1、孔径及净空净跨径L 0 = 2.4m 净高
h 0 =2m
2、设计安全等级一级结构重要性系数r 0 = 1.1
3、汽车荷载荷载等级公路 —
Ⅱ级4、填土情况涵顶填土高度H =7m 土的内摩擦角Φ =30°填土容重γ1 =18kN/m 3地基容许承载力[σ0] =
200
kPa
5、建筑材料普通钢筋种类HRB335
主钢筋直径
22mm 钢筋抗拉强度设计值f sd =280MPa 涵身混凝土强度等级
C 30涵身混凝土抗压强度设计值f cd =13.8MPa 涵身混凝土抗拉强度设计值f td = 1.39MPa 钢筋混凝土重力密度γ2 =25kN/m 3基础混凝土强度等级C 15混凝土重力密度γ3 =
24
kN/m 3
(一)截面尺寸拟定 (见图L-01)顶板、底板厚度δ =0.3m C 1 =0.2m 侧墙厚度t =0.3m C 2 =
0.5m 横梁计算跨径L P = L 0+t = 2.7m L = L 0+2t =3m 侧墙计算高度h P = h 0+δ = 2.3m h = h 0+2δ =
2.6m 基础襟边 c =0.1m 基础高度 d =0.1m 基础宽度 B =
3.2
m
图 L-01
(二)荷载计算1、恒载恒载竖向压力p 恒 = γ1H+γ2δ =133.50
kN/m
2
恒载水平压力顶板处e P1 = γ1Htan 2(45°-φ/2) =42.00kN/m 2底板处e P2 = γ1(H+h)tan 2(45°-φ/3) =
57.60
kN/m 2
2、活载
钢 筋 混 凝 土 箱 涵 结 构 设 计
一 、 设 计 资 料
二 、 设 计 计 算
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
> 1.3/2 m > 1.8/2 m
故横向分布宽度
a = (0.6/2+Htan30°)32+1.3 =
9.983m
同理，纵向，汽车后轮着地长度0.2m
0.2/2+Htan30°= 4.141 m > 1.4/2 m
故
b = (0.2/2+Htan30°)32 =
8.283m ∑G =
140kN 车辆荷载垂直压力
q 车 = ∑G /(a3b) =
1.69kN/m 2车辆荷载水平压力e 车 = q 车tan 2
(45°-φ/2) =0.56
kN/m
2
(三)内力计算1、构件刚度比
K = (I 1/I 2)3(h P /L P ) =
0.85
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M aA = M aB = M aC = M aD =-1/(K+1)2pL P 2/12横梁内法向力N a1 = N a2 =0侧墙内法向力N a3 = N a4 =
pL P /2
恒载
p = p 恒 =133.50
kN/m 2M aA = M aB = M aC = M aD =-43.79
kN 2m N a3 = N a4 =180.23
kN 车辆荷载
p = q 车 =
1.69kN/m 2
M aA = M aB = M aC = M aD =
-0.56kN 2m 图 L-02
N a3 = N a4 =
2.29
kN
(2)b种荷载作用下 (图L-03)
M bA = M bB = M bC = M bD =-K/(K+1)2ph P 2/12
N b1 = N b2 =ph P /2N b3 = N b4 =
0恒载
p = e P1 =
42.00kN/m 2M bA = M bB = M bC = M bD =
-8.52kN 2m N b1 = N b2 =
48.30
kN
(3)c 种荷载作用下 (图L-04)
图 L-03
M cA = M cD =-K(3K+8)/[(K+1)(K+3)]2ph P 2/60M cB = M cC =-K(2K+7)/[(K+1)(K+3)]2ph P 2
/60
N c1 =ph P /6+(M cA -M cB )/h P N c2 =ph P /3-(M cA -M cB )/h P
N c3 = N c4 =
0恒载
p = e P2-e P1 =15.60kN/m
2
M cA = M cD =-1.73kN 2m M cB = M cC =
-1.43kN 2m N c1 = 5.85kN N c2 =
12.09
kN
图 L-04
(4)d 种荷载作用下 (图L-05)
M dA =-[K(K+3)/6(K 2+4K+3)+(10K+2)/(15K+5)]2ph P 2/4
4.34 m
0.6
/2+Htan30°=
M dB =-[K(K+3)/6(K2+4K+3)-(5K+3)/(15K+5)]2ph P2/4
M dC =-[K(K+3)/6(K2+4K+3)+(5K+3)/(15K+5)]2ph P2/4
M dD =-[K(K+3)/6(K2+4K+3)-(10K+2)/(15K+5)]2ph P2/4
N d1 =(M dD-M dC)/h P
N d3 = -N d4 =-(M dB-M dC)/L P
车辆荷载p = e车 =0.56kN/m2
M dA =-0.50kN2m
M dB =0.25kN2m
M dC =-0.36kN2m
M dD =0.38kN2m图 L-05
N d1 =0.32kN
N d2 =0.97kN
N d3 = -N d4 =-0.23kN
(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
V x =ω1x+x2(ω2-ω1)/2L P-N3
图 L-07
=-0.84kN
(3)左侧墙 (图L-08)
ω1 =1.4e P1+1.4e 车
=
59.59kN/m 2
ω2 =1.4e P2+1.4e 车
81.43kN/m 2
x =h P /2N x = N 3 =219.15
kN
M x =M B +N 1x-ω12x 2/2-x 3(ω2-ω1)/6h P
=-21.02
kN 2m
V x =ω1x+x 2
(ω2-ω1)/2h P -N 1
=
-1.45
kN (4)右侧墙 (图L-09)
ω1 = 1.4e P1 =58.80kN/m 2ω2 = 1.4e P2 =
80.64kN/m 2
x =h P /2N x = N 4 =219.79
kN
M x =M C +N 1x-ω12x 2/2-x 3(ω2-ω1)/6h P
=-21.35kN 2m V x =ω1x+x 2(ω2-ω1)/2h P -N 1
=
-2.36
kN
(5)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
l 0 =2.70 m ，
h =0.30 m ， a =0.03 m ，h 0 =0.27 m ，
b =1.00 m ，
M d =
80.81 kN 2m ，
N d =76.26 kN ， V d =0.32 kN
e 0 = M d /N d =
1.060m i =h/121/2
=
0.087m
长细比
l 0/i =
31.18
> 17.5由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004)第5.3.10条
ξ1 = 0.2+2.7e 0/h 0 =10.796> 1.0 ，取ξ1 =1.00ξ2 = 1.15-0.01l 0/h =
1.060
> 1.0 ，
取ξ2 =1.00
η =1+(l 0/h)2ξ1ξ2h 0/1400e 0
η =
1.015
由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004)第5.3.5条
图 L-08
图 L-09
e = ηe0+h/2-a = 1.195m
r0N d e =f cd bx(h0-x/2)
100.26 =13800x(0.27-x/2)
解得x =0.028 m≤ξb h0 =0.5630.27 =0.151 m
故为大偏心受压构件。
A s = (f cd bx-r0N d)/f sd =0.0011003m2= 1100.3mm2
μ = 100A s/(bh0) =0.41 %>0.2 %
符合《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004)第9.1.12条的要求。
选用 φ22 @340 mm，实际 A s =1118.0mm2
0.51310-3f cu,k1/2bh0 =754.2 kN>r0V d =0.3 kN
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》(JTG D62—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》(JTG D62—2004)第5.2.10条
0.50310-3α2f td bh0 =187.7 kN>r0V d =0.3 kN
故可不进行斜截面抗剪承载力的验算，仅需按(JTG D62—2004)第9.3.13条构造要求配置箍筋。
(2)结点
l0 =2.70 m ，h = δ+C1 =0.50 m ， a =0.03 m ，h0 =0.47 m ， b = M d =67.76 kN2m ，N d =76.26 kN， V d =219.79 kN
e0 = M d/N d =0.889m
i =h/121/2 =0.144m
长细比l0/i =18.71> 17.5
由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004)第5.3.10条
ξ1 = 0.2+2.7e0/h0 = 5.305> 1.0 ，取ξ1 =1.00
ξ2 = 1.15-0.01l0/h = 1.096> 1.0 ，取ξ2 =1.00
η =1+(l0/h)2ξ1ξ2h0/1400e0
η = 1.011
由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004)第5.3.5条
e = ηe0+h/2-a = 1.118m
r0N d e =f cd bx(h0-x/2)
93.82 =13800x(0.47-x/2)
解得x =0.015 m≤ξb h0 =0.5630.47 =0.263 m
故为大偏心受压构件。
A s = (f cd bx-r0N d)/f sd =0.0004246m2= 424.6mm2
μ = 100A s/(bh0) =0.09 %<0.2 %
应按最小配筋率配置受拉钢筋。
选用 φ22 @400 mm，实际 A s =950.3mm2
0.51310-3f cu,k1/2bh0 =1312.9 kN>r0V d =241.8 kN
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》(JTG D62—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》(JTG D62—2004)第5.2.10条
0.50310-3α2f td bh0 =326.7 kN>r0V d =241.8 kN
故可不进行斜截面抗剪承载力的验算，仅需按(JTG D62—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 =2.70 m ，h =0.30 m ， a =0.03 m ，h0 =0.27 m ， b =1.00 m ，M d =80.38 kN2m ，N d =85.91 kN， V d =0.84 kN
e0 = M d/N d =0.936m
i =h/121/2 =0.087m
长细比l0/i =31.18> 17.5
由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004)第5.3.10条
ξ1 = 0.2+2.7e0/h0 =9.556> 1.0 ，取ξ1 =1.00
ξ2 = 1.15-0.01l0/h = 1.060> 1.0 ，取ξ2 =1.00
η =1+(l0/h)2ξ1ξ2h0/1400e0
η = 1.017
由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004)第5.3.5条
e = ηe0+h/2-a = 1.071m
r0N d e =f cd bx(h0-x/2)
101.23 =13800x(0.27-x/2)
解得x =0.029 m≤ξb h0 =0.5630.27 =0.151 m
故为大偏心受压构件。
A s = (f cd bx-r0N d)/f sd =0.0010767m2= 1076.7mm2
μ = 100A s/(bh0) =0.40 %>0.2 %
符合《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004)第9.1.12条的要求。
选用 φ22 @350 mm，实际 A s =1086.1mm2
0.51310-3f cu,k1/2bh0 =754.2 kN>r0V d =0.9 kN
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》(JTG D62—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》(JTG D62—2004)第5.2.10条
0.50310-3α2f td bh0 =187.7 kN>r0V d =0.9 kN
故可不进行斜截面抗剪承载力的验算，仅需按(JTG D62—2004)第9.3.13条构造要求配置箍筋。
(2)结点
l0 =2.70 m ，h = δ+C1 =0.50 m ， a =0.03 m ，h0 =0.47 m ， b = M d =68.38 kN2m ，N d =85.91 kN， V d =219.15 kN
e0 = M d/N d =0.796m
i =h/121/2 =0.144m
长细比l0/i =18.71> 17.5
由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004)第5.3.10条
ξ1 = 0.2+2.7e0/h0 = 4.772> 1.0 ，取ξ1 =1.00
ξ2 = 1.15-0.01l0/h = 1.096> 1.0 ，取ξ2 =1.00
η =1+(l0/h)2ξ1ξ2h0/1400e0
η = 1.012
由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004)第5.3.5条
e = ηe0+h/2-a = 1.026m
r0N d e =f cd bx(h0-x/2)
96.93 =13800x(0.47-x/2)
解得x =0.015 m≤ξb h0 =0.5630.47 =0.263 m
故为大偏心受压构件。
A s = (f cd bx-r0N d)/f sd =0.0004112m2= 411.2mm2
μ = 100A s/(bh0) =0.09 %<0.2 %
应按最小配筋率配置受拉钢筋。
选用 φ22 @400 mm，实际 A s =950.3mm2
0.51310-3f cu,k1/2bh0 =1312.9 kN>r0V d =241.1 kN
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》(JTG D62—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》(JTG D62—2004)第5.2.10条
0.50310-3α2f td bh0 =326.7 kN>r0V d =241.1 kN
故可不进行斜截面抗剪承载力的验算，仅需按(JTG D62—2004)第9.3.13条构造要求配置箍筋。
3、左、右侧板 (B-A，C-D)
(1)板中
l0 =2.30 m ，h =0.30 m ， a =0.03 m ，h0 =0.27 m ， b =1.00 m ，M d =21.35 kN2m ，N d =219.79 kN， V d =2.36 kN
e0 = M d/N d =0.097m
i =h/121/2 =0.087m
长细比l0/i =26.56> 17.5
由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004)第5.3.10条
ξ1 = 0.2+2.7e0/h0 = 1.171> 1.0 ，取ξ1 =1.00
ξ2 = 1.15-0.01l0/h = 1.073> 1.0 ，取ξ2 =1.00
η =1+(l0/h)2ξ1ξ2h0/1400e0
η = 1.117
由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004)第5.3.5条
e = ηe0+h/2-a =0.228m
r0N d e =f cd bx(h0-x/2)
55.24 =13800x(0.27-x/2)
解得x =0.015 m≤ξb h0 =0.5630.27 =0.151 m
故为大偏心受压构件。
A s = (f cd bx-r0N d)/f sd =-0.000112m2-= 111.5mm2
μ = 100A s/(bh0) =-0.04 %<0.2 %
应按最小配筋率配置受拉钢筋。
选用 φ22 @700 mm，实际 A s =543.0mm2
0.51310-3f cu,k1/2bh0 =754.2 kN>r0V d = 2.6 kN
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》(JTG D62—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》(JTG D62—2004)第5.2.10条
0.50310-3α2f td bh0 =187.7 kN>r0V d = 2.6 kN
故可不进行斜截面抗剪承载力的验算，仅需按(JTG D62—2004)第9.3.13条构造要求配置箍筋。
(2)结点
l0 =2.30 m ，h = t+C2 =0.80 m ， a =0.03 m ，h0 =0.77 m ， b = M d =68.38 kN2m ，N d =219.15 kN， V d =85.91 kN
e0 = M d/N d =0.312m
i =h/121/2 =0.231m
长细比l0/i =9.96< 17.5
由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004)第5.3.10条，不考虑偏心距增大系数。
ξ1 = 0.2+2.7e0/h0 = 1.294> 1.0 ，取ξ1 =1.00
ξ2 = 1.15-0.01l0/h = 1.121> 1.0 ，取ξ2 =1.00
η =1+(l0/h)2ξ1ξ2h0/1400e0
η = 1.000
由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004)第5.3.5条
e = ηe0+h/2-a =0.682m
r0N d e =f cd bx(h0-x/2)
164.41 =13800x(0.77-x/2)
解得x =0.016 m≤ξb h0 =0.5630.77 =0.431 m
故为大偏心受压构件。
A s = (f cd bx-r0N d)/f sd =-9.06E-05m2-= 90.6mm2
μ = 100A s/(bh0) =-0.01 %<0.2 %
应按最小配筋率配置受拉钢筋。
选用 φ22 @240 mm，实际 A s =1583.9mm2
0.51310-3f cu,k1/2bh0 =2150.9 kN>r0V d =94.5 kN
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》(JTG D62—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》(JTG D62—2004)第5.2.10条
0.50310-3α2f td bh0 =535.2 kN>r0V d =94.5 kN
故可不进行斜截面抗剪承载力的验算，仅需按(JTG D62—2004)第9.3.13条构造要求配置箍筋。
(五)配筋图
见设计图纸。
(六)基底应力验算
1、荷载计算 (取单位涵长计算)
(1)恒载
箱重力P箱 = 2γ2(δL+th0+C1C2) =80.0kN
基础重力P基 = γ3Bd =7.7kN
填土重力P土 = γ1HL =378.0kN
水重力P水 = γ水(L0h0-2C1C2) =46.0kN
(2)车辆荷载 (由图L-07)
竖直力P车 = q车L = 5.1kN
水平力E车 = e车(h+d) = 1.5kN
弯矩M车 = E车(h+d)/2 = 2.1kN2m
2、基底应力
N = P箱+P基+P土+P水+P车 =516.8kN
M = M车 = 2.1kN2m
由《公路桥涵地基与基础设计规范》(JT J 024—85)第3.2.2-2式
σ =N/A±M/W = N/B±6M/B2
162.7
160.3基底应力满足设计要求。200 kPa
=kPa<[σ0] =
1.00 m ，
1.00 m ，
1.00 m ，