《公路小橋涵勘測設計》課程設計計算書

1、<p>　　《公路小橋涵勘測設計》課程設計計算書</p><p><b>　　一．設計任務書 </b></p><p><b>　　1.1 設計目的 </b></p><p>　　本課程設計通過一個常用、典型的涵洞的設計（包括水文計算、水力計算、涵洞幾何設計和結構計算等），讓學生將所學到的理論知識與設計方法運用于

2、具體的設計實踐中，提高專業(yè)設計能力及創(chuàng)造性思維能力，使所學知識能夠融會貫通。 </p><p><b>　　1.2 設計要求 </b></p><p>　?。?）學生需認真閱讀課程設計任務書，熟悉有關設計資料及參考資料，熟悉各種設計規(guī)范的有關內容，認真完成任務書規(guī)定的設計內容。 </p><p>　　（2）學生均應在教師指導下在規(guī)定的時間內獨立

3、完成規(guī)定的內容和工作量。 </p><p>　?。?）課程設計的成果為計算書1份和A3圖2張。要求計算書內容計算準確、文字通順、書寫工整。要求圖紙、圖面布置合理、正確清晰、符合制圖標準及有關規(guī)定，用工程字注文。</p><p><b>　　1.3 設計資料 </b></p><p>　?。?）地形資料見附圖，自選一個匯水區(qū)域，自擬一個地理區(qū)域及

4、地質條件。</p><p>　?。?）設計荷載：根據道路等級選用。</p><p>　?。?）設計洪水頻率及最大冰凍深度：洪水頻率根據等級選用，最大冰凍深度：1.0m。</p><p>　　（4）地震烈度 8度。</p><p><b>　　1.4 設計任務 </b></p><p>　　進行水文

5、計算確定設計流量，完成一道石臺鋼筋混凝土蓋板橋（涵）設計、鋼筋混凝土圓管涵、金屬波紋管管涵、石拱（橋）涵或箱涵，應進行結構分析和方案比選，選擇最佳方案進行設計。本課程設計要求每位學生根據所給定的設計資料，獨立完成一道涵洞，進出口形式（八字墻、錐坡）自定，圖幅采用三號圖，全套設計成果主要內容有：①涵洞布置圖（三視圖）；②結構配筋圖及細部構造圖；③進出口結構尺寸；④工程數量表；⑤設計計算說明書。</p><p>&l

6、t;b>　　1.5設計要點</b></p><p>　　1、蓋板采用簡支板計算圖式進行設計。按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)分別進行計算和驗算。</p><p>　　2、蓋板的計算高度按d1計，為提高蓋板強度在蓋板跨中加厚為d2。預制蓋板寬度為99cm。</p><p>　　3、蓋板底層設受力主筋，頂層設架立鋼筋，各種鋼筋沿板長和板寬方向均勻布

7、置。</p><p>　　4、路面車輛活載對涵頂的壓力按30°角進行分布；填土內磨擦角為35°，土容重18KN/m3。</p><p>　　5、涵臺的計算按四鉸框架模式進行。</p><p>　　6、涵洞支撐梁宜采用鋼筋混凝土澆筑。</p><p>　　7、涵洞過水流量按無壓力式涵洞設計。確定涵底坡度時，一般應小于水力計算

8、表中設定流速下的最大坡度imax，同時應大于表中的臨界坡度Ik。當設計涵底坡度小于臨界坡度時，泄水能力應予折減。</p><p>　　8、涵洞洞口處的路基邊坡應與涵洞所在路段路基邊坡保持一致。</p><p><b>　　基本資料擬定：</b></p><p>　　1.通過給定的地形圖選擇某個匯水區(qū)域，通過計算確定匯水區(qū)域的面積和主河溝的長度和

9、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度及主河溝的縱坡。通過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，并通過測量得到主河溝的長度為和用方格網法得到了大致為1410個方格，方格的面積為，從而得到了匯水區(qū)的面積為，另外通過懸掛法得到了匯水區(qū)的形心，并求得了匯水區(qū)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。</p>

10、;<p>　　條件：河南省某二級公路，路基寬度為8.5m,中心樁號位置之路肩高程為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)Ⅱ區(qū)，冀北山區(qū)，主河溝的長度為，匯水區(qū)的面積為，主河溝平均縱坡I=33‰，由于沒有實際的資料，所以本次計算設計流量的方法采用暴雨推理法。</p><

11、p>　　2．設計荷載：公路—Ⅱ級</p><p>　　3．設計洪水頻率及最大冰凍深度</p><p>　　設計洪水頻率：1/50，最大冰凍深度：1.0 米</p><p><b>　　4．地震烈度：8度</b></p><p><b>　　2.1選擇涵洞類型</b></p>&l

12、t;p>　　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計流量在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計；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計需求。結合各類型涵洞特點和設計需求以及達到總造價最低的原則，本次設計需用鋼筋混凝土蓋板涵。<

13、/p><p><b>　　2.2進出水口形式</b></p><p>　　八字式洞口構造簡單，建筑結構美觀，施工簡單造價較低。常用于河溝平坦順直、無明顯溝槽，且溝底與涵底高差變化不大的情況。結合以上各洞口類型特點和設計資料，本次設計涵洞進出口形式選用八字式洞口。</p><p><b>　　2.3涵洞水文計算</b></

14、p><p>　　本設計采用暴雨推理法計算涵洞的設計流量。</p><p><b>　　推理公式：</b></p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　（2）匯流時間τ值的計算</p><p><b>　　北方多采用：</b></p&

15、gt;<p><b>　　查附表1-4得：</b></p><p>　?。?）確定暴雨遞減指數n值</p><p>　　查附表1-1河南Ⅱ區(qū)，當應取值，n=0.55</p><p>　?。?）損失參數μ值計算</p><p><b>　　北方采用：</b></p><

16、;p>　　植被為差的一般黏砂土地面，由附表1-2得為Ⅳ，所以由河南?、舨楦奖?-3 </p><p>　　2)按經驗公式I推算</p><p><b>　　查附表1-5得：</b></p><p>　　3) 按經驗公式II推算</p><p><b>　　2.4涵洞水力計算</b></p

17、><p><b>　　假設涵洞凈空高度；</b></p><p>　　進水口和壅水降落細數；</p><p><b>　　進口涵洞凈空高度；</b></p><p>　　根據蓋板涵孔徑計算得簡化公式：</p><p><b>　　則涵前水深：；</b><

18、;/p><p>　　蓋板涵的涵洞凈寬：；</p><p>　　根據《公路橋涵標準圖》鋼筋混凝土蓋板涵泄水能力及水力計算表確定所選定型涵洞有關數據如下表：</p><p><b>　　2.5幾何設計</b></p><p>　　2.5.1擬定常規(guī)尺寸</p><p>　　涵底縱坡：根據河溝縱斷面地面線的

19、天然縱坡擬定為3%。</p><p>　　鋪地厚度：擬定為30cm厚的漿砌片石。</p><p>　　涵洞埋深（從鋪地算起往下至基礎底面）：要大于當地凍深1.0m。</p><p>　　進、出水洞口形式采用八字墻，洞口尺寸：</p><p>　?、侔俗謮Υ怪表攲抋=40cm；</p><p>　　②墻身與其基礎垂直襟邊

20、；</p><p>　?、蹓ι肀趁娲怪北称氯?:1；</p><p>　?、薇竞瓨蛎姘搴?8cm，鋪裝層厚10cm，臺帽厚取40cm。</p><p>　　2.5.2擬定涵洞尺寸</p><p>　　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，垂直背坡取為4:1

21、，墻身基礎與涵身基礎等厚為60cm，并與涵身做成同一坡度3%，基礎埋深當地凍深確定為120cm。 </p><p>　　2.涵底鋪砌擬定為30cm厚的漿砌片石。</p><p>　　3.截水墻寬度取為40cm，埋深與基礎同深。</p><p>　　2.6涵洞縱斷面上有關尺寸和高程</p><p>　　2.6.1洞身部分的高程和尺寸</p

22、><p><b>　　1.路基設計高程</b></p><p>　　根據路基設計表結合小橋涵野外調查設計卡，查算出涵位中心樁號處的路基設計高程分別為：，</p><p><b>　　2.涵底高程計算</b></p><p>　　根據涵位中心樁號處原地面高程（表示）減去30cm厚清底：

23、 </p><p>　　3.確定進出口處的建筑高度及涵洞中心涵臺高度</p><p><b>　?、龠M水洞口高度：</b></p><p><b>　　②出水洞口凈高：</b></p><p><b>　?、酆粗行膬舾撸?lt;/b></p><p>　

24、　④進出水口建筑高度：</p><p>　?、莺粗行暮_高度:</p><p>　　2.6.2進出水口八字翼墻計算尺寸</p><p><b>　　1.進水口處</b></p><p><b>　　翼墻根部斷面高度：</b></p><p><b>　　翼墻端部斷

25、面高度：</b></p><p>　　上式中10cm為使八字翼墻美觀，在墻頂設的一個小平臺高度，20cm為翼墻端部斷的露出地面的高度。</p><p><b>　　2.出水口處</b></p><p><b>　　翼墻根部斷面高度：</b></p><p><b>　　翼墻端部

26、斷面高度：</b></p><p><b>　　2.6.3其余尺寸</b></p><p>　　1.凈跨徑：根據流量計算結果選擇，本設計采用標準跨徑，鋼筋混凝土板在兩邊涵臺上各搭接30cm，故取。</p><p>　　2.涵臺底面的底寬取60cm</p><p>　　3.基礎襟邊寬度取20cm</p&g

27、t;<p>　　4.橋面鋪裝：6cm防水混凝土和4cm瀝青混凝土鋪裝，共10cm</p><p><b>　　5.涵臺基礎尺寸:</b></p><p>　　6.根據現場地形進行的進出口布置結果，進出口各有一對八字墻水流擴散角相同，取，故本設計進出水口八字墻左右對稱。</p><p>　　本涵是位于河南省內的二級公路，路基寬度為8

28、.5m,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，跨徑采用標準跨徑為4m凈跨徑為3.4m涵底鋪砌采用片石，鋪砌厚度是30cm，基礎采用分離式基礎，基礎厚60cm，填土厚度1.60m。蓋板厚28cm,設計底部縱坡3%。當地最大冰凍深度為1.0m,所以基礎埋深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Ⅰ級鋼筋，臺帽用C20混凝土，基礎和臺身都采用C20混凝土，涵臺基

29、礎采用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。沉降縫貫通整個涵臺斷面（包括基礎），縫寬2cm,沉降縫的設置與行車方向平行。洞身鋪砌與洞口鋪砌均采用兩層鋪砌，上層采用將其片石，下層采用。</p><p><b>　　各細部尺寸的計算</b></p><p><b>　　3.1涵洞洞長計算</b></p>

30、<p>　　涵洞進水口一側涵身長度為：</p><p>　　涵洞出水口一側涵身長度為：</p><p><b>　　涵洞全長為：</b></p><p>　　3.2涵洞八字墻計算</p><p>　　該涵洞為正交涵洞，洞口八字翼墻的張角為。進水口，出水口基礎厚度為0.6m。</p><p&

31、gt;　　3.2.1進水口八字墻計算 </p><p>　?。?）求兩個翼墻墻身體積：</p><p>　　路基邊坡為1:1.5,</p><p><b>　　兩個墻身體積： </b></p><p>　?。?）兩個翼墻的基礎體積 </p><p>　　一個八字墻基礎的體積：</p>

32、<p><b>　　兩個翼墻基礎體積：</b></p><p>　?。?）兩個翼墻墻頂面積</p><p><b>　　一個翼墻墻頂面積：</b></p><p><b>　　兩個翼墻頂面面積：</b></p><p>　　3.2.2出水口八字墻計算</p&g

33、t;<p>　?。?）求兩個翼墻墻身體積</p><p>　　路基邊坡為1:1.5,</p><p><b>　　兩個墻身體積： </b></p><p>　　（2）兩個翼墻的基礎體積 </p><p>　　一個八字墻基礎的體積：</p><p><b>　　兩個翼墻基礎體

34、積：</b></p><p>　　（3）兩個翼墻墻頂面積</p><p><b>　　一個翼墻墻頂面積：</b></p><p><b>　　兩個翼墻頂面面積：</b></p><p><b>　　3.3涵洞洞身計算</b></p><p>

35、<b>　　1、預制蓋板體積</b></p><p><b>　　3、涵臺體積</b></p><p><b>　　4、涵臺基礎體積</b></p><p><b>　　5、臺帽體積</b></p><p><b>　　6、支撐梁體積</b

36、></p><p><b>　　3.4涵底鋪砌體積</b></p><p><b>　　翼墻洞口正投影長度</b></p><p><b>　　，</b></p><p>　　八字墻的總張口大小為</p><p><b>　　，</

37、b></p><p><b>　　洞口鋪砌：</b></p><p><b>　　涵身涵底鋪砌的體積</b></p><p><b>　　截水墻：</b></p><p><b>　　鋪底層：</b></p><p><

38、b>　　涵洞上面填土體積</b></p><p><b>　　四. 蓋板設計</b></p><p><b>　　4.1蓋板尺寸</b></p><p>　　本涵洞蓋板設計采用預制鋼筋混凝土板，涵長共13.7m,選用14塊預制蓋板，12塊標準蓋板，板長396cm，板寬99cm，板厚為28cm；兩邊兩塊預制

39、板寬度均別為85cm，長度為396cm，板厚為28cm。板間邊縫和端部兩塊蓋板兩邊長縫均用C30混凝土現澆。4.2恒載計算</p><p>　　設計荷載：公路-Ⅱ級</p><p>　　凈跨徑： 計算跨徑：；填土高1.6m,混凝土強度等級為C30；,混凝土容重土容重,板的容重</p><p><b>　　填土垂直壓力: </b></p&g

40、t;<p><b>　　蓋板自重垂直力: </b></p><p><b>　　涵洞工程數量表</b></p><p><b>　　4.3活載計算</b></p><p>　　按《公路橋涵設計通用規(guī)范》（JTG-2004）4..3.1條和4.3.2條規(guī)定，本題計算采用車輛荷載，公路-Ⅰ級

41、和公路-Ⅱ級采用相同的車輛荷載標準，填料厚度大于或等于0.5m的涵洞不計沖擊力。</p><p>　　公路-Ⅱ級車輪壓力面積：</p><p><b>　　行車方向：</b></p><p><b>　　垂直于行車方向：</b></p><p><b>　　恒載跨中彎矩：</b>

42、;</p><p><b>　　恒載支點剪力：</b></p><p><b>　　活荷載產生的彎矩</b></p><p>　　活荷載產生的支點剪力：</p><p><b>　　4.4荷載組合</b></p><p>　　按《公路橋涵設計通用規(guī)范》（

43、JTG D60-2004）4.1.6條進行作用效應組合。</p><p>　　承載能力極限狀態(tài)組合：</p><p><b>　　正常使用狀態(tài)組合：</b></p><p><b>　　短期組合：</b></p><p><b>　　長期組合： </b></p>

44、<p>　　4.5截面強度計算</p><p>　　蓋板邊處留接縫寬1cm，故實際預制板寬99cm，承受1m長度的荷載。</p><p>　　由《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》（JTG D62-2004）5.2.2條公式按單筋截面計算：</p><p><b>　　4.5.1配筋計算</b></p><

45、;p>　　取1m長的板帶鋼筋：HRB335，混凝土C30，， ,保護層厚度a=20mm，h=28cm</p><p>　　符合適筋破 壞的范圍 </p><p>　　每米板寬10根直徑為18的主筋。</p><p><b>　　4.5.2截面驗算</b></p><p>　　滿足要求,可以選擇按照構造配置箍筋。&l

46、t;/p><p>　　4.5.3裂縫寬度驗算</p><p>　　由《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》（JTG D62-2004）6.4.3條和6.4.4條規(guī)定。</p><p>　　最大裂縫寬度按下式計算</p><p><b>　　，</b></p><p>　　C1—鋼筋表面形狀系數&

47、lt;/p><p>　　C2—作用長期效應影響系數，長期荷載作用時，C2=1+0.5Nl/Ns, Nl和Ns分別為按作用長期效應組合和短期效應組合計算的內力值；</p><p>　　C3—與構件受力性質有關的系數</p><p>　　d—縱向受拉鋼筋直徑 </p><p>　　ρ—縱向受拉鋼筋配筋率</p><p>　　E

48、s—鋼筋的彈性模量,HRB335鋼筋，Es=2.0×105MPa；</p><p>　　—受拉鋼筋在使用荷載作用下的應力，即；</p><p>　　Ms—按作用短期效應組合計算的彎矩值；</p><p>　　As—受拉區(qū)縱向受拉鋼筋截面面積。</p><p><b>　　作用短期作用組合：</b></p&

49、gt;<p>　　作用長期作用組合： </p><p>　　作用短期效應鋼筋應力：179Mpa</p><p>　　作用長期效應組合：156Mpa</p><p><b>　　d=18mm，</b></p><p>　　0.18mm<0.2mm，裂縫寬度滿足規(guī)范要求。</p><p

50、>　　4.5.4下面是鋼筋選用表：</p><p><b>　　五．參考文獻</b></p><p>　　[1] JTG/T D65-04—2007，公路涵洞設計細則[S]．北京：人民交通出版社，2007．</p><p>　　[2] JT/GBQ 003-2003．公路橋涵標準圖—鋼筋混凝土蓋板涵[S]．北京：人民交通出版社，2003.