ω2-ω1)/2h P -N 1
=
-38.93
kN
(5)构件内力汇总表
(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。(1)跨中
l 0 =6.45 m ，
h =0.45 m ，
a =0.03 m ，h 0 =0.42 m ，
b =1.00 m ，
M d =311.32 kN ·m ，
N d =55.95 kN ， V d =16.08 kN
e 0 = M d /N d = 5.5m i =h/121/2 =
0.130m 长细比
l 0/i =
49.65> 17.5由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004)第5.3.10条
ξ1 = 0.2+2.7e 0/h 0 =35.967> 1.0 ，取ξ1 =1.00ξ2 = 1.15-0.01l 0/h =
1.007
> 1.0 ，
取ξ2 =1.00
η =1+(l 0/h)2ξ1ξ2h 0/1400e 0η =
1.011
由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004)第5.3.5条
图 L-08
图 L-09
r0N d e =f cd bx(h0-x/2)
293.11 =13800x(0.42-x/2)
解得x =0.054 m≤ξb h0 =0.53×0.42 =0.223 m
故为大偏心受压构件。
A s = (f cd bx-r0N d)/f sd =0.0021076m2= 2107.6mm2
μ = 100A s/(bh0) =0.50 %>0.2 %
符合《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004)第9.1.12条的要求。
选用 φ20 @140 mm，实际 A s =2244.0mm2
0.51×10-3f cu,k1/2bh0 =1173.2 kN>r0V d =14.5 kN
故抗剪截面符合《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004)第5.2.9条的要求。
由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004)第5.2.10条
0.50×10-3α2f td bh0 =291.9 kN>r0V d =14.5 kN
故可不进行斜截面抗剪承载力的验算，仅需按(JTG D62—2004)第9.3.13条构造要求配置箍筋。
(2)结点
l0 =6.45 m ，h = δ+C1 =0.50 m ， a =0.03 m ，h0 =0.47 m ， b =1.00 m ，M d =313.30 kN·m ，N d =55.95 kN， V d =371.28 kN
e0 = M d/N d = 5.599m
i =h/121/2 =0.144m
长细比l0/i =44.69> 17.5
由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004)第5.3.10条
ξ1 = 0.2+2.7e0/h0 =32.366> 1.0 ，取ξ1 =1.00
ξ2 = 1.15-0.01l0/h = 1.021> 1.0 ，取ξ2 =1.00
η =1+(l0/h)2ξ1ξ2h0/1400e0
η = 1.010
由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004)第5.3.5条
e = ηe0+h/2-a = 5.875m
r0N d e =f cd bx(h0-x/2)
295.87 =13800x(0.47-x/2)
解得x =0.048 m≤ξb h0 =0.53×0.47 =0.249 m
故为大偏心受压构件。
A s = (f cd bx-r0N d)/f sd =0.0018578m2= 1857.8mm2
μ = 100A s/(bh0) =0.40 %>0.2 %
符合《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004)第9.1.12条的要求。
选用 φ20 @160 mm，实际 A s =1963.5mm2
0.51×10-3f cu,k1/2bh0 =1312.9 kN>r0V d =334.2 kN
故抗剪截面符合《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004)第5.2.9条的要求。
由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004)第5.2.10条
0.50×10-3α2f td bh0 =326.7 kN 2、底板 (A-D) 钢筋按左、右对称，用最不利荷载计算。 (1)跨中 l0 =6.45 m ，h =0.45 m ， a =0.03 m ，h0 =0.42 m ， b =1.00 m ，M d =310.34 kN·m ，N d =144.37 kN， V d =39.28 kN e0 = M d/N d = 2.150mi =h/121/2 =0.130m 长细比l0/i =49.65> 17.5 由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004)第5.3.10条 ξ1 = 0.2+2.7e0/h0 =14.019> 1.0 ，取ξ1 =1.00 ξ2 = 1.15-0.01l0/h = 1.007> 1.0 ，取ξ2 =1.00 η =1+(l0/h)2ξ1ξ2h0/1400e0 η = 1.029 由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004)第5.3.5条 e = ηe0+h/2-a = 2.406m r0N d e =f cd bx(h0-x/2) 312.65 =13800x(0.42-x/2) 解得x =0.058 m≤ξb h0 =0.53×0.42 =0.223 m 故为大偏心受压构件。 A s = (f cd bx-r0N d)/f sd =0.0020291m2= 2029.1mm2 μ = 100A s/(bh0) =0.48 %>0.2 % 符合《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004)第9.1.12条的要求。 选用 φ20 @150 mm，实际 A s =2094.4mm2 0.51×10-3f cu,k1/2bh0 =1173.2 kN>r0V d =35.4 kN 故抗剪截面符合《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004)第5.2.9条的要求。 由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004)第5.2.10条 0.50×10-3α2f td bh0 =291.9 kN>r0V d =35.4 kN 故可不进行斜截面抗剪承载力的验算，仅需按(JTG D62—2004)第9.3.13条构造要求配置箍筋。 (2)结点 l0 =6.45 m ，h = δ+C1 =0.50 m ， a =0.03 m ，h0 =0.47 m ， b =1.00 m ，M d =329.59 kN·m ，N d =144.37 kN， V d =339.11 kN e0 = M d/N d = 2.283m i =h/121/2 =0.144m 长细比l0/i =44.69> 17.5 由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004)第5.3.10条 ξ1 = 0.2+2.7e0/h0 =13.315> 1.0 ，取ξ1 =1.00 ξ2 = 1.15-0.01l0/h = 1.021> 1.0 ，取ξ2 =1.00 η =1+(l0/h)2ξ1ξ2h0/1400e0 η = 1.024 由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004)第5.3.5条 e = ηe0+h/2-a = 2.559m r0N d e =f cd bx(h0-x/2) 332.48 =13800x(0.47-x/2) 解得x =0.054 m≤ξb h0 =0.53×0.47 =0.249 m 故为大偏心受压构件。 A s = (f cd bx-r0N d)/f sd =0.0018816m2= 1881.6mm2 μ = 100A s/(bh0) =0.40 %>0.2 % 符合《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004)第9.1.12条的要求。 选用 φ20 @160 mm，实际 A s =1963.5mm2 0.51×10-3f cu,k1/2bh0 =1312.9 kN>r0V d =305.2 kN 故抗剪截面符合《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004)第5.2.9条的要求。 由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004)第5.2.10条 0.50×10-3α2f td bh0 =326.7 kN>r0V d =305.2 kN 故可不进行斜截面抗剪承载力的验算，仅需按(JTG D62—2004)第9.3.13条构造要求配置箍筋。 3、左、右侧板 (B-A，C-D) (1)板中 l0 =3.45 m ，h =0.45 m ， a =0.03 m ，h0 =0.42 m ， b =1.00 m ，M d =227.41 kN·m ，N d =371.28 kN， V d =38.93 kN e0 = M d/N d =0.612m i =h/121/2 =0.130m 长细比l0/i =26.56> 17.5 由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004)第5.3.10条 ξ1 = 0.2+2.7e0/h0 = 4.137> 1.0 ，取ξ1 =1.00 ξ2 = 1.15-0.01l0/h = 1.073> 1.0 ，取ξ2 =1.00 η =1+(l0/h)2ξ1ξ2h0/1400e0 η = 1.029 由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004)第5.3.5条 e = ηe0+h/2-a =0.825m r0N d e =f cd bx(h0-x/2) 275.72 =13800x(0.42-x/2) 解得x =0.051 m≤ξb h0 =0.53×0.42 =0.223 m 故为大偏心受压构件。 A s = (f cd bx-r0N d)/f sd =0.0011043m2= 1104.3mm2 μ = 100A s/(bh0) =0.26 %>0.2 % 符合《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004)第9.1.12条的要求。 选用 φ20 @280 mm，实际 A s =1122.0mm2 0.51×10-3f cu,k1/2bh0 =1173.2 kN>r0V d =35.0 kN 故抗剪截面符合《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004)第5.2.9条的要求。 由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004)第5.2.10条 0.50×10-3α2f td bh0 =291.9 kN>r0V d =35.0 kN 故可不进行斜截面抗剪承载力的验算，仅需按(JTG D62—2004)第9.3.13条构造要求配置箍筋。 (2)结点 l0 =3.45 m ，h = t+C2 =0.50 m ， a =0.03 m ，h0 =0.47 m ， b =1.00 m ，M d =329.59 kN·m ，N d =339.11 kN， V d =144.37 kN e0 = M d/N d =0.972m i =h/121/2 =0.144m 长细比l0/i =23.90> 17.5 由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004)第5.3.10条 ξ1 = 0.2+2.7e0/h0 = 5.783> 1.0 ，取ξ1 =1.00 ξ2 = 1.15-0.01l0/h = 1.081> 1.0 ，取ξ2 =1.00 η =1+(l0/h)2ξ1ξ2h0/1400e0 η = 1.016 由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004)第5.3.5条 e = ηe0+h/2-a = 1.208m r0N d e =f cd bx(h0-x/2) 368.66 =13800x(0.47-x/2) 解得x =0.061 m≤ξb h0 =0.53×0.47 =0.249 m 故为大偏心受压构件。 A s = (f cd bx-r0N d)/f sd =0.0016163m2= 1616.3mm2 μ = 100A s/(bh0) =0.34 %>0.2 % 符合《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004)第9.1.12条的要求。 选用 φ20 @190 mm，实际 A s =1653.5mm2 0.51×10-3f cu,k1/2bh0 =1312.9 kN>r0V d =129.9 kN 故抗剪截面符合《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004)第5.2.9条的要求。由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004)第5.2.10条 0.50×10-3α2f td bh0 =326.7 kN>r0V d =129.9 kN 故可不进行斜截面抗剪承载力的验算，仅需按(JTG D62—2004)第9.3.13条构造要求配置箍筋。 (五)配筋图 见设计图纸。 (六)基底应力验算 1、荷载计算 (取单位涵长计算) (1)恒载 箱重力P箱 = 2γ2(δL+th0+C1C2) =222.9kN 基础重力P基 = γ3Bd =17.5kN 填土重力P土 = γ1HL =24.8kN 水重力P水 = γ水(L0h0-2C1C2) =180.0kN (2)车辆荷载 (由图L-07) 竖直力P车 = q车L =455.0kN 水平力E车 = e车(h+d) =114.3kN 弯矩M车 = E车(h+d)/2 =228.6kN·m 2、基底应力 N = P箱+P基+P土+P水+P车 =900.2kN M = M车 =228.6kN·m 由《公路桥涵地基与基础设计规范》(JT J 024—85)第3.2.2-2式 σ =N/A±M/W = N/B±6M/B2 149.1 97.6基底应力满足设计要求。200 kPa =kPa<[σ0] = 0.001131下载本文
