新规范箱涵结构设计(2010年7月)

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=3.0m净高h0=2.5m2.设计安全等级设计安全等级33.汽车荷载荷载等级公路－1级4.填土情况箱涵顶填土厚H=0.8m土的内摩擦角Φ=30°填土容重γ1=18kN/m3地基承载力[σ0]=200kPa5.建筑材料普通钢筋种类2主钢筋直径12mm涵身混凝土强度等级C206.箱涵尺寸顶板、底板厚度δ=0.3m倒角C1=0.3m侧墙厚度t=0.28m倒角C2=0.5m基础襟边c=0.2m基础高度d=0.4m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KL400钢筋中心至砼边缘之距离为：0.04m15~501、孔径及净空约定：净跨径L0=3.0m1、轴向力以杆件受压为正。净高h0=2.5m2、弯矩以使箱涵内框一侧受拉为正。2、设计安全等级三级3、截面剪力：使计算截面逆时针转动为正。结构重要性系数r0=0.9前提条件：1）支座在杆件下方；3、汽车荷载2）x为计算截面距左端支座之距离。荷载等级公路—Ⅰ级4、支座反力以受压为正。4、填土情况5、以梁为隔离体，固端梁简化为简支梁时，涵顶填土高度H=0.8m图中所加的杆端力（轴力、弯矩）及支反力均为正值，土的内摩擦角Φ=30°若计算得到的值为负值，则表示实际方向与图中所示填土容重γ1=18kN/m3的方向相反。地基容许承载力[σ0]=200kPa6、本表格默认箱涵内水深为满水，也可以修改表格，5、建筑材料先不考虑水压力得到涵洞基底应力σmax，普通钢筋种类HRB335最后要求的基底应力为：σmax+h水*10KPa。主钢筋直径12mm钢筋弹性模量Es=200000MPa钢筋抗拉强度设计值fsd=280MPa7、本表格未考虑砼收缩、温度变化的影响。涵身混凝土强度等级C208、本表格已考虑涵洞设计细则中竖向土压力系数的影响。涵身混凝土抗压强度设计值fcd=9.2MPa9、本表格已考虑偏心受压构件裂缝宽度验算。涵身混凝土抗拉强度设计值ftd=1.06MPa钢筋混凝土重力密度γ2=25.0kN/m3基础混凝土强度等级C15混凝土重力密度γ3=24.0kN/m3(一)截面尺寸拟定(见图L-01)顶板、底板厚度δ=0.3mC1=0.3m侧墙厚度t=0.28mC2=0.5m横梁计算跨径LP=L0+t=3.28mL=L0+2t=3.56m侧墙计算高度hP=h0+δ=2.8mh=h0+2δ=3.1m基础襟边c=0.2m基础高度d=0.4m基础宽度B=3.96m[JTG/TD65-04--2007表9.2.2]h/D=0.22竖向土压力系数Ks=1.09图L-01(二)荷载计算1、恒载恒载竖向压力p恒=Ksγ1H+γ2δ=23.19kN/m2恒载水平压力钢筋混凝土箱涵结构设计一、设计资料二、设计计算设计:广州人2020/3/11第3页顶板处eP1=γ1Htan2(45°-φ/2)=4.80kN/m2底板处eP2=γ1(H+h)tan2(45°-φ/2)=23.40kN/m22、活载汽车后轮着地宽度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。汽车后轮横向分布宽(此处计算横向最多只考虑两辆汽车－共4个车轮荷载叠加的情况)一个后轮单边荷载1.3/2m横向分布宽度(m)1.8/2m(按30度扩散，涵9.2.3条)故横向分布宽度a=(0.6/2+Htan30°)×2+1.3=2.824m考虑横向车轮数目n横=2同理，纵向，汽车后轮着地长度0.2m一个车轮单边的纵向分布宽度0.2/2+Htan30°=0.562m1.4/2m故b=(0.2/2+Htan30°)×2=1.124m考虑纵向车轮数目n纵=1考虑的总车轮重量∑G=140kN车辆荷载垂直压力q车=∑G/(a×b)=44.12kN/m2车辆荷载水平压力e车=q车tan2(45°-φ/2)=14.71kN/m2(三)内力计算1、构件刚度比K=(I1/I2)×(hP/LP)=1.052、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=23.19kN/m2MaA=MaB=MaC=MaD=-10.14kN·mNa3=Na4=38.04kN车辆荷载p=q车=44.12kN/m2MaA=MaB=MaC=MaD=-19.30kN·m图L-02Na3=Na4=72.36kN注：计算车辆荷载垂直压力时，按箱涵计算跨径范围内满布、偏安全。(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=4.80kN/m2MbA=MbB=MbC=MbD=-1.61kN·mNb1=Nb2=6.72kN(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=18.60kN/m20.76m0.6/2+Htan30°=设计:广州人2020/3/11第4页McA=McD=-3.43kN·mMcB=McC=-2.80kN·mNc1=8.45kNNc2=17.59kN(4)d种荷载作用下(图L-05)图L-04MdA=-[K(K+3)/6(K2+4K+3)+(10K+2)/(15K+5)]·phP2/4MdB=-[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=14.71kN/m2MdA=-19.82kN·mMdB=9.00kN·mMdC=-13.92kN·mMdD=14.90kN·mNd1=10.29kNNd2=30.88kN图L-05Nd3=-Nd4=-6.99kN(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及第4.1.7条正常使用极限状态效应组合MAMBMCMDN1N2N3N4-10.14-10.14-10.14-10.140038.0438.04-12.17-12.17-12.17-12.170045.6545.65-10.14-10.14-10.14-10.140.000.0038.0438.04-1.61-1.61-1.61-1.616.726.7200-3.43-2.80-2.80-3.438.4517.5900-7.05-6.16-6.16-7.0521.2434.0300-5.03-4.40-4.40-5.0315.1724.3100-19.30-19.30-19.30-19.300072.3672.36-19.829.00-13.9214.9010.2930.88-6.996.99-54.77-14.41-46.50-6.1514.4143.2491.51111.08-27.38-7.21-23.25-3.077.2121.6245.7655.54-15.65-4.12-13.29-1.764.1212.3526.1531.74-73.99-32.75-64.84-25.3735.6677.26137.16156.73-42.56-21.75-37.80-18.2522.3845.9283.8093.58-30.83-18.67-27.83-16.9319.2936.6664.1969.783、构件内力计算(跨中截面内力)(1)顶板(图L-06)M(kN·m)N(kN)荷载种类恒载ad1.4×∑汽车承载能力极限状态荷载效应组合正常使用极限状态荷载短期组合正常使用极限状态荷载长期组合a1.4×∑土侧压力1.2×∑结构、土的重力bc1.0×∑土侧压力1.0×∑结构、土的重力0.4×∑汽车0.7×∑汽车车辆荷载设计:广州人2020/3/11第5页承载能力极限状态正常使用极限状态短期组合正常使用极限状态长期组合x=LP/2x=LP/2x=LP/2P=1.2p恒+1.4q车=89.60kNP=1.0p恒+0.7q车=54.08kNP=1.0p恒+0.4q车=40.84kNNx=N1=35.66kNNx=N1=22.38kNNx=N1=19.29kNMx=MB+N3x-Px2/2=71.70kN·mMx=MB+N3x-Px2/2=42.95kN·mMx=MB+N3x-Px2/2=31.67kN·mVx=Px-N3=9.78kNVx=Px-N3=4.89kNVx=Px-N3=2.80kN(2)底板(图L-07)承载能力极限状态正常使用极限状态短期组合正常使用极限状态长期组合ω1=1.2p恒+1.4(q车-3e车HP2/LP2)ω1=1.0p恒+0.7(q车-3e车HP2/LP2)ω1=1.0p恒+0.4(q车-3e车HP2/LP2)=44.59kN/m2=31.57kN/m2=27.98kN/m2ω2=1.2p恒+1.4(q车+3e车HP2/LP2)ω2=1.0p恒+0.7(q车+3e车HP2/LP2)ω2=1.0p恒+0.4(q车+3e车HP2/LP2)=134.61kN/m2=76.58kN/m2=53.70kN/m2x=LP/2x=LP/2x=LP/2Nx=N3=137.16kNNx=N3=83.80kNNx=N3=64.19kNMx=MA+N3x-ω1·x2/2-x3(ω2-ω1)/6LPMx=MA+N3x-ω1·x2/2-x3(ω2-ω1)/6LPMx=MA+N3x-ω1·x2/2-x3(ω2-ω1)/6LP=70.82kN·m=42.32kN·m=31.04kN·mVx=ω1x+x2(ω2-ω1)/2LP-N3Vx=ω1x+x2(ω2-ω1)/2LP-N3Vx=ω1x+x2(ω2-ω1)/2LP-N3=-27.13kN=-13.56kN=-7.75kN(3)左侧墙(图L-08)承载能力极限状态正常使用极限状态短期组合正常使用极限状态长期组合ω1=1.4eP1+1.4e车ω1=1.0eP1+0.7e车ω1=1.0eP1+0.4e车=27.31kN/m2=15.09kN/m2=10.68kN/m2ω2=1.4eP2+1.4e车ω2=1.0eP2+0.7e车ω2=1.0eP2+0.4e车53.35kN/m233.69kN/m229.28kN/m2x=hP/2x=hP/2x=hP/2Nx=N3=137.16kNNx=N3=83.80kNNx=N3=64.19kNMx=MB+N1x-ω1·x2/2-x3(ω2-ω1)/6hPMx=MB+N1x-ω1·x2/2-x3(ω2-ω1)/6hPMx=MB+N1x-ω1·x2/2-x3(ω2-ω1)/6hP=-13.85kN·m=-8.25kN·m=-5.16kN·mVx=ω1x+x2(ω2-ω1)/2hP-N1Vx=ω1x+x2(ω2-ω1)/2hP-N1Vx=ω1x+x2(ω2-ω1)/2hP-N1=11.69kN=5.26kN=2.17kN设计:广州人2020/3/11第6页(4)右侧墙(图L-09)承载能力极限状态正常使用极限状态短期组合正常使用极限状态长期组合ω1=1.4eP1=6.72kN/m2ω1=1.0eP1=4.80kN/