新规范单孔箱涵结构设计

钢筋混凝土箱涵结构设计数据输入：1.孔径及净空净跨径L0=16m净高h0=6.25m2.设计安全等级设计安全等级13.汽车荷载荷载等级公路－1级4.填土情况箱涵顶填土厚H=0.5m土的内摩擦角Φ=30°填土容重γ1=18kN/m3地基承载力[σ0]=400kPa5.建筑材料普通钢筋种类2主钢筋直径28mm涵身混凝土强度等级C506.箱涵尺寸顶板、底板厚度δ=0.85m倒角C1=0.85m侧墙厚度t=1.2m倒角C2=2.55m基础襟边c=0m基础高度d=0m附注：有填充颜色的单元格需要按说明输入数值。说明1为一级，2为二级，3为三级1为I级，2为II级，3为II级折减≥0.5m1为R235，2为HRB335，3为HRB400，4为KL40015~501、孔径及净空净跨径L0=16m净高h0=6.25m2、设计安全等级一级结构重要性系数r0=1.13、汽车荷载荷载等级公路—Ⅰ级4、填土情况填土高度H=0.5m土的内摩擦角Φ=30°填土容重γ1=18kN/m3地基容许承载力[σ0]=400kPa5、建筑材料普通钢筋种类HRB335主钢筋直径28mm钢筋抗拉强度设计值fsd=280MPa涵身混凝土强度等级C50涵身混凝土抗压强度设计值fcd=22.4MPa涵身混凝土抗拉强度设计值ftd=1.83MPa钢筋混凝土重力密度γ2=25kN/m3基础混凝土强度等级C15混凝土重力密度γ3=24kN/m3(一)截面尺寸拟定(见图L-01)顶板、底板厚度δ=0.85mC1=0.85m侧墙厚度t=1.2mC2=2.55m横梁计算跨径LP=L0+t=17.2mL=L0+2t=18.4m侧墙计算高度hP=h0+δ=7.1mh=h0+2δ=7.95m基础襟边c=0m基础高度d=0m基础宽度B=18.4m图L-01(二)荷载计算1、恒载恒载竖向压力p恒=γ1H+γ2δ=30.25kN/m2恒载水平压力顶板处eP1=γ1Htan2(45°-φ/2)=3.00kN/m2底板处eP2=γ1(H+h)tan2(45°-φ/3)=50.70kN/m22、活载钢筋混凝土框架结构设计一、设计资料二、设计计算设计:李海川2019/9/30第3页汽车后轮着地宽度0.6m，由《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60—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1.3/2m1.8/2m故横向分布宽度a=(0.6/2+Htan30°)×2+1.3=2.477m同理，纵向，汽车后轮着地长度0.2m0.2/2+Htan30°=0.389m1.4/2m故b=(0.2/2+Htan30°)×2=0.777m∑G=140kN车辆荷载垂直压力q车=∑G/(a×b)=72.70kN/m2车辆荷载水平压力e车=q车tan2(45°-φ/2)=24.23kN/m2(三)内力计算1、构件刚度比K=(I1/I2)×(hP/LP)=0.152、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MaA=MaB=MaC=MaD=-1/(K+1)·pLP2/12横梁内法向力Na1=Na2=0侧墙内法向力Na3=Na4=pLP/2恒载p=p恒=30.25kN/m2MaA=MaB=MaC=MaD=-650.35kN·mNa3=Na4=260.15kN车辆荷载p=q车=72.70kN/m2MaA=MaB=MaC=MaD=-1562.96kN·m图L-02Na3=Na4=625.20kN(2)b种荷载作用下(图L-03)MbA=MbB=MbC=MbD=-K/(K+1)·phP2/12Nb1=Nb2=phP/2Nb3=Nb4=0恒载p=eP1=3.00kN/m2MbA=MbB=MbC=MbD=-1.61kN·mNb1=Nb2=10.65kN(3)c种荷载作用下(图L-04)图L-03McA=McD=-K(3K+8)/[(K+1)(K+3)]·phP2/60McB=McC=-K(2K+7)/[(K+1)(K+3)]·phP2/60Nc1=phP/6+(McA-McB)/hPNc2=phP/3-(McA-McB)/hPNc3=Nc4=0恒载p=eP2-eP1=47.70kN/m2McA=McD=-13.75kN·mMcB=McC=-11.88kN·mNc1=56.18kNNc2=113.15kN图L-04(4)d种荷载作用下(图L-05)MdA=-[K(K+3)/6(K2+4K+3)+(10K+2)/(15K+5)]·phP2/40.59m0.6/2+Htan30°=设计:李海川2019/9/30第4页MdB=-[K(K+3)/6(K2+4K+3)-(5K+3)/(15K+5)]·phP2/4MdC=-[K(K+3)/6(K2+4K+3)+(5K+3)/(15K+5)]·phP2/4MdD=-[K(K+3)/6(K2+4K+3)-(10K+2)/(15K+5)]·phP2/4Nd1=(MdD-MdC)/hPNd2=phP-(MdD-MdC)/hPNd3=-Nd4=-(MdB-MdC)/LP车辆荷载p=e车=24.23kN/m2MdA=-153.56kN·mMdB=151.84kN·mMdC=-164.86kN·mMdD=140.53kN·m图L-05Nd1=43.01kNNd2=129.04kNNd3=-Nd4=-18.41kN(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》(JTGD60—2004)第4.1.6条进行承载能力极限状态效应组合MAMBMCMDN1N2N3-650.35-650.35-650.35-650.3500260.15-780.42-780.42-780.42-780.4200312.18-1.61-1.61-1.61-1.6110.6510.650-13.75-11.88-11.88-13.7556.18113.150-21.51-18.89-18.89-21.5193.56173.320-1562.96-1562.96-1562.96-1562.9600625.20-153.56151.84-164.86140.5343.01129.04-18.41-2403.13-1975.57-2418.95-1991.4060.22180.66849.51-3205.06-2774.89-3218.27-2793.33153.78353.981161.693、构件内力计算(跨中截面内力)(1)顶板(图L-06)x=LP/2P=1.2p恒+1.4q车*1.3=168.61kNNx=N1=153.78kNMx=MB+N3x-Px2/2=980.41kN·mVx=Px-N3=288.36kN(2)底板(图L-07)ω1=1.2p恒+1.4(q车-3e车HP2/LP2)*1.3=146.07kN/m2ω2=1.2p恒+1.4(q车+3e车HP2/LP2)*1.3=191.16kN/m2x=LP/2Nx=N3=1161.69kNMx=MA+N3x-ω1·x2/2-x3(ω2-ω1)/6LP=1106.06kN·mVx=ω1x+x2(ω2-ω1)/2LP-N3=191.42kNa1.2×∑结构、土的重力b恒载c1.4×∑土侧压力图L-06图L-07ad1.4×∑汽车荷载效应组合车辆荷载M(kN·m)N(kN)荷载种类设计:李海川2019/9/30第5页(3)左侧墙(图L-08)ω1=1.4eP1+1.4e车*1.3=48.30kN/m2ω2=1.4eP2+1.4e车*1.3115.08kN/m2x=hP/2Nx=N3=1161.69kNMx=MB+N1x-ω1·x2/2-x3(ω2-ω1)/6hP=-2603.47kN·mVx=ω1x+x2(ω2-ω1)/2hP-N1=76.96kN(4)右侧墙(图L-09)ω1=1.4eP1=4.20kN/m2ω2=1.4eP2=70.98kN/m2x=hP/2Nx=N4=1213.24kNMx=MC+N1x-ω1·x2/2-x3(ω2-ω1)/6hP=-2768.94kN·mVx=ω1x+x2(ω2-ω1)/2hP-N1=-79.61kN(5)构件内力汇总表构件MdNdVdMdNdVdMdNdVd-2774.89153.781161.69980.41153.78288.36-3218.27153.781213.24-3205.06353.981161.691106.06353.98191.42-2793.33353.981213.24-2774.891161.69153.78-2603.471161.6976.96-3205.061161.69353.98-3218.271213.24153.78-2768.941213.24-79.61-2793.331213.24353.98(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l0=17.20m，h=0.85m，a=0.03m，h0=0.82m，b=1.00m，Md=980.41kN·m，Nd=153.78kN，Vd=288.36kNe0=Md/Nd=6.375mi=h/121/2=0.245m长细比l0/i=70.1017.5由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62—2004)第5.3.10条ξ1=0.2+2.7e0/h0=21.1921.0，取ξ1=1.00ξ2=1.15-0.01l0/h=0.948≤1.0，取ξ2=0.95η=1+(l0/h)2ξ1ξ2h0/1400e0η=1.036由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62—2004)第5.3.5条B-CA-DB-CA-DB-AC-DBABCCDAD图L-08图L-09B-AC-D设计:李海川2019/9/30第6页e=ηe0+h/2-a=6.998mr0Nde=fcdbx(h0-x/2)1183.71=22400x(0.82-x/2)解得x=0.067m≤ξbh0=0.56×0.82=0.459m故为大偏心受压构件。As=(fcdbx-r0Nd)/fsd=0.00477166m2=4771.7mm2μ=100As/(bh0)=0.58%0.2%符合《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62—2004)第9.1.12条的要求。选用φ28@120mm，实际As=5131.3mm20.51×10-3fcu,k1/2bh0=2957.1kNr0Vd=317.2kN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》(JTGD62—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》(JTGD62—2004)第5.2.10条0.50×10-3α2ftdbh0=750.3kNr0Vd=317.2kN故可不进行斜截面抗剪承载力的验算，仅需按(JTGD62—2004)第9.3.13条构造要求配置箍筋。(2)结点l0=17.20m，h=δ+C1=1.70m，a=0.03m，h0=1.67m，b=Md=3218.27kN·m，Nd=153.78kN，Vd=1213.24kNe0=Md/Nd=20.927mi=h/121/2=0.491m长细比l0/i=35.0517.5由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62—2004)第5.3.10条ξ1=0.2+2.7e0/h0=34.0351.0，取ξ1=1.00ξ2=1.15-0.01l0/h=1.0491.0，取ξ2=1.00η=1+(l0/h)2ξ1ξ2h0/1400e0η=1.006由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62—2004)第5.3.5条e=ηe0+h/2-a=21.869mr0Nde=fcdbx(h0-x/2)3699.46=22400x(1.67-x/2)解得x=0.102m≤ξbh0=0.56×1.67=0.935m故为大偏心受压构件。As=(fcdbx-r0Nd)/