城市道路箱涵结构计算书

箱涵结构计算书-1-1685.00δtC2HL0th0δC1C1C2hdhpLpPep1ep2图1-1一、设计资料（一）概况：***道路工程经过凤凰水库溢洪道处设置箱涵，箱涵净跨L0=8.0米，净高h0=10.5米，路基红线范围内长49米，箱涵顶最大填土厚度H=3.6米，填土的内摩擦角φ为24°，土体密度γ1＝20.2KN/m3，设箱涵采用C25混凝土（fcd=11.5MPa）和HRB335钢筋(fsd=280MPa)。桥涵设计荷载为城-A级，用车辆荷载加载验算。结构安全等级二级，结构重要性系数γ0＝1.0。地基为泥质粉砂岩，［σ0］＝380kPa，本计算书主要内容为结构设计与地基应力验算。（二）依据及规范1、《城市桥梁设计荷载标准》（CJJ77-98）2、《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）3、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）4、《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）二、设计计算（一）截面尺寸拟定（见图1-1）箱涵过流断面尺寸由水利部门提供，拟定顶板、底板厚度δ＝100cm（C1=50cm）侧墙厚度t＝100cm（C2=50cm）故LP=L0+t=8+1=9mhp=h0+δ=10.5+1=11.5m(二)荷载计算1、恒载恒载竖向压力P＝γ1H+γ2δ＝20.2×3.6+25×1＝97.72kN/m2恒载水平压力顶板处：ep1＝γ1Htan2(45o-φ/2)＝20.2×3.6×tan2（45o-24o/2）＝30.67kN/m2底板处：ep2＝γ1（H＋h）tan2(45o-φ/2)＝20.2×（3.6+12.5）×tan2（45o-24o/2）＝137.15kN/m22、活载城-A级车辆荷载轴重按《城市桥梁设计荷载标准》4.1.3条确定，参照《公路桥涵设计通用规范》第4.3.4条2款，计算涵洞顶车辆荷载引起的竖向土压力,车轮扩散角30o。1)先考虑按六车道（7辆车）分布，横向折减系数0.55一个汽车后轮横向分布宽＞1.3m/20.60/2+3.6tan30o＝2.38m＞1.8m/2故，两列车相邻车轴有荷载重叠，按如下计算横向分布宽度箱涵结构计算书-2-P1243BADCP图1-2MaBMaCMaAMaDNa3Na4aa=(0.60/2+3.6tan30o)×2+22＝26.76m同理，纵向分布宽度0.25/2+3.6tan30o=2.2m＞1.2m/2故，同列车相邻车轴有荷载重叠，纵向分布宽度按如下计算b=(0.25/2+3.6tan30o)×2+1.2=5.6m车辆荷载垂直压力q车=(140×2×7)/(26.76×5.6)×0.55=7.20kN/m22)考虑按两车道（2辆车）分布，横向折减系数1.0一个汽车后轮横向分布宽＞1.3m/20.60/2+3.6tan30o＝2.38m＞1.8m/2故，两列车相邻车轴有荷载重叠，按如下计算横向分布宽度a=(0.60/2+3.6tan30o)×2+4.9＝9.66m同理，纵向分布宽度0.25/2+1.6tan30o=1.05m＞1.2m/2故，同列车相邻车轴有荷载重叠，纵向分布宽度按如下计算b=(0.25/2+3.6tan30o)×2+1.2=5.61m车辆荷载垂直压力q车=(140×2×2)/(9.66×5.61)×1.0=10.33kN/m2根据上述计算，车辆荷载垂直压力取大值按两车道布置计算取值10.33kN/m2。故，车辆水平压力e车＝10.33×tan2（45o-24o/2）＝4.36kN/m2(三)内力计算1、构件刚度比(单位长度)K=21II×Lphp＝330.10.11210.10.1121×0.95.11＝1.282、节点弯矩和构件轴力计算（1）a种荷载作用下（图1-2）涵洞四角节点弯矩：MaA＝MaB＝Mac＝MaD＝-12)(112PLPKNa1=Na2=0,Na3=Na4=2)(PLP恒载（P＝97.72kN/m2）MaA＝120.972.97128.112=-289.30kN·m箱涵结构计算书-3-P1243BADC图1-3MbBMbCMbAMbDNb1Nb2bPP1243BADC图1-4McBMcCMcAMcDNc1Nc2cPNa3=20.972.97=439.74kN车辆荷载（P＝q车=10.33kN/m2）MaA＝120.933.10128.112=-30.60kN·mNa3=20.933.10=46.49kN（2）b种荷载作用下（图1-3）MbA＝MbB＝Mbc＝MbD＝-12)(12PhPKKNb1=Nb2=2)(PhP,Nb3=Nb4=0恒载（P＝ep1＝30.67kN/m2）MbA＝125.1167.30128.128.12=-189.76kN·mNb1=25.1167.30=176.35kN（3）c种荷载作用下（图1-4）McA＝McD＝60)()3)(1()83(2phPKKKKMcB＝McC＝60)()3)(1()72(2phPKKKKNC1=PcBcAphMMhP6NC2=PcBcAphMMhP3NC3=NC4=0恒载（P＝ep2-ep1＝106.48kN/m2）McA＝McD＝605.1148.106)328.1()128.1()828.13(28.12＝-364.5kN·mMcB＝McC＝605.1148.106)328.1()128.1()728.12(28.12＝-294.30kN·mNC1=5.113.2945.36465.1148.106＝198kN箱涵结构计算书-4-1243BADC图1-5MdBMdCMdAMdDNd1Nd2dNd3Nd4PNC2=5.113.2945.36435.1148.106＝414.3kN（4）d种荷载作用下（图1-5）MdA＝-[515210)34(6)3(2KKKKKK]·42PPhMdB＝-[51535)34(6)3(2KKKKKK]·42PPhMdC＝-[51535)34(6)3(2KKKKKK]·42PPhMdD＝-[515210)34(6)3(2KKKKKK]·42PPhNd1=PdCdDhMM,Nd2=Php-PdCdDhMM,Nd3=Nd4=-PdCdBLMM车辆荷载（P＝e车＝4.36kN/m2）)34(6)3(2KKKK＝)328.1428.1(6)328.1(28.12＝0.0936515210KK＝528.115228.110＝0.611651535KK＝528.115328.15＝0.3884MdA＝-（6116.00936.0）·45.1136.42＝-101.89kN·mMdB＝-（3884.00936.0）·45.1136.42＝42.59kN·mMdC＝-（3884.00936.0）·45.1136.42＝-69.64kN·mMdD＝-（6116.00936.0）·45.1136.42＝74.84kN·mNd1=5.1164.6984.74=12.56kNNd2=4.37×11.5-12.56=37.69kNNd3=Nd4=-964.6959.42＝-12.47kN箱涵结构计算书-5--289.3-189.76-294.3=-773.86-30.67=-100.31-69.64-289.3-189.76-364.5=-843.56-30.67=44.1774.84176.35=374.3519812.56176.35=590.65414.337.69439.74439.74=34.1546.62-12.47=34.1546.62-12.47表1-1荷载种类节点弯矩M(kN·M)ABCD构件轴力(kN)1234恒载车辆荷载-289.3-189.76-364.5=-843.56-30.67=-132.56-101.89-289.3-189.76-294.3=-773.86-30.67=11.9242.59BCPN1N1MBMCxLPN3N4MV图1-6（5）节点弯矩和轴力计算汇总表如表1-1(6)荷载效应组合，按《公路桥涵设计通用规范》第4.1.6条进行承载能力极限状态效应组合γ0Sud＝γ0（1.2SGK+1.4SQK）(γ0＝1.0)MA＝1.2×(-843.56)+1.4×（-132.56）＝-1197.86kN·mMB＝1.2×(-773.36)+1.4×（11.92）＝-911.34kN·mMC＝1.2×(-773.36)+1.4×（-100.31）＝-1068.47kN·mMD＝1.2×(-843.56)+1.4×（44.17）＝-950.43kN·mN1＝1.2×(374.35)+1.4×（12.56）＝466.8kNN2＝1.2×(590.65)+1.4×（37.69）＝761.55kNN3＝N4＝1.2×(439.74)+1.4×（34.5）＝575.98kN3、构件跨中截面内力计算（1）顶板（图1-6）x=LP/2＝4.5mP=1.2×97.72+1.4×10.33＝131.73kN/mNx＝N1＝466.8kNMx＝MB+N3x-P22x＝-911.34+575.98×4.5-131.73×25.42＝346.80kN·mVx＝P·x-N3＝131.73×4.5-575.98＝16.805kN（2）底板（图1-7）w1＝P+q车-23pLe车2ph＝1.2×97.72+1.4×（10.33-3/92×4.37×11.52）＝101.76kN/m箱涵结构计算书-6-ADN2N2MAMDxLPN3N4MV图1-7w1w2N2N1MAMBw1w2MV图1-8hpxBAN3N3w2＝P+q车+23pLe车2ph＝1.2×97.72+1.4×（10.33+3/92×4.36×11.52）＝161.69kN/mx=LP/2＝4.5mNx＝N2＝761.55kNMx＝MA+N3x-w122x-PLx63(w2-w1)＝-1197.86+575.98×4.5-101.76×25.42-965.43×（161.69-101.76）＝262.60kN·mVx＝w1x+PLx22(w2-w1)-N3＝101.76×4.5+925.42×（161.69-101.76）-575.98＝-50.63kN（3）左侧墙（图1-8）w1＝1.2ep1+1.4e车＝1.2×30.67+1.4×4.36＝42.91kN/mw2＝1.2ep2+1.4e车＝1.2×137.15+1.4×4.36＝170.68kN/mx=hP/2＝5.75mNx＝N3＝575.98kNMx＝MB+N1x-w122x-Phx63(w2-w1)＝-911.34+466.8×5.75-42.91×275.52-5.11675.53×（170.68-42.91）＝711.37kN·mVx＝w1x+Phx22(w2-w1)-N1＝42.91×5.75+5.11275.52×（170.68-42.91）-466.8＝-36.40kN（4）右侧墙（图1-9）x=hP/2＝5.75mw1＝1.2ep1＝1.2×30.67＝36.8kN/mw2＝1.2ep2＝1.2×137.15＝164.58kN/mNx＝N4＝575.98kN箱涵结构计算书-7-hpxCDN4N4N2N1MDMC图1-9MVw1w2-1197.86-911.34-1068.47-1068.47-950.43-1197.86-950.43466.8466.8466.8761.55761.55761.55575.98575.98575.98575.98575.98575.98346.8262.6016.81-50.63711.37-36.40655.22-71.52575.98-575.98575.98-575.984