礦機(jī)村市政道路工程下穿道計(jì)算報(bào)告

二O二O年八月下穿道計(jì)算報(bào)告目錄1.工程概況 頁(yè)工程概況下穿道用鋼筋混凝土箱形結(jié)構(gòu)，根據(jù)詳細(xì)地勘，地基持力層為中分化巖石層，故采用門型框架結(jié)構(gòu)形式，覆土厚度約為1.5m~3.5m，頂板厚度0.9m、底板厚度0.9m、邊側(cè)墻厚度為0.9m，中墻厚為0.7m?？蚣苌瞎Ｒ冈O(shè)20×60cm的倒角，側(cè)墻及中墻處下梗腋設(shè)20×20cm的倒角；下穿道單洞最大凈寬11.4m，頂板及側(cè)墻上設(shè)置防水層，洞室兩側(cè)設(shè)置人行道，人行道為單向2.%的橫坡，靠側(cè)墻一側(cè)設(shè)置排水溝。主通道全長(zhǎng)47.119m，每20m設(shè)置一道沉降縫，縫寬2cm，內(nèi)埋橡膠止水帶。橫斷面如圖1-0-1所示。圖1-0-1下穿道橫斷面圖（單位：cm）

設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)2.1設(shè)計(jì)采用的主要規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)《城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ11—2011）《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTGD60—2015）《公路圬工橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD61—2005）《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》（JTG3362—2018）《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG3363—2019）《城市橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ166-2011）《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/TF50-2011）《城市橋梁工程施工與質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（CJJ2—2008）《城市人行天橋與下穿道技術(shù)規(guī)范》（CJJ69—1995）《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》（GB50108-2008）2.2設(shè)計(jì)參考的主要規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)《鋼筋混凝土用鋼第1部分:熱軋光圓鋼筋》（GB1499.1－2017）《鋼筋混凝土用鋼第2部分:熱軋帶肋鋼筋》(GB1499.2－2018)《鋼筋混凝土用鋼第3部分:鋼筋焊接網(wǎng)》(GB1499.3－2010)《鋼筋機(jī)械連接技術(shù)規(guī)程》（JGJ107—2010）《鋼筋焊接及驗(yàn)收規(guī)程》（JGJ18—2012）注：采用及參考規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)如有更新，以最新版本為準(zhǔn)。2.3技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及荷載設(shè)計(jì)值設(shè)計(jì)荷載：汽車：城-A；填土荷載：20kN/m3。道路等級(jí)：城市次干路地道凈空：凈空＞4.5m標(biāo)準(zhǔn)橫斷面布置：下穿道：0.9m（側(cè)墻）+2.9m（人行道）+7.0m（車行道）+2.2m（檢修道+中墻）++7.0m（車行道）+2.9m（人行道）+0.9m（側(cè)墻）=23.8m，平曲線：下穿道位于平曲線上，車行道及人行道寬度隨樁號(hào)不斷變化。設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期：100年設(shè)計(jì)使用年限：100年設(shè)計(jì)安全等級(jí)：一級(jí)環(huán)境類別：I類抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)：設(shè)計(jì)地震分組為第一組，場(chǎng)地地震抗震設(shè)防烈度為6度，基本地震動(dòng)峰值加速度0.05g。2.4主要材料指標(biāo)根據(jù)《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》（JTG3362—2018），混凝土的材料特性如表2-3-1所示，混凝土中最大水灰比、最小水泥用量、最大氯離子含量、最大含堿量等參數(shù)均應(yīng)滿足規(guī)范要求。表2-4-1混凝土材料特性強(qiáng)度等級(jí)彈性模量(Mpa)容重(kN/m3)線膨脹系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值設(shè)計(jì)值fck

(Mpa)ftk

(Mpa)fcd

(Mpa)ftd

(Mpa)C303.00×10425.001.0×10-520.102.0113.801.39C353.15×10425.001.0×10-523.402.2016.101.52C403.25×10425.001.0×10-526.802.4018.401.65鋼材的材料特性如表2-4-2所示，HPB300鋼筋材料和連接應(yīng)滿足《鋼筋混凝土用鋼第1部分:熱軋光圓鋼筋》（GB1499.1－2017）的規(guī)定；HRB400鋼筋材料和連接應(yīng)滿足《鋼筋混凝土用鋼第2部分:熱軋帶肋鋼筋》(GB1499.2－2018)的要求。鋼筋焊接網(wǎng)：設(shè)計(jì)主要采用D10規(guī)格的鋼筋焊接網(wǎng)，其材料應(yīng)滿足相關(guān)現(xiàn)行規(guī)范的要求。表2-4-2普通鋼筋材料特性鋼筋種類彈性模量(Mpa)容重(kN/m3)線膨脹系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值設(shè)計(jì)值fsk

(Mpa)fsd

(Mpa)fsd’

(Mpa)HPB3002.10×10525.001.0×10-5300250250HRB4002.00×10525.001.0×10-5400330330有限元模型本結(jié)構(gòu)采用大型有限元分析軟件MidasCivil2017（授權(quán)版）建立下穿道模型。3.1模型概述在有限元建模中，考慮到結(jié)構(gòu)的物理特性，取下穿道在縱向1m長(zhǎng)度進(jìn)行框架建模。結(jié)構(gòu)均采用空間梁?jiǎn)卧M，支座采用節(jié)點(diǎn)彈性支承模擬。在建立有限元模型時(shí)，為較準(zhǔn)確模擬結(jié)構(gòu)受力每個(gè)單元?jiǎng)澐植怀^1m。整個(gè)模型共劃分76個(gè)節(jié)點(diǎn)，75個(gè)單元。MidasCivil有限元模型劃分見圖3-1-1，有限元效果圖見圖3-1-2。圖3-1-1有限元模型單元?jiǎng)澐謭D圖3-1-2有限元效果圖3.2截面特性該結(jié)構(gòu)各截面位置如圖3-2-1所示，截面特性如表3-2-1所示。頂板側(cè)墻頂板側(cè)墻中墻基礎(chǔ)圖3-2-1截面位置示意圖表3-2-1單元截面特性截面面積

(m2)剪切面積Asy(m2)剪切面積Asz(m2)抗扭慣性矩Ixx(m4)抗彎慣性矩Iyy(m4)抗彎慣性矩Izz(m4)頂板0.90000.75000.75000.11280.06070.0750側(cè)墻0.90000.75000.75000.11280.06070.0750底板0.90000.75000.75000.11280.06070.0750中墻0.70000.58330.58330.06490.02860.05833.3作用種類根據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTGD60-2015），作用分類為永久作用、可變作用、偶然作用和地震作用。地道框架結(jié)構(gòu)需承受周邊土壓力、頂部覆土壓力及車道荷載。3.3.1永久作用該結(jié)構(gòu)的永久作用（恒荷載）包括結(jié)構(gòu)自重、土壓力及收縮與徐變效應(yīng)。結(jié)構(gòu)自重：鋼筋混凝土26kN/m3，按照實(shí)際結(jié)構(gòu)建立計(jì)算模型，結(jié)構(gòu)自重由程序自動(dòng)計(jì)算。側(cè)土壓力（頂部覆土按最大3.5m控制）：框架底部側(cè)土壓力：q=K0×γ×H×1m=K0×20×10.9=109（kN/框架頂部側(cè)土壓力：q=K0×γ×H×1m=K0×20×3.5=35（kN/m其中:K0為土的靜止側(cè)壓力系數(shù)，K0=1-sinΦ,按Φ=30考慮；K0=0.5。γ為填土的容重,γ=20.0kN/m3；H為計(jì)算截面距離地面的高度。加載方式如圖3-3-1所示。頂部覆土壓力：q=γ×H×1m=20×3.5=70（kN/m）（H為頂板距離地面的高度）加載方式如圖3-3-1所示。圖3-2-1側(cè)土壓力和頂部覆土壓力加載示意圖3.3.2可變作用頂部車道荷載（偏于安全地簡(jiǎn)化成1m厚等代土荷載）：活載引起豎向土壓力：q=γ×H×1m=20×K0×1=20.0（kN/m）活載引起水平土壓力：q=K0×γ×H×1m=20×K0×1=10.0（kN/m圖3-3-2車道荷載（滿載）加載示意圖圖3-3-3車道荷載（偏載）加載示意圖3.4荷載組合根據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTGD60-2015），為了結(jié)構(gòu)驗(yàn)算，將各種荷載進(jìn)行組合，如表3-4-1所示。表3-4-1結(jié)構(gòu)驗(yàn)算的荷載組合組合名稱組合類型荷載類型自重滿載汽車土壓力偏載汽車滿載1基本滿載2頻遇10.71滿載3準(zhǔn)永久10.41滿載4標(biāo)準(zhǔn)111偏載1基本偏載2頻遇110.7偏載3準(zhǔn)永久110.4偏載4標(biāo)準(zhǔn)1113.5邊界條件考慮實(shí)際受力情況，土對(duì)下穿道的作用通過節(jié)點(diǎn)彈性支承模擬。節(jié)點(diǎn)支承的剛度值K=abmz，a為各土層厚度，b為基礎(chǔ)的計(jì)算寬度，m為地基土的比例系數(shù)，z為各土層終點(diǎn)距離地面的距離，取a=1m，b=1m，m=3000kN/m4，z=10.9m，K=33300kN/m。圖3-5-1結(jié)構(gòu)邊界條件結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算分析在結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算中，下文分別給出了主梁在永久作用、可變作用、基本組合及頻遇組合作用下的內(nèi)力圖。4.1基本組合作用下內(nèi)力從圖4-1-1~圖4-1-4可以看出，在基本組合作用下，結(jié)構(gòu)最大彎矩為986kN·m，最大剪力為579kN。圖4-1-1基本組合作用下彎矩圖（滿載）（單位:kN·m）圖4-1-2基本組合作用下剪力圖（滿載）（單位:kN）圖4-1-3基本組合作用下彎矩圖（偏載）（單位:kN·m）圖4-1-4基本組合作用下剪力圖（偏載）（單位:kN）4.2頻遇組合作用下內(nèi)力從圖4-2-1~圖4-2-4可以看出，在頻遇組合作用下，結(jié)構(gòu)最彎矩為742kN·m，最大剪力為434kN。圖4-4-1頻遇組合下彎矩圖（滿載）（單位:kN·m）圖4-2-2頻遇組合下剪力圖（滿載）（單位:kN）圖4-2-3頻遇組合下彎矩圖（偏載）（單位:kN·m）圖4-2-4頻遇組合下剪力圖（偏載）（單位:kN）4.3準(zhǔn)永久組合作用下內(nèi)力從圖4-5-1~圖4-5-6可以看出，在準(zhǔn)永久組合作用下，結(jié)構(gòu)最大彎矩為690kN·m，最大剪力為404kN。圖4-3-1準(zhǔn)永久組合下彎矩圖（滿載）（單位:kN·m）圖4-3-2準(zhǔn)永久組合下剪力圖（滿載）（單位:kN）圖4-3-3準(zhǔn)永久組合下彎矩圖（偏載）（單位:kN·m）圖4-3-4準(zhǔn)永久組合下剪力圖（偏載）（單位:kN）4.4各截面控制內(nèi)力通過計(jì)算分析，得到下穿道各截面的控制內(nèi)力如表4-4-1~表4-4-3所示。表4-4-1頂?shù)装蹇刂苾?nèi)力頂?shù)装鍧M載偏載組合類型My（負(fù)）（kN.m）V（kN）My（正）（kN.m）My（負(fù)）（kN.m）V（kN）My（正）（kN.m）基本組合171785991714688701234頻遇組合13187041193862準(zhǔn)永久組合12456651173755表4-4-2基礎(chǔ)控制內(nèi)力基礎(chǔ)滿載偏載組合類型VMyVMy(kN)(kN.m)(kN)(kN.m)基本組合701547733546頻遇組合422422準(zhǔn)永久組合401401表4-4-3側(cè)墻與中墻控制內(nèi)力側(cè)墻滿載偏載中墻滿載偏載組合類型VMyVMy組合類型VMyVMy(kN)(kN.m)(kN)(kN.m)(kN)(kN.m)(kN)(kN.m)基本組合4311065350847基本組合00091頻遇組合815706頻遇組合046準(zhǔn)永久組合768706準(zhǔn)永久組合026結(jié)構(gòu)驗(yàn)算按照《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》（JTGD60-2004）要求，本文采用MATHCAD自編程序分別對(duì)控制截面進(jìn)行了承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的驗(yàn)算。5.1頂板截面驗(yàn)算5.1.1正截面抗彎承載能力驗(yàn)算按照《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》（JTGD62-2004）的5.2.1~5.2.5條規(guī)定，依據(jù)荷載組合中的基本組合，對(duì)頂板的正截面抗彎承載能力進(jìn)行了驗(yàn)算?？梢钥闯?，頂板所有單元的正截面抗彎承載能力均符合規(guī)范要求。5.1.2斜截面抗剪承載能力驗(yàn)算按照《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》（JTGD62-2004）的5.2.7~5.2.10條規(guī)定，依據(jù)荷載組合中的基本組合，對(duì)頂板的斜截面抗剪承載能力進(jìn)行了驗(yàn)算?？梢钥闯觯敯宓乃袉卧男苯孛婵辜舫休d能力均符合規(guī)范要求。5.1.3裂縫寬度驗(yàn)算依據(jù)荷載組合中的頻遇組合及準(zhǔn)永久組合，對(duì)頂板的裂縫寬度進(jìn)行了驗(yàn)算，結(jié)果如下?？梢钥闯?，截面最大裂縫寬度為0.171mm，小于《規(guī)范》（JTGD62-2004）允許裂縫寬度0.2mm，滿足規(guī)范要求。5.2側(cè)墻截面驗(yàn)算5.2.1正截面抗彎承載能力驗(yàn)算按照《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》（JTGD62-2004）的5.2.1~5.2.5條規(guī)定，依據(jù)荷載組合中的基本組合，對(duì)側(cè)墻的正截面抗彎承載能力進(jìn)行了驗(yàn)算?？梢钥闯?，中墻所有單元的正截面抗彎承載能力均符合規(guī)范要求。5.2.2斜截面抗剪承載能力驗(yàn)算按照《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》（JTGD62-2004）的5.2.7~5.2.10條規(guī)定，依據(jù)荷載組合中的基本組合，對(duì)側(cè)墻的斜截面抗剪承載能力進(jìn)行了驗(yàn)算?？梢钥闯觯瑐?cè)墻的所有單元的斜截面抗剪承載能力均符合規(guī)范要求。5.2.3裂縫寬度驗(yàn)算依據(jù)荷載組合中的頻遇組合及準(zhǔn)永久組合，對(duì)側(cè)墻的裂縫寬度進(jìn)行了驗(yàn)算，結(jié)果如下?？梢钥闯?，截面最大裂縫寬度為0.135mm，小于《規(guī)范》（JTGD62-2004）允許裂縫寬度0.2mm，滿足規(guī)范要求。5.3中墻截面驗(yàn)算5.3.1正截面抗彎承載能力驗(yàn)算按照《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》（JTGD62-2004）的5.2.1~5.2.5條規(guī)定，依據(jù)荷載組合中的基本組合，對(duì)中墻的正截面抗彎承載能力進(jìn)行了驗(yàn)算?？梢钥闯?，中墻所有單元的正截面抗彎承載能力均符合規(guī)范要求。5.3.2斜截面抗剪承載能力驗(yàn)算按照《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》（JTGD62-2004）的5.2.7~5.2.10條規(guī)定，依據(jù)荷載組合中的基本組合，對(duì)中墻的斜截面抗剪承載能力進(jìn)行了驗(yàn)算?？梢钥闯觯袎Φ乃袉卧男苯孛婵辜舫休d能力均符合規(guī)范要求。5.3.3裂縫寬度驗(yàn)算依據(jù)荷載組合中的頻遇組合及準(zhǔn)永久組合，對(duì)中墻的裂縫寬度進(jìn)行了驗(yàn)算，結(jié)果如下?？梢钥闯觯孛孀畲罅芽p寬度為0.029mm，小于《規(guī)范》（JTGD62-2004）允許裂縫寬度0.2mm，滿足規(guī)范要求。5.4基礎(chǔ)截面驗(yàn)算5.4.1正截面抗彎承載能力驗(yàn)算按照《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》（JTGD62-2004）的5.2.1~5.2.5條規(guī)定，依據(jù)荷載組合中的基本組合，對(duì)基礎(chǔ)的正截面抗彎承載能力進(jìn)行了驗(yàn)算?？梢钥闯觯A(chǔ)所有單元的正截面抗彎承載能力均符合規(guī)范要求。5.4.2斜截面抗剪承載能力驗(yàn)算按照《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》（JTGD62-2004）的5.2.7~5.2.10條規(guī)定，依據(jù)荷載組合中的基本組合，對(duì)基礎(chǔ)的斜截面抗剪承載能力進(jìn)行了驗(yàn)算?？梢钥闯?，基礎(chǔ)的所有單元的斜截面抗剪承載能力均符合規(guī)范要求。5.4.3裂縫寬度驗(yàn)算依據(jù)荷載組合中的頻遇組合及準(zhǔn)永久組合，對(duì)基礎(chǔ)的裂縫寬度進(jìn)行了驗(yàn)算，結(jié)果如下?？梢钥闯觯孛孀畲罅芽p寬度為0.164mm，小于《規(guī)范》（JTGD62-2004）允許裂縫寬度0.2mm，滿足規(guī)范要求。5.5撓度驗(yàn)算根據(jù)《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》（JTGD62-2004）6.5.3條，結(jié)構(gòu)在消除結(jié)構(gòu)自重產(chǎn)生的準(zhǔn)永久撓度后不超過計(jì)算跨徑的1/600，當(dāng)由荷載頻遇效應(yīng)組合并考慮荷載準(zhǔn)永久效應(yīng)影響產(chǎn)生的準(zhǔn)永久撓度不超過設(shè)計(jì)跨徑的1/1600時(shí)，可不設(shè)預(yù)拱度。圖5-5-1頻遇組合下結(jié)構(gòu)撓度圖（滿載）（單位:mm）圖5-5-2準(zhǔn)永久組合下結(jié)構(gòu)撓度圖（滿載）（單位:mm）圖5-5-2自重作用下主梁撓度圖（單位:mm）從圖5-5-1~圖5-5-2可以看出，消除自重后準(zhǔn)永久撓度最大值f1=4.69-1.40=3.29mm<f容許=11.45×1000/600=19.08mm頻遇效應(yīng)組合并考慮荷載準(zhǔn)永久效應(yīng)影響撓度最大值f2=4.44×1.6=7.1mm>f容許=11.45×1000/1600=7.2mm由以上計(jì)算可知，主梁變形滿足要求，不需設(shè)置預(yù)拱度。5.6地基承載力驗(yàn)算從圖5-6-1~圖5-6-2可以看出，在標(biāo)準(zhǔn)組合作用下，地基最大反力為275.6kN。圖5-5-1