4米净跨径3米填土暗盖板涵整体计算

4米净跨径3米填土暗盖板涵整体计算1/12/2020第1页共9页4米净跨径3米填土暗盖板涵整体计算一.盖板计算1.设计资料汽车荷载等级：公路-I级；环境类别：I类环境；净跨径：L0=4m；单侧搁置长度：0.20m；计算跨径：L=4.2m；填土高：H=3m；盖板板端厚d1=30cm；盖板板中厚d2=30cm；盖板宽b=0.49m；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HRB400；抗拉强度设计值fsd=330Mpa；主筋直径为22mm，外径为24mm，共5根，选用钢筋总面积As=0.001901m2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》(JTGD61-2005)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力2.外力计算1)永久作用(1)竖向土压力q=γ2·H·b=18×3×0.49=26.46kN/m(2)盖板自重g=γ1·(d1+d2)·b/2/100=25×(30+30)×0.49/2/100=3.68kN/m2)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》(JTGD60-2004)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4米净跨径3米填土暗盖板涵整体计算1/12/2020第2页共9页根据《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004)中4.3.1关于车辆荷载的规定：车辆荷载顺板跨长La=1.6+2·H·tan30=1.6+2×3×0.577=5.06m车辆荷载垂直板跨长Lb=5.5+2·H·tan30=5.5+2×3×0.577=8.96m车轮重P=560kN车轮重压强Lp=P/La/Lb=560/5.06/8.96=12.34kN/m23.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=(26.46+3.68)×4.22/8=66.45kNm边墙内侧边缘处剪力V1=(q+g)·L0/2=(26.46+3.68)×4/2=60.27kN2)由车辆荷载引起的内力跨中弯矩M2=p·L2·b/8=12.34×4.22×0.49/8=13.33kNm边墙内侧边缘处剪力V2=p·L0·b/2=12.34×4.00×0.49/2=12.09kN3)作用效应组合根据《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004)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×(1.2×66.45+1.4×13.33)=88.56kNm边墙内侧边缘处剪力γ0Vd=0.9(1.2V1+1.4V2)=0.9×(1.2×60.27+1.4×12.09)=80.32kN4.持久状况承载能力极限状态计算截面有效高度h0=d1-c-2.4/2=30-3-1.200=25.8cm=0.258m4米净跨径3米填土暗盖板涵整体计算1/12/2020第3页共9页1)砼受压区高度x=fsd·As/fcd/b=330×0.001901/13.8/0.49=0.093m根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004)中5.2.1关于相对界限受压区高度ξb的规定:HRB400钢筋的相对界限受压区高度ξb=0.53。x≤ξb·h0=0.53×0.258=0.137m砼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》(JTGD62-2004)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=1.50，不小于45ftd/fsd=0.19,同时不小于0.2主筋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》(JTGD62-2004)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)=13.8×1000×0.49×0.093(0.258-0.093/2)=132.72kNm≥γ0Md=88.56kNm正截面抗弯承载力满足规范要求4)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》(JTGD62-2004)中5.2.9关于抗剪截面验算的规定:0.51×10-3·fcu,k0.5·b·h0=0.51×10-3×300.5×490×258=353.14kN≥γ0Vd=80.32kN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》(JTGD62-2004)中5.2.10关于受弯构件斜截面抗剪承载力验算的规定:对于板式受弯构件，公式可乘以1.25提高系数1.25×0.5×10-3·α2·ftd·b·h0=1.25×0.0005×1×1.39×0.49×1000×0.258×1000=109.83kN≥γ0Vd=80.32kN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》(JTGD62-2004)中9.3.13构造要求配置箍筋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》(JTGD62-2004)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=1.0×66.45+0.7×13.33=75.78kNm作用长期效应组合Ml=1.0M1+0.4M2=1.0×66.45+0.4×13.33=71.78kNm受拉钢筋的应力σss=Ms/0.87/As/h0=75.78/0.87/0.001901/0.258=177.64Mpa4米净跨径3米填土暗盖板涵整体计算1/12/2020第4页共9页作用长期效应影响系数C2=1+0.5Ml/Ms=1+0.5×71.78/75.78=1.47裂缝宽度Wfk=C1·C2·C3·σss·(30+d)/Es/(0.28+10·ρ)=1×1.47×1.15×177.64×(30+22)/2.00×105/(0.28+10×0.0150)=0.18mm≤0.20mm裂缝宽度满足规范要求二.台身及基础计算1.设计资料基础为整体式，基础襟边C1=0.20m，台身宽C2=0.50m，基础宽C3=2.70m背墙宽C4=0.30m，搭接宽度C5=0.20m，基础高度为0.60m，铺底厚为0.00m涵洞净高H0=3.50m，计算高度H1=3.65m，基础顶深H2=6.80m台身容重为23kN/m3，基础容重为23kN/m3，铺底容重为23kN/m3台身C20砼轴心抗压强度fcd=7.82Mpa，台身弯曲抗拉强度ftmd=0.80Mpa，台身直接抗剪强度fvd=1.59Mpa地基承载力容许值为120kPa，回填土的内摩擦角为30°将台身简化为上端铰支、下端固结模型，取台宽b=0.49m进行计算2.台身验算1)水平力4米净跨径3米填土暗盖板涵整体计算1/12/2020第5页共9页车辆荷载等代土层厚破坏棱体长度l0=(H1+d1/2+H)*tan(45°-30°/2)=3.93m计算长度B=8.96m=560/8.96/3.93/18=0.88m土的侧压力系数=tan2(45°-30°/2)=0.3333q1=(H+h+d1/2)·b·λ·18=(3+0.88+0.15)×0.49×0.3333×18=11.86kN/mq2=(H+h+H0+0.00/2+d1)·b·λ·18=(3+0.88+3.50+0.00+0.30)×0.49×0.3333×18=22.59kN/mA端处弯矩=-29.28kNmA端处剪力=42.72kN最大弯矩位置x0的计算4米净跨径3米填土暗盖板涵整体计算1/12/2020第6页共9页=2.94kN/m=2.21m最大弯矩计算=15.26kNm2)竖向力当x0=2.21m时，台身y-y截面上的竖向力、偏心矩及弯矩名称竖向力(kN)偏心矩e(m)弯矩(kNm)P166.30-0.15-9.94P27.940.100.79P31.010.100.10P47.280.000.00∑P82.53∑M=-9.053)截面验算作用效应组合γ0Md=0.9×(1.2×∑M+1.4×Mmax)=9.45kNmγ0Nd=0.9×1.2×∑P=89.13kNγ0Vd=0.9×1.4×QA=53.83kN偏心矩ee=γ0Md/γ0Nd=0.106m(1)偏心受压承载力验算4米净跨径3米填土暗盖板涵整体计算1/12/2020第7页共9页现根据《公路圬工桥涵设计规范》(JTGD61-2005)中条文4.0.6、4.0.7计算偏心受压构件承载力影响系数弯曲平面内的截面回旋半径ix=0.289×b=0.1416iy=0.289×C2=0.1445构件长细比，其中长细比修正系数γβ取1.3，构件计算长度l0取0.7H1=2.56m=6.5675=6.7015x方向和y方向偏心受压构件承载力影响系数，其中m取8.0，a取0.002=0.6010=0.95274米净跨径3米填土暗盖板涵整体计算1/12/2020第8页共9页砌体偏心受压构件承载力影响系数=0.5836构件截面面积A=C2*b=0.2450m2由《公路圬工桥涵设计规范》(JTGD61-2005)中条文4.0.9中关于偏心矩e的规定，现偏心矩e=0.106m，小于等于0.6×0.5×C2=0.15m，所以现根据《公路圬工桥涵设计规范》(JTGD61-2005)中条文4.0.5验算偏心受压承载力=1118.14kN≥γ0Nd=89.13kN偏心受压承载力满足要求(2)正截面受弯承载力验算构件受拉边缘的弹性抵抗矩W=b·C22/6=0.0204现根据《公路圬工桥涵设计规范》(JTGD61-2005)中条文4.0.12计算正截面受弯承载力W·ftmd=16.33kNm≥γ0Md=9.45kNm正截面受弯承载力满足要求(3)直接受剪承载力验算现根据《公路圬工桥涵设计规范》(JTGD61-2005)中条文4.0.13计算直接受剪承载力，其中μf=0.7，Nk=94.97kN=437.04kN≥γ0Vd=53.83kN直接受剪承载力满足要求3.基底应力验算4米净跨径3米填土暗盖板涵整体计算1/12/2020第9页共9页基础底面上的竖向力、偏心矩及弯矩见下表，其中P9汽是由车辆荷载所产生的盖板支点反力，竖向力及弯矩进行作用短期效应组合名称分项系数竖向力(kN)偏心矩e(m)弯矩(kNm)P11.066.300.000.00P21.07.940.000.00P31.01.010.000.00P51.019.720.000.00P61.018.260.000.00P71.012.000.000.00P81.00.000.000.00P9汽0.712.090.000.00∑P133.69∑M=0.00基础底面面积A=b·C3=1.3230m2=101kPa≤120kPa基底应力满足要求