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1、 TJ1-9φ813天然气管道保护涵整体计算 一.盖板计算 1.设计资料 汽车荷载等级：公路-I级 净跨径：L0=2.1m； 单侧搁置长度：0.25m； 计算跨径：L=2.35m； 填土高：H=0.5m； 盖板板端厚d1=30cm；盖板板中厚d2=30cm；盖板宽b=0.99m；保护层厚度c=3cm； 混凝土强度等级为C30； 轴心抗压强度fcd=13.8Mpa； 轴心抗拉强度ftd=1.39Mpa； 主拉钢筋等级为HRB335； 抗拉强度设计值fsd=280Mpa； 主筋直径为16mm，外径为17.5mm，共11根，选用钢筋总面积As=0.002
2、212m2 盖板容重γ1=25kN/m3； 土容重γ2=18kN/m3 根据《公路圬工桥涵设计规范》(JTG D61-2005)中7.0.6关于涵洞结构的计算假定：盖板按两端简支的板计算，可不考虑涵台传来的水平力 2.外力计算 1) 永久作用 (1) 竖向土压力 q=γ2·H·b=18×0.5×0.99=8.91kN/m (2) 盖板自重 g=γ1·(d1+d2)·b/2/100=25×(30+30)×0.99/2 /100=7.43kN/m 2) 由车辆荷载引起的垂直压力（可变作用） 根据《公路桥涵设计通用规范》(JTG D
3、60-2004)中4.3.4的规定： 计算涵洞顶上车辆荷载引起的竖向土压力时，车轮按其着地面积的边缘向下做30°角分布。当几个车轮的压力扩散线相重叠时，扩散面积以最外面的扩散线为准 根据《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)中4.3.1关于车辆荷载的规定： 车辆荷载顺板跨长 La=0.2+2·H·tan30=0.2+2×0.5×0.577=0.78m 车辆荷载垂直板跨长 Lb=1.9+2·H·tan30=1.9+2×0.5×0.577=2.48m 车轮重 P=2
4、80kN 车轮重压强L p=P/La/Lb=280/0.78/2.48=145.40kN/m2 3.内力计算及荷载组合 1) 由永久作用引起的内力 跨中弯矩 M1=(q+g)·L2/8=(8.91+7.43)×2.352/8=11.28kNm 边墙内侧边缘处剪力 V1=(q+g)·L0/2=(8.91+7.43)×2.1/2=17.15kN 2) 由车辆荷载引起的内力 跨中弯矩 M2=p·La·(L-La/2)·b/4=145.40×0.78×(2.35-0.78/2)×0.99/4=
5、54.87kNm 边墙内侧边缘处剪力 V2=p·La·b·(L0-La/2)/L0)=145.40×0.78×0.99×(2.10-0.78/2)/2.10=91.18kN 3) 作用效应组合 根据《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)中4.1.6关于作用效应组合的规定： 跨中弯矩 γ0Md=0.9(1.2M1+1.4M2) =0.9×(1.2×11.28+1.4×54.87)=81.31kNm 边墙内侧边缘处剪力 γ0Vd=0.9(1.2V1+1.
6、4V2) =0.9×(1.2×17.15+1.4×91.18)=133.42kN 4.持久状况承载能力极限状态计算 截面有效高度 h0=d1-c-1.75/2=30-3-0.875=26.1cm=0.261m 1) 砼受压区高度 x=fsd·As/fcd/b=280×0.002212/13.8/0.99=0.045m 根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)中5.2.1关于相对界限受压区高度ξb的规定: HRB335钢筋的相对界限受压区高度ξb=0.56。 x≤ξb·h0=0
7、56×0.261=0.146m 砼受压区高度满足规范要求 2) 最小配筋率 根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)中9.1.12关于受弯构件最小配筋百分率的规定: P=100·As/b/h0=0.86，不小于45ftd/fsd=0.22,同时不小于0.2 主筋配筋率满足规范要求 3) 正截面抗弯承载力验算 根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)中5.2.2关于受弯构件正截面抗弯承载力计算的规定: fcd·b·x(h0-x/2)=13.8×1000×0.99×0
8、045(0.261-0.045/2) =147.77kNm≥γ0Md=81.31kNm 正截面抗弯承载力满足规范要求 4) 斜截面抗剪承载力验算 根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)中5.2.9关于抗剪截面验算的规定: 0.51×10-3·fcu,k0.5·b·h0=0.51×10-3×300.5×990×261.25 =722.47kN≥γ0Vd=133.42kN 抗剪截面满足规范要求。 根据《公路钢筋混
9、凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)中5.2.10关于受弯构件斜截面抗剪承载力验算的规定: 对于板式受弯构件，公式可乘以1.25提高系数 1.25×0.5×10-3·α2·ftd·b·h0=1.25×0.0005×1×1.39×0.99×1000×0.261×1000 =224.69kN≥γ0Vd=133.42kN 可不进行斜截面抗剪承载力的验算，只需按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)中9.3.13构造要求配置箍筋 5.裂缝宽度计算 根据
10、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)中6.4关于裂缝宽度验算的规定: 环境类别为I类环境，对于钢筋混凝土构件，最大裂缝宽度不应超过0.20mm 作用短期效应组合 Ms=1.0M1+0.7M2 =1.0×11.28+0.7×54.87=49.68kNm 作用长期效应组合 Ml=1.0M1+0.4M2 =1.0×11.28+0.4×54.87=33.22kNm 受拉钢筋的应力 σss=Ms/0.87/As/h0=49.68/0.87/0.002212/0.2
11、61=98.81Mpa 作用长期效应影响系数 C2=1+0.5Ml/Ms=1+0.5×33.22/49.68=1.33 裂缝宽度 Wfk=C1·C2·C3·σss·(30+d)/Es/(0.28+10·ρ) =1×1.33×1.15×98.81×(30+16)/2.00×105/(0.28+10×0.0086) =0.10mm≤0.20mm 裂缝宽度满足规范要求 二.台身及基础计算 1.设计资料 基础为分离式，基础襟边C1=0.10m，台身宽C2=0.60m，基础宽C3=0.80m
12、 背墙宽C4=0.35m，搭接宽度C5=0.25m，基础高度为0.30m，铺底厚为0.00m 涵洞净高H0=1.60m，计算高度H1=1.75m，基础顶深H2=2.40m 台身容重为23kN/m3，基础容重为23kN/m3，铺底容重为23kN/m3 台身轴心抗压强度fcd=5.87Mpa，台身弯曲抗拉强度ftmd=0.66Mpa，台身直接抗剪强度fvd=1.32Mpa 地基承载力容许值为300kPa，回填土的内摩擦角为30° 将台身简化为上下端铰支模型，取台宽b=0.99m进行计算 2.台身验算 1) 水平力 车辆荷载等代土层厚 破
13、坏棱体长度l0=(H1+d1/2+H)*tan(45°-30°/2)=1.39m 计算长度B=6.08m =280/6.08/1.39/18=1.85m 土的侧压力系数 =tan2(45°-30°/2)=0.3333 q1=(H+h+d1/2)·b·λ·18 =(0.5+1.85+0.15)×0.99×0.3333×18=14.83kN/m q2=(H+h+H0+0.00/2+d1)·b·λ·18 =(0.5+1.85+1.60+0.00+0.30)×0.99×0.3333×18
14、25.23kN/m A端处剪力 =19.04kN 最大弯矩位置x0的计算 =5.94kN/m =0.84m 最大弯矩计算 =7.68kNm 2) 竖向力 当x0=0.84m时，台身y-y截面上的竖向力、偏心矩及弯矩 名 称 竖向力(kN) 偏心矩e(m) 弯 矩(kNm) P1 21.24 -0.18 -3.72 P2 3.12 0.13 0.39 P3 2.39 0.13 0.30 P4 10.42 0.0
15、0 0.00 ∑P 37.16 ∑M=-3.03 3) 截面验算 作用效应组合 γ0Md=0.9×(1.2×∑M+1.4×Mmax)=6.41kNm γ0Nd=0.9×1.2×∑P=40.14kN γ0Vd=0.9×1.4×QA=23.99kN 偏心矩e e=γ0Md/γ0Nd=0.160m (1) 偏心受压承载力验算 现根据《公路圬工桥涵设计规范》(JTG D61-2005)中条文4.0.6、4.0.7计算偏心受压构件承载力影响系数 弯曲平面内的截面回旋半径 ix=0.289×b=0.2861
16、 iy=0.289×C2=0.1734 构件长细比，其中长细比修正系数γβ取1.3，构件计算长度l0取1.0H1=1.75m =3.7486 =2.2719 x方向和y方向偏心受压构件承载力影响系数，其中m取8.0，a取0.002 =0.5312 =1.0033 砌体偏心受压构件承载力影响系数 =0.5321 构件截面面积 A=C2*b=0.5940m2 由《公路圬工桥涵设计规范》(JTG D61-2005
17、)中条文4.0.9中关于偏心矩e的规定，现偏心矩e=0.160m，小于等于0.6×0.5×C2=0.18m，所以现根据《公路圬工桥涵设计规范》(JTG D61-2005)中条文4.0.5验算偏心受压承载力 =1855.47kN ≥γ0Nd=40.14kN 偏心受压承载力满足要求 (2) 正截面受弯承载力验算 构件受拉边缘的弹性抵抗矩 W=b·C22/6=0.0594 现根据《公路圬工桥涵设计规范》(JTG D61-2005)中条文4.0.12计算正截面受弯承载力 W·ftmd=39.20kNm ≥γ0Md=6.41kNm
18、 正截面受弯承载力满足要求 (3) 直接受剪承载力验算 现根据《公路圬工桥涵设计规范》(JTG D61-2005)中条文4.0.13计算直接受剪承载力，其中μf=0.7，Nk=48.60kN =808.38kN ≥γ0Vd=23.99kN 直接受剪承载力满足要求 3.基底应力验算 基础底面上的竖向力、偏心矩及弯矩见下表，其中P9汽是由车辆荷载所产生的盖板支点反力，竖向力及弯矩进行作用短期效应组合 名 称 分项系数 竖向力(kN) 偏心矩e(m) 弯 矩(kNm) P1 1.0 21.24 -0.18 -3
19、72 P2 1.0 3.12 0.13 0.39 P3 1.0 2.39 0.13 0.30 P5 1.0 21.86 0.00 0.00 P6 1.0 5.46 0.00 0.00 P7 1.0 4.28 0.35 1.50 P8 1.0 0.00 -0.35 0.00 P9汽 0.7 91.18 -0.18 -15.96 ∑P 122.17 ∑M=-12.70 基础底面面积 A=b·C3=0.7920m2 基础底面处弹性抵抗矩 W=b·C32/6=0.1056 基底应力最大值 =275kPa ≤300kPa 基底应力满足要求
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