圆管涵结构计算书

钢筋混凝土圆管涵结构计算书一、基本设计资料1．依据规范及参考书目：《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004），简称《桥规》《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）《公路砖石及混凝土桥涵设计规范》（JTJ022-85）《公路小桥涵设计示例》（刘培文、周卫编著）《公路涵洞设计细则》(JTG-2007)《公路小桥涵勘测设计》（孙家驷主编）第三版2．计算参数：圆管涵内径D=1000mm外径1170mm圆管涵壁厚t=85mm填土深度H=1100mm填土容重γ1=18.00kN/m3混凝土强度级别：C30汽车荷载等级：公路-I级由公路桥涵地基及基础设计规范3.3.4求得：修正后地基土容许承载力[fa]=150.0kPa管节长度L=1000mm填土内摩擦角φ=30.0度钢筋强度等级：R235钢筋保护层厚度as=30mm受力钢筋布置方案：φ10@100mm二、荷载计算1．恒载计算填土产生的垂直压力：q土=γ1×H=18.0×1100/1000=19.80kN/m2管节自重产生的垂直压力：q自=25×t=25×85/1000=2.13kN/m2故：q恒=q土+q自=19.80+2.125=21.93kN/m22．活载计算按《公路桥涵设计通用规范》（D60）第4.3.1条和第4.3.2条规定，计算采用车辆荷载；当填土厚度大于或等于0.5m时，涵洞不考虑冲击力。按（D60）第4.3.5条规定计算荷载分布宽度。一个后轮单边荷载的横向分布宽度=0.6/2+1100/1000×tan30°=0.935m由于一个后轮单边荷载的横向分布宽度=0.99m1.8/2m故各轮垂直荷载分布宽度互相重叠，荷载横向分布宽度a应按两辆车后轮外边至外边计算：a=（0.6/2+1100/1000×tan30°）×2+1.3+1.8×2=6.77m一个车轮的纵向分布宽度=0.2/2+1100/1000×tan30°=0.735m由于一个车轮单边的纵向分布宽度=0.735m1.4/2m故纵向后轮垂直荷载分布长度互相重叠，荷载纵向分布宽度b应按二轮外边至外边计算：b=（0.2/2+1100/1000×tan30°）×2+1.4=2.87mq汽=2×（2×140）/（a×b）=560/（6.77×2.87）=28.82kN/m23．管壁弯矩计算忽略管壁环向压力及径向剪力，仅考虑管壁上的弯矩。管壁中线半径R=（D/2+t/2）=（1000/2+85/2）/1000=0.5425m土的侧压系数λ=tan2（45°-φ/2）=0.333（1）填土在管壁截面上产生的弯矩)1(137.02321qRMMMM1=0.137×q土×R2×（1-λ）=0.137×19.80×0.54252×（1-0.333）=0.53kN·m（2）管壁自重在截面上产生的弯矩232221369.0'337.0'304.0'qRMqRMqRMM3=0.369×q自×R2=0.369×2.13×0.54252=0.23kN·m恒载产生的最大弯矩M恒=M1+M3=0.53+0.23=0.76kN·m（3）车辆荷载在截面上产生的弯矩)1(137.0''''''2321qRMMMM汽=0.137×q汽×R2×（1-λ）=0.137×28.82×0.54252×（1-0.333）=0.78kN·m4．荷载组合按（D60）第4.1.6条进行作用效应组合承载能力极限状态组合：Mud=1.2×M恒+1.4×M汽=1.2×0.76+1.4×0.78=2.00kN·m正常使用极限状态组合：短期组合Msd=M恒+0.7M汽=0.76+0.7×0.78=1.31kN·m长期组合Mld=M恒+0.4M汽=0.76+0.4×0.78=1.07kN·m三、强度验算1．材料参数从《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（D62）中表3.1.4查得：C30混凝土的轴心抗压强度设计值fcd=13.8MPa从（D62）中表3.2.3-1查得：R235钢筋的抗拉强度设计值fsd=195MPa从（D62）中表3.2.4查得：R235钢筋的弹性模量Es=2.1×105MPa从（D62）中表5.2.1查得：构件的正截面相对界限受压区高度ξb=0.622．验算结果管节处预留10mm接缝宽度，故实际管节长为1000-10=990mm考虑任意位置都可能承受正、负弯矩，故管涵内、外侧都应布置钢筋。由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》，按单筋界面算x。ho=85-30=55mmx=fsdAs/（fcdb）=195×11×78.5/（13.8×990）=12.3mmho×ξb=55×0.62=34.1mmx=12.3mm，满足要求fcd×b×x×（ho-x/2）×10-6=13.8×990×12.3×（55-12.3/2）×10-6=8.21kN·mγo×Mud=1.1×2.00=2.20kN·m故截面强度验算满足要求！四、裂缝宽度验算由（D62）中第6.4.3条和第6.4.4条规定：σss=Ms×106/（0.87×As×ho）=1.31×106/（0.87×11×78.5×55）=31.70N/mm2ρ=As/（b×ho）=11×78.5/（990×55）=0.0159ρ0.02时，取ρ=0.02,ρ0.006时，取ρ=0.006,所以ρ取0.0159对于光面钢筋，取C1=1.4C2=1+0.5×Mld/Msd=1+0.5×1.07/1.31=1.41当为混凝土板式受弯构件时，C3取1.15Wtk=C1×C2×C3×σss/Es×（30+d）/（0.28+10*ρ）=1.40×1.41×1.15×31.70/210000×（30+10）/（0.28+10*0.0159）=0.031mmWtk=0.031mm≤0.2mm故裂缝宽度验算满足要求！五、地基应力验算当基底只承受轴心荷载时，按《公路桥涵地基与基础设计规范》式4.2.2-1，基底岩土承载力应满足：p=N/A≤[fa]q恒'=（1100+1000+85×2）/1000×18.0+25×85/1000×π=47.54kN/m2N=（q恒'+q汽）×A=（47.54+28.82）×1=76.36kN/m2σmax=N/A=76.36kPa≤[fa]=150.00kPa故地基应力验算满足要求！