盖板涵结构设计计算

1、 4.8米净跨径明盖板涵整体计算 2021/12/28 4.8米净跨径明盖板涵整体计算一.盖板计算1.设计资料 汽车荷载等级：公路-I级； 环境类别：I类环境； 净跨径：L0=4.8m； 单侧搁置长度：0.30m； 计算跨径：L=5.1m； 盖板板端厚d1=40cm；盖板板中厚d2=40cm；盖板宽b=6.60m；保护层厚度c=4cm； 混凝土强度等级为C30； 轴心抗压强度fcd=13.8Mpa； 轴心抗拉强度ftd=1.39Mpa； 主拉钢筋等级为HRB335； 抗拉强度设计值fsd=280Mpa； 主筋直径为25mm，外径为27mm，共45根，选用钢筋总面积As=0.022091m2 涵

2、顶铺装厚H1=15cm； 涵顶表处厚H2=1cm； 盖板容重1=25kN/m3； 涵顶铺装容重2=25kN/m3； 涵顶铺装容重3=1kN/m3 根据公路圬工桥涵设计规范(JTG D61-2005)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2.外力计算1) 永久作用 (1) 涵顶铺装及涵顶表处自重 q=(2·H1+3·H2)·b=(25×0.15+1×0.01)×6.60=24.82kN/m (2) 盖板自重 g=1·(d1+d2)·b/2/100=25×(40+

3、40)×6.60/2 /100=66.00kN/m2) 由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(JTG D60-2004)中4.3.1关于车辆荷载的规定： 车辆荷载顺板跨长 La=0.2m 车轮重 P=280kN 根据公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004)中4.3.2关于汽车荷载冲击力的规定： 汽车荷载的局部加载，冲击系数采用1.3 车轮重压强 p=1.3·P/La=1.3×280/0.20=1820.00kN/m3.内力计算及荷载组合1) 由永久作用引起的内力 跨中弯矩 M1=(q+g)·L2/8=(24.82+66.

4、00)×5.12/8=295.27kNm 边墙内侧边缘处剪力 V1=(q+g)·L0/2=(24.82+66.00)×4.8/2=217.96kN2) 由车辆荷载引起的内力 跨中弯矩 M2=p·La·(L/2-0.7)=1820.00×0.20×(5.10/2-0.7)=673.40kNm 边墙内侧边缘处剪力 V2=p·La·(L0-La/2)/L0+p·La·(L0-1.5)/L0 =1820.00×0.20×(4.80-0.20/2)/4.80+1820.00&

5、#215;0.20×(4.80-1.5)/4.80 =606.67kN3) 作用效应组合 根据公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004)中4.1.6关于作用效应组合的规定： 跨中弯矩 0Md=0.9(1.2M1+1.4M2) =0.9×(1.2×295.27+1.4×673.40)=1167.37kNm 边墙内侧边缘处剪力 0Vd=0.9(1.2V1+1.4V2) =0.9×(1.2×217.96+1.4×606.67)=999.80kN4.持久状况承载能力极限状态计算 截面有效高度 h0=d1-c-2.7/2=40-

6、4-1.350=34.7cm=0.347m1) 砼受压区高度 x=fsd·As/fcd/b=280×0.022091/13.8/6.60=0.068m 根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)中5.2.1关于相对界限受压区高度b的规定: HRB335钢筋的相对界限受压区高度b=0.56。 xb·h0=0.56×0.347=0.194m 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(JTG D62-2004)中9.1.12关于受弯构件最小配筋百分率的规定: P=100·As

7、/b/h0=0.97，不小于45ftd/fsd=0.22,同时不小于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(JTG D62-2004)中5.2.2关于受弯构件正截面抗弯承载力计算的规定: fcd·b·x(h0-x/2)=13.8×1000×6.60×0.068(0.347-0.068/2) =1933.19kNm0Md=1167.37kNm 正截面抗弯承载力满足规范要求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(JTG D62-2004)中5.2.9关

8、于抗剪截面验算的规定: 0.51×10-3·fcu,k0.5·b·h0=0.51×10-3×300.5×6600×346.5 =6388.19kN0Vd=999.80kN 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(JTG D62-2004)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 1.25×0.5×10-3·2·ftd·b·h0=1.25×0.0005

9、5;1×1.39×6.60×1000×0.347×1000 =1986.74kN0Vd=999.80kN 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(JTG D62-2004)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(JTG D62-2004)中6.4关于裂缝宽度验算的规定: 环境类别为I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 =1.0×295.27+0.7×673.

10、40=766.65kNm 作用长期效应组合 Ml=1.0M1+0.4M2 =1.0×295.27+0.4×673.40=564.63kNm 受拉钢筋的应力 ss=Ms/0.87/As/h0=766.65/0.87/0.022091/0.347=115.12Mpa 作用长期效应影响系数 C2=1+0.5Ml/Ms=1+0.5×564.63/766.65=1.37 裂缝宽度 Wfk=C1·C2·C3·ss·(30+d)/Es/(0.28+10·) =1×1.37×1.15×115.12&#

11、215;(30+25)/2.00×105/(0.28+10×0.0097) =0.13mm0.20mm 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，基础襟边C1=0.35m，台身宽C2=1.00m，基础宽C3=2.40m 背墙宽C4=0.70m，搭接宽度C5=0.30m，基础高度为0.40m，铺底厚为1.00m 涵洞净高H0=2.80m，计算高度H1=3.50m，基础顶深H2=4.36m，基础为2级扩大基础 台身容重为25kN/m3，基础容重为25kN/m3，铺底容重为18kN/m3 台身轴心抗压强度fcd=11.73Mpa，台身弯曲抗拉强度ftmd=

12、1.04Mpa，台身直接抗剪强度fvd=2.09Mpa 地基承载力容许值为180kPa，回填土的内摩擦角为30° 将台身简化为上下端铰支模型，取台宽b=6.60m进行计算2.台身验算1) 水平力 车辆荷载等代土层厚 破坏棱体长度l0=(H1+d1/2+0.15+0.01)*tan(45°-30°/2)=2.23m 计算长度B=5.50m =560/5.50/2.23/18=2.54m 土的侧压力系数 =tan2(45°-30°/2)=0.3333 q1=(0.15+0.01+h+d1/2)·b··18 =(0.15

13、+0.01+2.54+0.20)×6.60×0.3333×18=114.77kN/m q2=(0.15+0.01+h+H0+1.00/2+d1)·b··18 =(0.15+0.01+2.54+2.80+0.50+0.40)×6.60×0.3333×18=253.37kN/m A端处剪力 =362.55kN 最大弯矩位置x0的计算 =39.60kN/m =1.64m 最大弯矩计算 =282.96kNm2) 竖向力 当x0=1.64m时，台身y-y截面上的竖向力、偏心矩及弯矩名称竖向力(kN)偏心矩e(m)弯

14、矩(kNm)P1245.20-0.35-85.82P217.370.152.61P346.200.156.93P4273.660.000.00P582.43M=-76.293) 截面验算 作用效应组合 0Md=0.9×(1.2×M+1.4×Mmax)=274.14kNm 0Nd=0.9×1.2×P=629.03kN 0Vd=0.9×1.4×QA=456.81kN 偏心矩e e=0Md/0Nd=0.436m (1) 偏心受压承载力验算 现根据公路圬工桥涵设计规范(JTG D61-2005)中条文4.0.6、4.0.7计算偏心受

15、压构件承载力影响系数 弯曲平面内的截面回旋半径 ix=0.289×b=1.9074 iy=0.289×C2=0.2890 构件长细比，其中长细比修正系数取1.3，构件计算长度l0取1.0H1=3.50m =4.4983 =0.6816 x方向和y方向偏心受压构件承载力影响系数，其中m取8.0，a取0.002 =0.1932 =1.0032 砌体偏心受压构件承载力影响系数 =0.1933 构件截面面积 A=C2*b=6.6000m2 由公路圬工桥涵设计规范(JTG D61-2005)中条文4.0.9中关于偏心矩e的规定，现偏心矩e=0.436m，大于0.6×0.5&

16、#215;C2=0.30m，所以现根据公路圬工桥涵设计规范(JTG D61-2005)中条文4.0.10验算偏心受压承载力 构件受拉边缘的弹性抵抗矩 W=b·C22/6=1.1000 =821.71kN 0Nd=629.03kN 偏心受压承载力满足要求 (2) 正截面受弯承载力验算 构件受拉边缘的弹性抵抗矩 W=b·C22/6=1.1000 现根据公路圬工桥涵设计规范(JTG D61-2005)中条文4.0.12计算正截面受弯承载力 W·ftmd=1144.00kNm 0Md=274.14kNm 正截面受弯承载力满足要求 (3) 直接受剪承载力验算 现根据公路圬工桥涵设计规范(JTG D61-2005)中条文4.0.13计算直接受剪承载力，其中f=0.7，Nk=853.27kN =14220.64kN 0Vd=456.81kN 直接受剪承载力满足要求3.基底应力验算 基础底面上的竖向力、偏心矩及弯矩见下表，其中P9汽是由车辆荷载所产生的盖板支点反力，竖向力及弯矩进行作用短期效应组合名称分项系数竖向力(kN)偏心矩e(m)弯矩(kNm)P11.0245.20-0.35-85.82P21.017.370.152.61P31.046.200.15