箱涵結(jié)構(gòu)計算介紹模板之歐陽術(shù)創(chuàng)編

歐陽術(shù)創(chuàng)編2021.02.02歐陽美創(chuàng)編2021.02.02歐陽術(shù)創(chuàng)編2021.02.02歐陽美創(chuàng)編2021.02.02一、設(shè)計資料時間：2021.02.02創(chuàng)作：歐陽術(shù)（一）概況：***道路工程經(jīng)過水庫溢洪道處設(shè)置箱涵，箱涵凈跨L0=8.0米，凈高h0=10.5米，路基紅線范圍內(nèi)長49米，箱涵頂最大填土厚度H=3.6米，填土的內(nèi)摩擦角φ為24°，土體密度γ1＝20.2KN/m3，設(shè)箱涵采用C25混凝土（fcd=11.5MPa）和HRB335鋼筋(fsd=280MPa)。橋涵設(shè)計荷載為城-A級，用車輛荷載加載驗算。結(jié)構(gòu)安全等級二級，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0＝1.0。地基為泥質(zhì)粉砂巖，［σ0］＝380kPa，本計算書主要內(nèi)容為結(jié)構(gòu)設(shè)計與地基應(yīng)力驗算。（二）依據(jù)及規(guī)范1、《城市橋梁設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)》（CJJ77-98）2、《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTGD60-2004）3、《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTGD62-2004）4、《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（JTGD63-2007）二、設(shè)計計算（一）截面尺寸擬定（見圖1-1）箱涵過流斷面尺寸由水利部門提供，擬定頂板、底板厚度δ＝100cm（C1=50cm）側(cè)墻厚度t＝100cm（C2=50cm）故LP=L0+t=8+1=9mhp=h0+δ=10.5+1=11.5m(二)荷載計算1、恒載恒載豎向壓力P＝γ1H+γ2δ＝20.2×3.6+25×1＝97.72kN/m2恒載水平壓力頂板處：ep1＝γ1Htan2(45o-φ/2)＝20.2×3.6×tan2（45o-24o/2）＝30.67kN/m2底板處：ep2＝γ1（H＋h）tan2(45o-φ/2)＝20.2×（3.6+12.5）×tan2（45o-24o/2）＝137.15kN/m22、活載城-A級車輛荷載軸重按《城市橋梁設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)》4.1.3條確定，參照《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》第4.3.4條2款，計算涵洞頂車輛荷載引起的豎向土壓力,車輪擴散角30o。先考慮按六車道（7輛車）分布，橫向折減系數(shù)0.55一個汽車后輪橫向分布寬＞1.3m/20.60/2+3.6tan30o＝2.38m＞1.8m/2故，兩列車相鄰車軸有荷載重疊，按如下計算橫向分布寬度a=(0.60/2+3.6tan30o)×2+22＝26.76m同理，縱向分布寬度0.25/2+3.6tan30o=2.2m＞1.2m/2故，同列車相鄰車軸有荷載重疊，縱向分布寬度按如下計算b=(0.25/2+3.6tan30o)×2+1.2=5.6m車輛荷載垂直壓力q車=(140×2×7)/(26.76×5.6)×0.55=7.20kN/m2考慮按兩車道（2輛車）分布，橫向折減系數(shù)1.0一個汽車后輪橫向分布寬＞1.3m/20.60/2+3.6tan30o＝2.38m＞1.8m/2故，兩列車相鄰車軸有荷載重疊，按如下計算橫向分布寬度a=(0.60/2+3.6tan30o)×2+4.9＝9.66m同理，縱向分布寬度0.25/2+1.6tan30o=1.05m＞1.2m/2故，同列車相鄰車軸有荷載重疊，縱向分布寬度按如下計算b=(0.25/2+3.6tan30o)×2+1.2=5.61m車輛荷載垂直壓力q車=(140×2×2)/(9.66×5.61)×1.0=10.33kN/m2根據(jù)上述計算，車輛荷載垂直壓力取大值按兩車道布置計算取值10.33kN/m2。故，車輛水平壓力e車＝10.33×tan2（45o-24o/2）＝4.36kN/m2(三)內(nèi)力計算1、構(gòu)件剛度比(單位長度)K=×＝×＝1.282、節(jié)點彎矩和構(gòu)件軸力計算（1）a種荷載作用下（圖1-2）涵洞四角節(jié)點彎矩：MaA＝MaB＝Mac＝MaD＝-Na1=Na2=0,Na3=Na4=恒載（P＝97.72kN/m2）MaA＝=-289.30kN·mNa3==439.74kN車輛荷載（P＝q車=10.33kN/m2）MaA＝=-30.60kN·mNa3==46.49kN（2）b種荷載作用下（圖1-3）MbA＝MbB＝Mbc＝MbD＝-Nb1=Nb2=,Nb3=Nb4=0恒載（P＝ep1＝30.67kN/m2）MbA＝=-189.76kN·mNb1==176.35kN（3）c種荷載作用下（圖1-4）McA＝McD＝McB＝McC＝NC1=NC2=NC3=NC4=0恒載（P＝ep2-ep1＝106.48kN/m2）McA＝McD＝＝-364.5kN·mMcB＝McC＝＝-294.30kN·mNC1=＝198kNNC2=＝414.3kN（4）d種荷載作用下（圖1-5）MdA＝-[]·MdB＝-[]·MdC＝-[]·MdD＝-[]·Nd1=,Nd2=Php-,Nd3=Nd4=-車輛荷載（P＝e車＝4.36kN/m2）＝＝0.0936＝＝0.6116＝＝0.3884MdA＝-（）·＝-101.89kN·mMdB＝-（）·＝42.59kN·mMdC＝-（）·＝-69.64kN·mMdD＝-（）·＝74.84kN·mNd1==12.56kNNd2=4.37×11.5-12.56=37.69kNNd3=Nd4=-＝-12.47kN（5）節(jié)點彎矩和軸力計算匯總表如表1-1(6)荷載效應(yīng)組合，按《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》第4.1.6條進行承載能力極限狀態(tài)效應(yīng)組合γ0Sud＝γ0（1.2SGK+1.4SQK）(γ0＝1.0)MA＝1.2×(-843.56)+1.4×（-132.56）＝-1197.86kN·mMB＝1.2×(-773.36)+1.4×（11.92）＝-911.34kN·mMC＝1.2×(-773.36)+1.4×（-100.31）＝-1068.47kN·mMD＝1.2×(-843.56)+1.4×（44.17）＝-950.43kN·mN1＝1.2×(374.35)+1.4×（12.56）＝466.8kNN2＝1.2×(590.65)+1.4×（37.69）＝761.55kNN3＝N4＝1.2×(439.74)+1.4×（34.5）＝575.98kN3、構(gòu)件跨中截面內(nèi)力計算（1）頂板（圖1-6）x=LP/2＝4.5mP=1.2×97.72+1.4×10.33＝131.73kN/mNx＝N1＝466.8kNMx＝MB+N3x-P＝-911.34+575.98×4.5-131.73×＝346.80kN·mVx＝P·x-N3＝131.73×4.5-575.98＝16.805kN（2）底板（圖1-7）w1＝P+q車-e車＝1.2×97.72+1.4×（10.33-3/92×4.37×11.52）＝101.76kN/mw2＝P+q車+e車＝1.2×97.72+1.4×（10.33+3/92×4.36×11.52）＝161.69kN/mx=LP/2＝4.5mNx＝N2＝761.55kNMx＝MA+N3x-w1-(w2-w1)＝-1197.86+575.98×4.5-101.76×-×（161.69-101.76）＝262.60kN·mVx＝w1x+(w2-w1)-N3＝101.76×4.5+×（161.69-101.76）-575.98＝-50.63kN（3）左側(cè)墻（圖1-8）w1＝1.2ep1+1.4e車＝1.2×30.67+1.4×4.36＝42.91kN/mw2＝1.2ep2+1.4e車＝1.2×137.15+1.4×4.36＝170.68kN/mx=hP/2＝5.75mNx＝N3＝575.98kNMx＝MB+N1x-w1-(w2-w1)＝-911.34+466.8×5.75-42.91×-×（170.68-42.91）＝711.37kN·mVx＝w1x+(w2-w1)-N1＝42.91×5.75+×（170.68-42.91）-466.8＝-36.40kN（4）右側(cè)墻（圖1-9）x=hP/2＝5.75mw1＝1.2ep1＝1.2×30.67＝36.8kN/mw2＝1.2ep2＝1.2×137.15＝164.58kN/mNx＝N4＝575.98kNMx＝MC+N1x-w1-(w2-w1)＝-1068.47+466.8×5.75-36.8×-×（164.58-36.8）＝655.22kN·mVx＝w1x+(w2-w1)-N1＝36.8×5.75+×（164.58-36.8）-466.8＝-71.52kN（5）構(gòu)件內(nèi)力匯總表（表1-2）(四)截面設(shè)計1.頂板（B-C）鋼筋按左右對稱，用最不利荷載計算。(1)跨中l(wèi)0=9.0m,h=1.0m,a=0.06m,h0=0.94m。e0＝＝＝0.74m＝＝＝0.2887＝＝31.17＞17.5由《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》第5.3.10條1＝0.2+2.7＝0.2+2.7×＝2.32＞1.0，取1＝1.02＝1.15-0.01＝1.15-0.01×＝1.06＞1.0，取2＝1.0η＝1+＝1+＝1.073由《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》第5.3.5條e＝ηe0+-a＝1.073×0.74+-0.06＝1.234mγ0Nde＝fcdbx（h0-）1.0×466.8×103×1234＝11.5×1000×X×（940－）解得x＝55mm＜ξbh0＝0.56×940＝526.4mm，為大偏心受壓構(gòu)件。AS＝＝＝591.78mm2用Ф16@100mm，實際AS＝2009.6mm2＝＝0.21＞0.2滿足《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》第9.1.12條的規(guī)定。根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》第5.2.9條：0.51×10-3bh0＝0.51×10-3××1000×940＝2397kN＞γ0Vd＝1.0×16.81kN＝16.81kN抗剪截面尺寸符合規(guī)定。0.5×10-3α2bh0＝0.5×10-3×1.0×1.23×1000×940＝578.1kN＞γ0Vd＝1.0×16.81kN＝16.81kN僅需按構(gòu)造設(shè)置抗剪鋼筋。(2)節(jié)點l0=9.0m,h=1.5m,a=0.06m,h0=1.44m。e0＝＝＝2.29m＝＝＝0.433＝＝20.79＞17.5由《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》第5.3.10條1＝0.2+2.7＝0.2+2.7×＝4.49＞1.0，取1＝1.02＝1.15-0.01＝1.15-0.01×＝1.09＞1.0，取2＝1.0η＝1+＝1+＝1.016由《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》第5.3.5條e＝ηe0+-a＝1.016×2.29+-0.06＝3.017mγ0Nde＝fcdbx（h0-）1.0×466.8×103×3017＝11.5×1000×X×（1440－）解得x＝88mm＜ξbh0＝0.56×1440＝806mm，為大偏心受壓構(gòu)件。AS＝＝＝1947mm2用Ф20@100mm，實際AS＝3140mm2＝＝0.218＞0.2滿足《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》第9.1.12條的規(guī)定。根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》第5.2.9條：0.51×10-3bh0＝0.51×10-3××1000×1440＝3672kN＞γ0Vd＝1.0×575.98kN＝575.98kN抗剪截面尺寸符合規(guī)定。0.5×10-3α2bh0＝0.5×10-3×1.0×1.23×1000×1440＝885.6kN＞γ0Vd＝1.0×575.98kN＝575.98kN僅需按構(gòu)造設(shè)置抗剪鋼筋。2．底板（A-D）鋼筋按左右對稱，用最不利荷載計算。(1)跨中l(wèi)0=9.0m,h=1.0m,a=0.06m,h0=0.94m。e0＝＝＝0.345m＝＝＝0.2887＝＝31.17＞17.5由《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》第5.3.10條1＝0.2+2.7＝0.2+2.7×＝1.19＞1.0，取1＝1.02＝1.15-0.01＝1.15-0.01×＝1.06＞1.0，取2＝1.0η＝1+＝1+＝1.16由《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》第5.3.5條e＝ηe0+-a＝1.16×0.345+-0.06＝0.84mγ0Nde＝fcdbx（h0-）1.0×761.55×103×840＝11.5×1000×X×（940－）解得x＝61mm＜ξbh0＝0.56×940＝526.4mm，為大偏心受壓構(gòu)件。AS＝＝＝-214.3mm2按構(gòu)造配筋用Ф16@100mm，實際AS＝2009.6mm2＝＝0.21＞0.2滿足《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》第9.1.12條的規(guī)定。根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》第5.2.9條：0.51×10-3bh0＝0.51×10-3××1000×940＝2397kN＞γ0Vd＝1.0×50.63kN＝50.63kN抗剪截面尺寸符合規(guī)定。0.5×10-3α2bh0＝0.5×10-3×1.0×1.23×1000×940＝578.1kN＞γ0Vd＝1.0×50.63kN＝50.63kN僅需按構(gòu)造設(shè)置抗剪鋼筋。(2)節(jié)點l0=9.0m,h=1.5m,a=0.06m,h0=1.44m。e0＝＝＝1.57m＝＝＝0.433＝＝20.79＞17.5由《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》第5.3.10條1＝0.2+2.7＝0.2+2.7×＝3.14＞1.0，取1＝1.02＝1.15-0.01＝1.15-0.01×＝1.09＞1.0，取2＝1.0η＝1+＝1+＝1.024由《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》第5.3.5條e＝ηe0+-a＝1.024×1.57+-0.06＝2.30mγ0Nde＝fcdbx（h0-）1.0×761.55×103×2300＝11.5×1000×X×（1440－）解得x＝108mm＜ξbh0＝0.56×1440＝806mm，為大偏心受壓構(gòu)件。AS＝＝＝1716mm2用Ф20@100mm，實際AS＝3140mm2＝＝0.218＞0.2滿足《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》第9.1.12條的規(guī)定。根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》第5.2.9條：0.51×10-3bh0＝0.51×10-3××1000×1440＝3672kN＞γ0Vd＝1.0×575.98kN＝575.98kN抗剪截面尺寸符合規(guī)定。0.5×10-3α2bh0＝0.5×10-3×1.0×1.23×1000×1440＝885.6kN＞γ0Vd＝1.0×575.98kN＝575.98kN僅需按構(gòu)造設(shè)置抗剪鋼筋。3．左、右側(cè)墻（B-A、C-D）鋼筋按左右對稱，用最不利荷載計算。(1)跨中l(wèi)0=11.5m,h=1.0m,a=0.06m,h0=0.94m。e0＝＝＝1.235m＝＝＝0.2887＝＝39.83＞17.5由《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》第5.3.10條1＝0.2+2.7＝0.2+2.7×＝3.75＞1.0，取1＝1.02＝1.15-0.01＝1.15-0.01×＝1.035＞1.0，取2＝1.0η＝1+＝1+＝1.072由《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》第5.3.5條e＝ηe0+-a＝1.072×1.235+-0.06＝1.764mγ0Nde＝fcdbx（h0-）1.0×575.98×103×1764＝11.5×1000×X×（940－）解得x＝100mm＜ξbh0＝0.56×940＝526.4mm，為大偏心受壓構(gòu)件。AS＝＝＝2050mm2按構(gòu)造配筋用Ф18@100mm，實際AS＝2543mm2＝＝0.27＞0.2滿足《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》第9.1.12條的規(guī)定。根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》第5.2.9條：0.51×10-3bh0＝0.51×10-3××1000×940＝2397kN＞γ0Vd＝1.0×71.52kN＝71.52kN抗剪截面尺寸符合規(guī)定。0.5×10-3α2bh0＝0.5×10-3×1.0×1.23×1000×940＝578.1kN＞γ0Vd＝1.0×71.52kN＝71.52kN僅需按構(gòu)造設(shè)置抗剪鋼筋。(2)節(jié)點l0=11.5m,h=1.5m,a=0.06m,h0=1.44m。e0＝＝＝2.08m＝＝＝0.433＝＝26.56＞17.5由《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》第5.3.10條1＝0.2+2.7＝0.2+2.7×＝4.1＞1.0，取1＝1.02＝1.15-0.01＝1.15-0.01×＝1.07＞1.0，取2＝1.0η＝1+＝1+＝1.029由《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》第5.3.5條e＝ηe0+-a＝1.029×2.08