《公路小橋涵勘測(cè)設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)計(jì)算書

1、公路小橋涵勘測(cè)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)計(jì)算書一設(shè)計(jì)任務(wù)書 1.1 設(shè)計(jì)目的 本課程設(shè)計(jì)通過(guò)一個(gè)常用、典型的涵洞的設(shè)計(jì)（包括水文計(jì)算、水力計(jì)算、涵洞幾何設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)計(jì)算等），讓學(xué)生將所學(xué)到的理論知識(shí)與設(shè)計(jì)方法運(yùn)用于具體的設(shè)計(jì)實(shí)踐中，提高專業(yè)設(shè)計(jì)能力及創(chuàng)造性思維能力，使所學(xué)知識(shí)能夠融會(huì)貫通。 1.2 設(shè)計(jì)要求 （1）學(xué)生需認(rèn)真閱讀課程設(shè)計(jì)任務(wù)書，熟悉有關(guān)設(shè)計(jì)資料及參考資料，熟悉各種設(shè)計(jì)規(guī)范的有關(guān)內(nèi)容，認(rèn)真完成任務(wù)書規(guī)定的設(shè)計(jì)內(nèi)容。 （2）學(xué)生均應(yīng)在教師指導(dǎo)下在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)獨(dú)立完成規(guī)定的內(nèi)容和工作量。 （3）課程設(shè)計(jì)的成果為計(jì)算書1份和A3圖2張。要求計(jì)算書內(nèi)容計(jì)算準(zhǔn)確、文字通順、書寫工整。要求圖紙、圖面布置合理

2、、正確清晰、符合制圖標(biāo)準(zhǔn)及有關(guān)規(guī)定，用工程字注文。1.3 設(shè)計(jì)資料 （1）地形資料見(jiàn)附圖，自選一個(gè)匯水區(qū)域，自擬一個(gè)地理區(qū)域及地質(zhì)條件。（2）設(shè)計(jì)荷載：根據(jù)道路等級(jí)選用。（3）設(shè)計(jì)洪水頻率及最大冰凍深度：洪水頻率根據(jù)等級(jí)選用，最大冰凍深度：1.0m。（4）地震烈度 8度。1.4 設(shè)計(jì)任務(wù) 進(jìn)行水文計(jì)算確定設(shè)計(jì)流量，完成一道石臺(tái)鋼筋混凝土蓋板橋（涵）設(shè)計(jì)、鋼筋混凝土圓管涵、金屬波紋管管涵、石拱（橋）涵或箱涵，應(yīng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和方案比選，選擇最佳方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。本課程設(shè)計(jì)要求每位學(xué)生根據(jù)所給定的設(shè)計(jì)資料，獨(dú)立完成一道涵洞，進(jìn)出口形式（八字墻、錐坡）自定，圖幅采用三號(hào)圖，全套設(shè)計(jì)成果主要內(nèi)容有：涵洞布置

3、圖（三視圖）；結(jié)構(gòu)配筋圖及細(xì)部構(gòu)造圖；進(jìn)出口結(jié)構(gòu)尺寸；工程數(shù)量表；設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書。1.5設(shè)計(jì)要點(diǎn)1、蓋板采用簡(jiǎn)支板計(jì)算圖式進(jìn)行設(shè)計(jì)。按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)分別進(jìn)行計(jì)算和驗(yàn)算。2、蓋板的計(jì)算高度按d1計(jì)，為提高蓋板強(qiáng)度在蓋板跨中加厚為d2。預(yù)制蓋板寬度為99cm。3、蓋板底層設(shè)受力主筋，頂層設(shè)架立鋼筋，各種鋼筋沿板長(zhǎng)和板寬方向均勻布置。4、路面車輛活載對(duì)涵頂?shù)膲毫Π?0°角進(jìn)行分布；填土內(nèi)磨擦角為35°，土容重18KN/m3。5、涵臺(tái)的計(jì)算按四鉸框架模式進(jìn)行。6、涵洞支撐梁宜采用鋼筋混凝土澆筑。7、涵洞過(guò)水流量按無(wú)壓力式涵洞設(shè)計(jì)。確定涵底坡度時(shí)，一般應(yīng)小于水力計(jì)

4、算表中設(shè)定流速下的最大坡度imax，同時(shí)應(yīng)大于表中的臨界坡度Ik。當(dāng)設(shè)計(jì)涵底坡度小于臨界坡度時(shí)，泄水能力應(yīng)予折減。8、涵洞洞口處的路基邊坡應(yīng)與涵洞所在路段路基邊坡保持一致。二 基本資料擬定： 1.通過(guò)給定的地形圖選擇某個(gè)匯水區(qū)域，通過(guò)計(jì)算確定匯水區(qū)域的面積和主河溝的長(zhǎng)度和主河溝的縱坡。在1:5000的地形圖上，選擇橋涵位置，確定匯水面積和主河溝的長(zhǎng)度及主河溝的縱坡。通過(guò)在橋涵位置處找兩條山脊線并確定匯水區(qū)域，在分岔的山谷線處選擇一條主河溝，并通過(guò)測(cè)量得到主河溝的長(zhǎng)度為和用方格網(wǎng)法得到了大致為1410個(gè)方格，方格的面積為，從而得到了匯水區(qū)的面積為，另外通過(guò)懸掛法得到了匯水區(qū)的形心，并求得了匯水區(qū)

5、的平均寬度為1050m，用此法得到的匯水區(qū)的面積為，所以求得平均值為作為最終的匯水區(qū)域的面積。條件：河南省某二級(jí)公路，路基寬度為8.5m,中心樁號(hào)位置之路肩高程為98.3m,涵洞洞底中心高程為89.85m,冒石的尺寸為，邊坡采用一種邊坡為1:1.5；涵洞進(jìn)水口建筑高度為4.61m,出水口建筑高度為4.87m,涵底的縱坡為3%。河南省分區(qū)區(qū)，冀北山區(qū)，主河溝的長(zhǎng)度為，匯水區(qū)的面積為，主河溝平均縱坡I=33，由于沒(méi)有實(shí)際的資料，所以本次計(jì)算設(shè)計(jì)流量的方法采用暴雨推理法。2設(shè)計(jì)荷載：公路級(jí)3設(shè)計(jì)洪水頻率及最大冰凍深度設(shè)計(jì)洪水頻率：1/50，最大冰凍深度：1.0 米4地震烈度：8度 2.1選擇涵洞類型

6、涵洞類型有石拱涵、石蓋板涵、鋼筋混凝土蓋板涵、鋼筋混凝土圓管涵、鋼筋混凝土箱涵、倒虹吸管涵波紋管涵、磚拱涵。這些涵洞類型中，石拱涵、石蓋板涵、鋼筋混凝土圓管涵都只適用于設(shè)計(jì)流量在10m3/s以下的河流，可知這些涵洞的泄水能力不能滿足本次設(shè)計(jì)；而倒虹吸管涵是用于灌溉的因此也不符合；而磚拱涵的承載能力很低，因此也不符合本次設(shè)計(jì)需求。結(jié)合各類型涵洞特點(diǎn)和設(shè)計(jì)需求以及達(dá)到總造價(jià)最低的原則，本次設(shè)計(jì)需用鋼筋混凝土蓋板涵。2.2進(jìn)出水口形式八字式洞口構(gòu)造簡(jiǎn)單，建筑結(jié)構(gòu)美觀，施工簡(jiǎn)單造價(jià)較低。常用于河溝平坦順直、無(wú)明顯溝槽，且溝底與涵底高差變化不大的情況。結(jié)合以上各洞口類型特點(diǎn)和設(shè)計(jì)資料，本次設(shè)計(jì)涵洞進(jìn)出口

7、形式選用八字式洞口。2.3涵洞水文計(jì)算本設(shè)計(jì)采用暴雨推理法計(jì)算涵洞的設(shè)計(jì)流量。推理公式：（1）（2）匯流時(shí)間值的計(jì)算 北方多采用：查附表1-4得：（3）確定暴雨遞減指數(shù)n值 查附表1-1河南區(qū)，當(dāng)應(yīng)取值，n=0.55（4）損失參數(shù)值計(jì)算北方采用：植被為差的一般黏砂土地面，由附表1-2得為，所以由河南省查附表1-3 2)按經(jīng)驗(yàn)公式I推算查附表1-5得：3) 按經(jīng)驗(yàn)公式II推算 2.4涵洞水力計(jì)算假設(shè)涵洞凈空高度；進(jìn)水口和壅水降落細(xì)數(shù)；進(jìn)口涵洞凈空高度；根據(jù)蓋板涵孔徑計(jì)算得簡(jiǎn)化公式：則涵前水深：；蓋板涵的涵洞凈寬：； 根據(jù)公路橋涵標(biāo)準(zhǔn)圖鋼筋混凝土蓋板涵泄水能力及水力計(jì)算表確定所選定型涵洞有關(guān)數(shù)據(jù)如

8、下表：名稱標(biāo)準(zhǔn)跨徑凈跨徑凈高臨界水深臨界流速泄水能力尺寸 2.5幾何設(shè)計(jì)2.5.1擬定常規(guī)尺寸(1) 涵底縱坡：根據(jù)河溝縱斷面地面線的天然縱坡擬定為3%。(2) 鋪地厚度：擬定為30cm厚的漿砌片石。(3) 涵洞埋深（從鋪地算起往下至基礎(chǔ)底面）：要大于當(dāng)?shù)貎錾?.0m。(4) 進(jìn)、出水洞口形式采用八字墻，洞口尺寸：八字墻垂直頂寬a=40cm；墻身與其基礎(chǔ)垂直襟邊；墻身背面垂直背坡取4:1；本涵橋面板厚28cm，鋪裝層厚10cm，臺(tái)帽厚取40cm。2.5.2擬定涵洞尺寸1.八字墻端部露出地面的高度擬定為20cm，根部高度以其基礎(chǔ)頂面自安全帶出檐的下緣降低10cm考慮，八字墻垂直頂寬取40cm，垂

9、直背坡取為4:1，墻身基礎(chǔ)與涵身基礎(chǔ)等厚為60cm，并與涵身做成同一坡度3%，基礎(chǔ)埋深當(dāng)?shù)貎錾畲_定為120cm。 2.涵底鋪砌擬定為30cm厚的漿砌片石。3.截水墻寬度取為40cm，埋深與基礎(chǔ)同深。2.6涵洞縱斷面上有關(guān)尺寸和高程2.6.1洞身部分的高程和尺寸1.路基設(shè)計(jì)高程根據(jù)路基設(shè)計(jì)表結(jié)合小橋涵野外調(diào)查設(shè)計(jì)卡，查算出涵位中心樁號(hào)處的路基設(shè)計(jì)高程分別為：，2.涵底高程計(jì)算根據(jù)涵位中心樁號(hào)處原地面高程（表示）減去30cm厚清底： 3.確定進(jìn)出口處的建筑高度及涵洞中心涵臺(tái)高度進(jìn)水洞口高度：出水洞口凈高： 涵洞中心凈高：進(jìn)出水口建筑高度： 涵洞中心涵臺(tái)高度:2.6.2進(jìn)出水口八字翼墻計(jì)算尺寸1.進(jìn)

10、水口處翼墻根部斷面高度：翼墻端部斷面高度：上式中10cm為使八字翼墻美觀，在墻頂設(shè)的一個(gè)小平臺(tái)高度，20cm為翼墻端部斷的露出地面的高度。2.出水口處翼墻根部斷面高度：翼墻端部斷面高度：2.6.3其余尺寸1.凈跨徑：根據(jù)流量計(jì)算結(jié)果選擇，本設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)跨徑，鋼筋混凝土板在兩邊涵臺(tái)上各搭接30cm，故取。2.涵臺(tái)底面的底寬取60cm3.基礎(chǔ)襟邊寬度取20cm4.橋面鋪裝：6cm防水混凝土和4cm瀝青混凝土鋪裝，共10cm5.涵臺(tái)基礎(chǔ)尺寸:6.根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形進(jìn)行的進(jìn)出口布置結(jié)果，進(jìn)出口各有一對(duì)八字墻水流擴(kuò)散角相同，取，故本設(shè)計(jì)進(jìn)出水口八字墻左右對(duì)稱。本涵是位于河南省內(nèi)的二級(jí)公路，路基寬度為8.5m,

11、邊坡為1:1.5，路拱橫坡為1.5%,路線縱坡3%。本涵采用是鋼筋混凝土蓋板涵，跨徑采用標(biāo)準(zhǔn)跨徑為4m凈跨徑為3.4m涵底鋪砌采用片石，鋪砌厚度是30cm，基礎(chǔ)采用分離式基礎(chǔ)，基礎(chǔ)厚60cm，填土厚度1.60m。蓋板厚28cm,設(shè)計(jì)底部縱坡3%。當(dāng)?shù)刈畲蟊鶅錾疃葹?.0m,所以基礎(chǔ)埋深1.30m，鋪砌采用30#片石，砂漿用M7.5砂漿，蓋板采用C30混凝土，蓋板配級(jí)鋼筋，臺(tái)帽用C20混凝土，基礎(chǔ)和臺(tái)身都采用C20混凝土，涵臺(tái)基礎(chǔ)采用30#片石，M7.5的砂漿，八字墻墻身采用30#片石和M7.5砂漿砌筑。沉降縫貫通整個(gè)涵臺(tái)斷面（包括基礎(chǔ)），縫寬2cm,沉降縫的設(shè)置與行車方向平行。洞身鋪砌與洞口鋪

12、砌均采用兩層鋪砌，上層采用將其片石，下層采用。三 各細(xì)部尺寸的計(jì)算3.1涵洞洞長(zhǎng)計(jì)算涵洞進(jìn)水口一側(cè)涵身長(zhǎng)度為：涵洞出水口一側(cè)涵身長(zhǎng)度為：涵洞全長(zhǎng)為：3.2涵洞八字墻計(jì)算該涵洞為正交涵洞，洞口八字翼墻的張角為。進(jìn)水口，出水口基礎(chǔ)厚度為0.6m。3.2.1進(jìn)水口八字墻計(jì)算 （1）求兩個(gè)翼墻墻身體積： 路基邊坡為1:1.5, 兩個(gè)墻身體積： （2）兩個(gè)翼墻的基礎(chǔ)體積 一個(gè)八字墻基礎(chǔ)的體積：兩個(gè)翼墻基礎(chǔ)體積：（3）兩個(gè)翼墻墻頂面積一個(gè)翼墻墻頂面積：兩個(gè)翼墻頂面面積：3.2.2出水口八字墻計(jì)算（1）求兩個(gè)翼墻墻身體積 路基邊坡為1:1.5, 兩個(gè)墻身體積： （2）兩個(gè)翼墻的基礎(chǔ)體積 一個(gè)八字墻基礎(chǔ)的體積

13、：兩個(gè)翼墻基礎(chǔ)體積：（3）兩個(gè)翼墻墻頂面積一個(gè)翼墻墻頂面積：兩個(gè)翼墻頂面面積：3.3涵洞洞身計(jì)算 1、預(yù)制蓋板體積 3、涵臺(tái)體積4、涵臺(tái)基礎(chǔ)體積5、臺(tái)帽體積6、支撐梁體積3.4涵底鋪砌體積翼墻洞口正投影長(zhǎng)度，八字墻的總張口大小為，洞口鋪砌：涵身涵底鋪砌的體積截水墻： 鋪底層：涵洞上面填土體積四. 蓋板設(shè)計(jì)4.1蓋板尺寸本涵洞蓋板設(shè)計(jì)采用預(yù)制鋼筋混凝土板，涵長(zhǎng)共13.7m,選用14塊預(yù)制蓋板，12塊標(biāo)準(zhǔn)蓋板，板長(zhǎng)396cm，板寬99cm，板厚為28cm；兩邊兩塊預(yù)制板寬度均別為85cm，長(zhǎng)度為396cm，板厚為28cm。板間邊縫和端部?jī)蓧K蓋板兩邊長(zhǎng)縫均用C30混凝土現(xiàn)澆。4.2恒載計(jì)算設(shè)計(jì)荷載：

14、公路-級(jí)凈跨徑： 計(jì)算跨徑：；填土高1.6m,混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30；,混凝土容重土容重,板的容重填土垂直壓力: 蓋板自重垂直力: 涵洞工程數(shù)量表工程項(xiàng)目材料體積（）進(jìn)水口八字墻翼墻墻體M7.5砂漿砌MU30片石27.4進(jìn)水口八字墻翼墻基礎(chǔ)C20混凝土澆筑11.8出水口八字墻翼墻墻體M7.5砂漿砌MU30片石31.4出水口八字墻翼墻基礎(chǔ)C20混凝土澆筑17.46預(yù)制蓋板C30混凝土澆筑15.48支撐梁C30混凝土澆筑3.3涵臺(tái)M7.5砂漿砌MU30片石118涵臺(tái)基礎(chǔ)C20混凝土澆筑22.2臺(tái)帽C20混凝土澆筑12涵洞涵底鋪砌M7.5砂漿砌MU30片石14涵洞上面填土體積礫石類材料76 鋪底層M

15、7.5砂漿砌MU30片石 0.73 截水墻M7.5砂漿砌MU30片石 5.1 洞口鋪砌M7.5砂漿砌MU30片石 304.3活載計(jì)算按公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范（JTG-2004）4.3.1條和4.3.2條規(guī)定，本題計(jì)算采用車輛荷載，公路-級(jí)和公路-級(jí)采用相同的車輛荷載標(biāo)準(zhǔn)，填料厚度大于或等于0.5m的涵洞不計(jì)沖擊力。公路-級(jí)車輪壓力面積：行車方向：垂直于行車方向：恒載跨中彎矩：恒載支點(diǎn)剪力：活荷載產(chǎn)生的彎矩活荷載產(chǎn)生的支點(diǎn)剪力：4.4荷載組合按公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范（JTG D60-2004）4.1.6條進(jìn)行作用效應(yīng)組合。承載能力極限狀態(tài)組合：正常使用狀態(tài)組合：短期組合：長(zhǎng)期組合： 4.5截面強(qiáng)度計(jì)

16、算蓋板邊處留接縫寬1cm，故實(shí)際預(yù)制板寬99cm，承受1m長(zhǎng)度的荷載。由公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG D62-2004）5.2.2條公式按單筋截面計(jì)算：4.5.1配筋計(jì)算取1m長(zhǎng)的板帶鋼筋：HRB335，混凝土C30， ,保護(hù)層厚度a=20mm，h=28cm 符合適筋破 壞的范圍 每米板寬10根直徑為18的主筋。4.5.2截面驗(yàn)算滿足要求,可以選擇按照構(gòu)造配置箍筋。4.5.3裂縫寬度驗(yàn)算由公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG D62-2004）6.4.3條和6.4.4條規(guī)定。最大裂縫寬度按下式計(jì)算， C1鋼筋表面形狀系數(shù)C2作用長(zhǎng)期效應(yīng)影響系數(shù)，長(zhǎng)期荷載作用時(shí)，C2=1+0.5Nl/Ns, Nl和Ns分別為按作用長(zhǎng)期效應(yīng)組合和短期效應(yīng)組合計(jì)算的內(nèi)力值；C3與構(gòu)件受力性質(zhì)有關(guān)的系數(shù) d縱向受拉鋼筋直徑 縱向受拉鋼筋配筋率Es鋼筋的彈性模量,HRB335鋼筋，Es=2.0×105MPa；受拉鋼筋在使用荷載作用下的應(yīng)力，即；Ms按作用短期效應(yīng)組合計(jì)算的彎矩值；As受拉區(qū)縱向受拉鋼筋截面面積。作用短期作用組合：作用長(zhǎng)期作用組合： 作用短期效應(yīng)鋼筋應(yīng)力：179Mpa作用長(zhǎng)期效應(yīng)組合：156Mpa d=18mm，0.18mm<0.2m