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1、孔径及净空净跨径L0=3m净高h0=2.5m2、设计安全等级三级结构重要性系数r0=0.93、汽车荷载荷载等级公路—Ⅰ级4、填土情况涵顶填土高度H=0.8m土的内摩擦角Φ=30°填土容重γ1=18kN/m3地基容许承载力[σ0]=200kPa5、建筑材料普通钢筋种类HRB335主钢筋直径12mm钢筋抗拉强度设计值fsd=280MPa涵身混凝土强度等级C20涵身混凝土抗压强度设计值fcd=9.2MPa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=25kN/m3基础混凝土强度等级C15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=0.3mC1=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图L-01(二)荷载计算1、恒载恒载竖向压力p恒=γ1H+γ2δ=21.90kN/m2恒载水平压力顶板处eP1=γ1Htan2(45°-φ/2)=4.80kN/m2底板处eP2=γ1(H+h)tan2(45°-φ/3)=23.40kN/m22、活载钢筋混凝土箱涵结构设计一、设计资料二、设计计算设计:李海川2020/5/6第1页汽车后轮着地宽度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=2.824m同理，纵向，汽车后轮着地长度0.2m0.2/2+Htan30°=0.562m1.4/2m故b=(0.2/2+Htan30°)×2=1.124m∑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=21.90kN/m2MaA=MaB=MaC=MaD=-9.58kN·mNa3=Na4=35.92kN车辆荷载p=q车=44.12kN/m2MaA=MaB=MaC=MaD=-19.30kN·m图L-02Na3=Na4=72.36kN(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/m2McA=McD=-3.43kN·mMcB=McC=-2.80kN·mNc1=8.45kNNc2=17.59kN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)]·phP2/40.6/2+Htan30°=0.76m设计:李海川2020/5/6第2页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=14.71kN/m2MdA=-19.82kN·mMdB=9.00kN·mMdC=-13.92kN·mMdD=14.90kN·m图L-05Nd1=10.29kNNd2=30.88kNNd3=-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组合MAMBMCMDN1N2N3N4-9.58-9.58-9.58-9.580035.9235.92-11.49-11.49-11.49-11.490043.1043.10-1.61-1.61-1.61-1.616.726.7200-3.43-2.80-2.80-3.438.4517.5900-7.05-6.16-6.16-7.0521.2434.0300-19.30-19.30-19.30-19.300072.3672.36-19.829.00-13.9214.9010.2930.88-6.996.99-54.77-14.41-46.50-6.1514.4143.2491.51111.08-73.31-32.07-64.16-24.6935.6677.26134.61154.183、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=88.05kNNx=N1=35.66kNMx=MB+N3x-Px2/2=70.29kN·mVx=Px-N3=9.78kN(2)底板(图L-07)ω1=1.2p恒+1.4(q车-3e车HP2/LP2)=43.04kN/m2ω2=1.2p恒+1.4(q车+3e车HP2/LP2)=133.06kN/m2x=LP/2Nx=N3=134.61kNMx=MA+N3x-ω1·x2/2-x3(ω2-ω1)/6LP=69.41kN·mVx=ω1x+x2(ω2-ω1)/2LP-N3=-27.13kN荷载种类1.4×∑汽车荷载效应组合图L-06图L-07车辆荷载1.2×∑结构、土的重力bc1.4×∑土侧压力adM(kN·m)N(kN)a恒载设计:李海川2020/5/6第3页(3)左侧墙(图L-08)ω1=1.4eP1+1.4e车=27.31kN/m2ω2=1.4eP2+1.4e车53.35kN/m2x=hP/2Nx=N3=134.61kNMx=MB+N1x-ω1·x2/2-x3(ω2-ω1)/6hP=-13.17kN·mVx=ω1x+x2(ω2-ω1)/2hP-N1=11.69kN(4)右侧墙(图L-09)ω1=1.4eP1=6.72kN/m2ω2=1.4eP2=32.76kN/m2x=hP/2Nx=N4=154.18kNMx=MC+N1x-ω1·x2/2-x3(ω2-ω1)/6hP=-25.08kN·mVx=ω1x+x2(ω2-ω1)/2hP-N1=-17.14kN(5)构件内力汇总表构件MdNdVdMdNdVdMdNdVd-32.0735.66134.6170.2935.669.78-64.1635.66154.18-73.3177.26134.6169.4177.26-27.13-24.6977.26154.18-32.07134.6135.66-13.17134.6111.69-73.31134.6177.26-64.16154.1835.66-25.08154.18-17.14-24.69154.1877.26(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=3.28m，h=0.30m，a=0.03m，h0=0.27m，b=1.00m，Md=70.29kN·m，Nd=35.66kN，Vd=9.78kNe0=Md/Nd=1.971mi=h/121/2=0.087m长细比l0/i=37.8717.5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=19.9131.0，取ξ1=1.00ξ2=1.15-0.01l0/h=1.0411.0，取ξ2=1.00η=1+(l0/h)2ξ1ξ2h0/1400e0η=1.012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-AC-DBB-AACC-DDBB-CCAA-DD图L-08图L-09设计:李海川2020/5/6第4页e=ηe0+h/2-a=2.114mr0Nde=fcdbx(h0-x/2)67.85=9200x(0.27-x/2)解得x=0.029m≤ξbh0=0.56×0.27=0.151m故为大偏心受压构件。As=(fcdbx-r0Nd)/fsd=0.0008336m2=833.6mm2μ=100As/(bh0)=0.31%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φ12@130mm，实际As=870.0mm20.51×10-3fcu,k1/2bh0=615.8kNr0Vd=8.8kN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=143.1kNr0Vd=8.8kN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=3.28m，h=δ+C1=0.60m，a=0.03m，h0=0.57m，b=1.00m，Md=64.16kN·m，Nd=35.66kN，Vd=154.18kNe0=Md/Nd=1.799mi=h/121/2=0.173m长细比l0/i=18.9417.5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=8.7231.0，取ξ1=1.00ξ2=1.15-0.01l0/h=1.0951.0，取ξ2=1.00η=1+(l0/h)2ξ1ξ2h0/1400e0η=1.007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=2.082mr0Nde=fcdbx(h0-x/2)66.80=9200x(0.57-x/2)解得x=0.013m≤ξbh0=0.56×0.57=0.319m故为大偏心受压构件。As=(fcdbx-r0Nd)/fsd=0.0003087m2=308.7mm2μ=100As/(bh0)=0.05%0.2%应按最小配筋率配置受拉钢筋。选用φ12@90mm，实际As=1256.6mm20.51×10-3fcu,k1/2bh0=1300.0kNr0Vd=138.8kN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=302.1kNr0Vd=138.8kN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、底板(A-D)钢筋按左、右对称，用最不利荷载计算。(1)跨中l0=3.28m，h=0.30m，a=0.03m，h0=0.27m，b=1.00m，Md=69.41kN·m，Nd=77.26kN，Vd=27.13kNe0=Md/Nd=0.898m设计:李海川2020/5/6第5页i=h/121/2=0.087m长细比l0/i=37.8