小桥涵课程设计.doc

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1、河南城建学院公路小桥涵勘测设计课程设计说明书河南城建学院公路小桥涵勘测设计课程设计说明书课 程 名 称: 公路小桥涵勘测设计 题 目: 钢筋混凝土盖板涵设计 专 业: 道路桥梁与渡河工程 学 生 姓 名: 毛 毛 虫 学 号: 指 导 教 师: 史乐君 、张永存、李锐铎 设 计 教 室: 10#B503 开 始 时 间: 2012 年 06 月 11 日完 成 时 间: 2012 年 06 月 15 日课程设计成绩：学习态度及平时成绩（30）技术水平与实际能力（20）创新（5）说明书撰写质量（45）总 分（100）等级指导教师签名： 年 月 - 19 -1.设计任务书- 1 -1.1.设计时间

2、及地点- 1 -1.2.设计目的和要求- 1 -1.2.1.设计目的- 1 -1.2.2.设计要求- 1 -1.3.设计资料- 1 -1.4.设计任务- 2 -1.5.评分标准及成绩评定- 2 -1.6.设计指导教师及分组情况- 3 -1.7.设计纪律要求- 3 -1.8.设计日期：- 3 -1.9.设计期间值班带队老师安排- 3 -2.设计方案的拟定- 4 -2.1.选择涵洞类型- 4 -2.2.进出水口形式- 4 -3.涵洞水文、水力计算- 5 -3.1.涵洞水文计算- 5 -3.1.1.形态断面处的洪峰流量- 5 -3.1.2.频率周期换算- 6 -3.1.3.桥址换算- 6 -3.2.

3、涵洞水力计算- 6 -4.几何设计- 7 -4.1.尺寸拟定- 7 -4.1.1.拟定常规尺寸- 7 -4.1.2.本涵洞经拟定的尺寸- 7 -4.2.涵洞纵断面上有关尺寸和高程的计算- 7 -4.2.1.洞身部分的高程和尺寸- 7 -4.2.2.涵长计算- 8 -4.2.3.进出水口八字翼墙计算尺寸- 9 -4.3.涵洞平面图上有关几何尺寸计算- 9 -4.3.1.净跨径- 9 -4.3.2.涵台半剖面和平面图上的有关尺寸- 10 -4.4.半洞身和洞口立面图上有关尺寸计算- 10 -4.5.局部剖面图的尺寸- 10 -4.5.1.翼墙根部和端部断面背坡- 10 -4.5.2.翼墙墙身根部断

4、面与基础顶面的交线的垂线间夹角- 10 -4.5.3.上下游洞口根部断面总高度- 11 -4.5.4.翼墙墙身根部与端部断面墙顶，顺端墙方向平面投影宽度- 11 -4.5.5.翼墙洞口正投影长度- 11 -4.5.6.翼墙基础襟边顺洞墙端部断面的平面投影长度和- 12 -4.5.7.八字翼墙的总张口大小- 12 -4.5.8.翼墙基础平面尺寸计算- 12 -5.结构设计- 13 -5.1.盖板尺寸- 13 -5.2.恒载计算- 13 -5.3.活载计算- 13 -5.4.盖板弯矩计算- 14 -5.5.荷载组合- 14 -5.6.截面强度计算- 15 -5.7.裂缝宽度验算- 15 -6.工程

5、数量计算- 16 -6.1.盖板- 16 -6.2.涵洞计算- 16 -6.3.八字墙计算- 16 -6.3.1.八字墙身- 16 -6.3.2.八字墙基- 17 -6.4.截水墙- 17 -6.5.洞口铺砌- 17 -6.6.铺底- 18 -6.7.铺底层- 18 -参考文献- 19 -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、B5041.2. 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

6、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

7、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=4.0。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设计洪水频率：1/25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

8、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%。

9、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，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

10、数字标注欠整洁，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，杜绝抄袭现象，发现类同者，

11、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2. 设计方案

12、的拟定2.1. 选择涵洞类型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，本次设计需用钢筋混凝土盖板涵。2.2. 进出水口形式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

13、明显沟槽，且沟底与涵底高差变化不大的情况。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。3. 涵洞水文、水力计算3.1. 涵洞水文计算本设计采用形态调查法计算涵洞的设计流量。形态调查法是用调查河槽形态与历史洪水位的手段，取得河槽某一过水断面在该洪水位的过水断面、平均流速及洪水频率资料，据以推算桥涵处设计流量的方法。3.1.1. 形态断面处的洪峰流量据实测河沟断面计算见表3-13-1 复式断面水力计算公式桩 号床面高程（m）水深（m）平均水深（m）高程差间距过水断面湿周179.300.651.310.651.64+400178.01.31.750.935.253.13+

14、403177.12.22.400.424.82.04+405176.72.61.602.04.57.24.92+409178.70.60.300.60.50.150.78+410179.301118.0512.51水力半径即平均水深：形态断面处流速的确定用谢才满宁公式计算。当主河沟平均纵坡I=10，河床为严重堵塞和弯曲的周期性流水。查表得粗糙系数m=15。全断面平均流速：历史洪峰流量：3.1.2. 频率周期换算按流量模比系数换算，由类土查表得。由和,查表得。则： 3.1.3. 桥址换算则： 3.2. 涵洞水力计算假设涵洞净空高度；进水口和壅水降落细数；进口涵洞净空高度；则涵前水深：；盖板涵的涵

15、洞净宽：； 根据公路桥涵标准图钢筋混凝土盖板涵泄水能力及水力计算表确定所选定型涵洞有关数据：跨径： ;净跨径： ;净高： ;临界水深： ;临界流速： ;泄洪能力： 4. 几何设计4.1. 尺寸拟定4.1.1. 拟定常规尺寸(1) 涵底纵坡：根据河沟纵断面地面线的天然纵坡拟定为1%。(2) 铺地厚度：拟定为30cm厚的浆砌片石。(3) 涵底高程：按涵底中心地面高程下挖（清底）推算。(4) 涵洞埋深（从铺地算起往下至基础底面）：要大于当地冻深1.0m。(5) 进、出水洞口形式采用八字墙，洞口尺寸：八字墙垂直顶宽a=40cm；墙身与其基础垂直襟边e取20cm；墙身背面垂直背坡取4:1；墙身端部断面的

16、高度：以端部露出底面高推算；墙身根部断面高度：按帽石底面算起至基础之高差；本涵桥面板厚24cm，铺装层厚9cm，台帽厚取40cm。4.1.2. 本涵洞经拟定的尺寸1. 八字墙端部露出地面的高度拟定为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，八字墙垂直顶宽取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1%，标于进出水口的端部。2. 基础埋深根据当地冻深确定为120cm，标于出口端部相应位置处。3. 基础厚度拟定为60cm。4. 涵底铺砌拟定为30cm厚的浆砌片石。5. 涵身与基础按同一坡度设计，坡度取为1%，标于相应铺底顶面。6

17、. 截水墙宽度取为40cm，埋深与基础同深，并将其宽度标于进出口截水墙处。4.2. 涵洞纵断面上有关尺寸和高程的计算4.2.1. 洞身部分的高程和尺寸(1) 路基设计高程根据路基设计表结合小桥涵野外调查设计卡，查算出涵位中心桩号处的路基设计高程分别为：再设计草图上用高程引出线将以上数据标于设计草图相应位置处。(2) 涵底高程计算根据涵位中心桩号处原地面高程（在此以表示）减去30cm清底厚度（即）得出，即 将此高程值标于设计草图相应中心桩号铺底顶面处。(3) 确定进出口处的建筑高度及涵洞中心涵台高度进水洞口高度 出水洞口净高 涵洞中心净高 将以上计算结果标于设计草图相应位置。进出水口建筑高度涵洞

18、中心涵台高度其中为涵台基础顶面至铺底顶面的距离，其值为基础埋深减去基础厚度，本设计基础埋深取100cm，基础厚度取60cm，故设计取。4.2.2. 涵长计算 涵洞全长：4.2.3. 进出水口八字翼墙计算尺寸本设计进出水口处八字翼墙基础埋深与涵身埋深取值相同，翼墙基础厚度。（1） 进水口处翼墙根部断面高度： ；翼墙端部断面高度：；上式中10cm为使八字翼墙美观，在墙顶设的一个小平台高度，20cm为翼墙端部断的露出地面的高度。（2）出水口处翼墙根部断面高度：；翼墙端部断面高度：其中10cm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的高度。4

19、.3. 涵洞平面图上有关几何尺寸计算4.3.1. 净跨径根据流量计算结果选择，本设计依据标准图，采用标准跨径，钢筋混凝土板在两边韩台上各搭接30cm，故取，将此数据标于平面设计草图上的相应位置。4.3.2. 涵台半剖面和平面图上的有关尺寸（1）涵台底面的底宽参考公路桥涵设计手册本涵台底面的底宽取50cm。（2）基础襟边宽度取20cm。 将以上数据标于剖面和半平面图的设计草图相应位置。4.4. 半洞身和洞口立面图上有关尺寸计算(1) 安全带尺寸板涵边部快件采用预制和安全带一起浇筑，故安全带长度与板长相同，板长取400cm，扣除两侧的预留缝隙各2cm，因此取396cm，标于相应草图的位置。(2)

20、涵台高度前已算过为411cm。(3) 台帽厚度前以取定为40cm。(4) 设计板厚前以取定为24cm。(5) 桥面铺装前以取定为6cm防水混凝土加3cm沥青混凝土铺装，共9cm。(6) 涵台基础尺寸将上述六项的尺寸标于洞身剖面图上。4.5. 局部剖面图的尺寸根据现场地形进行的进出口布置结果，进出口各有一对八字墙水流扩散角相同，取，故本设计进出水口八字墙左右对称。4.5.1. 翼墙根部和端部断面背坡根据公式式中：八字墙张角，即； 涵洞斜交角； 水流扩散角；其余符号含义同前。4.5.2. 翼墙墙身根部断面与基础顶面的交线的垂线间夹角由公式得：因为本涵为正交涵，水流扩散角皆为，上下游四个八字墙左、右

21、各堆成。因此有，即：4.5.3. 上下游洞口根部断面总高度上游洞口：下游洞口：4.5.4. 翼墙墙身根部与端部断面墙顶，顺端墙方向平面投影宽度考虑八字墙根部小平台的影响，经计算进水口两个八字墙根部断面墙底顺墙方向投影宽度出水口两个八字翼墙根部断面墙底顺端墙方向投影宽度进水口两个八字翼墙端部断面墙底顺端墙方向投影宽度出水口两个八字翼墙端部断面墙底顺端墙方向投影宽度4.5.5. 翼墙洞口正投影长度上式中预加的15cm为八字墙顶小平台的长度。4.5.6. 翼墙基础襟边顺洞墙端部断面的平面投影长度和翼墙基础垂直襟边宽度取20cm,则：4.5.7. 八字翼墙的总张口大小4.5.8. 翼墙基础平面尺寸计算

22、进水口左翼墙基础根部宽度： 进水口左翼墙基础端部宽度： 进水口右翼墙基础根部宽度： 进水口右翼墙基础端部宽度： 出水口左翼墙基础根部宽度： 出水口左翼墙基础端部宽度： 出水口右翼墙基础根部宽度： 出水口右翼墙基础端部宽度： 5. 结构设计 5.1. 盖板尺寸本涵洞盖板设计采用预制钢筋混凝土板，涵长共12.8m，选用13块预制盖板，11块标准盖板，板长396cm，板宽99cm，板厚为24cm；两边两块预制板宽度均别为89cm，长度为396cm，板厚为24cm。板间边缝和端部两块盖板两边长缝均用C30混凝土现浇。：(1) 主筋主筋直径：20mm 主筋长度：425cm主筋根数：9根主筋种类：HRB3

23、35(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架立钢筋长度：428cm架立钢筋根数：6根架立钢筋种类：R2355.2. 恒载计算土的重度是，板的重度填土垂直压力: 盖板自重垂直力: 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： 故后轮垂直荷载分布宽度互相重

24、叠，荷载横向分布宽度应按两辆车后轮外边计算，即 一个车轮的纵向分布宽度： 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 5.4. 盖板弯矩计算填土重产生的弯矩： 盖板自重产生的弯矩： 恒载弯矩： 车辆荷载产生的弯矩： 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： 正常使用状态组合：短期组合： 长期组合： 5.6. 截面强度计算盖板边处留接缝宽1cm，故实际预制板宽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

25、式按单筋截面计算： 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。 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预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）6.4.3条和6.4.4条规定。 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。6. 工程数量计算根据公路小桥涵设计手册的标准图，该涵洞共需0.99m宽中板11块，0.89m边块2块，计算出该涵洞的工程数量如下。6.1. 盖板(1) 主筋（）：(2) 架立钢筋（）：(3) 箍筋（）：(4) 预制板混凝土（C30）：6.2

26、. 涵洞计算(1) 台帽：混凝土（C20）：(2) 台墙：台身采用M10砂浆30号片石，其工程量为：(3) 基础：基础采用M7.5砂浆砌30号片石，其工程量为：6.3. 八字墙计算6.3.1. 八字墙身八字墙身采用M7.5砂浆砌30号片石。(1) 进洞口翼墙墙身工程数量：(2) 出洞口翼墙墙身工程数量：故八字墙身的总体积为：6.3.2. 八字墙基八字墙基采用M7.5砂浆砌30号片石。进口单个翼墙基础：其中：故八字墙基础的总体积为：6.4. 截水墙截水墙采用M7.5砂浆砌30号片石。其工程数量为：6.5. 洞口铺砌洞口铺砌采用M7.5砂浆30号片石。其工程数量为：6.6. 铺底洞口铺砌采用M7.

27、5砂浆砌30号片石。其工程数量为：6.7. 铺底层铺装层采用C30混凝土。其工程数量为：材料项目工程量数表钢筋混凝土M10砂浆砌30号块石M7.5砂浆砌30号块石20128C30C20单 位涵身盖板及帽石1204.9319.2395.212.04台帽17.31台墙101.38基础29.18洞口八字墙身54.04八字墙基23.42截水墙5.02洞口铺砌25.46铺底7.65铺装层0.62合计1204.9319.2395.212.6617.31101.38137.12参考文献1 JTG/T D65-042007，公路涵洞设计细则S北京：人民交通出版社，20072 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，2005.4 孙家驷公路小桥涵勘测设计M北京：人民交通出版社，2009