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1.2m新规范箱涵结构设计

1、孔径及净空净跨径L 0 =6m 净高

麦克白h 0 =

2、设计安全等级三级结构重要性系数r 0 =0.9

3、汽车荷载荷载等级公路 —

Ⅰ级

4、填土情况涵顶填土高度H = 1.21m 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HRB400主钢筋直径20mm 钢筋抗拉强度设计值f sd =

330MPa

涵身混凝土强度等级C 35涵身混凝土抗压强度设计值f cd =16.1MPa 涵身混凝土抗拉强度设计值f td = 1.52MPa 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 =0.45m C 1 =0.05m 侧墙厚度t =0.45m C 2 =

0.05m 横梁计算跨径L P = L 0+t = 6.45m L = L 0+2t = 6.9m 侧墙计算高度h P = h 0+δ = 4.45m h = h 0+2δ =

4.9m 基础襟边 c =0.2m 基础高度 d =0.1m 基础宽度 B =

7.3

图 L-01

(二)荷载计算1、恒载恒载竖向压力p 恒 = γ1H+γ2δ =

33.03

kN/m 2

恒载水平压力顶板处e P1 = γ1Htan 2(45°-φ/2) =7.26kN/m 2底板处e P2 = γ1(H+h)tan 2(45°-φ/3) =

36.66

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°)×2+1.3 =

6.9m

6.9同理，纵向，汽车后轮着地长度0.2m

1.597

0.2/2+Htan30°=

0.799 m > 1.4/2 m 故

b = (0.2/2+Htan30°)×2 =

2.998m ∑G =

560kN 车辆荷载垂直压力

q 车 = ∑G /(a×b) =

27.07kN/m 250.819925车辆荷载水平压力e 车 = q 车tan 2(45°-φ/2) =9.02

kN/m 2

50.82

(三)内力计算1、构件刚度比

K = (I 1/I 2)×(h P /L P ) =

0.69

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)·pL 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 =

33.03kN/m 2M aA = M aB = M aC = M aD =

-67.76kN ·m N a3 = N a4 =领导者的作用

106.52kN 车辆荷载

p = q 车 =

27.07kN/m 2M aA = M aB = M aC = M aD =

-55.54kN ·m 图 L-02

N a3 = N a4 =

87.30

(2)b种荷载作用下 (图L-03)

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

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

0恒载

p = e P1 =

7.26kN/m 2M bA = M bB = M bC = M bD =

-4.89kN ·m N b1 = N b2 =

16.15

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

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 =29.40kN/m 2M cA = M cD =-10.81kN ·m M cB = M cC =

-9.00kN ·m N c1 =21.40kN N c2 =

44.02

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)]·ph P 2/4

1.00 m

0.6

/2+Htan30°=

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

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

M dD =-[K(K+3)/6(K2+4K+3)-(10K+2)/(15K+5)]·ph 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 =9.02kN/m2

M dA =-28.94kN·m

M dB =15.73kN·m

M dC =-21.81kN·m

M dD =22.86kN·m图 L-05

N d1 =10.04kN

N d2 =30.12kN

N d3 = -N d4 =-5.82kN

(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

=-20.94kN

(3)左侧墙 (图L-08)

ω1 =1.4e P1+1.4e 车

22.80kN/m 2ω2 =1.4e P2+1.4e 车

63.96kN/m 2

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

241.90

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

=-81.65

kN ·m

V x =ω1x+x 2

(ω2-ω1)/2h P -N 1

6.99

(4)右侧墙 (图L-09)

ω1 = 1.4e P1 =10.16kN/m 2ω2 = 1.4e P2 =

51.32kN/m 2x =h P /2

N x = N 4 =

258.20

kN首都休闲大学

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

=-102.94

kN ·m V x =ω1x+x 2

(ω2-ω1)/2h P -N 1

-21.12

(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 =6.45 m ，

h =0.45 m ，

a =0.03 m ，h 0 =0.42 m ，

b =1.00 m ，

M d =220.45 kN ·m ，

N d =66.63 kN ， V d =8.15 kN

蜗轮蜗杆传动

e 0 = M d /N d = 3.309m i =h/121/2 =

0.130m 长细比南怀仁

l 0/i =

49.65> 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 =21.471> 1.0 ，取ξ1 =1.00ξ2 = 1.15-0.01l 0/h =

1.007

> 1.0 ，

取ξ2 =1.00

η =1+(l 0/h)2ξ1ξ2h 0/1400e 0η =

1.019

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 = 3.565m

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

213.79 =16100x(0.42-x/2)

解得x =0.033 m≤ξb h0 =0.53×0.42 =0.223 m

故为大偏心受压构件。

A s = (f cd bx-r0N d)/f sd =0.0014237m2= 1423.7mm2

μ = 100A s/(bh0) =0.34 %>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 φ20 @220 mm，实际 A s =1428.0mm2

0.51×10-3f cu,k1/2bh0 =1267.2 kN>r0V d =7.3 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

0.50×10-3α2f td bh0 =319.2 kN>r0V d =7.3 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 =6.45 m ，h = δ+C1 =0.50 m ， a =0.03 m ，h0 =0.47 m ， b =1.00 m ，M d =209.04 kN·m ，N d =66.63 kN， V d =258.20 kN

e0 = M d/N d = 3.138m

i =h/121/2 =0.144m

长细比l0/i =44.69> 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 =18.224> 1.0 ，取ξ1 =1.00

ξ2 = 1.15-0.01l0/h = 1.021> 1.0 ，取ξ2 =1.00

η =1+(l0/h)2ξ1ξ2h0/1400e0

η = 1.018

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 = 3.413m

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

204.68 =16100x(0.47-x/2)

解得x =0.028 m≤ξb h0 =0.53×0.47 =0.249 m

故为大偏心受压构件。

A s = (f cd bx-r0N d)/f sd =0.0011783m2= 1178.3mm2

μ = 100A s/(bh0) =0.25 %>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 φ20 @260 mm，实际 A s =1208.3mm2

0.51×10-3f cu,k1/2bh0 =1418.1 kN>r0V d =232.4 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

0.50×10-3α2f td bh0 =357.2 kN>r0V d =232.4 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、底板 (A-D)

钢筋按左、右对称，用最不利荷载计算。

(1)跨中

l0 =6.45 m ，h =0.45 m ， a =0.03 m ，h0 =0.42 m ， b =1.00 m ，M d =217.91 kN·m ，N d =126.40 kN， V d =20.94 kN

e0 = M d/N d = 1.724m

i =h/121/2 =0.130m

长细比l0/i =49.65> 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 =11.282> 1.0 ，取ξ1 =1.00

ξ2 = 1.15-0.01l0/h = 1.007> 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 = 1.981m

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

225.31 =16100x(0.42-x/2)

解得x =0.035 m≤ξb h0 =0.53×0.42 =0.223 m

故为大偏心受压构件。

A s = (f cd bx-r0N d)/f sd =0.0013511m2= 1351.1mm2

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 φ20 @230 mm，实际 A s =1365.9mm2

0.51×10-3f cu,k1/2bh0 =1267.2 kN>r0V d =18.8 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

0.50×10-3α2f td bh0 =319.2 kN>r0V d =18.8 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 =6.45 m ，h = δ+C1 =0.50 m ， a =0.03 m ，h0 =0.47 m ， b =1.00 m ，M d =221.56 kN·m ，N d =126.40 kN， V d =241.90 kN

e0 = M d/N d = 1.753m

i =h/121/2 =0.144m

长细比l0/i =44.69> 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 =10.270> 1.0 ，取ξ1 =1.00

ξ2 = 1.15-0.01l0/h = 1.021> 1.0 ，取ξ2 =1.00

谱纯η =1+(l0/h)2ξ1ξ2h0/1400e0

η = 1.032

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 = 2.029m

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

230.79 =16100x(0.47-x/2)

解得x =0.032 m≤ξb h0 =0.53×0.47 =0.249 m

故为大偏心受压构件。

A s = (f cd bx-r0N d)/f sd =0.001195m2= 1195.0mm2

μ = 100A s/(bh0) =0.25 %>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 φ20 @260 mm，实际 A s =1208.3mm2

0.51×10-3f cu,k1/2bh0 =1418.1 kN>r0V d =217.7 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

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