小桥涵课程设计69456

1、设计任务书1.1 设计目的和要求1.1.1 设计目的 本课程设计通过一个常用、典型的涵洞的设计（包括水文计算、水力计算、 涵洞几何设计和结构计算等） ，让学生将所学到的理论知识与设计方法运用 于具体的设计实践中，提高专业设计能力及创造性思维能力，使所学知识 能够融会贯通。1.1.2 设计要求（1）学生需认真阅读课程设计任务书，熟悉有关设计资料及参考资料，熟 悉各种设计规范的有关内容，认真完成任务书规定的设计内容。（2）学生均应在教师指导下、在规定的时间内独立完成规定的内容和工作 量。（3）课程设计的成果为计算书1份和手工A3图2张以上。要求计算书内 容计算准确、文字通顺、书写工整。要求图纸、图

2、面布置合理、正确清晰、 符合制图标准及有关规定，用工程字注文。1.2 设计资料（ 1 ）地形资料见图 1 ，自选一个汇水区域，自拟一个地理区域及地质条件。图1选定汇水区地形图（2）设计荷载：根据道路等级选用。按公路桥涵设计通用规范（JTG-2004） 4.31条和432条规定，本题计 算采用车辆荷载，公路-I级和公路-H级采用相同的车辆荷载标准，填料厚 度大于或等于0.5m的涵洞不计冲击力。按公路桥涵设计通用规范（JTG-2004） 4.35条规定计算荷载分布宽度。（3）设计洪水频率及最大冰冻深度：设计洪水频率根据等级选用，最大冰冻深度：1.0米。（4）地震烈度8度。1.3设计任务进行水文计算

3、确定设计流量，完成一道石台钢筋混凝土盖板桥（涵）设计、 钢筋混凝土圆管涵、金属波纹管管涵、石拱（桥）涵或箱涵，应进行结构 分析和方案比选，选择最佳方案进行设计。本课程设计要求每位学生根据 所给定的设计资料，独立完成一道涵洞，进出口形式（八字墙、锥坡）自 定，图幅采用三号图，全套设计成果主要内容有：涵洞布置图（三视图）； 结构配筋图及细部构造图；进出口结构尺寸；工程数量表；设计 计算说明书。二设计方案拟定2.1选择涵洞类型有设计任务书可拟定某等级公路上拟建一道交通涵洞，涵洞类型有石拱涵、 石盖板涵、钢筋混凝土盖板涵、钢筋混凝土圆管涵、钢筋混凝土箱涵、倒 虹吸管涵波纹管涵、砖拱涵。这些涵洞类型中，

4、石拱涵、石盖板涵、钢筋 混凝土圆管涵都只适用于设计流量在 10m3/s以下的河流，结合各类型涵洞 特点和设计需求以及达到总造价最低的原则，本次设计需用钢筋混凝土盖 板涵。2.2选择进水口形式洞口类型有很多，平头式、领圈式等，各种洞口用在不同的位置，其中八 字式洞口构造简单，建筑结构美观，施工简单造价较低。常用于河沟平坦 顺直、无明显沟槽，且沟底与涵底高差变化不大的情况，最为常见。对于 走廊式洞口由于施工较复杂，现在已很少采用；而流线型洞口适用于大量 预制及装配式圆管涵；平头式洞口常用于钢筋混凝土管涵，因需制作特殊 的洞口管节模板，费用较高仅适用于大批预制；八字式洞口构造简单，建 筑结构美观，施

5、工简单造价较低。常用于河沟平坦顺直、无明显沟槽，且 沟底与涵底高差变化不大的情况。结合以上各洞口类型特点和设计资料， 本次设计涵洞进出口形式选用八字式洞口。2.3设计方案说明本涵是位于平原微丘区三级公路上，路基宽度为7.5米，边坡为1:1.5,本涵采用是盖板涵，涵底铺砌采用片石，铺砌厚度是40cm，基础采用分离式基础，基础厚60cm,填土厚度1.80m所以本涵为暗涵，设计底部纵坡1.8%。 进口样式采用八字墙，出口样式采用八字墙。当地最大冰冻深度为1.0m,所以基础埋深1.30m,铺砌采用浆砌片石，采用30#片石，砂浆用M5砂浆， 盖板采用C30混凝土，盖板配钢筋，为I级钢筋，台帽用30#粗石

6、料，砂浆用M7.5砂浆，基础采用30#片石，M7.5砂浆，台身采用30#片石，M7.5 砂浆，涵台基础采用 30#片石，M7.5的砂浆，八字墙墙身采用 30#片石和 M5砂浆砌筑。沉降缝贯通整个涵台断面(包括基础)，缝宽2cm,沉降缝的 设置与行车方向平行。洞身铺砌与洞口铺砌均采用两层铺砌，上层采用浆 砌片石，下层采用沙粒垫层铺砌。由地形图资料以及拟定方案设计，得出以下设计数据：汇水区的面积：A = 0.5km2主河沟长度：L= 0.979km河沟平均纵坡：Iz 8%o三 桥涵水文、水力计算3.1水文计算桥涵水文计算的方法主要有暴雨推理法、径流形成法、直接类比法、形态 调查法，由于本次设计是模

7、拟题，故无法采用形态调查和直接类比法，故 应选择暴雨推理法和径流形成法。暴雨推理法：采用经验公式H：Qp二cSpA 3查表得：五十年一遇，河南省第二分区频率为2%的雨力为Sp=90mm/h，c=0.016，” -1.4， 3=0.95，代入得： Qp= 0.45 901.09 O.50.65 = 38.7(m3/s)3.2水力计算假设涵洞净空高度hd = 4.00m ； 进水口和壅水降落细数一:=0.87 ;进口涵洞净空高度厶=0.5m ； 则涵前水深：hd-A厂4.00-0.50.87=4.02m盖板涵的涵洞净宽:1.575H3237.041.575 4.0215=2.9m ；根据公路桥涵标

8、准图钢筋混凝土盖板涵泄水能力及水力计算表确定所 选定型涵洞有关数据：跨径：L 二 4.00m ；净跨径：L0 = 3.40m;净高：h1 = 4.00m；临界水深：hk = 2.59m ；临界流速：v = 4.93m s ;泄洪能力：Q 二 43.37 m3. s四几何设计4.1尺寸拟定4.1.1尺寸拟定拟定常规尺寸涵底纵坡I涵：根据河沟纵断面地面线的天然纵坡拟定为18%。 铺地厚度h铺底：拟定为30cm厚的浆砌片石。涵底高程H涵：按涵底中心地面高程下挖（清底）20 30cm推算。涵洞埋深（从铺地算起往下至基础底面）：要大于当地冻深1.0m。进、出水洞口形式采用八字墙，洞口尺寸： 八字墙垂直顶

9、宽a=40cm; 墙身与其基础垂直襟边e取20cm ； 墙身背面垂直背坡取4:1 ； 墙身端部断面的高度h端：以端部露出底面高20 40cm推算； 墙身根部断面高度h根：按帽石底面算起至基础之高差； 本涵桥面板厚34cm，铺装层厚9cm，台帽厚取40cm。4.1.2本涵洞经拟定的尺寸八字墙端部露出地面的高度拟定为 20cm,根部高度以其基础顶面自安全带 出檐的下缘降低10cm考虑，八字墙垂直顶宽取40cm，垂直背坡取为4:1, 墙身基础与涵身基础等厚为60cm，并与涵身做成同一坡度，即18%o，标于 进出水口的端部。基础埋深根据当地冻深确定为100cm，标于出口端部相应位置处。基础厚度拟定为6

10、0cm。涵底铺砌拟定为30cm厚的浆砌片石。涵身与基础按同一坡度设计，坡度取为 1%,标于相应铺底顶面。截水墙宽度取为40cm,埋深与基础同深，并将其宽度标于进出口截水墙处。涵洞纵断面上有关尺寸和高程的计算洞身部分的高程和尺寸路基设计高程根据路基设计表结合小桥涵野外调查设计卡，查算出涵位中心桩号处的路基设计咼程分别为:H 上设=106.60mH 下设=H 上设=106.60 3.75 1.8% = 106.53m再设计草图上用高程引出线将以上数据标于设计草图相应位置处。涵底高程计算根据涵位中心桩号处原地面高程（在此以h沟表示）减去30cm清底厚度（即h清）得出,即H 涵=H 沟-h清=100.

11、60 _0.3=100.30m将此高程值标于设计草图相应中心桩号铺底顶面处。确定进出口处的建筑高度及涵洞中心涵台高度进水洞口净高h进净=H上设-H涵一 h填h铺装-1涵二 106.60 -100.30 -1.8 - 0.34 - 0.09 - 3.75 0.018 二 4m出水洞口净高Bh出净=H下设- H涵-h填-h铺装-h板I涵2= 106.53-100.30-1.8 - 0.034-0.09 3.75 0.018 = 4.14m涵洞中心净高h中净=H中设-H中涵-人填-（人板 0甫）=106.57 -100.3 -1.8 -（0.340.09）cm =4.04m将以上计算结果标于设计草图

12、相应位置。进出水口建筑高度h进=h进净f板 h 铺=40034 9cm = 4.43mh出二 h出净 h板 h铺二 414 34 9cm = 4.67m涵洞中心涵台高度H 台=h 中净 h0 =404 40cm = 4.44m其中ho为涵台基础顶面至铺底顶面的距离，其值为基础埋深减去基础厚度, 本设计基础埋深取100cm,基础厚度取60cm,故设计取h0 =40cm。涵长计算H = H 上设-H 涵=106.53 100.30 = 6.23mLiB 2 m(Hi -h进)c1 +im3.75 1.5 (5.87 -4.43)0.41 +0.0V1.5=6.43mL2B 2 m(H2 - h出)

13、c1 -im3.751.5 (5.87 -4.67)0.46.07m1-0.01 1.5涵洞全长：L = L1 L2 =12.5m进出水口八字翼墙计算尺寸h基深取值相同，翼墙基础厚本设计进出水口处八字翼墙基础埋深与涵身埋深度h墙基=60cm 0进水口处翼墙根部断面高度：h进根=h进净 h板-10 （ h基深 - h墙基）；-400 24-10 (100-60) = 454cm ;翼墙端部断面高度：h进端=h基深-h墙基 20 =100 - 6020 = 60cm;上式中10cm为使八字翼墙美观，在墙顶设的一个小平台高度，20cm为翼 墙端部断的露出地面的高度。（2）出水口处翼墙根部断面高度：h

14、出根=h出净-h板 -10 - （h基深-h墙基）；= 414 24-10 （100-60） = 468cm翼墙端部断面高度：h出端=h基深-h墙基 20 = 100 - 6020 = 60cm其中10cm为根部高度自安全带出檐降低10cm； 100cm为冻深；60cm为基 础厚度；20cm为翼墙端部露出地面的高度。涵洞平面图上有关几何尺寸计算 净跨径L。根据流量计算结果选择，本设计依据标准图，采用标准跨径 L 4.00m，钢 筋混凝土板在两边韩台上各搭接 30cm,故取L 3.40m，将此数据标于平面 设计草图上的相应位置。涵台半剖面和平面图上的有关尺寸（1）涵台底面的底宽参考公路桥涵设计手

15、册本涵台底面的底宽取50cm。（2）基础襟边宽度取20cm。将以上数据标于剖面和半平面图的设计草图相应位置。半洞身和洞口立面图上有关尺寸计算安全带尺寸板涵边部快件采用预制和安全带一起浇筑，故安全带长度与板长相同，板 长取400cm，扣除两侧的预留缝隙各 2cm，因此取396cm,标于相应草图 的位置。涵台高度前已算过为404cm。台帽厚度前以取定为40cm。设计板厚前以取定为24cm。桥面铺装前以取定为6cm防水混凝土加3cm沥青混凝土铺装，共9cm涵台基础尺寸B基=2s b台=2 2050 二 90cm将上述六项的尺寸标于洞身剖面图上。局部剖面图的尺寸根据现场地形进行的进出口布置结果，进出口

16、各有一对八字墙水流扩散角 s相同，取飞=30，故本设计进出水口八字墙左右对称。翼墙根部和端部断面背坡n0 根据公式正反=士 Sin 卩cosP = 4 士 sin30 汇 cos30=3.75（正翼墙） l mJ I 1.5 丿式中：1八字墙张角，即二J ：；:涵洞斜交角；-0水流扩散角；其余符号含义同前。翼墙墙身根部断面与基础顶面的交线的垂线间夹角 由公式得：- 1正/反=arctan tan :|mno正反右各堆成因为本涵为正交涵，水流扩散角皆为45 ,上下游四个八字墙左、 因此有、正=、:反，即：、=art tan tan45-4811_1.5 3.5上下游洞口根部断面总高度上游洞口：h

17、 进根=454cm下游洞口：h 出根=468cm翼墙墙身根部与端部断面墙顶，顺端墙方向平面投影宽度c = ： cos ： = 40 亠 cos30 = 46cm考虑八字墙根部小平台的影响，经计算进水口两个八字墙根部断面墙底顺墙方向投影宽度d1 =d3h进根n0 =46 452 乍 3.75 = 171cm出水口两个八字翼墙根部断面墙底顺端墙方向投影宽度d1 = d 3 - c h出根n0 = 46462 一、3.75 二 169cm进水口两个八字翼墙端部断面墙底顺端墙方向投影宽度d2 = d = c h进端 n = 46 60 3.75 = 62cm出水口两个八字翼墙端部断面墙底顺端墙方向投影

18、宽度d2 = d4 二 c h出端 一 n0 =46 603.75 = 62cm翼墙洞口正投影长度m （h根-h端）G进、出 _1 土 m I 涵m(h进根-h进端)1 m涵1.5（454 -60）1 1.5 0.018T5 = 593cmm（ h出根-h出端）1 - m I 涵1.5（468 - 60）1-1.5 0.01815 = 611cm上式中预加的15cm为八字墙顶小平台的长度翼墙基础襟边顺洞墙端部断面的平面投影长度e1和e2翼墙基础垂直襟边宽度e取20cm则：8 = e cos ：二 20 cos30 二 23cme2 = e cos、= 20 cos21.8 = 22cm八字翼墙

19、的总张口大小BB进二 L0 (G进 tan J 2 =340 (593 tan30 ) 2 二 1024cm= L0 (G 出 tan：) 2 = 340 (611 tan 30 ) 2 = 1045cm翼墙基础平面尺寸计算 进水口左翼墙基础根部宽度:dd1 仓=23 166 22 = 211cm进水口左翼墙基础端部宽度：b2 =e +d2 +仓=23+62 +22 =107cm进水口右翼墙基础根部宽度：d = 0 = 211cm进水口右翼墙基础端部宽度:b4 = 6 = 107 cm出水口左翼墙基础根部宽度：b3 -es d3 e4 =23 16922 = 214cm出水口左翼墙基础端部宽度

20、：b4 二 d4 e4 =23 62 22 =107cm出水口右翼墙基础根部宽度:bi =b3 = 214cm出水口右翼墙基础端部宽度：IIb2 = b4 = 107 cm五结构设计盖板尺寸本涵洞盖板设计采用预制钢筋混凝土板，涵长共 12.5m，选用13块预制盖 板，11块标准盖板，板长396cm,板宽99cm,板厚为24cm;两边两块预 制板宽度均别为89cm,长度为396cm，板厚为24cm。板间边缝和端部两 块盖板两边长缝均用C30混凝土现浇。：主筋主筋直径：20mm主筋长度：425cm主筋根数：9根主筋种类：HRB335箍筋箍筋直径：8mm箍筋长度：245cm箍筋根数：32根主筋种类：

21、R235架立钢筋架立钢筋直径：12mm架立钢筋长度：428cm架立钢筋根数：6根架立钢筋种类：R235恒载计算土的重度是！ =18kN m3，板的重度2=25kNm3填土垂直压力：2q, = H , =1.8 18 =32.4(kN /m )盖板自重垂直力：2q2 二d 2 =0.24 25 =6.0(kN /m )活载计算按公路桥涵设计通用规范(JTG-2004)4.3.1条和432条规定，本题计 算采用车辆荷载，公路-I级和公路-H级采用相同的车辆荷载标准，填料 厚度大于或等于0.5m的涵洞不计冲击力。按公路桥涵设计通用规范(JTG-2004) 4.3.5条规定计算荷载分布宽度。 一个后轮

22、单边荷载横向分布宽度为：匹 1.8 tan3034(m)吻皿2 2 2故后轮垂直荷载分布宽度互相重叠，荷载横向分布宽度a应按两辆车后轮外边计算，即a1.8 tan30) 2(1.3 2 1.8)= 7.57m2一个车轮的纵向分布宽度：Q QA A(一 1.8 tan300) 2 =2.28(m)(m)2 2故纵向后轮垂直荷载分布长度互相重叠，荷载纵向分布宽度b应按两轮(后轴)外边至外边计算，即0 2b = (1.8 tan30) 2 1.4 =3.2(m)22 (2 140)q317.28(kN m)7.57 4.28盖板弯矩计算填土重产生的弯矩:1 l 2 13.96 2M,5(一)b 32

23、.4 ()0.99 = 62.87(kN m)2 2 22盖板自重产生的弯矩：1 l 2 13.96 2M2q2()2b6.0 ()2 0.99 =14.55(kN m)2 2 2 2恒载弯矩：Mh = Mj M2 =62.87 14.55 =77.42(kN m)车辆荷载产生的弯矩：1l 2 13.96 2Mqq3()2b17.28 ()2 0.99 = 33.530(kN m)q 2 2 2 2荷载组合按公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004) 4.1.6条进行作用效应组合。承载能力极限状态组合：Md =1.2 M h 1.4 Mq =1.2 77.42 1.4 33.53 =13

24、9.85(kN m)正常使用状态组合：短期组合：M sd 二 M h 0.7 M q 二 77.42 0.7 33.53 = 139.85(kN m)长期组合：Mid =Mh 0.4 Mq =77.420.4 33.53 =90.83(kN m)截面强度计算盖板边处留接缝宽1cm,故实际预制板宽99cm,承受1m长度的荷载。由公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004) 522条公式按单筋截面计算：sd AsJb280 2827 一 门57.9mm13.8 990h0 =340 -40 = 300 mmh0 b =300 0.56 = 168.0(mm)57.9(mm)

25、符合公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范5.2.25.2.3条规定。(JTG D62-2004)x57 9fcdbx(h0) =13.8 990 57.9 (300)2 2= 214.41(kN m) 0Md =1.0 139.85 =139.85(kNm)截面强度满足要求。裂缝宽度验算由公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范条和6.4.4条规定。(JTG D62-2004) 6.4.3MsSS0.87 Ash0100.89 1060.87 2827 300-154.11(MPa)2827990 300= 0.0095G =1.4x 85.01 C2 =10.5 () =1.4398.5

26、5C3 =1.15Wtk9C2C3-ss 30 dES 0.28 10=1.4 1.43 1.15136.7430 122.1 105 0.28 10 0.0110=0.161(mm) : 0.2( mm)满足公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004) 6.4.2条规定六工程数量计算根据公路小桥涵设计手册的标准图，该涵洞共需0.99m宽中板11块,0.89m边块2块，计算出该涵洞的工程数量如下。盖板主筋（20）：94.3 1183.8 2 =1204.8kg架立钢筋（12）：22.8 1134.2 2 = 319.2kg箍筋（8）：31.0 1127.1 2 = 39

27、5.2kg预制板混凝土（ C30）:（0.99 11 0.89 2） 3.96 0.2 12.04m3涵洞计算台帽：混凝土（ C20）:1.352 12.8 =17.31m3台墙：台身采用M10砂浆30号片石，其工程量为：7.92 12.80 = 101.38m3基础：基础采用M7.5砂浆砌30号片石，其工程量为：2.28 12.80 = 29.18m3八字墙计算八字墙身八字墙身采用M7.5砂浆砌30号片石。进洞口翼墙墙身工程数量：V身进=|1m（h进根-h进端）（h进端-h进端）J226n。一3=26.42m出洞口翼墙墙身工程数量：V身出=|m（h出根-h出端）c+严（h出根-h出端）5 2

28、 .26n3=27.60m故八字墙身的总体积为：3V墙身=V身进V身出-54.04m八字墙基八字墙基采用M7.5砂浆砌30号片石。进口单个翼墙基础：V基进=m（c e2）（h进根-h进端）d （h进根-h进端）d 2n。1进端.q G 3）c edIL2 no=5.78m3V基出=m（c - ei e2）（h出根-h出端）d 严出根-h出端）d2 no1 _ _ 出出端.q G 63）c edIL2 no-5.93m3其中:e(1-sin30 )ea0.1155mcosP故八字墙基础的总体积为：V基 =2(V基进 V基出)=23.42m3截水墙截水墙采用M7.5砂浆砌30号片石。其工程数量为：10.24(10.24 -2 0.4 tan30 )10.45(10.45-2 0.4 tan30 )3+ x 0.4 x 0.6 = 4.85m .2 2洞口铺砌洞口铺砌采用M7.5砂浆30号片石。其工程数量为：10.24 3.425.93 0.310.453.4236.11 0.3=24.39m铺底洞口铺砌采用M7.5砂浆砌30号片