涵洞结构计算详解.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第六章 涵洞结构计算,第一节 涵洞结构计算概要,、概述,涵洞在各种外荷载的作用下的内力计算，由强度和稳定条件的要求的确定涵洞断面尺寸，结构及钢筋配筋的数量。,洞身的结构计算：,1,涵洞外荷载计算；,2,钢筋混凝土圆管涵计算；,3,钢筋混凝土盖板涵计算,4,钢筋混凝土箱涵计算等。,1,二、涵洞受力特点及受力图式,1,涵洞受力特点,1,）涵洞与土体共同承受外荷载,涵洞除承受填土自重外，还承受经路堤传送下来的车载。,当路堤填土高度在,0,5m,以上时，填土减弱了车辆荷载对涵洞的动力影响，故一般不计冲击力。,涵洞受到外荷载一般由涵洞洞身和周围的土体共同作用,(,明涵除外,),，其承载陡都有所提高。,明涵，其受力条件和计算方法与桥梁相同。,2,2,）涵洞的受力与施工方法有关,（,1,）顶推法施工,为避免在涵洞施工中进行大开挖，或为保证已成路基生性时用。,仅在距地面较深处取土，施工中被扰动的土体仅限同周围较近的土体。,作用于涵洞上部压力为与涵洞顶宽相对应的拱内部分的土压力。,3,2),沟埋式施工主,挖方地段,设置的涵洞,一般施工时,多先挖沟槽，然后放置施工涵管，再进行回填,。,回填时 填土必然要产生沉降 变形，槽壁对会填土产生摩擦力，,涵洞上的土压力一般小于沟内填土柱的重量。,4,(3),填埋式施工,在,填方地段,的涵洞，一般是先安装涵洞，然后再在其上分层填筑路基。,涵管两侧填土的可压缩性较刚性涵身的可压缩性大得多。,涵洞两侧的填土厚度也大于管顶填土厚度。,涵身两侧土颗粒的垂直位移大于涵身上部土颗粒的垂直位移，从而将产生方向向下的摩擦力。,作用于,涵顶上的垂直土压力增加，除涵顶部的土柱质量外，还应包括向下的摩擦力，涵洞的垂直和水平力将逐渐 增加。,5,3,）涵洞的受力与洞身变形有关,E,管料弹性模量,E,S,回填土的压缩模量,t,管壁厚；,r,管的平均半径。,6,2,在各种情况下，涵洞受力及变形图式,情况一：涵洞基底变形，未压实的路堤沉降,由于,涵顶土柱加涵身自重对基底的压力小于邻近路堤对基底的压力,：,涵洞下的基底沉降小于邻近的路堤下基底的沉降,:,洞顶 填土对涵洞 的压力小于洞顶土柱的重力,1),柔性涵管,四种受力情况,7,情况二：涵洞基底不变形，而路堤有沉降,洞顶填土对涵洞的压力小于洞顶填土土柱的重力，即：,涵洞直径竖直方向减少,D,值，水平方向增加,D,值。,8,情况三：基底变形，但路堤压实很好不发生压缩变形,此时,涵洞下及邻近路堤下的基底变形相同，,涵洞的压力等于洞顶土柱重力。,9,情况四：基底不变形，路堤压实不好,涵洞横向扩大纵向压缩（图中未示）,10,2,）刚性管,情况一：涵洞基底变形，未压实的路堤沉降,刚性涵洞的基底压力和沉降，一般较邻近路堤下为大,。,填土作用于涵洞上的压力，大于洞顶土柱的重力。,涵洞变形，竖直方向直径减小，水平方向直径增加。,11,情况二,:,涵洞基底不变形，路堤有沉降,填土作用于涵洞的压力，大于洞顶土柱的重力。,涵洞变形不影响其上的压力数值。,12,情况三：基底变形，路堤压实很好，不发生压缩变形,。,整体沉降,情况四：基底不变形，涵上路堤压实良好,。,填土对涵洞产生的压力等于洞顶土柱重力,13,结论：,(1),对铰式涵洞，填土对涵洞的压力总是小于或等于洞顶土柱重力；,对于刚性涵洞，其洞顶上的土压力总是大于洞顶土柱重力。,(2),从实用角度看，情况一和情况二最为常见；,(3),从受力的角度看，铰式体系比刚性体系更为有利。,14,第二节 涵洞土压力及外荷载计算,一、垂直压力,1,填土对洞顶的垂压力,1),采用,开槽法,修建涵,的公式,假定管顶填土压力一部分由涵管承受，一部分由沟槽边摩擦力分担,。,除,无粘性的砂及卵石,外，槽边摩擦力颇大，可减小涵管的压力。,普通土,吸水饱和,时，上述摩擦力或粘结力减小，涵洞所承受的荷重加大。,涵洞承受的最大荷载：,15,2,）采用,柔性 圆管,时：假定土完全湿润，无摩擦力：,3,）采用,刚性 圆管,时：,16,2,车辆货载 对涵洞的垂压力,1,）车辆荷载与分布,(1),车辆荷载作用于涵洞上的重直压力与洞顶填土高度、路堤内压力分布情况有关。计算涵洞顶上车辆荷载引起的竖向土压力时，,车辆或履带按其着地面积的边缘下作,30,度角分布。,(2),当几个车轮或两条压力扩散线相重叠时，则扩散面积以最外边的扩散线为准,。,当填土厚度等于或大于,4m,时，亦可按半无限弹性体理论计算。,17,2,）竖向应力计算,（,1,）地面上只一个集中力,v,计算某点的竖向应力,(kh),；,P,集中荷载,(kN),；,H,半无限体内某点距地面的深度,(m),；,R,施力点与计算点间的距离,(m),。,最大竖向力发生在通过施力点的竖轴上。,18,(2),当地面作用为矩形面积，均布荷载时,式中：,p,矩形均布荷载,(kPa),；,系数，由表,6-5,查得，离地面越远，值越小。,19,二、水平压力,1,填土产生的水平压力,式中：,q,h,填土的重力对涵洞的水平压力,(kPa),；,土的容量,(kN,m3),；,h,计算截面至路面顶的高度,(m),侧压力系数，按下式计算：,土的内摩擦角,20,2,车辆荷载引起的水平压力,车辆荷载引起的土侧压力，可将其换算成等代均布土层厚计算：,土的容重,(kN,m3),，,B,车辆荷载压力分布的计算宽度,(m),；,lo,车辆荷载压力分布的计算长度,(m),；,G,为布置在,B*lo,面积内的车轮的重力,(kN),。,21,车辆荷载引起的水平压力也可按下式简化计算：,22,第三节 常见涵洞结构计算,23,二、钢筋混凝土盖板涵结构计算,包括钢筋混凝土盖板、涵台、底板和附属结构的计算。,钢筋混凝土盖板的计算方法,1,基本假定,1),单孔按,简支梁,计算，多孔按,连续梁,计算；,2),盖板的两端为,铰支撑,在台身上端，台身下端与基础,固结,，盖板内力计算不考虑涵台传来的水平力；,3),板的长度与宽度的比值等于或大于,2,时，可按简支,单向板,计算,4),计算涵洞顶上车辆荷载引起的竖压力时，车辆或履带按其着地面积的边缘,30,0,分布。当多个荷载作用扩散线相互重叠时，以面积最外边的扩散线为准。,24,2,步骤及方法,1,）初拟断面尺寸,盖板厚度、盖板长度、涵台高度、涵台宽度以及基础、底板尺寸等。,初拟尺寸可参考已有涵洞的经验尺寸和相关的标准图、参考图拟定。,25,2),外荷载计算,(1),恒载,盖板顶填土垂直压力,盖板自重,26,（,2,）车辆荷载引起的垂直压力,顺板跨方向的分布宽度,横板跨方向的分布长度,a,b,荷载传到涵顶的分布宽度与长度,(m),；,A1,、,b1,荷载作用在路面的宽度与长度,(m),；,27,3,）荷载组合及内力,（,1,）跨中弯矩：,lp,盖板计算跨径,(m),lo,盖板净跨径,(m),；,h,盖板厚度,(m,),。,c,压力扩散面积的长度,c=a,，,1+,冲击系数，按规范取用。,28,(2,),支点剪力,(3),荷载组合：,公路钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土桥涵设计规范,29,4),截面设计,(1),板的有效高度计算；,(2),纵向受拉钢筋截面积,（用考虑安全系数后的弯矩）。,5),正截面强度验算,6),斜截面抗剪强度验算,30,31,32,33,