新规范双孔箱涵结构设计
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钢筋混凝土双孔箱涵结构设计
一、设 计 资 料 1、孔径及净空 净跨径 净高 孔数 2、设计安全等级 结构重要性系数 3、汽车荷载 荷载等级 4、填土情况 涵顶填土高度 土的内摩擦角 填土容重 地基容许承载力 5、建筑材料 普通钢筋种类 主钢筋直径 钢筋抗拉强度设计值 涵身混凝土强度等级 涵身混凝土抗压强度设计值 涵身混凝土抗拉强度设计值 钢筋混凝土重力密度 基础混凝土强度等级 混凝土重力密度 二、设 计 计 算 (一 )截面尺寸拟定 (见图L-01) 顶板、底板厚度 侧墙厚度 横梁计算跨径 侧墙计算高度 基础襟边 基础高度 基础宽度 (二 )荷载计算 1、恒载 恒载竖向压力 恒载水平压力 顶板处 底板处 2、活载 汽车后轮着地宽度0.6m ，由《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60—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 0.6/2+Htan30° = 故横向分布宽度 a = (0.6/2+Htan30° )×2+1.3 = 同理，纵向，汽车后轮着地长度0.2m 0.2/2+Htan30° = 故 车辆荷载垂直压力 车辆荷载水平压力 (三 )内力计算 1、构件刚度比 K = (I1/I2)×(hP/LP) = u=2K+1= 0.66 2.31 b = (0.2/2+Htan30° )×2 = ∑G = q车 = ∑G/(a×b) = e车 = q车tan (45°-φ/2) =
2
L0 = h0 = m= r0 = 公路 —
4 2.5 2 一级 1.1
m m
Ⅰ级
H= Φ= γ1 = [σ0] =
0.55 30 18 150
m ° kN/m3 kPa
HRB335 fsd = C fcd = ftd = γ2 = C γ3 = 20 280 25 11.5 1.23 25 15 24 kN/m3 MPa MPa kN/m3 mm MPa
-21.49 28.02 -30.08 39.23 -30.08 39.23
荷载种类
1.2×∑结构、土的重力 恒载 b c 1.4×∑土侧压力 a 车辆荷载 d 1.4×∑汽车 荷载效应组合
3、构件内力计算(跨中截面内力) (1)顶板1 (图L-06) x = LP/2 P = 1.2p恒+1.4q车 = Nx = N1 = Mx = MA+N3x-Px2/2 = 114.96 -44.21 103.07 kN kN kN· m
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Vx = Px-N3 = 顶板1' P = 1.2p恒+1.4q车 = Nx = N1' = Mx = ME+N4x-Px2/2 = Vx = Px-N4 = (2)底板2 (图L-07)
53.59
kN 图 L-06
x = LP/2 114.96 19.77 49.64 15.19 kN kN kN· m kN
δ= C1 = t= C2 = LP = L0+t = L = 2L0+3t = hP = h0+δ = h = h0+2δ = c= d= B=
0.35 0.25 0.35 0.25 4.35 9.05 2.85 3.2 0.1 0.1 9.25
m m m m m m m m m m m
p恒 = γ1H+γ2δ = eP1 = γ1Htan2(45°-φ/2) = eP2 = γ1(H+h)tan (45°-φ/3) =
2
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MBE = -(-2/Φ2-Φ4/Φ1)· phP2/24 MDC = (1/Φ2+Φ6/Φ1)· phP2/24 MDF = (1/Φ2-Φ6/Φ1)· phP2/24 MBD = -Φ4· phP2/12Φ1 MDB = Φ6· phP2/12Φ1 Nd1 = (MdC+phP2/2-MdA)/hP Nd2 = php-Nd1 Nd1' = (MdF-MdE)/hP Nd2' = php-Nd1' Nd3 = (MBA+MBD-MdA)/LP Nd4 = (MBE+MBD-MdE)/LP Nd5 = -(Nd3+Nd4) 车辆荷载 p = e车 = MdA = MdE = MdC = MdF = MBA = MBE = MDC = MDF = MBD = MDB = Nd1 = Nd2 = Nd1' = Nd2' = Nd3 = Nd4 = Nd5 = (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》(JTG D60—2004)第4.1.6条进行承载能力极限状态效应组合 22.04 23.52 -74.30 -16.09 7.62 -14.98 6.51 16.13 -11.89 -21.49 28.02 -45.31 108.13 0.39 62.43 -13.79 13.64 0.15 kN/m2 kN· m kN· m kN· m kN· m kN· m kN· m kN· m kN· m kN· m kN· Fra Baidu bibliotek kN kN kN kN kN kN kN 图 L-05
2
18.65
kN/m2 kN/m2 kN/m
2
3.30 22.50
图 L-01
0.62 m
<1.3/2 m <1.8/2m
2.535
m
0.418 m 0.835 140 66.13 22.04
<1.4/2m m kN kN/m2 kN/m
2
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2、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 = MaC = MaE = MaF = -1/u· pLP2/12 MBA = MBE = MDC = MDF = -(3K+1)/u· pLP2/12 MBD = MDB = 0 横梁内法向力 侧墙内法向力 恒载 Na1 = Na2 = Na1' = Na2'= 0 图 L-02 Na3 = Na4 = (MBA-MaA+pLp2/2)/Lp Na5= -(Na3+Na4) p = p恒 = MaA = MaC = MaE = MaF = MBA = MBE = MDC = MDF = Na3 = Na4 = Na5= 车辆荷载 p = q车 = MaA = MaC = MaE = MaF = MBA = MBE = MDC = MDF = Na3 = Na4 = Na5= 18.65 -12.73 -37.75 34.81 -69.62 66.13 -45.14 -133.85 123.44 -246.88 kN/m2 kN· m kN· m kN kN kN/m2 kN· m kN· m kN kN
398.62 3.53 435.56 574.10 633.47 748.61
MdA = (-2/Φ2+Φ3/Φ1)· phP2/4 MdE = (-2/Φ2-Φ3/Φ1)· phP2/4 MdC = -(2/Φ2+Φ5/Φ1)· phP2/24 MdF = -(2/Φ2-Φ5/Φ1)· phP2/24 MBA = -(-2/Φ2+Φ4/Φ1)· phP /24
(2)b种荷载作用下 (图L-03) MbA = MbC = MbE = MbF = -K· phP2/6u MBA = MBE = MDC = MDF = K· phP2/12u MBD = MDB = 0 Nb1 = Nb2 = Nb1' = Nb2'= phP/2 Nb3 = Nb4 = (MBA-MbA)/Lp Nb5= -(Nb3+Nb4) 恒载 p = eP1 = MbA = MbC = MbE = MbF = MBA = MBE = MDC = MDF = Nb1 = Nb2 = Nb1' = Nb2'= Nb3 = Nb4 = Nb5= (3)c种荷载作用下 (图L-04) Φ=20u(K+6)/K= 469.36 McA = McE = -(8K+59)· phP2/6Φ McC = McF = -(12K+61)· phP2/6Φ MBA = MBE = (7K+31)· phP2/6Φ MDC = MDF = (3K+29)· phP2/6Φ MBD = MDB = 0 Nc1 = Nc1'= phP/6+(McC-McA)/hP Nc2 = Nc2'=phP/3-(McC-McA)/hP Nc3 = Nc4 = (MBA-McA)/Lp Nc5 = -(Nc3+Nc4) 恒载 p = eP2-eP1 = McA = McE = McC = McF = MBA = MBE = MDC = MDF = Nc1 = Nc1'= Nc2 = Nc2'= Nc3 = Nc4 = Nc5 = (4)d种荷载作用下 (图L-05) Φ1=20(K+2)(6K2+6K+1)= Φ2=u/K= Φ3=120K3+278K2+335K+63= Φ4=120K3+529K2+382K+63= Φ5=360K +742K +285K+27= Φ6=120K +611K +558K+87=
3 2 3 2
3.30 -1.27 0.63 4.70 -0.44 0.87
kN/m kN· m kN· m kN kN kN
2
图 L-03
19.20 -3.56 -3.81 1.97 1.71 9.03 18.33 1.27 -2.54
kN/m2 kN· m kN· m kN· m kN· m kN kN kN kN 图 L-04
ω1 = 1.2p恒+1.4(q车+3e车HP2/4LP2) = 124.90 kN/m2 kN/m2 kN
2 3
ω2 = 1.2p恒+1.4q车 = 114.96 x = LP/2 Nx = N2 = 183.63
荷载种类 a 1.2×∑结构、土的重力 恒载 b c 1.4×∑土侧压力 a 车辆荷载 d 1.4×∑汽车 荷载效应组合
M (kN· m) MA -12.73 -15.27 -1.27 -3.56 -6.75 -45.14 23.52 -30.26 -52.29 ME -12.73 -15.27 -1.27 -3.56 -6.75 -45.14 -74.30 -167.21 -189.24 MC -12.73 -15.27 -1.27 -3.81 -7.11 -45.14 -16.09 -85.71 -108.10 MF -12.73 -15.27 -1.27 -3.81 -7.11 -45.14 7.62 -52.52 -74.90 N (kN) N1 a 0.00 0.00 4.70 9.03 19.23 0.00 -45.31 -63.43 -44.21 N2 0.00 0.00 4.70 18.33 32.25 0.00 108.13 151.39 183.63 N1' 0.00 0.00 4.70 9.03 19.23 0.00 0.39 0.55 19.77 N2' 0.00 0.00 4.70 18.33 32.25 0.00 62.43 87.41 119.7 N3 34.81 41.77 -0.44 1.27 1.17 123.44 -13.79 153.51 196.5 N4 34.81 41.77 -0.44 1.27 1.17 123.44 13.64 191.91 234.9 N5 -69.62 -83.55 0.87 -2.54 -2.34 -246.88 0.15 -345.42 -431.30 MBA -37.75 -45.30 0.63 1.97 3.65 -133.85 -14.98 -208.36 -250.01 MBE -37.75 -45.30 0.63 1.97 3.65 -133.85 6.51 -178.27 -219.93 MDC -37.75 -45.30 0.63 1.71 3.29 -133.85 16.13 -164.82 -206.83 MDF -37.75 -45.30 0.63 1.71 3.29 -133.85 -11.89 -204.05 -246.06 MBD 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 MDB 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
一、设 计 资 料 1、孔径及净空 净跨径 净高 孔数 2、设计安全等级 结构重要性系数 3、汽车荷载 荷载等级 4、填土情况 涵顶填土高度 土的内摩擦角 填土容重 地基容许承载力 5、建筑材料 普通钢筋种类 主钢筋直径 钢筋抗拉强度设计值 涵身混凝土强度等级 涵身混凝土抗压强度设计值 涵身混凝土抗拉强度设计值 钢筋混凝土重力密度 基础混凝土强度等级 混凝土重力密度 二、设 计 计 算 (一 )截面尺寸拟定 (见图L-01) 顶板、底板厚度 侧墙厚度 横梁计算跨径 侧墙计算高度 基础襟边 基础高度 基础宽度 (二 )荷载计算 1、恒载 恒载竖向压力 恒载水平压力 顶板处 底板处 2、活载 汽车后轮着地宽度0.6m ，由《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60—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 0.6/2+Htan30° = 故横向分布宽度 a = (0.6/2+Htan30° )×2+1.3 = 同理，纵向，汽车后轮着地长度0.2m 0.2/2+Htan30° = 故 车辆荷载垂直压力 车辆荷载水平压力 (三 )内力计算 1、构件刚度比 K = (I1/I2)×(hP/LP) = u=2K+1= 0.66 2.31 b = (0.2/2+Htan30° )×2 = ∑G = q车 = ∑G/(a×b) = e车 = q车tan (45°-φ/2) =
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L0 = h0 = m= r0 = 公路 —
4 2.5 2 一级 1.1
m m
Ⅰ级
H= Φ= γ1 = [σ0] =
0.55 30 18 150
m ° kN/m3 kPa
HRB335 fsd = C fcd = ftd = γ2 = C γ3 = 20 280 25 11.5 1.23 25 15 24 kN/m3 MPa MPa kN/m3 mm MPa
-21.49 28.02 -30.08 39.23 -30.08 39.23
荷载种类
1.2×∑结构、土的重力 恒载 b c 1.4×∑土侧压力 a 车辆荷载 d 1.4×∑汽车 荷载效应组合
3、构件内力计算(跨中截面内力) (1)顶板1 (图L-06) x = LP/2 P = 1.2p恒+1.4q车 = Nx = N1 = Mx = MA+N3x-Px2/2 = 114.96 -44.21 103.07 kN kN kN· m
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Vx = Px-N3 = 顶板1' P = 1.2p恒+1.4q车 = Nx = N1' = Mx = ME+N4x-Px2/2 = Vx = Px-N4 = (2)底板2 (图L-07)
53.59
kN 图 L-06
x = LP/2 114.96 19.77 49.64 15.19 kN kN kN· m kN
δ= C1 = t= C2 = LP = L0+t = L = 2L0+3t = hP = h0+δ = h = h0+2δ = c= d= B=
0.35 0.25 0.35 0.25 4.35 9.05 2.85 3.2 0.1 0.1 9.25
m m m m m m m m m m m
p恒 = γ1H+γ2δ = eP1 = γ1Htan2(45°-φ/2) = eP2 = γ1(H+h)tan (45°-φ/3) =
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MBE = -(-2/Φ2-Φ4/Φ1)· phP2/24 MDC = (1/Φ2+Φ6/Φ1)· phP2/24 MDF = (1/Φ2-Φ6/Φ1)· phP2/24 MBD = -Φ4· phP2/12Φ1 MDB = Φ6· phP2/12Φ1 Nd1 = (MdC+phP2/2-MdA)/hP Nd2 = php-Nd1 Nd1' = (MdF-MdE)/hP Nd2' = php-Nd1' Nd3 = (MBA+MBD-MdA)/LP Nd4 = (MBE+MBD-MdE)/LP Nd5 = -(Nd3+Nd4) 车辆荷载 p = e车 = MdA = MdE = MdC = MdF = MBA = MBE = MDC = MDF = MBD = MDB = Nd1 = Nd2 = Nd1' = Nd2' = Nd3 = Nd4 = Nd5 = (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》(JTG D60—2004)第4.1.6条进行承载能力极限状态效应组合 22.04 23.52 -74.30 -16.09 7.62 -14.98 6.51 16.13 -11.89 -21.49 28.02 -45.31 108.13 0.39 62.43 -13.79 13.64 0.15 kN/m2 kN· m kN· m kN· m kN· m kN· m kN· m kN· m kN· m kN· m kN· Fra Baidu bibliotek kN kN kN kN kN kN kN 图 L-05
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18.65
kN/m2 kN/m2 kN/m
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3.30 22.50
图 L-01
0.62 m
<1.3/2 m <1.8/2m
2.535
m
0.418 m 0.835 140 66.13 22.04
<1.4/2m m kN kN/m2 kN/m
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2、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 = MaC = MaE = MaF = -1/u· pLP2/12 MBA = MBE = MDC = MDF = -(3K+1)/u· pLP2/12 MBD = MDB = 0 横梁内法向力 侧墙内法向力 恒载 Na1 = Na2 = Na1' = Na2'= 0 图 L-02 Na3 = Na4 = (MBA-MaA+pLp2/2)/Lp Na5= -(Na3+Na4) p = p恒 = MaA = MaC = MaE = MaF = MBA = MBE = MDC = MDF = Na3 = Na4 = Na5= 车辆荷载 p = q车 = MaA = MaC = MaE = MaF = MBA = MBE = MDC = MDF = Na3 = Na4 = Na5= 18.65 -12.73 -37.75 34.81 -69.62 66.13 -45.14 -133.85 123.44 -246.88 kN/m2 kN· m kN· m kN kN kN/m2 kN· m kN· m kN kN
398.62 3.53 435.56 574.10 633.47 748.61
MdA = (-2/Φ2+Φ3/Φ1)· phP2/4 MdE = (-2/Φ2-Φ3/Φ1)· phP2/4 MdC = -(2/Φ2+Φ5/Φ1)· phP2/24 MdF = -(2/Φ2-Φ5/Φ1)· phP2/24 MBA = -(-2/Φ2+Φ4/Φ1)· phP /24
(2)b种荷载作用下 (图L-03) MbA = MbC = MbE = MbF = -K· phP2/6u MBA = MBE = MDC = MDF = K· phP2/12u MBD = MDB = 0 Nb1 = Nb2 = Nb1' = Nb2'= phP/2 Nb3 = Nb4 = (MBA-MbA)/Lp Nb5= -(Nb3+Nb4) 恒载 p = eP1 = MbA = MbC = MbE = MbF = MBA = MBE = MDC = MDF = Nb1 = Nb2 = Nb1' = Nb2'= Nb3 = Nb4 = Nb5= (3)c种荷载作用下 (图L-04) Φ=20u(K+6)/K= 469.36 McA = McE = -(8K+59)· phP2/6Φ McC = McF = -(12K+61)· phP2/6Φ MBA = MBE = (7K+31)· phP2/6Φ MDC = MDF = (3K+29)· phP2/6Φ MBD = MDB = 0 Nc1 = Nc1'= phP/6+(McC-McA)/hP Nc2 = Nc2'=phP/3-(McC-McA)/hP Nc3 = Nc4 = (MBA-McA)/Lp Nc5 = -(Nc3+Nc4) 恒载 p = eP2-eP1 = McA = McE = McC = McF = MBA = MBE = MDC = MDF = Nc1 = Nc1'= Nc2 = Nc2'= Nc3 = Nc4 = Nc5 = (4)d种荷载作用下 (图L-05) Φ1=20(K+2)(6K2+6K+1)= Φ2=u/K= Φ3=120K3+278K2+335K+63= Φ4=120K3+529K2+382K+63= Φ5=360K +742K +285K+27= Φ6=120K +611K +558K+87=
3 2 3 2
3.30 -1.27 0.63 4.70 -0.44 0.87
kN/m kN· m kN· m kN kN kN
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图 L-03
19.20 -3.56 -3.81 1.97 1.71 9.03 18.33 1.27 -2.54
kN/m2 kN· m kN· m kN· m kN· m kN kN kN kN 图 L-04
ω1 = 1.2p恒+1.4(q车+3e车HP2/4LP2) = 124.90 kN/m2 kN/m2 kN
2 3
ω2 = 1.2p恒+1.4q车 = 114.96 x = LP/2 Nx = N2 = 183.63
荷载种类 a 1.2×∑结构、土的重力 恒载 b c 1.4×∑土侧压力 a 车辆荷载 d 1.4×∑汽车 荷载效应组合
M (kN· m) MA -12.73 -15.27 -1.27 -3.56 -6.75 -45.14 23.52 -30.26 -52.29 ME -12.73 -15.27 -1.27 -3.56 -6.75 -45.14 -74.30 -167.21 -189.24 MC -12.73 -15.27 -1.27 -3.81 -7.11 -45.14 -16.09 -85.71 -108.10 MF -12.73 -15.27 -1.27 -3.81 -7.11 -45.14 7.62 -52.52 -74.90 N (kN) N1 a 0.00 0.00 4.70 9.03 19.23 0.00 -45.31 -63.43 -44.21 N2 0.00 0.00 4.70 18.33 32.25 0.00 108.13 151.39 183.63 N1' 0.00 0.00 4.70 9.03 19.23 0.00 0.39 0.55 19.77 N2' 0.00 0.00 4.70 18.33 32.25 0.00 62.43 87.41 119.7 N3 34.81 41.77 -0.44 1.27 1.17 123.44 -13.79 153.51 196.5 N4 34.81 41.77 -0.44 1.27 1.17 123.44 13.64 191.91 234.9 N5 -69.62 -83.55 0.87 -2.54 -2.34 -246.88 0.15 -345.42 -431.30 MBA -37.75 -45.30 0.63 1.97 3.65 -133.85 -14.98 -208.36 -250.01 MBE -37.75 -45.30 0.63 1.97 3.65 -133.85 6.51 -178.27 -219.93 MDC -37.75 -45.30 0.63 1.71 3.29 -133.85 16.13 -164.82 -206.83 MDF -37.75 -45.30 0.63 1.71 3.29 -133.85 -11.89 -204.05 -246.06 MBD 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 MDB 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00