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新规范箱涵结构设计(2010年7月)

1、孔径及净空约定：

净跨径L 0 = 3.0m 1、轴向力以杆件受压为正。净高

h 0 = 2.5m

2、弯矩以使箱涵内框一侧受拉为正。2、设计安全等级三级

3、截面剪力：使计算截面逆时针转动为正。结构重要性系数r 0 =

0.9

前提条件：1）支座在杆件下方；

3、汽车荷载2）x为计算截面距左端支座之距离。

荷载等级公路 —

Ⅰ级

4、支座反力以受压为正。

4、填土情况

5、以梁为隔离体，固端梁简化为简支梁时，

涵顶填土高度H =0.8m 图中所加的杆端力（轴力、弯矩）及支反力均为正值，土的内摩擦角Φ =30°若计算得到的值为负值，则表示实际方向与图中所示填土容重γ1 =18kN/m 3

的方向相反。

地基容许承载力[σ0] =

200

kPa

6、本表格默认箱涵内水深为满水，也可以修改表格，5、建筑材料先不考虑水压力得到涵洞基底应力σmax，普通钢筋种类HRB335最后要求的基底应力为：σmax+h 水*10KPa。

主钢筋直径12mm 钢筋弹性模量Es =200000MPa 钢筋抗拉强度设计值f sd =

280MPa

7、本表格未考虑砼收缩、温度变化的影响。

涵身混凝土强度等级C 208、本表格已考虑涵洞设计细则中竖向土压力系数的影响。涵身混凝土抗压强度设计值f cd =9.2MPa 9、本表格已考虑偏心受压构件裂缝宽度验算。

涵身混凝土抗拉强度设计值f td = 1.06MPa 钢筋混凝土重力密度γ2 =

25.0kN/m 3基础混凝土强度等级C 15混凝土重力密度γ3 =

24.0

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 = 3.28m L = L 0+2t = 3.56m 侧墙计算高度h P = h 0+δ = 2.8m h = h 0+2δ =

3.1m 基础襟边 c =0.2m 基础高度 d =0.4m 基础宽度

B = 3.96m

[JTG/T D65-04--2007表9.2.2]h/D =0.22竖向土压力系数Ks =

1.09

图 L-01

(二)荷载计算1、恒载恒载竖向压力p 恒 = Ks γ1H+γ2δ =

23.19

kN/m 2

恒载水平压力

钢筋混凝土箱涵结构设计

一、设计资料

二、设计计算

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/2) =

23.40

kN/m 2

2、活载

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。汽车后轮横向分布宽(此处计算横向最多只考虑两辆汽车－共4个车轮荷载叠加的情况)一个后轮单边荷载> 1.3/2 m

横向分布宽度(m)< 1.8/2 m (按30度扩散，涵9.2.3条)故横向分布宽度

a = (0.6/2+Htan30°)32+1.3 =

2.824m

考虑横向车轮数目

n横=

同理，纵向，汽车后轮着地长度0.2m

一个车轮单边的纵向分布宽度0.2/2+Htan30°=

0.562 m < 1.4/2 m 故 b = (0.2/2+Htan30°)32 =

1.124m 考虑纵向车轮数目n纵=

1考虑的总车轮重量

∑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 2

(三)内力计算1、构件刚度比

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

1.05

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 =

23.19kN/m 2M aA = M aB = M aC = M aD =

-10.14kN 2m N a3 = N a4 =

38.04kN 车辆荷载

p = q 车 =

44.12kN/m 2M aA = M aB = M aC = M aD =

-19.30kN 2m

N a3 = N a4 =

72.36

(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 =

-1.61kN 2m N b1 = N b2 =

6.72

(3)c 种荷载作用下 (图L-04)

M cA = M cD =M cB = M cC =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 =

18.60

kN/m 2

0.76 m

0.6/2+Htan30°=

M cA = M cD =-3.43kN 2m M cB = M cC =

-2.80kN 2m N c1 =8.45kN N c2 =

17.59

(4)d 种荷载作用下 (图L-05)

图 L-04

M dA =-[K(K+3)/6(K 2

+4K+3)+(10K+2)/(15K+5)]2ph P 2

/4M dB =-[K(K+3)/6(K 2+4K+3)-(5K+3)/(15K+5)]2ph P 2/4M dC =-[K(K+3)/6(K 2+4K+3)+(5K+3)/(15K+5)]2ph P 2/4M dD =-[K(K+3)/6(K 2+4K+3)-(10K+2)/(15K+5)]2ph P 2/4N d1 =(M dD -M dC )/h P N d2 =ph P -(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/m 2M dA =-19.82kN 2m M dB =9.00kN 2m M dC =-13.92kN 2m M dD =14.90kN 2m N d1 =10.29kN N d2 =

30.88kN

N d3 = -N d4 =

-6.99

(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及第4.1.7条正常使用极限状态效应组合

(3)左侧墙 (图L-08)

(4)右侧墙 (图L-09)

M d =71.70 kN2m ，N d =35.66 kN， V d =9.78 kN l0/h=10.93<=14计算L0 =3.28 m ，e0 = M d/N d = 2.011m

i =h/121/2 =0.087m

长细比L0/i =37.87> 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 =21.081> 1.0 ，取ξ1 =1.00

ξ2 = 1.15-0.01l0/h = 1.041> 1.0 ，取ξ2 =1.00

η =1+(l0/h)2ξ1ξ2h0/1400e0

η = 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

e = ηe0+h/2-a = 2.143m

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

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 =137.8 kN>r0V d =8.8 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 =3.28 m ，h = δ+C1 =0.60 m ， a =0.04 m ，h0 =0.56 m ， b =1.00 m ，M d =64.84 kN2m ，N d =35.66 kN， V d =156.73 kN

计算L0 =3.28 m ，e0 = M d/N d = 1.818m

i =h/121/2 =0.173m

长细比L0/i =18.94> 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 =8.967> 1.0 ，取ξ1 =1.00

ξ2 = 1.15-0.01l0/h = 1.095> 1.0 ，取ξ2 =1.00

η =1+(l0/h)2ξ1ξ2h0/1400e0

η = 1.007

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 = 2.090m

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

67.08 =9200x(0.56-x/2)

解得x =0.013 m≤ξb h0 =0.5630.56 =0.314 m

故为大偏心受压构件。依D62-2004规范公式5.3.5-1若为小偏心受压构件，则需要调整钢筋As的计算公式

A s = (f cd bx-r0N d)/f sd =0.0003183m2= 318.3mm2

μ = 100A s/(bh0) =0.06 %<0.2 %

应按最小配筋率配置受拉钢筋。

选用 φ12 @

100 mm，实际 A s =1131.0mm2

0.51310-3f cu,k1/2bh0 =1277.2 kN>r0V d =141.1 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 =296.8 kN>r0V d =141.1 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 =3.28 m ，h =0.30 m ， a =0.04 m ，h0 =0.26 m ， b =1.00 m ，M d =70.82 kN2m ，N d =77.26 kN， V d =27.13 kN l0/h=10.93<=14

计算L0 =3.28 m ，e0 = M d/N d =0.917m

i =h/121/2 =0.087m

长细比L0/i =37.87> 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 =9.718> 1.0 ，取ξ1 =1.00

ξ2 = 1.15-0.01l0/h = 1.041> 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 = 1.049m

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

72.93 =9200x(0.26-x/2)

解得x =0.033 m≤ξb h0 =0.5630.26 =0.146 m

故为大偏心受压构件。依D62-2004规范公式5.3.5-1若为小偏心受压构件，则需要调整钢筋As的计算公式

A s = (f cd bx-r0N d)/f sd =0.0008202m2= 820.2mm2

μ = 100A s/(bh0) =0.32 %>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 @

130 mm，实际 A s =870.0mm2

0.51310-3f cu,k1/2bh0 =593.0 kN>r0V d =24.4 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 =137.8 kN>r0V d =24.4 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 =3.28 m ，h = δ+C1 =0.60 m ， a =0.04 m ，h0 =0.56 m ， b =1.00 m ，M d =73.99 kN2m ，N d =77.26 kN， V d =137.16 kN

计算L0 =3.28 m ，e0 = M d/N d =0.958m

i =h/121/2 =0.173m

长细比L0/i =18.94> 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 = 4.817> 1.0 ，取ξ1 =1.00

ξ2 = 1.15-0.01l0/h = 1.095> 1.0 ，取ξ2 =1.00

η =1+(l0/h)2ξ1ξ2h0/1400e0

η = 1.012

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 = 1.230m

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

85.50 =9200x(0.56-x/2)

解得x =0.017 m≤ξb h0 =0.5630.56 =0.314 m

故为大偏心受压构件。依D62-2004规范公式5.3.5-1若为小偏心受压构件，则需要调整钢筋As的计算公式

A s = (f cd bx-r 0N d )/f sd =0.0003053m 2

= 305.3mm 2

μ = 100A s /(bh 0) =

0.05 %

0.2 %

应按最小配筋率配置受拉钢筋。100 mm，

实际 A s =

1131.0

mm 2

0.51310-3f cu,k 1/2bh 0 =1277.2 kN

r 0V d =

123.4 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 bh 0 =296.8 kN

r 0V d =

123.4 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。★3、左、右侧板 (B-A，C-D)(1)板中

l 0 =2.80 m ，

h =0.28 m ， a =0.04 m ，h 0 =0.24 m ，

b =1.00 m ，M d =

25.76 kN

2m ，

N d =156.73 kN ， V d =17.14 kN

l 0/h=10.00

<=14

计算L 0 =2.80 m ，e 0 = M d /N d =0.164m i =h/121/2 =

0.081m 长细比

L 0/i =

34.64> 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 =

2.049> 1.0 ，取ξ1 =1.00ξ2 = 1.15-0.01l 0/h =

1.050

> 1.0 ，

取ξ2 =1.00

η =1+(l 0/h)2ξ1ξ2h 0/1400e 0η =

1.104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 = ηe 0+h/2-a =

0.281

r 0N d e =f cd bx(h 0-x/2)39.71 =

9200x(0.24-x/2)解得

x =

0.019 m

≤

ξb h 0 =0.5630.24 =

0.134 m

故为大偏心受压构件。依D62-2004规范公式5.3.5-1

若为小偏心受压构件，则需要调整钢筋As的计算公式

A s = (f cd bx-r 0N d )/f sd =0.0001111m 2

= 111.1mm 2

μ = 100A s /(bh 0) =

0.05 %

<0.2 %

应按最小配筋率配置受拉钢筋。230 mm，

实际 A s =

491.7

mm 2

0.51310-3f cu,k 1/2bh 0 =547.4 kN

r 0V d =

15.4 kN

0.50310-3α2f td bh 0 =127.2 kN

r 0V d =

15.4 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

l 0 =2.80 m ，

h = t+C 2 =0.78 m ，

a =0.04 m ，

h 0 =0.74 m ，

b =1.00 m ，

M d =

73.99 kN

2m ，

N d =137.16 kN ， V d =77.26 kN 计算L 0 =2.80 m ，e 0 = M d /N d =0.539m i =h/121/2 =

0.225m 长细比

L 0/i =

12.44< 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+2.7e 0/h 0 =

2.168> 1.0 ，取ξ1 =1.00ξ2 = 1.15-0.01l 0/h =

1.114

> 1.0 ，

取ξ2 =1.00

η =1+(l 0/h)2ξ1ξ2h 0/1400e 0

选用 φ12 @

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 = ηe 0+h/2-a =

0.889

r 0N d e =f cd bx(h 0-x/2)109.79 =

9200x(0.74-x/2)解得

x =

0.016 m

≤

ξb h 0 =0.5630.74 =

0.414 m

故为大偏心受压构件。依D62-2004规范公式5.3.5-1

若为小偏心受压构件，则需要调整钢筋As的计算公式

A s = (f cd bx-r 0N d )/f sd =9.492E-05m 2

= 94.9mm 2

μ = 100A s /(bh 0) =

0.01 %

<0.2 %

应按最小配筋率配置受拉钢筋。70 mm，

实际 A s =

1615.7

mm 2

0.51310-3f cu,k 1/2bh 0 =1687.8 kN

r 0V d =

69.5 kN

0.50310-3α2f td bh 0 =392.2 kN

r 0V d =

69.5 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。(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+th 0+C 1C 2) =

95.9kN 基础重力P 基 = γ3Bd =38.0kN 填土重力P 土 = Ks γ1H*L =

55.9kN 水重力P 水 = γ

水(L 0h 0-2C 1C 2) =

72.0kN [按箱涵内腔满水计算]

(2)车辆荷载 (由图L-07)

竖直力P 车 = q 车L =157.1kN 水平力E 车 = e 车(h+d) =51.5kN 弯矩M 车 = E 车(h+d)/2 =

90.1

kN 2m

2、基底应力

N = P 箱+P 基+P 土+P 水+P 车 =

418.9kN M = M 车 =

90.1

kN 2m

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/B 2

140.271.3

基底应力满足设计要求。(七)裂缝验算1)配筋率ρ=A s /(bh 0)取值2)钢筋应力σ

ss (MPa)

轴力短期效应组合N s (kN)ηs =1+l*h 0(l 0/h)2

/(4000e 0)e 0=Ms/Ns

选用 φ12 @

200 kPa

=kPa

<[σ0] =

参数z

σss=N s(e s-z)/A s z (MPa)

3)其他参数

4)最大裂缝宽度W tk(mm)

钢筋直径

W fk=C1*C2*C3*σss/E s*(30+d)/(0.28+10*ρ)

最大裂缝宽度限值(mm)

裂缝宽度验算是否满足？

裂缝宽度为0.2时，对应的As*(0.28+10ρ

满足裂缝要求所需钢筋面积(mm2):

每m满足抗裂要求所需钢筋根数

满足抗裂要求的钢筋间距(mm)