公路小桥涵勘测设计-第四版--涵洞结构计算.pptx

第一节 结构计算概要一 结构计算任务1 任务：n各种荷载作用下内力内力n满足 强度强度 及 稳定稳定 要求的结构（洞身、基础）尺寸、结构（洞身、基础）尺寸、配筋数量。配筋数量。2 内容n选择构件尺寸n强度、稳定性、刚度、裂缝验算 二 涵洞受力特点及受力图式1 涵洞与土体共同承受外荷载n涵洞除承受填土自重外，还承受经路堤传送下来的车载。n当路堤填土高度在05m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。n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)，其承载力都有所提高。n明涵，其受力条件和计算方法与桥梁相同。2 涵洞的受力与施工方法有关1）顶推法施工n为避免在涵洞施工中进行大开挖，或为保证已成路基保证已成路基的完整的完整性性时用。n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。n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拱内部分的土压力。力。2)沟埋式：挖方地段挖方地段n一般施工时多先挖沟槽，然后放置施工涵管，再进行回填。n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涵洞上的土压力一般小于沟内填土柱的重量。内填土柱的重量。3)填埋式：填方地段填方地段，n一般是先安装涵洞先安装涵洞，然后再在其上分层填筑路基再在其上分层填筑路基。n在填方地段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。n涵管两侧填土的可压缩性较 刚性涵身刚性涵身 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。n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。n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。3 涵洞的受力与洞身变形有关n E管料弹性模量nES回填土的压缩模量回填土的压缩模量n t管壁厚；n r管的平均半径。4 在各种情况下，涵洞受力及变形图式情况一：涵洞基底变形，未压实的路堤沉降情况一：涵洞基底变形，未压实的路堤沉降 n 由于涵顶土柱加涵身自重对基底的压力小于邻近路堤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对基底的压力：n 涵洞下的基底沉降小于邻近的路堤下基底的沉降:n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情况二：涵洞基底不变形，而路堤有沉降情况二：涵洞基底不变形，而路堤有沉降n洞顶填土对涵洞的压力小于洞顶填土土柱的重力，即：n涵洞直径竖直方向减少 D值，水平方向增加D值。情况三：基底变形，但路堤压实很好不发情况三：基底变形，但路堤压实很好不发生压缩变形生压缩变形n此时涵洞下及邻近路堤下的基底变形相涵洞下及邻近路堤下的基底变形相同，同，涵洞的压力等于洞顶土柱重力。情况四：基底不变形，路堤压实不好情况四：基底不变形，路堤压实不好 n涵洞横向扩大纵向压缩（图中未示）2）刚性管 情况一：涵洞基底变形，未压实的路堤沉降情况一：涵洞基底变形，未压实的路堤沉降n刚性涵洞的基底压力和沉降，一般较邻近路堤下为大。刚性涵洞本身的变形比两侧的土壤变形小。n填土作用于涵洞上的压力，大于洞顶土柱的重力。n 涵洞变形，竖直方向直径减小，水平方向直径增加。情况二情况二:涵洞基底不变形，路堤有沉降涵洞基底不变形，路堤有沉降n填土作用于涵洞的压力，大于洞顶土柱的重力。n涵洞变形不影响其上的压力数值。n情况三：基底变形，情况三：基底变形，路堤压实很好，不发路堤压实很好，不发生压缩变形生压缩变形。n整体沉降整体沉降情况四：基底不变形，情况四：基底不变形涵上路堤压实良好涵上路堤压实良好。n填土对涵洞产生的压力等于洞顶土柱重力结论：n(1)对柔性涵洞，填土对涵洞的压力总是小于或等于洞顶土柱重力；对于刚性涵对于刚性涵洞，其洞顶上的土压力总是大于洞顶土洞，其洞顶上的土压力总是大于洞顶土柱重力。柱重力。n(2)从实用角度看，情况一和情况二最为常见；n(3)从受力的角度看，柔性体系比刚性体系更为有利。三、结构计算的基本方法n1 按容许应力的计算方法（过去采用）n2 极限状态设计方法极限状态设计方法(当前使用)2 极限状态设计方法(当前使用)1)承载能力极限状态（1）截面强度计算 作用在构件截面中引起的效应 截面承载力设计值（2）稳定验算 作用在结构或构件截面中引起的效应 结构或构件承载力设计值（3）抗倾覆验算 作用引起的倾覆力矩或滑动力 结构的抗倾覆力矩或滑动力 s0SR(fd,ad)s0-结构重要性系数。S-作用效应组合设计值。R-构件承载力设计值2)正常使用极限状态（1）抗裂验算 作用在构件特点部位产生的拉应力 作为适用和耐久性极限状态的拉应力控制值（2）裂缝宽度验算 作用引起的裂缝宽度 作为适用和耐久性极限状态的裂缝宽度控制值（3）挠度验算 构件在作用下的变形 作为适用性极限状态的变形允许值 一、作用：同时出现的作用，取其最不利效应组合进同时出现的作用，取其最不利效应组合进行设计。行设计。二、汽车荷载及荷载分布。三、作用计算。四、洞身上部计算洞身上部计算。五、涵台的计算。六、洞口构造计算。第二节 涵洞结构计算要点第二节 涵洞结构计算要点 一、作用：同时出现的作用，取其最不利效应组合进行设计同时出现的作用，取其最不利效应组合进行设计1）永久作用：采用标准值2）可变作用：n承载力极限状态，采用标准值n正常使用极限状态按短期效应（频遇）组合设计时，采用频遇值（标准值乘以频遇值系数）n正常使用极限状态按长期效应（准永久）组合设计时，采用准永久值（标准值乘以准永久系数）3）偶然作用：采用标准值二、汽车荷载及荷载分布1 涵洞设计的车辆荷载（车辆荷载纵平面尺寸、主要技术指标）2车辆荷载分布（1）计算涵洞顶上车辆荷载引起的竖向土压力时，受力面积按车辆或履带着地面积的边缘向下做30度扩散。（2)几个压力扩散线重叠式，以最外边的扩散线为准。三、作用计算1 永久作用：结构重力等2 土的重力及土侧压力 1）静土压力标准值（在验算抗倾覆和抗滑时，墩、台前侧不受冲刷的土侧压力可按静土压力）2）主动土压力 3）填土重力对涵洞的竖向和水平压力强度（新填土的涵洞）3 汽车荷载引起的土压力采用车辆荷载加载4 温度作用（公路桥涵设计通用规范（JTG-D60-2004）n1、主动土压力：一般的重力式挡土墙，在墙背上的土压力，都可以认为是主动土压力；n2、被动土压力：在进行基坑支护的时候，悬臂式支护结构的墙前土压力，认为是被动土压力；预应力锚拉式支护结构，若预应力加载的过大，那么墙后的土压力也认为是被动土压力；n3、静止土压力：高层建筑的地下室的外墙刚性非常大，作用在地下室外墙上的土压力，可以认为是静止土压力。3 汽车荷载引起的土压力采用车辆荷载加载n（1）车辆荷载引起的土侧压力，换算成等代均布土层厚度。n（2）车辆荷载引起的竖向压力，受力面积按车辆或履带着地面积的边缘向下做30度扩散。几个压力扩散线重叠式，以最外边的扩散线为准。四 洞身上部计算n1 圆管涵n2 正交盖板涵n3 斜交盖板n4 箱涵n5 拱涵2、钢筋混凝土盖板涵结构计算n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钢筋混凝土盖板的计算方法 1基本假定n 1)单孔按简支梁简支梁计算，多孔按连续梁连续梁计算；n 2)盖板的两端为铰支撑铰支撑在台身上端，台身下端与基础固固结结，盖板内力计算不考虑涵台传来的水平力；n3)板的长度与宽度的比值等于或大于2时，可按简支单向单向板板计算n 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300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。2步骤及方法1）初拟断面尺寸n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。n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。2)外荷载计算(1)恒载n 盖板顶填土垂直压力n盖板自重（2）车辆荷载引起的垂直压力 n 顺板跨方向的分布宽度 n横板跨方向的分布长度na,b荷载传到涵顶的分布宽度与长度荷载传到涵顶的分布宽度与长度(m)；nA1、b1荷载作用在路面的宽度与长度荷载作用在路面的宽度与长度(m)；3）荷载组合及内力n（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。(2)支点剪力支点剪力(3)荷载组合：荷载组合：公路钢筋公路钢筋混凝土及预应力钢筋混混凝土及预应力钢筋混凝土桥涵设计规范凝土桥涵设计规范4)截面设计n(1)板的有效高度计算；n(2)纵向受拉钢筋截面积。5)正截面强度验算 6)斜截面抗剪强度验算五 涵台的计算n1）盖板涵涵台n（1）涵台作为上下简支的竖梁，演算墙身在竖向和水平压力作用下的承载能力（强度、稳定性）。n（2）将涵台基础当作弹性地基上的短梁，验算涵洞轴线方向竖直平面内的弯曲承载能力。n（3）验算地基土的承载能力。六、洞口构造计算