单孔箱涵结构设计计算书

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=6m净高h0=3.6m2.设计安全等级设计安全等级13.汽车荷载荷载等级公路－2级4.填土情况箱涵顶填土厚H=3.4m土的内摩擦角Φ=30°填土容重γ1=18kN/m3地基承载力[σ0]=259.6kPa5.建筑材料普通钢筋种类2主钢筋直径25mm涵身混凝土强度等级C306.箱涵尺寸顶板、底板厚度δ=0.4m倒角C1=0.05m侧墙厚度t=0.4m倒角C2=0.05m基础襟边c=0.2m基础高度d=0.2m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=6m净高h0=3.6m2、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—Ⅱ级4、填土情况涵顶填土高度H=3.4m土的内摩擦角Φ=30°填土容重γ1=18kN/m3地基容许承载力[σ0]=259.6kPa5、建筑材料普通钢筋种类HRB335主钢筋直径25mm钢筋抗拉强度设计值fsd=280MPa涵身混凝土强度等级C30涵身混凝土抗压强度设计值fcd=13.8MPa涵身混凝土抗拉强度设计值ftd=1.39MPa钢筋混凝土重力密度γ2=25kN/m3基础混凝土强度等级C20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=0.4mC1=0.05m侧墙厚度t=0.4mC2=0.05m横梁计算跨径LP=L0+t=6.4mL=L0+2t=6.8m侧墙计算高度hP=h0+δ=4mh=h0+2δ=4.4m基础襟边c=0.2m基础高度d=0.2m基础宽度B=7.2m图L-01(二)荷载计算1、恒载恒载竖向压力p恒=γ1H+γ2δ=71.20kN/m2恒载水平压力顶板处eP1=γ1Htan2(45°-φ/2)=20.40kN/m2底板处eP2=γ1(H+h)tan2(45°-φ/3)=46.80kN/m22、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》(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=5.826m同理，纵向，汽车后轮着地长度0.2m0.2/2+Htan30°=2.063m1.4/2m故b=(0.2/2+Htan30°)×2=4.126m∑G=140kN车辆荷载垂直压力q车=∑G/(a×b)=5.82kN/m2车辆荷载水平压力e车=q车tan2(45°-φ/2)=1.94kN/m2(三)内力计算1、构件刚度比K=(I1/I2)×(hP/LP)=0.632、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=71.20kN/m2MaA=MaB=MaC=MaD=-149.56kN·mNa3=Na4=227.84kN车辆荷载p=q车=5.82kN/m2MaA=MaB=MaC=MaD=-12.23kN·m图L-02Na3=Na4=18.64kN(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=20.40kN/m2MbA=MbB=MbC=MbD=-10.46kN·mNb1=Nb2=40.80kN(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=26.40kN/m2McA=McD=-7.38kN·mMcB=McC=-6.16kN·mNc1=17.30kNNc2=35.50kN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)]·phP2/42.26m0.6/2+Htan30°=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=1.94kN/m2MdA=-4.95kN·mMdB=2.81kN·mMdC=-3.81kN·mMdD=3.96kN·m图L-05Nd1=1.94kNNd2=5.82kNNd3=-Nd4=-1.03kN(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MAMBMCMDN1N2N3N4-149.56-149.56-149.56-149.5600227.84227.84-179.47-179.47-179.47-179.4700273.41273.41-10.46-10.46-10.46-10.4640.8040.8000-7.38-6.16-6.16-7.3817.3035.5000-24.97-23.27-23.27-24.9781.34106.8200-12.23-12.23-12.23-12.230018.6418.64-4.952.81-3.813.961.945.82-1.031.03-24.06-13.19-22.46-11.582.728.1524.6427.54-228.50-215.93-225.20-216.0384.05114.98298.05300.953、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=93.59kNNx=N1=84.05kNMx=MB+N3x-Px2/2=258.63kN·mVx=Px-N3=1.45kN(2)底板(图L-07)ω1=1.2p恒+1.4(q车-3e车HP2/LP2)=90.41kN/m2ω2=1.2p恒+1.4(q车+3e车HP2/LP2)=96.78kN/m2x=LP/2Nx=N3=298.05kNMx=MA+N3x-ω1·x2/2-x3(ω2-ω1)/6LP=256.94kN·mVx=ω1x+x2(ω2-ω1)/2LP-N3=-3.65kNa1.2×∑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(3)左侧墙(图L-08)ω1=1.4eP1+1.4e车=31.28kN/m2ω2=1.4eP2+1.4e车68.24kN/m2x=hP/2Nx=N3=298.05kNMx=MB+N1x-ω1·x2/2-x3(ω2-ω1)/6hP=-122.70kN·mVx=ω1x+x2(ω2-ω1)/2hP-N1=-3.02kN(4)右侧墙(图L-09)ω1=1.4eP1=28.56kN/m2ω2=1.4eP2=65.52kN/m2x=hP/2Nx=N4=300.95kNMx=MC+N1x-ω1·x2/2-x3(ω2-ω1)/6hP=-126.53kN·mVx=ω1x+x2(ω2-ω1)/2hP-N1=-8.45kN(5)构件内力汇总表构件MdNdVdMdNdVdMdNdVd-215.9384.05298.05258.6384.051.45-225.2084.05300.95-228.50114.98298.05256.94114.98-3.65-216.03114.98300.95-215.93298.0584.05-122.70298.05-3.02-228.50298.05114.98-225.20300.9584.05-126.53300.95-8.45-216.03300.95114.98(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=6.40m，h=0.40m，a=0.03m，h0=0.37m，b=1.00m，Md=258.63kN·m，Nd=84.05kN，Vd=1.45kNe0=Md/Nd=3.077mi=h/121/2=0.115m长细比l0/i=55.4317.5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=22.6541.0，取ξ1=1.00ξ2=1.15-0.01l0/h=0.990≤1.0，取ξ2=0.99η=1+(l0/h)2ξ1ξ2h0/1400e0η=1.022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-De=ηe0+h/2-a=3.314mr0Nde=fcdbx(h0-x/2)306.41=13800x(0.37-x/2)解得x=0.066m≤ξbh0=0.56×0.37=0.207m故为大偏心受压构件。As=(fcdbx-r0Nd)/fsd=0.0029164m2=2916.4mm2μ=100As/(bh0)=0.79%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φ25@160mm，实际As=3068.0mm20.51×10-3fcu,k1/2bh0=1033.6kNr0Vd=1.6kN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=257.2kNr0Vd=1.6kN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=6.40m，h=δ+C1=0.45m，a=0.03m，h0=0.42m，b=1.00m，Md=225.20kN·m，Nd=84.05kN，Vd=300.95kNe0=Md/Nd=2.679mi=h/121/2=0.130m长细比l0/i=49.2717.5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=17.4241.0，取ξ1=1.00ξ2=1.15-0.01l0/h=1.0081.0，取ξ2=1.00η=1+(l0/h)2ξ1ξ2h0/1400e0η=1.023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=2.935mr0Nde=fcdbx(h0-x/2)271.36=13800x(0.42-x/2)解得x=0.050m≤ξbh0=0.56×0.42=0.235m故为大偏心受压构件。As=(fcdbx-r0Nd)/fsd=0.0021226m2=2122.6mm2μ=100As/(bh0)=0.51%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φ25@230mm，实际As=2134.2mm20.51×10-3fcu,k1/2bh0=1173.2kNr0Vd=331.0kN故