已知計算條件:
涵洞的設計安全等級為**,取其結構重要性係數:.9
涵洞樁號= k16+170
箱涵淨跨徑= 3公尺
箱涵淨高= 3.1公尺
箱涵頂板厚= .6公尺
箱涵側板厚= .6公尺
板頂填土高= 0公尺
填土容重= 18千牛/立方公尺
鋼筋砼容重= 25千牛/立方公尺
混凝土容重= 22千牛/立方公尺
水平角點加厚= 0公尺
豎直角點加厚= 0公尺
涵身混凝土強度等級= c25
鋼筋等級= ii級鋼筋
填土內摩擦角= 30度
基底允許應力= 250千牛/立方公尺
頂板擬定鋼筋直徑= 18公釐
每公尺涵身頂板採用鋼筋根數= 6根
底板擬定鋼筋直徑= 20公釐
每公尺涵身底板採用鋼筋根數= 5根
側板擬定鋼筋直徑= 18公釐
每公尺涵身側板採用鋼筋根數= 5根
荷載基本資料:
土係數 k = 1.04
恆載產生豎直荷載p恆=17.46千牛/平方公尺恆載產生水平荷載ep1=.82千牛/平方公尺
恆載產生水平荷載ep2=26.62千牛/平方公尺
汽車產生豎直荷載q汽=583.33千牛/平方公尺
汽車產生水平荷載eq汽=15.66千牛/平方公尺
計算過程
重要說明:
角點(1)為箱涵左下角,角點(2)為箱涵左上角,角點(3)為箱涵右上角,角點(4)為箱涵右下角
構件(1)為箱涵頂板,構件(2)為箱涵底板,構件(3)為箱涵左側板,構件(4)為箱涵右側板
1>經過箱涵框架內力計算並彙總,結果如下(單位為:千牛.公尺):
a種荷載(涵頂填土及自重)作用下:
涵洞四角節點彎矩和構件軸力:
maa = mab = mac = mad = -1 / (k + 1) * p * lp^2 / 12 =
na1 = na2 = 0kn
na3 = na4 = p * lp / 2 = 31.428kn
a種荷載(汽車荷載)作用下:
maa = mab = mac = mad = -1 / (k + 1) * m頂板端部 =
na1 = na2 = 0kn
na3 = na4 = v頂板端部 = 91kn
b種荷載(側向均布土壓力)作用下:
涵洞四角節點彎矩和構件軸力:
mba = mbb = mbc = mbd = -k / (k + 1) * p * hp^2 / 12 =
nb1 = nb2 = p * lp / 2 = 1.517kn
nb3 = nb4 = 0kn
c種荷載(側向三角形土壓力)作用下:
涵洞四角節點彎矩和構件軸力:
mca = mcd = k *(3k + 8) / ((k + 1)*(k + 3)) * p * hp^2 / 60 =
mcb = mcc = k *(2k + 7) / ((k + 1)*(k + 3)) * p * hp^2 / 60 =
nc1 = p * hp / 6 + (mca - mcb) / hp = 15.50402kn
nc2 = p * hp / 3 - (mca - mcb) / hp = 32.22598kn
nc3 = nc4 = 0kn
d種荷載(側向汽車壓力)作用下:
涵洞四角節點彎矩和構件軸力:
mda = -(k * (k + 3) / 6(k^2 + 4k +3) + (10k + 2) / (15k + 5)) * p * hp^2 / 4 =
mdb = -(k * (k + 3) / 6(k^2 + 4k +3) - (5k + 3) / (15k + 5)) * p * hp^2 / 4 =
mdc = -(k * (k + 3) / 6(k^2 + 4k +3) + (5k + 3) / (15k + 5)) * p * hp^2 / 4 =
mdd = -(k * (k + 3) / 6(k^2 + 4k +3) - (10k + 2) / (15k + 5)) * p * hp^2 / 4 =
nd1 = (mdd - mdc) / hp = 14.48969kn
nd2 = p * hp - (mdd - mdc) / hp = 43.46906kn
nd3 = nc4 = -(mdb - mdc) / lp = -11.87322kn
角點(1)在恆載作用下的的總彎矩為:-17.98
角點(1)在汽車作用下的的總彎矩為:-71.96
角點(1)在混凝土收縮下的的彎矩為:39.76
角點(1)在溫度變化下的的總彎矩為:39.76
構件(1)在恆載作用下的的總軸力為:17.02
構件(1)在汽車作用下的的總軸力為:14.49
構件(1)在混凝土收縮下的的軸力為:0
構件(1)在溫度變化下的的總軸力為:0
角點(2)在恆載作用下的的總彎矩為:-16.48
角點(2)在汽車作用下的的總彎矩為:-18.35
角點(2)在混凝土收縮下的的彎矩為:-39.76
角點(2)在溫度變化下的的總彎矩為:-39.76
構件(2)在恆載作用下的的總軸力為:33.74
構件(2)在汽車作用下的的總軸力為:43.47
構件(2)在混凝土收縮下的的軸力為:0
構件(2)在溫度變化下的的總軸力為:0
角點(3)在恆載作用下的的總彎矩為:-16.48
角點(3)在汽車作用下的的總彎矩為:-61.09
角點(3)在混凝土收縮下的的彎矩為:-39.76
角點(3)在溫度變化下的的總彎矩為:-39.76
構件(3)在恆載作用下的的總軸力為:31.43
構件(3)在汽車作用下的的總軸力為:79.13
構件(3)在混凝土收縮下的的軸力為:0
構件(3)在溫度變化下的的總軸力為:0
角點(4)在恆載作用下的的總彎矩為:-17.98
角點(4)在汽車作用下的的總彎矩為:-7.48
角點(4)在混凝土收縮下的的彎矩為:39.76
角點(4)在溫度變化下的的總彎矩為:39.76
構件(4)在恆載作用下的的總軸力為:31.43
構件(4)在汽車作用下的的總軸力為:102.87
構件(4)在混凝土收縮下的的軸力為:0
構件(4)在溫度變化下的的總軸力為:0
2>荷載組合計算
角點(1) 正常使用極限狀態效應組合短期組合(m恆 + 0.7 * m活) = -68.3551
角點(1) 正常使用極限狀態效應組合長期組合(m恆 + 0.4 * m活) = -46.76733
角點(1) 承載能力極限狀態 (1.2 * m恆 + 1.4 * m活) = -122.3233
角點(2) 正常使用極限狀態效應組合短期組合(m恆 + 0.7 * m活) = -29.3247
角點(2) 正常使用極限狀態效應組合長期組合(m恆 + 0.4 * m活) = -23.82047
角點(2) 承載能力極限狀態 (1.2 * m恆 + 1.4 * m活) = -45.46419
角點(3) 正常使用極限狀態效應組合短期組合(m恆 + 0.7 * m活) = -59.2452
角點(3) 正常使用極限狀態效應組合長期組合(m恆 + 0.4 * m活) = -40.91791
角點(3) 承載能力極限狀態 (1.2 * m恆 + 1.4 * m活) = -105.3052
角點(4) 正常使用極限狀態效應組合短期組合(m恆 + 0.7 * m活) = -23.21905
角點(4) 正常使用極限狀態效應組合長期組合(m恆 + 0.4 * m活) = -20.9753
角點(4) 承載能力極限狀態 (1.2 * m恆 + 1.4 * m活) = -32.05119
構件(1) 正常使用極限狀態效應組合短期組合(n恆 + 0.7 * n活) = 27.1638
構件(1) 正常使用極限狀態效應組合長期組合(n恆 + 0.4 * n活) = 22.81689
構件(1) 承載能力極限狀態 (1.2 * n恆 + 1.4 * n活) = 40.71078
構件(2) 正常使用極限狀態效應組合短期組合(n恆 + 0.7 * n活) = 64.17131
構件(2) 正常使用極限狀態效應組合長期組合(n恆 + 0.4 * n活) = 51.1306
構件(2) 承載能力極限狀態 (1.2 * n恆 + 1.4 * n活) = 101.3482
構件(3) 正常使用極限狀態效應組合短期組合(n恆 + 0.7 * n活) = 86.81675
構件(3) 正常使用極限狀態效應組合長期組合(n恆 + 0.4 * n活) = 63.07872
構件(3) 承載能力極限狀態 (1.2 * n恆 + 1.4 * n活) = 148.4911
構件(4) 正常使用極限狀態效應組合短期組合(n恆 + 0.7 * n活) = 103.4393
構件(4) 正常使用極限狀態效應組合長期組合(n恆 + 0.4 * n活) = 72.57729
構件(4) 承載能力極限狀態 (1.2 * n恆 + 1.4 * n活) = 181.7361
3>將箱涵框架分解為四根獨立構件,求其跨中內力並進行效應組合。
以下是荷載組合後的內力結果:
(1).頂板:
x = lp / 2
p = 1.2 * p恆載
mx = mb + n3 * x - p * x^2 / 2 + 1.4 * m汽車作用頂板中部
vx = p * x + 1.4 * v汽車作用頂板中部 - n3
(2).底板:
w1 = p恆載 + q車 - 3 / lp^2 * e車 * hp^2
w2 = p恆載 + q車 + 3 / lp^2 * e車 * hp^2
x = lp / 2
nx = n3
mx = ma + n3 * x - w1 * x^2 / 2 - x^3 / 6lp*(w2 - w1)
vx = w1 * x + x^2 / 2lp * (w2 - w1) - n3
(3).左側板:
w1 = ep1 + e車
w2 = ep2 + e車
x = hp / 2
nx = n3
mx = mb + n1 * x - w1 * x^2 / 2 - x^3 / 6hp *(w2 - w1)
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