涵洞计算
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第六章 涵洞设计与放样第一节 涵长计算一、正交涵洞长度计算〔一〕无超高加宽时: B 上=B 下=0.5B H —路基填土高度,涵底中心至路基边缘高度。
h 上、h 下——涵洞上下游洞口建筑高度。
m —路基边坡率 i0——涵底坡度L 上、L 下——涵洞上下游水平长度〔m 〕。
L 上=i0m 1h -H m ⋅++上)(上BL 下=i0m 1h -H m ⋅-+下)(下B涵洞总长L= L 上+L 下假设缘石外低端不在路基边坡延长线时,h 上、h 下用h 上+t 、h 下+t 代替,t ——厚,a ——宽〔二〕有超高加宽时〔设在平曲线内〕 1、i0与i1方向一致图6-1无超高加宽时涵长计算L 上=i0m 1i1B h -H m ⋅+⋅++)上(上BL 下=i0m 1Wi1W h -H m ⋅-+⋅-+)下(下BB 上、B 下——半个标准路基宽 W ——路基加宽 涵洞总长L= L 上+L 下注意:路基的设计高为未超高加宽前路基内侧边缘点的高程。
2、i0与i1方向相反 L 上=i0m 1i1h -H m ⋅+⋅-++)上(上W W BL 下=i0m 1i1B h -H m ⋅-⋅++)下(下B涵洞总长L= L 上+L 下〔三〕斜交斜做涵洞因:L 上•cos α=B 上+m 〔H- h 上- L 上•i0〕+a 所以:L 上=i0m c a h -H m ⋅+++αos B 上)(上同理:L 下=i0m c ah -H m ⋅-++αos B 下)(下图6-2有超高加宽时涵长计算1图6-3有超高加宽时涵长计算2图6-4斜交斜做涵长计算实训工程:根据条件计算涵洞长度。
实训时间:2课时。
第二节涵址测量一、涵位中桩钉设直线上的涵位用花杆穿线的方法〔经违仪〕确定中桩,或用全站仪坐标法定设中桩。
曲线上的涵位用切线支距法定设中桩。
切线支距法步骤:1、预估ZY到涵中心桩的曲线长。
2、查切线支距X 、Y ,或根据曲线长和偏角计算X 、Y 。
涵洞模板计算书一、墙身模板计算K51+025涵洞墙身高度H=5.78m,厚度1.2m,每段长度6m。
1、混凝土采用坍落度为60mm~90mm的普通混凝土,混凝土重力密度γ3,浇筑速度2.5m/h,浇筑入模温度T=30o C。
c=25KN/m根据侧压力计算公式β1=1.0,β2=1.0公式1F=0.22γc t oβ1β2υ1/2=0.22γc200/(T+15)β1β2υ1/2=0.22×24×200/(30+15)×1.2×1.15×2.51/2=51.3kN/㎡公式2F=γc H=25×5.78=144.5kN/㎡按取最小值,则最大侧压力为51.3kN/㎡2、外楞间距计算按三跨以上连续梁进行计算(1)抗弯强度验算:本墙身模板内楞为横向肋骨,间距a=0.45m,外楞为纵向肋骨。
Ф48mm钢管的截面抵抗距W=Π(d14-d24)/32d1=3.14*(484-41.54)/(32*48)=4788N/mm3强度设计值ƒ=215MPa根据公式外楞最小间距m m 667450103.51478821510103=⨯⨯⨯⨯==-Fa fW b模板现外楞间距600mm < b=667mm满足要求(2)挠度计算Ф48mm 钢管的弹性模量E=2.1×105,惯性矩I=WR=4788*24=11.5×104容许挠度值[w ]=3mm ,则外楞最小间距 []mm 828450103.513105.11101.215015034544=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯==-Fa w EI b模板现外楞间距600mm < b=828mm满足要求3、拉杆间距计算按三跨以上连续梁进行计算(1)抗弯强度验算:本墙身模板内楞为横向肋骨,间距a=0.45m , 外楞为纵向肋骨。
2根Ф48mm 钢管的截面抵抗距W=2*4788=9576N/mm 3强度设计值ƒ=215MPa根据公式外楞最小间距m m 944450103.51957621510103=⨯⨯⨯⨯==-Fa fW b模板现外楞间距750mm < b=944mm满足要求(2)挠度计算Ф48mm 钢管的弹性模量E=2.1×105, 惯性矩I=2×11.5×104=23×104容许挠度值[w ]=3mm ,则外楞最小间距 []mm 985450103.5131023101.215015034544=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯==-Fa w EI b模板现外楞间距750mm < b=985mm满足要求4、拉杆拉力计算工程使用拉杆横向间距a=0.6m ,纵向间距b=0.75m拉杆承受最大拉力P=F ·A=F ·a ·b=51.3×0.6×0.75=23.1kN工程中使用Ф16对拉螺栓容许拉力为24.5kN ,满足要求。
半压力流涵洞计算适用条件:1.2D<H<1.5D,h<D(H为进口水深,D为涵洞高,△Z=a.q2^2/(2g.φ^2.hs^2)-a.q2^2/(2g.hc2^2) 1.093 d1=σ0.hc2-hs-△Z0.880池深差:d1-d0.000 3)消力池长度计算:水跃长度Lj=6.9×(hc2-hc1)20.62斜坡段长度Ls=m×(P+d) 5.64消力池长度:Lsj=Ls+β.Lj21.10三、消力池底板厚度计算1.基本资料消力池进口处的单宽流量q(m3/s.m)17.692上游总水头H0(m) 6.748消力池底板计算系数k1(可采用0.15~0.20)0.15消力池底板安全系数k2(可采用1.1~1.3) 1.2消力池底板的饱和重度γb(kN/m3)24消力池跃前收缩水深hc1(m) 1.912消力池跃后水深hc2(m) 4.900消力池跃前收缩断面流速Vc(m/s)9.253 2.按抗冲要求计算消力池底板厚度t(m)1.02取消力池的底板厚度(等厚)为:t= 1.1 3.按抗浮要求验算消力池底板顶面的水重(水深为跃后水深):W=γ.hc249.00消力池底板上的脉动压力(跃前收缩断面流速水头的5%)2.18 Pm=0.05γ.Vc^2/(2g)消力池底板底面的扬压力:U=γ(hc2+t)60.00消力池底板安全系数: 2.00抗浮安全系数k2大于1.1~1.3,安全四、海漫长度计算基本资料消力池末端单宽流量qs=Q/B217.692上游总水头T0(m) 6.748海漫长度计算系数ks7当满足: 6.779246595海漫长度:47.45五、海漫长末羰沟槽冲刷深度及防冲槽计算基本资料海漫末端水深hm(m) 3.5沟槽土质允许不冲流速[V0]1渠槽末端宽度Bs(m)6海漫长末端单宽流量qm=Q/Bs7.667海漫长末端沟槽冲刷深度:dm=1.1qm/[V0]-hm 4.933公式来洞计算洞宽B源:《灌溉与适应计算备注例题黄色底纹标记为需要手动输入部分463.5300.002为半压力流 4.70.72.81.05点选进口型式八字墙自动选择0.67自动选择0.744.7+1.05*0.7^2/(2*9.81) 4.7346/(0.67*3.5*(2*9.81*(4.726+0.002*30-0.74*3.5))^0.5) 2.99。
第六章 涵洞设计与放样第一节 涵长计算一、正交涵洞长度计算(一)无超高加宽时: B 上=B 下=0.5BH —路基填土高度,涵底中心至路基边缘高度。
h 上、h 下——涵洞上下游洞口建筑高度。
m —路基边坡率 i0——涵底坡度L 上、L 下——涵洞上下游水平长度(m )。
L 上=i0m 1h -H m ⋅++上)(上BL 下=i0m 1h -H m ⋅-+下)(下B涵洞总长L= L 上+L 下若缘石外低端不在路基边坡延长线时,h 上、h 下用h 上+t 、h 下+t 代替,t ——厚,a ——宽(二)有超高加宽时(设在平曲线内) 1、i0与i1方向一致 L 上=i0m 1i1B h -H m ⋅+⋅++)上(上BL 下=i0m 1W i1W h -H m ⋅-+⋅-+)下(下BB 上、B 下——半个标准路基宽 W ——路基加宽 涵洞总长L= L 上+L 下注意:路基的设计高为未超高加宽前路基内侧边缘点的高程。
图6-2有超高加宽时涵长计算12、i0与i1方向相反L 上=i0m 1i1h -H m ⋅+⋅-++)上(上W W BL 下=i0m 1i1B h -H m ⋅-⋅++)下(下B涵洞总长L= L 上+L 下(三)斜交斜做涵洞因:L 上•cos α=B 上+ m (H- h 上- L 上•i0)+a 所以: L 上=i0m c ah -H m ⋅+++αos B 上)(上同理:L 下=i0m c ah -H m ⋅-++αos B 下)(下实训项目:根据已知条件计算涵洞长度。
实训时间:2课时。
图6-3有超高加宽时涵长计算2图6-4斜交斜做涵长计算第二节 涵址测量一、 涵位中桩钉设直线上的涵位用花杆穿线的办法(经违仪)确定中桩,或用全站仪坐标法定设中桩。
曲线上的涵位用切线支距法定设中桩。
切线支距法步骤:1、预估ZY 到涵中心桩的曲线长。
2、查切线支距X 、Y ,或根据曲线长和偏角计算X 、Y 。
涵洞计算1、涵洞的布设本路段小桥涵设置时主要考虑了:上游洞口应考虑流向,下游洞口以不危及农田村镇为原则,同时考虑到圆管涵利于施工,又经济简便,所以大部分形式均采用无压力式圆管涵形式(除K2+190处,设置盖板涵)。
本设计所取标准跨径为1.0m。
本设计中涵洞的位置以及孔径见表8-3所示:表8-3 涵洞一览表采用的方法为径流形成法,此法是以暴雨资料为主推算小流域洪水流量的一种方法,是公路部门目前普遍使用的一种计算方法,该公式只适用于汇水面积F≤30 km2的小流域。
汇水面积:0.13km2,主河沟平均比降:12.4%,流域土壤吸水类属:Ⅲ,年平均降雨量:793mm ,设计洪水频率1/50,汇流时间:30min,径流系数:0.95,粗糙度系数n=0.014。
我国公路系统最常采用的是公路科学研究所提出的简化公式,其中未考虑洪峰削减的公式为:由涵洞设计手册得洪峰流量计算:。
Qm??0?h-zF3245式中QP——规定频率为P时的雨洪设计流量(m3/s)F——汇水面积(km2)h——暴雨径流厚度(mm)Z——被植物或坑挖滞流的径流厚度φ——地貌系数,根据地型、汇水面积F、主河沟平均坡度Iz决定β——洪峰传播的流量折减系数,由汇水面积重心至桥涵的距离(L0=0.3Km<1Km)及汇水区的类型(丘陵汇水区)综合查表3.2-10得γ——汇水区降雨不均匀的折减系数δ——考虑湖泊或小水库调节作用对洪峰流量影响的折减系数根据已知条件查《公路桥涵设计手册·涵洞》表4-8、表4-11、表4-12、表4-13、表4-14、表4-15,分别得地貌系数?0取0.09,常用迳流厚度h取45mm,植物坑洼滞留的迳流厚度z取10mm,洪峰传播的流量折减系数β取1、降水不均匀折减系数γ取1.0、小水库(湖泊)调节折减系数δ取1。
Qm??0?h-zF=3.64m3/s1、确定涵洞孔径d查《公路排水设计手册》(人民交通出版社姚祖康编著)公式Ak3Q2Q2(3.3-18)得管径与流量关系式5?5?k或d?,式中系数gdbkdgk3245 =0.09×(45-10)×0.13×1×1×1 3245k=k13/k2,为充满度h/d的函数。
3、河床纵坡对八字翼墙长度影响的计算
1)正做洞口翼墙
计算公式(通用于正、斜交涵洞,但用于斜交涵洞时,式中m代m0代替)
上游下游
G上=m(H上-h上)/(1+mi0)G下=m(H下-h下)/(1-mi0)
2)斜做洞口翼墙(用于斜交涵洞之洞口帽石与路线平行时)
上游下游
G上=m(H上-h上)*cosφ/(cosφ+mi0)G下=m(H下-h下)*cosφ/(cosφ-mi0)
二、八字翼墙工程数量表编制说明及使用示例
1、墙身体积
V身=c*m0*(H2-h2)/2+m*(H3-h3)/6n0
对于斜坡端墙式洞口的大、小翼墙,式中H-h应分别为H1-h1及H2-h2,计算出的体积按大翼墙-(c*△*G)/2,小翼墙+(c*△*G2)/2修正。
2、一个墙基体积
V基=m0*(c+e1+e2)*(H-h)*d+m0*(H2-h2)*d/(2*n0)+(e1+e2+c+h/n0)*e*d
式中:d——八字翼墙基础厚度
3、一个翼墙顶面面积
A顶=c*(1+m02)1/2*(H-h)
对于斜坡端墙式洞口的大、小翼墙,因基顶面为斜面,故改按下式计算:
A’顶=A顶*(1+i2)1/2
4、河床纵坡影响的修正
当考虑河床纵坡影响时,翼墙各部工程数量可根据洞口正做与斜做的不同,相应地乘以cosφ/(cos φ±mi0)或1/(1±m0i0)。
涵洞模板计算
一、荷载:
2mkN/G?1 1)以下楼板木模板为0.75,此处保守取①模板及支架自重:(4m k1②盖板自重:232m/?14.4kN0q?24kN/m?.6mm/24kN) a.砼砼32m/66kN6?0m1.1kN/.?0.q?1.1kN)钢
筋 b.钢筋G?q?q?15.06kN/m∴k2钢筋砼2mkN/2.5Q?当计算模板和直接支承模板的小梁时,条:4.1.2 第1 ③施工人员、机械荷载:(k12m5kN/2.kN.52均布活载可取,再用集中荷载进行验算,比较两者所得弯矩值取其大值)22m/?Q2kNm/2kN④振捣混凝土时产生的荷载:)k2二、荷载组合:
(1)计算承载力时荷载组合
①由可变荷载效应控制的组合:
?25.6(保守考虑,取消0.9可变荷载系数)
②由永久荷载效应控制的组合:
S应从以上两个组合值中取最不利值确定:荷载效应组合的设计值
(2)验算挠度时的荷载组合形式:
三、涵洞顶板计算
(1)面板计算:(根据《JGJ 162-2008》 5.2.1,按简支跨进行计算,取b=1m宽板带为计算单元)(次楞300mm)间距取
①材料信息:
??223?mm/29N?mmE?9?10N/由于胶合板材料未最终确定,,胶合板厚度取12mm,材料信息:
23mm/?E?610N暂保守取值mm1000计算单元取②强度验算面板抗弯计算符合承载力要求∴
③刚度验算f0.465111???)200430400l400∴刚
度验算符合要求
600mm、计算宽度b=0.3)次楞木计算:(主楞间距取)(2①材料信息:
??223?mm/?11Nmm/E10N9??9070?次楞木采用的杉木:,②模型建立。
实际的悬挑况情两楞虑外,情况另还需考次的端程合要定的跨计次楞算数假需符工q?S?0.3?7.83kN/m1建模,取三跨作连续梁计算,两端自由端留300mm,如下图
支座反力如下图:
③强度验算
弯矩运算结果如下:
∴满足要求
③抗剪验算
弯矩运算结果如下:
∴满足要求
③挠度验算
建模,取三跨作连续梁计算,如下图
支座反力如下图:
622材料弹性模量,抗弯刚度mkN?EI??E?91038kN/m.25得到变形值:
f0.132611??)600400400l∴刚度验算符合要求900mmR?5.17kN主楞木计算:3)((立杆纵距取(计,由次楞建模得,主楞支承次楞的支座反力为R?3.81kN)(计算挠度)算承载力时),①材料信息
主楞木采用10×10的方木
60?0.072?kN/m21q?.2g?1.k1000主楞木自重:②模型建立
支座反力如下图:
③强度验算
∴强度验算合格
④抗剪验算
⑤刚度验算
计算挠度时,建立模型如下:
支座反力如下:
622mkN??74.979E??10kN/mEI材料弹性模量,抗弯刚度得到变形值:
f0.701811??)600400l400∴刚度验算合格
(4)立杆稳定验算(以3m高涵洞为例)
架体自重作用于单根立杆的荷载包括:①立杆自重②水平杆自重③竖向剪刀撑自重④水平剪刀撑⑤可调托撑
根据以上荷载:保守估计作用在单根立杆上的架体自重为:kN51.G?Z本计算不考虑风荷载
脚手架立杆沿涵长方向布设间距为0.9m,沿线路方向布设间距为0.6m
取立杆伸出顶层水平杆长度a=650mm,立杆计算长度系数μ=1,取立杆计算长度附加系数k=1.155
立杆计算长度为:
l2.888?1000????0长细比230?753????182.i1.58?10∴长细比满足要求的立杆承载力,其取值应根据计算立杆自由端高度h=250mm0.25×1000=mm650a?0和对应的立杆承载力线性插入取值。
mma?200P?25.532kN根据线性差值法可得:250计算可变控制荷载组合:
=1.2×(1.393+0.2+(24+1.1)×0.6)×0.9×0.6+1.4×(2+1.35×0.5)×0.9×0.6
=12.814kN
由永久荷载控制的组合:
N=1.35×[G+G+(G+G)×h]×l×l+1.4×0.7×(Q+κQ)×l×l b
b1kDK2k3kaak2Z=1.35×(1.393+0.2+(24+1.1)×0.6)×0.9×0.6+1.4×0.7×(2+1.35×0.5)
×0.9×0.6
=13.556kN
N=max(N,N)=max(12.814,13.556)=13.556kN≤P=25.532kN25012所以,立杆满足要求。
.。