钢筋混凝土箱涵结构计算书
一、设计资料
1、孔径及净空
净跨径Lo＝9.5 m
净高Ho=4.95 m
2、设计安全等级二级
结构重要性系数ro=1
3、汽车荷载
荷载等级公路-Ⅰ级
4、填土情况
涵顶填土高度H=0.8 m
土的内摩擦角φ=30 °
填土容重γ1=18 KN/m^3
地基容许承载力[σo]=230 KPa
5、建筑材料
普通钢筋种类HRB400
主钢筋直径25 mm
钢筋抗拉强度设计值fsd=330
涵身砼强度等级C40
涵身砼抗压强度设计值fcd=18.4 MPa
涵身砼抗拉强度设计值ftd=1.65 MPa
钢筋砼重力密度γ2=25 KN/m^3
基础砼强度等级C20
混凝土重力密度γ3=24 KN/m^3
二、设计计算
(一)截面尺寸拟定(见图01)
顶板、底板厚度δ=0.8 m
C1=0.3 m
侧墙厚度t =0.8 m
C2=0.3 m
横梁计算跨径Lp=Lo+t=10.3 m L =Lo+2t=11.1 m
侧墙计算高度hp=ho+δ=5.75 h =ho+2δ=6.55 m
基础襟边c=0.2 m
基础高度d=0.4 m
基础高度B=11.5 m
(二)荷载计算
1、恒载
恒载竖向压力p恒=34.4 kN/m^2
恒载水平压力
顶板处：ep1=4.8 kN/m^2
底板处：ep2=44.1 kN/m^2
2、活载
汽车后轮着地宽度0.6 m,由《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）第4.3.4条规定，按30°角方向分布。一个后轮横向分布宽度a=2.824 m
同理，纵箱，汽车后轮着地宽度0.2 m，则
b=1.124 m
∑G ＝140 kN
车辆荷载垂直压力 q 车=44.1 kN/m^2
车辆荷载水平压力 e 车=14.7 kN/m^2
(三)内力计算
1、构件刚度比 K=0.56
2、节点弯矩和轴向力计算
计算结果见《荷载效应组合汇总表》,相关图示见图02～图05
3、构件内力计算(跨中截面内力)
(1)顶板(见图06)
x=Lp/2
P=1.2P 恒+1.4q 车=103.02kN
Nx=N1=100.8kN
Mx=740.66kN.m
Vx=14.3kN
(2)底板(见图07)
ω1=83.78kN/m^2
ω2=122.26kN/m^2
x=5.15
Nx=N3=516.25kN
Mx=735.88kN.m
Vx=-35.24kN
(3)左侧墙(图08)
ω1=27.3kN/m^2
ω2=82.32kN/m^2
x=2.875
Nx=N3=516.25kN
Mx=-412.77kN.m
Vx=17.23kN
(4)右侧墙(见图09)
ω1=6.72kN/m^2
ω2=61.74kN/m^2
x=2.875
Nx=N4=544.84kN
Mx=-474.97kN.m
Vx=-41.93kN
(5)构件内力见《构件内力汇总表》
构件内力汇总表
(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
lo=10.3m h=0.8 m a=0.03 m ho=0.77m b=1m
Md=740.66 kN.m Nd=100.8kN Vd=14.3 kN
eo=Md/Nd=7.348 m
i=h/12^0.5=0.231 m
长细比lo/i=44.6>17.5
由《公桥规》(JTG D62-2004)第5.3.10条
ξ1＝0.2+2.7eo/ho=25.966>1, 取ξ1＝1
ξ2＝1.15-0.01lo/h=1.021>1, 取ξ2＝1
η=1+(lo/h)^2ξ1ξ2ho/1400eo=1.012
由《公桥规》(JTG D62-2004)第5.3.5条
e=ηeo+h/2-a=7.806 m
roNde=fcdbx(ho-x/2)
解得x=0.0576985m ≤ξb×ho=0.408 m
故为大偏心构件。
As=0.00291168m^2=2911.7 mm^2
μ=0.38 % ≥0.2%
满足最小配筋率要求。
选用直径为25mm的HRB400钢筋，间距为160 mm。
实际As=3067 mm^2
0.51×10^(-3)×fcu,k^0.5×b×ho=2483.7kN ≥roVd=14.3kN
故抗剪截面符合《公桥规》(JTG D62-2004)第5.2.9条的要求。
由《公桥规》(JTG D62-2004)第5.2.10条
0.50×10^(-3)×α2×ftd×b×ho＝635.25kN ≥roVd=14.3kN
故可不进行斜截面承载能力验算，仅需按《公桥规》(JTG D62-2004)第9.3.13条要求配置箍筋。
(2)结点
lo=10.3m h=1.1 m a=0.03 m ho=1.07m b=1m
Md=699.1 kN.m Nd=100.8kN Vd=544.84 kN
eo=Md/Nd=6.936 m
i=h/12^0.5=0.318 m
长细比lo/i=32.44 > 17.5
由《公桥规》(JTG D62-2004)第5.3.10条
ξ1＝0.2+2.7eo/ho=17.701>1, 取ξ1＝1
ξ2＝1.15-0.01lo/h=1.056>1, 取ξ2＝1
η=1+(lo/h)^2ξ1ξ2ho/1400eo=1.01
由《公桥规》(JTG D62-2004)第5.3.5条
e=ηeo+h/2-a=7.525 m
roNde=fcdbx(ho-x/2)
解得x=0.0392468m ≤ξb×ho=0.567 m
故为大偏心构件。
As=0.00188285m^2=1882.9 mm^2
μ=0.18 % < 0.2%
应按最小配筋率进行配筋。
选用直径为25mm的HRB400钢筋，间距为220 mm。
实际As=2231.2 mm^2
0.51×10^(-3)×fcu,k^0.5×b×ho=3451.3kN ≥roVd=544.8kN
故抗剪截面符合《公桥规》(JTG D62-2004)第5.2.9条的要求。
由《公桥规》(JTG D62-2004)第5.2.10条
0.50×10^(-3)×α2×ftd×b×ho＝882.75kN ≥roVd=544.8kN
故可不进行斜截面承载能力验算，仅需按《公桥规》(JTG D62-2004)第9.3.13条要求配置箍筋。
2、底板(A-D)
钢筋按左右对称，用最不利荷载计算。
(1)跨中
lo=10.3m h=0.8 m a=0.03 m ho=0.77m b=1m
Md=735.88 kN.m Nd=214.36kN Vd=35.24 kN
eo=Md/Nd=3.433 m
i=h/12^0.5=0.231 m
长细比lo/i=44.6 > 17.5
由《公桥规》(JTG D62-2004)第5.3.10条
ξ1＝0.2+2.7eo/ho=12.237>1, 取ξ1＝1
ξ2＝1.15-0.01lo/h=1.021>1, 取ξ2＝1
η=1+(lo/h)^2ξ1ξ2ho/1400eo=1.027
由《公桥规》(JTG D62-2004)第5.3.5条
e=ηeo+h/2-a=3.896 m
roNde=fcdbx(ho-x/2)
解得x=0.0613935m ≤ξb×ho=0.408 m
故为大偏心构件。
As=0.00277358m^2=2773.6 mm^2
μ=0.36 % ≥0.2%
满足最小配筋率要求。
选用直径为25mm的HRB400钢筋，间距为170 mm。
实际As=2887.5 mm^2
0.51×10^(-3)×fcu,k^0.5×b×ho=2483.7kN ≥roVd=35.2kN
故抗剪截面符合《公桥规》(JTG D62-2004)第5.2.9条的要求。
由《公桥规》(JTG D62-2004)第5.2.10条
0.50×10^(-3)×α2×ftd×b×ho＝635.25kN ≥roVd=35.2kN
故可不进行斜截面承载能力验算，仅需按《公桥规》(JTG D62-2004)第9.3.13条要求配置箍筋。
(2)结点
lo=10.3m h=1.1 m a=0.03 m ho=1.07m b=1m
Md=726.73 kN.m Nd=214.36kN Vd=516.25 kN
eo=Md/Nd=3.39 m
i=h/12^0.5=0.318 m
长细比lo/i=32.44 > 17.5
由《公桥规》(JTG D62-2004)第5.3.10条
ξ1＝0.2+2.7eo/ho=8.755>1, 取ξ1＝1
ξ2＝1.15-0.01lo/h=1.056>1, 取ξ2＝1
η=1+(lo/h)^2ξ1ξ2ho/1400eo=1.02
e=ηeo+h/2-a=3.978 m
roNde=fcdbx(ho-x/2)
解得x=0.0442259m ≤ξb×ho=0.567 m
故为大偏心构件。
As=0.00181635m^2=1816.4 mm^2
μ=0.17 % < 0.2%
应按最小配筋率进行配筋。
选用直径为25mm的HRB400钢筋，间距为220 mm。
实际As=2231.2 mm^2
0.51×10^(-3)×fcu,k^0.5×b×ho=3451.3kN ≥roVd=516.3kN
故抗剪截面符合《公桥规》(JTG D62-2004)第5.2.9条的要求。
由《公桥规》(JTG D62-2004)第5.2.10条
0.50×10^(-3)×α2×ftd×b×ho＝882.75kN ≥roVd=516.3kN
故可不进行斜截面承载能力验算，仅需按《公桥规》(JTG D62-2004)第9.3.13条要求配置箍筋。
3、左、右侧板(B-A,C-D)
(1)板中
lo=5.75m h=0.8 m a=0.03 m ho=0.77m b=1m
Md=474.97 kN.m Nd=544.84kN Vd=41.93 kN
eo=Md/Nd=0.872 m
i=h/12^0.5=0.231 m
长细比lo/i=24.9 > 17.5
由《公桥规》(JTG D62-2004)第5.3.10条
ξ1＝0.2+2.7eo/ho=3.257>1, 取ξ1＝1
ξ2＝1.15-0.01lo/h=1.078>1, 取ξ2＝1
η=1+(lo/h)^2ξ1ξ2ho/1400eo=1.033
由《公桥规》(JTG D62-2004)第5.3.5条
e=ηeo+h/2-a=1.271 m
roNde=fcdbx(ho-x/2)
解得x=0.0505355m ≤ξb×ho=0.408 m
故为大偏心构件。
As=0.00116671m^2=1166.7 mm^2
μ=0.15 % < 0.2%
应按最小配筋率进行配筋。
选用直径为25mm的HRB400钢筋，间距为310 mm。
实际As=1583.5 mm^2
0.51×10^(-3)×fcu,k^0.5×b×ho=2483.7kN ≥roVd=41.9kN
故抗剪截面符合《公桥规》(JTG D62-2004)第5.2.9条的要求。
由《公桥规》(JTG D62-2004)第5.2.10条
0.50×10^(-3)×α2×ftd×b×ho＝635.25kN ≥roVd=41.9kN
故可不进行斜截面承载能力验算，仅需按《公桥规》(JTG D62-2004)第9.3.13条要求配置箍筋。
(2)结点
lo=5.75m h=1.1 m a=0.03 m ho=1.07m b=1m
Md=726.73 kN.m Nd=516.25kN Vd=214.36 kN
eo=Md/Nd=1.408 m
i=h/12^0.5=0.318 m
长细比lo/i=18.11 > 17.5
ξ1＝0.2+2.7eo/ho=3.752>1, 取ξ1＝1
ξ2＝1.15-0.01lo/h=1.098>1, 取ξ2＝1
η=1+(lo/h)^2ξ1ξ2ho/1400eo=1.015
由《公桥规》(JTG D62-2004)第5.3.5条
e=ηeo+h/2-a=1.949 m
roNde=fcdbx(ho-x/2)
解得x=0.0523883m ≤ξb×ho=0.567 m
故为大偏心构件。
As=0.00135665m^2=1356.7 mm^2
μ=0.13 % < 0.2%
应按最小配筋率进行配筋。
选用直径为25mm的HRB400钢筋，间距为220 mm。
实际As=2231.2 mm^2
0.51×10^(-3)×fcu,k^0.5×b×ho=3451.3kN ≥roVd=214.4kN
故抗剪截面符合《公桥规》(JTG D62-2004)第5.2.9条的要求。
由《公桥规》(JTG D62-2004)第5.2.10条
0.50×10^(-3)×α2×ftd×b×ho＝882.75kN ≥roVd=214.4kN
故可不进行斜截面承载能力验算，仅需按《公桥规》(JTG D62-2004)第9.3.13条要求配置箍筋。
(五)配筋图
见设计图纸。
(六)基地应力验算
1、荷载计算(取单位涵长计算)
(1)恒载
箱重力P箱=2×γ2×(δ×L+t×ho+C1×C2)=646.5 kN
基础重力P基=γ3×B×d=110.4 kN
填土重力P土=γ1×H×L=159.8 kN
水重力P水=γ水(Lo×ho-2×C1×C2)=468.4 kN
(2)车辆荷载(由图07)
竖直力P车=q车×L=489.51 kN
水平力E车=e车×(h+d)=102.16 kN
弯矩M车=E车×(h+d)/2=355.02 kN.m
2、基地应力
N=P箱+P基+P土+P水+P车=1874.7 kN
M=M车=355.02 kN.m
由《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTJ 024-85)第3.2.2-2式
σ=N/A±M/W=N/B±6M/B^2=179.1(146.9) kPa ≤[σo]=230 kPa
基底应力满足设计要求。