当前位置：文档库 › (新规范)钢筋混凝土箱涵结构设计

(新规范)钢筋混凝土箱涵结构设计

1、孔径及净空净跨径L 0 = 2.5m 净高

h 0 =3m

2、设计安全等级一级结构重要性系数r 0 = 1.1

3、汽车荷载荷载等级公路 —

Ⅱ级4、填土情况涵顶填土高度H =0.8m 土的内摩擦角Φ =30°填土容重γ1 =18kN/m 3地基容许承载力[σ0] =

350

kPa

5、建筑材料普通钢筋种类HRB335

主钢筋直径

12mm 钢筋抗拉强度设计值f sd =280MPa 涵身混凝土强度等级

C 25涵身混凝土抗压强度设计值f cd =11.5MPa 涵身混凝土抗拉强度设计值f td = 1.23MPa 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 =

kN/m 3

(一)截面尺寸拟定 (见图L-01)顶板、底板厚度δ =0.3m C 1 =0.3m 侧墙厚度t =0.28m C 2 =

0.5m 横梁计算跨径L P = L 0+t = 2.78m L = L 0+2t = 3.06m 侧墙计算高度h P = h 0+δ = 3.3m h = h 0+2δ =

3.6m 基础襟边 c =0.45m 基础高度 d =0.4m 基础宽度 B =

3.96

图 L-01

(二)荷载计算1、恒载恒载竖向压力p 恒 = γ1H+γ2δ =

21.90kN/m

恒载水平压力顶板处e P1 = γ1Htan 2(45°-φ/2) = 4.80kN/m 2底板处e P2 = γ1(H+h)tan 2(45°-φ/3) =

26.40

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°)32+1.3 =

2.824m

同理，纵向，汽车后轮着地长度0.2m

0.2/2+Htan30°=0.562 m < 1.4/2 m

故

b = (0.2/2+Htan30°)32 =

1.124m ∑G =

140kN 车辆荷载垂直压力

q 车 = ∑G /(a3b) =

44.12kN/m 2车辆荷载水平压力e 车 = q 车tan 2

(45°-φ/2) =14.71

kN/m

(三)内力计算1、构件刚度比

K = (I 1/I 2)3(h P /L P ) =

1.46

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)2pL 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 =

21.90kN/m 2M aA = M aB = M aC = M aD =

-5.73kN 2m N a3 = N a4 =

30.44kN 车辆荷载

p = q 车 =44.12kN/m 2

M aA = M aB = M aC = M aD =-11.55

kN 2m 图 L-02

N a3 = N a4 =

61.33

(2)b种荷载作用下 (图L-03)

M bA = M bB = M bC = M bD =-K/(K+1)2ph P 2/12

N b1 = N b2 =ph P /2N b3 = N b4 =

0恒载

p = e P1 =

4.80kN/m 2M bA = M bB = M bC = M bD =

-2.59kN 2m N b1 = N b2 =

7.92

(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)]2ph P 2/60M cB = M cC =-K(2K+7)/[(K+1)(K+3)]2ph P 2

/60

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 =21.60kN/m

M cA = M cD =-6.46kN 2m M cB = M cC =

-5.18kN 2m N c1 =11.49kN N c2 =

24.15

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)]2ph P 2/4

0.76 m

0.6

/2+Htan30°=

M dB =-[K(K+3)/6(K2+4K+3)-(5K+3)/(15K+5)]2ph P2/4

M dC =-[K(K+3)/6(K2+4K+3)+(5K+3)/(15K+5)]2ph P2/4

M dD =-[K(K+3)/6(K2+4K+3)-(10K+2)/(15K+5)]2ph 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 =14.71kN/m2

M dA =-28.67kN2m

M dB =11.37kN2m

M dC =-19.29kN2m

M dD =20.75kN2m图 L-05

N d1 =12.13kN

N d2 =36.40kN

N d3 = -N d4 =-11.03kN

(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

=-45.05kN

(3)左侧墙 (图L-08)

ω1 =1.4e P1+1.4e 车

27.31kN/m 2

ω2 =1.4e P2+1.4e 车

57.55kN/m 2

x =h P /2N x = N 3 =106.94

M x =M B +N 1x-ω12x 2/2-x 3(ω2-ω1)/6h P

=10.83

kN 2m

V x =ω1x+x 2

(ω2-ω1)/2h P -N 1

13.37

(4)右侧墙 (图L-09)

ω1 = 1.4e P1 = 6.72kN/m 2ω2 = 1.4e P2 =

36.96

kN/m 2

x =h P /2N x = N 4 =137.83

M x =M C +N 1x-ω12x 2/2-x 3(ω2-ω1)/6h P

-4.06

kN 2m V x =ω1x+x 2(ω2-ω1)/2h P -N 1

=-20.60

(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 =2.78 m ，

h =0.30 m ， a =0.03 m ，h 0 =0.27 m ，

b =1.00 m ，

M d =

45.60 kN 2m ，

N d =44.16 kN ， V d =15.44 kN

e 0 = M d /N d =

1.033m i =h/121/2

0.087m

长细比

l 0/i =

32.10

> 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 =10.525> 1.0 ，取ξ1 =1.00ξ2 = 1.15-0.01l 0/h =

1.057

> 1.0 ，

取ξ2 =1.00

η =1+(l 0/h)2ξ1ξ2h 0/1400e 0

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

图 L-08

图 L-09

e = ηe0+h/2-a = 1.169m

r0N d e =f cd bx(h0-x/2)

56.79 =11500x(0.27-x/2)

解得x =0.019 m≤ξb h0 =0.5630.27 =0.151 m

故为大偏心受压构件。

A s = (f cd bx-r0N d)/f sd =0.000605m2= 605.0mm2

μ = 100A s/(bh0) =0.22 %>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 φ12 @180 mm，实际 A s =628.3mm2

0.51310-3f cu,k1/2bh0 =688.5 kN>r0V d =17.0 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

0.50310-3α2f td bh0 =166.1 kN>r0V d =17.0 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 =2.78 m ，h = δ+C1 =0.60 m ， a =0.03 m ，h0 =0.57 m ， b = M d =60.92 kN2m ，N d =44.16 kN， V d =137.83 kN

e0 = M d/N d = 1.380m

i =h/121/2 =0.173m

长细比l0/i =16.05< 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，不考虑偏心距增大系数。

ξ1 = 0.2+2.7e0/h0 = 6.735> 1.0 ，取ξ1 =1.00

ξ2 = 1.15-0.01l0/h = 1.104> 1.0 ，取ξ2 =1.00

η =1+(l0/h)2ξ1ξ2h0/1400e0

η = 1.000

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 = 1.650m

r0N d e =f cd bx(h0-x/2)

80.13 =11500x(0.57-x/2)

解得x =0.012 m≤ξb h0 =0.5630.57 =0.319 m

故为大偏心受压构件。

A s = (f cd bx-r0N d)/f sd =0.0003341m2= 334.1mm2

μ = 100A s/(bh0) =0.06 %<0.2 %

应按最小配筋率配置受拉钢筋。

选用 φ12 @90 mm，实际 A s =1256.6mm2

0.51310-3f cu,k1/2bh0 =1453.5 kN>r0V d =151.6 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

0.50310-3α2f td bh0 =350.6 kN>r0V d =151.6 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、底板 (A-D)

钢筋按左、右对称，用最不利荷载计算。

(1)跨中

l0 =2.78 m ，h =0.30 m ， a =0.03 m ，h0 =0.27 m ， b =1.00 m ，M d =43.80 kN2m ，N d =95.85 kN， V d =45.05 kN

e0 = M d/N d =0.457m

i =h/121/2 =0.087m

长细比l0/i =32.10> 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 = 4.770> 1.0 ，取ξ1 =1.00

ξ2 = 1.15-0.01l0/h = 1.057> 1.0 ，取ξ2 =1.00

η =1+(l0/h)2ξ1ξ2h0/1400e0

η = 1.036

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 =0.594m

r0N d e =f cd bx(h0-x/2)

62.58 =11500x(0.27-x/2)

解得x =0.021 m≤ξb h0 =0.5630.27 =0.151 m

故为大偏心受压构件。

A s = (f cd bx-r0N d)/f sd =0.0004846m2= 484.6mm2

μ = 100A s/(bh0) =0.18 %<0.2 %

应按最小配筋率配置受拉钢筋。

选用 φ12 @200 mm，实际 A s =565.5mm2

0.51310-3f cu,k1/2bh0 =688.5 kN>r0V d =49.6 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

0.50310-3α2f td bh0 =166.1 kN>r0V d =49.6 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 =2.78 m ，h = δ+C1 =0.60 m ， a =0.03 m ，h0 =0.57 m ， b = M d =75.85 kN2m ，N d =95.85 kN， V d =106.94 kN

e0 = M d/N d =0.791m

i =h/121/2 =0.173m

长细比l0/i =16.05< 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，不考虑偏心距增大系数。

ξ1 = 0.2+2.7e0/h0 = 3.948> 1.0 ，取ξ1 =1.00

ξ2 = 1.15-0.01l0/h = 1.104> 1.0 ，取ξ2 =1.00

η =1+(l0/h)2ξ1ξ2h0/1400e0

η = 1.000

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 = 1.061m

r0N d e =f cd bx(h0-x/2)

111.90 =11500x(0.57-x/2)

解得x =0.017 m≤ξb h0 =0.5630.57 =0.319 m

故为大偏心受压构件。

A s = (f cd bx-r0N d)/f sd =0.0003354m2= 335.4mm2

μ = 100A s/(bh0) =0.06 %<0.2 %

应按最小配筋率配置受拉钢筋。

选用 φ12 @90 mm，实际 A s =1256.6mm2

0.51310-3f cu,k1/2bh0 =1453.5 kN>r0V d =117.6 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

0.50310-3α2f td bh0 =350.6 kN>r0V d =117.6 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 =3.30 m ，h =0.28 m ， a =0.03 m ，h0 =0.25 m ， b =1.00 m ，M d =10.83 kN2m ，N d =106.94 kN， V d =13.37 kN

e0 = M d/N d =0.101m

i =h/121/2 =0.081m

长细比l0/i =40.83> 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 = 1.294> 1.0 ，取ξ1 =1.00

ξ2 = 1.15-0.01l0/h = 1.032> 1.0 ，取ξ2 =1.00

η =1+(l0/h)2ξ1ξ2h0/1400e0

η = 1.245

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 =0.236m

r0N d e =f cd bx(h0-x/2)

27.78 =11500x(0.25-x/2)

解得x =0.010 m≤ξb h0 =0.5630.25 =0.140 m

故为大偏心受压构件。

A s = (f cd bx-r0N d)/f sd =-1.54E-05m2-= 15.4mm2

μ = 100A s/(bh0) =-0.01 %<0.2 %

应按最小配筋率配置受拉钢筋。

选用 φ12 @220 mm，实际 A s =514.1mm2

0.51310-3f cu,k1/2bh0 =637.5 kN>r0V d =14.7 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

0.50310-3α2f td bh0 =153.8 kN>r0V d =14.7 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 =3.30 m ，h = t+C2 =0.78 m ， a =0.03 m ，h0 =0.75 m ， b = M d =75.85 kN2m ，N d =106.94 kN， V d =95.85 kN

e0 = M d/N d =0.709m

i =h/121/2 =0.225m

长细比l0/i =14.66< 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，不考虑偏心距增大系数。

ξ1 = 0.2+2.7e0/h0 = 2.753> 1.0 ，取ξ1 =1.00

ξ2 = 1.15-0.01l0/h = 1.108> 1.0 ，取ξ2 =1.00

η =1+(l0/h)2ξ1ξ2h0/1400e0

η = 1.000

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 = 1.069m

r0N d e =f cd bx(h0-x/2)

125.78 =11500x(0.75-x/2)

解得x =0.015 m≤ξb h0 =0.5630.75 =0.420 m

故为大偏心受压构件。

A s = (f cd bx-r0N d)/f sd =0.0001848m2= 184.8mm2

μ = 100A s/(bh0) =0.02 %<0.2 %

应按最小配筋率配置受拉钢筋。

选用 φ12 @70 mm，实际 A s =1615.7mm2

0.51310-3f cu,k1/2bh0 =1912.5 kN>r0V d =105.4 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

0.50310-3α2f td bh0 =461.3 kN>r0V d =105.4 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。

(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) =95.4kN

基础重力P基 = γ3Bd =38.0kN

填土重力P土 = γ1HL =44.1kN

水重力P水 = γ水(L0h0-2C1C2) =72.0kN

(2)车辆荷载 (由图L-07)

竖直力P车 = q车L =135.0kN

水平力E车 = e车(h+d) =58.8kN

弯矩M车 = E车(h+d)/2 =117.7kN2m

2、基底应力

N = P箱+P基+P土+P水+P车 =384.5kN

M = M车 =117.7kN2m

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

142.1

52.1基底应力满足设计要求。350 kPa

=kPa<[σ0] =

1.00 m ，