盖板涵洞设计与计算实例

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盖板涵洞设计与计算实例
杨鹏
摘要:本文结合永安至武平高速公路K98+740涵洞变更设计,进行方案比选;较为详细的介绍了盖板涵的涵长计算、涵洞盖板内力计算及荷载组合、外力计算(永久作用、可变作用)、裂缝宽度计算等设计要点,对今后高速公路各种结构形式的涵管设计施工,盖板的厚度及受力指标检算有一定的指导意义。关键词:方案比选 ;涵长 ;盖板 ;设计计算
1 工程概况与方案比选
1.1 工程概况
永武高速A6合同段路基线路长,地形复杂,盖板涵洞数量达100道。在施工过程中,遇到了很多涵洞设计与实际地貌不完全相符的情况。本文所要阐述的就是在施工过程中,设计涵洞孔径及位置进行优化时,所进行的二次设计。
1.2 方案比选
永武高速A6合同段K98+660、K98+740两道涵洞均为(1-2.5×3.0m )排水兼行人涵,涵长共为133.63,里程相差80米,经测量人员现场勘测后,两道涵洞中间有一处不到10米的山脊相隔,K98+660涵洞右幅汇水面积很小。根据《公路桥涵设计细则》(JTG/T D65-04-2007)5.4.2山区涵洞布设原则中说明:“在汇水面积不大,两处山谷距离较近,具备连通的前提下,通过技术计算比选,可连接设通道”。项目部要求进行准确可靠的外业测量,并能够提供系统完整的资料,最后提交涵洞勘测调查整理表。经研究分析,可把K98+660处的汇水引至K98+740涵洞排除,K98+740涵洞涵位适当抬高,孔径加大,以满足当地通行及灌溉排水的需求,这样实施后高速公路的工期缩短了,同时加快了主线路基成型,业主可节约工程投资,减少施工方的措施费。经过项目部与设计单位及业主研讨后,最终采纳我项目部的意见,取消K98+660涵洞(1-2.5×3.0m长70.28m ),K98+740涵洞(1-2.5×3.0m长63.35m )涵底标高提高1.94m,孔径由1-2.5×3.0m加大至1-3.0×3.0m,涵长缩短为48.21m;K98+597-K98+770右侧地面水通过设计流水纵坡,山凹填平及挖沟将水引入K98+740涵洞排除。
2 设计方案
2.1 涵洞勘测
通过技术人员对现场地形的勘查和复测,收集出盖板涵设计所需的地形及汇水资料,包括拟设计盖板涵所在区域的原始地貌排水系统、地形、农田灌溉等自然条件,结合路基纵向排水系统,拟设盖板涵的位置、结构、跨境、净高、洞口设计等。
2.1 路基右侧填挖及引水设计
通过外业的勘测,结合当地水文、排水系统、农田灌溉选定了涵洞的位置,综合考虑周围水系,确定涵洞标高,确定引水纵坡,再确定土石填挖标高等,利用路基横断面图,绘制右侧排水变更设计图。
(1)确定涵洞底标高为344.00,根据勘测资料确定排水沟从急流槽顺接至涵洞口的纵坡,然后确定排水沟的标高;
(2)根据排水沟的标高,确定K98+660涵洞右侧及K98+740涵洞右侧需填平的标高,填平区以4%横坡控制,使路基水倒流至排水沟里,顺流至K98+740涵洞排除;
2.2 涵洞结构尺寸、洞身设计
(1)便于村民通车、行人及过水,为以后经济发展预留空间,根据与业月坛体育馆
主协商确定的孔径为1-3.0×3.0m,通过设计单位提供的涵洞通用图,拟定涵洞盖板厚为60cm,墙身90cm,
基础厚80cm。
图1 涵洞洞身断面
(2)技术要求
① 涵洞结构形式:片石砼台身钢筋混凝土盖板涵;
② 材料:骨架混凝土盖板采用C30混凝土现浇,台身、盖板涵基础采用C20片石混凝土,台帽C30骨架混凝土,帽石采用C30混凝土现浇,盖板涵基底采用铺设30cm厚砂砾垫层;
③ 采用整体式基础;④ 钢筋砼盖板设置上、下两侧钢筋布置;⑤ 八字墙的水流张角按30°
设置。
图2 盖板钢筋布置立面图
3 涵洞涵长、盖板设计计算
3.1 涵洞涵长设计3.1.1 设计资料
汽车荷载等级:公路-I级;环境类别:I类环境;
路基宽度B=26m,路基上游宽度B 上=13m,路基下游宽度B 下=13m;涵洞中心板顶高程H=347.6m;路基边坡坡率m=1.5;
左路肩高程h 下=354.326m,右路肩高程h 上=355.691m;流水横坡τ
0=0.01;
图3 盖板涵立面图
3.1.2 涵长计算
根据《路桥施工计算手册》(JTJ041-2000)第20章涵洞工程涵洞长度计算中规定:
涵洞与路线正交,
计算公式为:
(20-1
)(20-2) 
(20-3)
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把3.1.1中的数据代入(20-1)、(20-2)和(20-3)式中得:
涵洞上游长度
涵洞下游长度
涵洞总长度=48.21m
3.2 涵洞盖板设计计算
3.2.1 设计资料
汽车荷载等级:公路-I级;环境类别:I类环境;长春中医药大学学报
净跨径:L0=3m;单侧搁置长度:0.50m;计算跨径:L=3.5m;填土高:H=7.59m;
盖板板端厚d1=60cm;盖板板中厚d2=60cm;盖板宽b=0.99m;保护层厚度c=3cm;
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;
骨架截面直径为25mm,外径为27mm,共9根,选用骨架总面积As=0.004418m2  盖板容重γ1=25kN/m3;土容重γ2=18kN/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
图4
3.2.2 外力计算(1)永久作用
① 竖向土压力  q=γ2·H ·b=18×7.59×0.99=135.2538kN/m ② 盖板自重
g=γ1·(d1+d2)·b/2/100=25×(60+60)×0.99/2 /100=14.85kN/m (2)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4.3.4的规定:计算涵洞顶上车辆荷载引起的竖向土压力时,车轮按其着地面积的边缘向下做30°角分布。当几个车轮的压力扩散线相重叠时,扩散面积以最外面的扩散线为准
根据《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)4.3.1关于车辆荷载的规定:
车辆荷载顺板跨长La=13+2·H ·tan30=13+2×7.59×0.577=21.76m 车辆荷载垂直板跨Lb=5.5+2·H ·tan30=5.5+2×7.59×0.577=14.26m 车轮重 P=1100kN
车轮重压强L p=P/La/Lb=1100/21.76/14.26=3.54kN/m23.2.3 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=(135.25+14.85)
×3.52/8=229.85kNm民族同化
图5 弯矩图
边墙内侧边缘处剪 V1=(q+g)·L0/2=(135.25+14.85)×3/2=225.16kN (2)由车辆荷载引起的内力
跨中弯矩 M2=p ·L2·b/8=3.54
×3.52×0.99/8=5.37kNm
图6  弯矩图
边墙内侧边缘处剪力V2=p ·L0·b/2=3.54×3.00×0.99/2=5.26kN (3)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
γ0Md=0.9(1.2M1+1.4M2)=0.9×(1.2×229.85+1.4×5.37)=255.00kNm 边墙内侧边缘处剪力
γ0Vd=0.9(1.2V1+1.4V2)=0.9×(1.2×225.16+1.4×5.26)=249.80kN 3.2.4 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=60-3-1.350=55.7cm=0.557m (1)混凝土受压区高度
x=fsd ·As/fcd/b=280×0.004418/13.8/0.99=0.091m
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ξb的规定:
HRB335钢筋的相对界限受压区高度ξb=0.56。
x≤ξb ·h0=0.56×0.557=0.312m  混凝土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/b/h0=0.80,不小于45ftd/fsd=0.22,同时不小于0.2骨架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)=13.8×1000×0.99×0.091(0.557-0.091/2)=632.42kNm≥γ0Md=255.00kNm 正截面抗弯承载力满足规范要求⑷ 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关于抗剪截面验算的规定:
0.5 1×10-3·fcu,k0.5·b ·h0=0.51×10-3×300.5×990×556.5=1538.97kN≥γ0Vd=249.80kN 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:
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1973号决议
对于板式受弯构件,公式可乘以1.25提高系数1.2 5×0.5×10-3·α2·ftd ·b ·h0
=1.25×0.0005×1×1.39×0.99×1000×0.557×1000=478.62kN≥γ0Vd=249.80kN
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
3.2.5 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=1.0×229.85+0.7×5.37=233.61kNm 作用长期效应组合Ml=1.0M1+0.4M2=1.0×229.85+0.4×5.37=232.00kNm 受拉钢筋的应力σss=Ms/0.87/As/h0=233.61/0.87/0.004418/0.557=109.21Mpa
作用长期效应影响系数
C2=1+0.5Ml/Ms=1+0.5×232.00/233.61=1.50
裂缝宽度 Wfk=C1·C2·C3·σss ·(30+d )/Es/(0.28+10·ρ)=1×1.50×1.15×109.21×(30+25)/2.00×105/(0.28+10×0.0080)=0.14mm≤0.20mm 裂缝宽度满足规范要求
结语
经过对K98+740盖板涵位置、结构形式、跨净、净空、洞口、涵长及盖板设计计算,有以下几点体会:
(1)了解盖板涵在高速公路中重要作用,盖板涵设计的基本原理,涵洞位置选址的基本要求,盖板涵与路基挖填方在设计、施工中的注意事
项;
(2)了解钢筋砼盖板涵的设计组成部分及各部分检算原理;(3)涵洞长度计算方法;⑷ 涵洞盖板结构计算的方法。
参考文献:
[1]《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)北京:人民交通出版社,2004.
[2]《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)北京:人民交通出版社,2004.
[3]《公路圬工桥涵设计规范》(JTG D61-2005)北京:人民交通出版社,2005.
[4]《公路涵洞设计细则》(JTG/T D65-04-2007)北京:人民交通出版社,2007.
[5]《路桥施工计算手册》(JTJ041-2000)北京:人民交通出版社,2001.
(中交第三公路工程局有限公司)
(上接第135页)
互联网金融的交易模式一般是线上虚拟交易,交易对象没有地域限制并且交易时间短、交易频率快,这些特点都给监管带来了相当大的难题。传统的金融采用的是现场监管手段,显然这一手段已经不能适用于互联网金融,互联网金融行业是基于计算机技术和大数据技术上发展起来的,因此对金融监管部门的计算机技术要求比较高,要建设一支高素质的金融监管人才队伍尚需要时间。另外互联网金融交易不受地域限制,金融全球化已经是一种大趁势,跨境,跨区域监管难度增大,但目前还未形成互联网金融监管国际合作机制。
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结语
朝华mp3互联网金融在发展过程中不断创新,并且逐渐迎来它的朝阳期,因此防范化解互联网金融风险将成为政府工作的重点,如何利用互联网金融这把双刃剑是目前监管工作要思考的问题。
参考文献:
[1]刘旭辉.互联网金融风险防范和监管问题研究[D].中共中央党校,2015.
[2]陈晓华,曹国岭. 互联网金融风险控制[D].人民邮电出版社,2016.
[3]杨晓波.互联网金融的发展之路[D].上海交通大学出版社,2018.
[4]李彦彦.互联网金融:商业模式与控制[D].法律出版社,2017.
(对外经济贸易大学(对外经济贸易大学统计学院在职人员高级课程研修班学员),广东深圳518300)

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