河南理工大学公路小桥涵勘测石盖板课程课程设计讲解23087.pdf

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1、 河南理工大学 公路小桥涵勘测设计 课 程 设 计 计 算 书 1 设计任务书 1.1 设计时间及地点 1、设计时间 2011-2012 学年第二学期第 18 周（6 月 11 日6 月 15 日）2、设计地点 十号教学楼 B503、B504 1.2 设计目的和要求 1.2.1 设计目的 本课程设计通过一个常用、典型的涵洞的设计（包括水文计算、水力计算、涵洞几何设计和结构计算等），让学生将所学到的理论知识与设计方法运用于具体的设计实践中，提高专业设计能力及创造性思维能力，使所学知识能够融会贯通。1.2.2 设计要求（1）学生需认真阅读课程设计任务书，熟悉有关设计资料及参考资料，熟悉各种设计规范

2、的有关内容，认真完成任务书规定的设计内容。（2）学生均应在教师指导下、在规定的时间内独立完成规定的内容和工作量。（3）课程设计的成果为计算书 1 份和手工 A3 图 2 张以上。要求计算书内容计算准确、文字通顺、书写工整。要求图纸、图面布置合理、正确清晰、符合制图标准及有关规定，用工程字注文。1.3 设计资料：1.3.1工程概况 川东某山岭重丘区三级公路上 K13+975.21处，拟建一道涵洞，测得断面资料如下：沟心处地面高 638.46 米，沟床为密实的砾石土，在其上游 1.2 处设一形态断面，实测得河沟形态断面如图 1 所示。主河沟平均纵坡 I=10，河床为严重堵塞和弯曲的周期性流水，汇水

3、区为类土，经调查 10 年一遇的洪水位为 179.30米，形态断面和桥址处汇水面积为 A1=5.0，A2=6。路线设计资料为：纵坡 i=+3%，路基宽度为 7.5 米，路面宽度 6 米，路拱横坡 2%，路肩横坡 3%，挖方边坡 1：0.75，填方边坡 1：1.5。2、设计荷载 公路级 3、设计洪水频率及最大冰冻深度 河南理工大学 公路小桥涵勘测设计课程设计计算书 3 设计洪水频率：1/50 最大冰冻深度：1.0 米 3、地震烈度 8 度 图 1 河沟形态断面图 1.4 设计任务 进行水文计算确定设计流量，完成一道石台钢筋混凝土盖板涵设计（也可选择采用钢筋混凝土圆管涵、石拱涵或箱涵，应进行结构分

4、析和方案比选，选择最佳方案进行设计。）本课程设计要求每位学生根据所给定的设计资料，独立完成一道盖板涵或拱涵，进出口形式（八字墙、锥坡）自定，图幅采用三号图，长度不足可按81倍数加长，全套设计图主要内容有：涵洞布置图（三视图）；结构配筋图及细部构造图；进出口结构尺寸及计算书；工程数量表及计算说明书；设计总说明。1.5 评分标准及成绩评定 学生的课程设计成绩由指导老师根据学生在设计期间的设计图纸、设计计算说明书、出勤等情况综合评定。成绩分：优、良、中、及格、不及格五个等级。其中，设计图纸占 35%，设计说明书占 45%，出勤占 20%。成绩评定标准如下：优：能认真完成设计指导书中的要求，设计过程中

5、，严格要求自己，独立完成设计任务，图纸整洁、绘制标注规范，设计方案合理，思路清晰，设计说明书内容充实工整，应用理论正确，有创新性，设计期间出满勤。良：能较好的完成设计指导书中的要求，能独立完成设计任务，设计思路较河南理工大学 公路小桥涵勘测设计课程设计计算书 4 清晰，平面布置合理、图纸绘制标注规范、整洁，设计认真，应用理论正确，设计期间出满勤。中：能完成设计指导书中的要求，平面布置基本合理、图纸绘制规范、字体和数字及标注较为符合要求，设计较认真，应用理论基本正确。设计期间出满勤，设计方案基本合理。及格：能基本完成设计指导书中的要求，设计思路欠佳，平面布置欠合理、图纸绘制规范、字体和数字标注欠

6、整洁，应用理论无原则错误，设计期间有缺勤现象。设计图纸一般。不及格：凡有下列情况之一者以不及格论：1）未达到设计指导书的基本要求。2）设计出现原则性的错误，图纸绘制有明显错误、字体和数字标注不整洁，应用理论有原则错误。3）设计缺勤累计达三分之一以上者。1.6 设计指导教师及分组情况 1、设计指导老师 史乐君、张永存、李锐铎 2、分组 第一组：0724091 班 1-30 号由史乐君老师指导；第二组：0724091 班 31-46号、0724092 班 01-14 号由张永存老师指导；第三组：0724092 班 15-46 号由李锐铎老师指导 1.7 设计纪律要求 1、设计中要自主完成，杜绝抄袭

7、现象，发现类同者，设计成绩按零分计。2、正常上课期间所有设计学生必须到教室进行设计，上午 8：00 12：00，下午 14：00 16：00，不得迟到和早退。3、设计期间指导教师实行不定期点名制度，两次无故不到者设计成绩降级。四次无故不到者设计成绩为不及格。4、由于设计时间较紧，希望同学们克服困难，按时、认真完成本次设计任务。1.8 设计日期：2012 年 6 月 11 日6 月 15 日 交设计成果截止日期：2012 年 6 月 18 日下午 16：00 前 1.9 设计期间值班带队老师安排 值班时间 6 月 11 日 6 月 12 日 6 月 13 日 6 月 14 日 6 月 15 日

8、值班老师 张永存 史乐君 李锐铎 张永存 李锐铎 张永存 李锐铎 史乐君 2012年 6 月 8 日 河南理工大学 公路小桥涵勘测设计课程设计计算书 5 2 设计方案的拟定及说明 2.1 设计方案拟定 2.1.1 涵洞类型拟定 有设计任务书可知需要在某三级公路上拟建一道交通涵洞，涵洞类型有石拱涵、石盖板涵、钢筋混凝土盖板涵、钢筋混凝土圆管涵、钢筋混凝土箱涵、倒虹吸管涵波纹管涵、砖拱涵。这些涵洞类型中，石拱涵、石盖板涵、钢筋混凝土圆管涵都只适用于设计流量在 10m3/s 以下的河流，有后面计算可知这些涵洞的泄水能力不能满足本次设计；而倒虹吸管涵是用于灌溉的因此也不符合；而砖拱涵的承载能力很低，因

9、此也不符合本次设计需求。结合各类型涵洞特点和设计需求以及达到总造价最低的原则，本次设计需用钢筋红凝土盖板涵。2.1.2 涵洞洞口形式的拟定 常用的涵洞洞口形式有八字式洞口、端墙式洞口、跌水井洞口、扭坡式洞口、平头式洞口、走廊式洞口、流线型洞口。当天然和狗纵坡大于 50%时采用跌水井洞口，设计资料显示河沟纵坡仅 1%；对于走廊式洞口由于施工较复杂，现在已很少采用；而流线型洞口适用于大量预制及装配式圆管涵；平头式洞口常用于钢筋混凝土管涵，因需制作特殊的洞口管节模板，费用较高仅适用于大批预制；八字式洞口构造简单，建筑结构美观，施工简单造价较低。常用于河沟平坦顺直、无明显沟槽，且沟底与涵底高差变化不大

10、的情况。结合以上各洞口类型特点和设计资料，本次设计涵洞进出口形式选用八字式洞口。2.2 设计方案说明 本涵是位于平原微丘区三级公路上，路基宽度为 7.5 米，边坡为 1:1.5，本涵采用是盖板涵，涵底铺砌采用片石，铺砌厚度是 40cm，基础采用分离式基础，基础厚 60cm，填土厚度 1.50m,所以本涵为暗涵，设计底部纵坡 0.9%。进口样式采用八字墙，出口样式采用八字墙。当地最大冰冻深度为 1.0m,所以基础埋深1.30m，铺砌采用浆砌片石，采用30#片石，砂浆用 M5 砂浆，盖板采用 C30 混凝土，盖板配钢筋，为级钢筋，台帽用 30#粗石料，砂浆用 M7.5 砂浆，基础采用 30#片石，

11、M7.5 砂浆，台身采用 30#片石，M7.5 砂浆，涵台基础采用 30#片石，M7.5 的砂浆，八字墙墙身采用 30#片石和 M5 砂浆砌筑。沉降缝贯通整个涵台断面（包括基础），缝宽 2cm,沉降缝的设置与行车方向平行。洞身铺砌与洞口铺砌均采用两层铺砌，上层采用浆砌片石，下层采用沙粒垫层铺砌。河南理工大学 公路小桥涵勘测设计课程设计计算书 6 构造物平面示意图 3 涵洞设计流量计算及孔径选择 3.1 涵洞设计流量计算 由任务书可知：P 1/10洪水时，最大水深：H 179.30176.70 2.60 m 故有 B/H11.0/2.6 4.2310 因此，水力半径 湿周过水面积R 5.1205

12、.18 1.44m 形态断面面积为:WSi 211(179.30178)2310.17730.17900.17830.179）（）（270.17630.17910.17730.179）（）（2 270.76130.17970.17830.179）（4.5210.5（179.30178.0）0.655.254.87.20.15 18.05（m）湿周为 C：C2200.17830.1791）（2210.17700.1783）（河南理工大学 公路小桥涵勘测设计课程设计计算书 7 2270.17670.1785.4）（2270.17610.1772）（2270.17830.1795.0）（12.5m

13、由河床断面为严重堵塞和弯曲的周期性水流，查表可得：m 15 由谢才满宁公式求得：V 2132imR 15213201.044.1 1.913（m/s）形态断面处流量：Qs w v 18.051.913 34.53（m/s）频率周期换算：按周期换算系数折算，查表P 101换为 P 251，M 1.50可得：Q xsM Q x 1.5034.53 51.80（m/s）若按流量模比系数换算，由类土查表得：C v0.63，由 P 101和 P 251，查表得 K n1.83，K p2.35 Q xsxnp QK K 83.135.234.53 44.35（m/s）桥址换算 Qs（0.50.6）8.05

14、1.80 59.94（m/s）或 Qs（0.50.6）8.044.35 河南理工大学 公路小桥涵勘测设计课程设计计算书 8 3 23 259.92751.5751.575 3.9sQBmH 51.3（m/s）取 Qs59.9（m/s）3.2 涵洞孔径选择 3.2.1 涵洞孔径选 初定3.9dhm则0.5m，涵洞高度 ，故涵洞跨径 经查表知：涵洞允许不冲刷流速为02.5vm s1.913vm s，故涵洞不需要加宽。所以涵洞高度3.9Hm，涵洞跨径5Bm 4 几何设计 4.1 拟定常规尺寸 1 八字墙端部高度露出地面高度拟定为 20cm，根部高度以其基础顶面自安全带出檐的下缘降低 10cm 考虑，

15、八字墙垂直顶宽取为 40cm，垂直背坡取为 4:1，墙身基础与涵身基础等厚为 60cm，并与涵身做成同一坡度，即 9，标于进出水口端部。2 基础埋深根据当地冻深确定为 120cm，表于出口端部相应位置。3 基础厚度拟定为 60cm。4 涵底铺砌拟定为 30cm，浆砌片石，表于铺底处。5 涵身与基础按同一坡度设计，坡度取为 ，表于相应铺底顶面。6 截水墙宽度取为 40cm，埋深与基础同深，并将其宽度表于截水墙处。4.2 涵洞长度计算 本涵洞为正交涵洞且路基无超高及加宽，涵长计算公式为：1/2()1shjhBm HHhCLmI 2/2()1shchBm HHhCLmI 本次设计的涵洞为盖板涵，由路

16、基设计资料可知：634.06sHm，638.26hHm，3.90.87dhHm 河南理工大学 公路小桥涵勘测设计课程设计计算书 9 4.00jhm，4.0 0chm 将以上数据代入涵长计算公式可得：15.50Lm，25.60Lm 4.3 涵轴纵断面图上有关尺寸和标高计算 4.3.1 涵身部分的标高和尺寸 根据路基设计表结合小桥涵野外调查设计卡，查算涵位中心桩号处的路基设计标高分别为:12644.06644.06ssHmHm 在设计图纸上用标高引出线将以上数据标于设计草图相应位置处。4.3.2 涵底标高计算 根据涵位中心桩处原地面标高减去 30cm 清底厚度得出，即将此标高值标于设计图纸相应中心

17、桩铺底顶面处。4.3.3 确定进出口处的建筑高度及涵洞中心涵台高 A 进水洞口净高 4.002dspbhhBHHhhHIm B 出水洞口净高 4.002cxpbhhBHHhhHIm C 涵洞中心净高 4.002sxzpbhHHhhhHm 将以上结果标于设计图纸相应位置。D 进出水口建筑高度 4.30jdbphHhhm 4.30ccbphHhhm E 涵洞中心涵台高 04.70zhhhm 4.3.4 进出水口八字翼墙尺寸计算 1 进水口处 翼墙根部断面高度 10404.00gcbhhhm 河南理工大学 公路小桥涵勘测设计课程设计计算书 10 翼墙端部断面高度 60dhcm 2 出水口处 翼墙根部

18、断面高度 10404.00gcbhhhm 翼墙端部断面高度 60dhcm 其中 10 为根部高度自安全带出檐降低 10cm；100cm 为冻深；60cm 为基础厚度；20cm 为翼墙端部露出地面高度。4.4 涵洞平面图上有关几何尺寸计算 4.4.1 净跨径 根据流量计算结果选择，本设计采用标准图，故取03.40Lm，将此数据表于平面设计图纸相应位置。4.4.2 涵台半剖面和半平面图上的有关尺寸 1 涵台地面的底宽 根据查表推荐，本涵取 340cm。2 基础襟边宽度取 10cm 将以上数据表于剖面和半剖面平面图的设计图纸上的相应位置。4.5 半洞身和洞口立面图上有关尺寸计算 1 安全带尺寸 板涵

19、边部块件采用预制和安全带一起浇筑，故安全带长度与板长相同，板长去 396cm，表于相应设计图纸的位置。2 涵台高度 前面已算过为 470cm。3 台帽高度 前面已取定为 30cm。4 设计板厚 前面已取定为 30cm。5 涵台基础尺寸 2210jtBsbcm 将上述尺寸表于半洞口立面的洞身剖面图上。4.6 局部剖面图上的尺寸 根据现场地形进行的进出水口布置结果，进出水口各有一对八字翼墙水流扩河南理工大学 公路小桥涵勘测设计课程设计计算书 11 散角 相同，故本设计进出水口八字翼墙左右对称。4.6.1 翼墙根部和断面背坡：000sin()cossin30(4)cos303.751.5nnm 4.

20、6.2 上下游洞口根部断面总高度 上游洞口：4.00ghm 下游洞口：4.00ghm 4.6.3 翼墙墙身根部与断不断面墙顶，顺端墙方向的平面投影宽度：121248cccccm 考虑八字墙根部小平台的影响，经计算去根部宽度 50ccm 进水口两个八字翼墙根部断面墙底顺端墙方向投影宽度 131.53ddm 出水口两个八字翼墙根部断面墙底顺端墙方向投影宽度 131.53ddm 4.6.4 翼墙洞口正投影长度：1()5.291gdhm hhGmmI 2()6.941gdhm hhGmmI 4.6.5 翼墙基础襟边顺洞墙端部断面的平面投影长度 1cos23.1eecm 2cos21.5eecm 4.6

21、.6 八字翼墙的总张口大小:101tan6.45BLGm 河南理工大学 公路小桥涵勘测设计课程设计计算书 12 202tan7.40BLGm 4.6.7 翼墙基础平面尺寸计算：进水口左翼墙基础根部宽度 111290.8bedecm 进水口左翼墙基础端部宽度 212298.8bedecm 进水口左翼墙基础根部宽度 3190.8bbcm 进水口左翼墙基础端部宽度 4298.8bbcm 5 结构设计 5.1 根据设计流量，结合公路桥涵标准图选用钢筋 5.1.1 盖板尺寸 本涵洞盖板设计采用预制钢筋混凝土板，涵长共 11.1m，选用 12 块预制盖板，10 块标准盖板，板长 396cm，板宽 99cm

22、，板厚为 30cm；两边两块预制板宽度均别为 50cm，长度为 396cm，板厚为 30cm。板间边缝和端部两块盖板两边长缝均用 C30 混凝土现浇。5.1.2 标准尺寸盖板底部受力主筋选用：1 主筋 主筋直径：20mm 主筋长度：425cm 主筋根数：9 根 主筋种类：HRB335 2 箍筋 箍筋直径：8mm 箍筋长度：245cm 箍筋根数：32 根 主筋种类：R235 3 架立钢筋 架立钢筋直径：12mm 河南理工大学 公路小桥涵勘测设计课程设计计算书 13 架立钢筋长度：428cm 架立钢筋根数：6 根 架立钢筋种类：R235 5.2 恒载计算 填土垂直压力:2111.5 1827(/)

23、qHkNm 盖板自重垂直力:2220.3 257.5(/)qdkNm 5.3 活载计算 按公路桥涵设计通用规范（JTG-2004）4.3.1 条和 4.3.2 条规定，本题计算采用车辆荷载，公路-级和公路-级采用相同的车辆荷载标准，填料厚度大于或等于 0.5m的涵洞不计冲击力。按公路桥涵设计通用规范（JTG-2004）4.3.5 条规定计算荷载分布宽度。一个后轮单边荷载横向分布宽度为：00.61.8()1.3()1.5tan301.66()222mmm 故后轮垂直荷载分布宽度互相重叠，荷载横向分布宽度 应按两辆车后轮外边计算，即 00.6(1.5 tan30)2(1.32 1.8)7.232a

24、m 一个车轮的纵向分布宽度：00.21.4(1.5tan30)20.93()()22mm 故纵向后轮垂直荷载分布长度互相重叠，荷载纵向分布宽度 b 应按两轮（后轴）外边至外边计算，即 00.2(1.5 tan30)2 1.43.93()2bm 32(2 140)23.26()7.23 3.33qkN m 5.4 盖板弯矩计算 填土重产生的弯矩：2211113.96()27()0.9952.40()2222lMqbkN m 盖板自重产生的弯矩：2222113.96()7.5()0.9914.55()2222lMqbkN m 恒载弯矩：河南理工大学 公路小桥涵勘测设计课程设计计算书 14 1252

25、.4014.5566.95()hMMMkN m 车辆荷载产生的弯矩：223113.96()23.26()0.9945.14()2222qlMqbkN m 5.5 荷载组合 按公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）4.1.6 条进行作用效应组合。承载能力极限状态组合：1.21.41.2 66.951.4 45.14143.54()dhqMMMkN m 正常使用状态组合：短期组合：0.766.950.745.1498.55()sdhqMMMkN m 长期组合：0.466.950.4 45.1485.01()ldhqMMMkN m 5.6 截面强度计算 盖板边处留接缝宽 1cm，故实际预制

26、板宽 99cm，承受 1m 长度的荷载。由公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）5.2.2条公式按单筋截面计算：280282757.913.8 990sdscdf Axmmf b 030040260hmm 02600.56137.8()57.9()bhmmmm 符合公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）5.2.25.2.3 条规定。0057.9()13.8 990 57.9(260)22182.77()1.0 143.54143.54()cddxf bx hkN mMkN m 截面强度满足要求。5.7 裂缝宽度验算 由公路钢筋混凝土及

27、预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）6.4.3河南理工大学 公路小桥涵勘测设计课程设计计算书 15 条和 6.4.4 条规定。698.55 10154.11()0.870.872827260ssssMMPaA 28270.0110990260 11.4C 285.011 0.5()1.4398.55C 31.15C 1235300.28 10154.1130 121.4 1.43 1.152.1 10 0.28 10 0.01100.182()0.2()SStkSdWC C CEmmmm 满足 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）6.4.2条规定

28、。6 工程量的计算 6.1 涵洞八字墙计算 6.1.1 进水口八字墙计算 该涵洞为正交涵洞，洞口八字翼墙的张角为030。翼墙高基础厚度为md60.0，襟边宽度为meme215.0,231.021，路基边坡为 1:1.5（5.1m）。翼墙平行于墙端方向的顶宽为 1 求两个翼墙墙身体积 路基边坡为 1:1.5，得：5.10 mm 翼墙平行于端墙方向的背坡坡度为：98.30n 求一个墙身体积：22331031()()2611.95()mVcm HhHhnm 两个翼墙墙身体积 河南理工大学 公路小桥涵勘测设计课程设计计算书 16 32122 11.9523.9()VVm 2 求两个翼墙基础体积 123

29、.1ecm 221.5ecm 一个八字翼墙基础的体积：3120221203()()2()()5.55mVm ceeHh dnhHh dceeednm 两个基础体积：33322 5.5511.1()VVm 6.2 涵洞洞身计算 6.2.1 预制盖板体积 1 标准预制盖板体积 310.993.980.31.18()Vm 两边两块预制盖板体积：320.503.980.30.597()Vm 6.2.2 支撑梁体积：330.088 110.968()Vm 6.2.3 函台体积：347.920 11.187.912()Vm 6.2.4 涵台基础体积：352.520 11.127.972()Vm 6.2.5

30、 涵台台帽体积：361.320 11.114.652()Vm 6.2.6 涵底铺砌体积：370.352 11.13.907()Vm 河南理工大学 公路小桥涵勘测设计课程设计计算书 17 6.3 涵洞上面填土体积 317.5 1.5 4.002 41.5 1.5 1.5258.5Vm 河南理工大学 公路小桥涵勘测设计课程设计计算书 18 参考文献 1 JTG/T D65-042007，公路涵洞设计细则S北京：人民交通出版社，2007 2 JT/GBQ 003-2003公路桥涵标准图钢筋混凝土盖板涵S北京：人民交通出版社，2003.3 刘培文，等公路小桥涵设计示例M北京：人民交通出版社，2005.

31、4 孙家驷公路小桥涵勘测设计M北京：人民交通出版社，2009 河南理工大学 公路小桥涵勘测设计课程设计计算书 19 附表:工程数量表 涵洞表 涵洞中心桩号 结构类型 交角（度）填土高度（m）孔径(m)孔数 长度(m)进出口形式 设计流量(m3/s)K13+975.21 钢筋混凝土盖板涵 0 1.5 1 孔 23.33 八字翼墙式 59.94 主要工程、材料数量 工程项目部分 结构部位 材料 工程量 石料 砂浆 混凝土 钢筋 石料（m3）混凝土（m3）钢筋（kg）涵身 预制盖板 30号 I 级钢筋 13.99 1629.1 台帽 30号粗料石 7.5号 14.65 台身 30号块石 7.5号 87.91 涵底铺砌 30号片石 5.0号 3.91 涵台基础 30号片石 7.5号 27.97 支撑梁 25号 II 级钢筋 9.68 413 洞口建筑 八字翼墙墙身 30号片石 5.0号 47.8 八字翼墙基础 30号片石 5.0号 22.2 填土 涵洞上面填土 密实的砾石 58.5