1、第六章 涵洞结构计算,第一节 涵洞结构计算概要 、概述涵洞在各种外荷载的作用下的内力计算，由强度和稳定条件的要求的确定涵洞断面尺寸，结构及钢筋配筋的数量。 洞身的结构计算：1 涵洞外荷载计算；2 钢筋混凝土圆管涵计算；3 钢筋混凝土盖板涵计算4 钢筋混凝土箱涵计算等。,二、涵洞受力特点及受力图式,1 涵洞受力特点1）涵洞与土体共同承受外荷载涵洞除承受填土自重外，还承受经路堤传送下来的车载。 当路堤填土高度在05m以上时，填土减弱了车辆荷载对涵洞的动力影响，故一般不计冲击力。 涵洞受到外荷载一般由涵洞洞身和周围的土体共同作用(明涵除外)，其承载陡都有所提高。 明涵，其受力条件和计算方法与桥梁相同
2、。,2）涵洞的受力与施工方法有关,（1）顶推法施工 为避免在涵洞施工中进行大开挖，或为保证已成路基生性时用。 仅在距地面较深处取土，施工中被扰动的土体仅限同周围较近的土体。 作用于涵洞上部压力为与涵洞顶宽相对应的拱内部分的土压力。,2)沟埋式施工主挖方地段设置的涵洞一般施工时多先挖沟槽，然后放置施工涵管，再进行回填。 回填时 填土必然要产生沉降 变形，槽壁对会填土产生摩擦力，涵洞上的土压力一般小于沟内填土柱的重量。,(3)填埋式施工在填方地段的涵洞，一般是先安装涵洞，然后再在其上分层填筑路基。涵管两侧填土的可压缩性较刚性涵身的可压缩性大得多。涵洞两侧的填土厚度也大于管顶填土厚度。涵身两侧土颗粒
3、的垂直位移大于涵身上部土颗粒的垂直位移，从而将产生方向向下的摩擦力。作用于涵顶上的垂直土压力增加，除涵顶部的土柱质量外，还应包括向下的摩擦力，涵洞的垂直和水平力将逐渐 增加。,3）涵洞的受力与洞身变形有关,E管料弹性模量 ES回填土的压缩模量t管壁厚；r管的平均半径。,2在各种情况下，涵洞受力及变形图式,情况一：涵洞基底变形，未压实的路堤沉降 由于涵顶土柱加涵身自重对基底的压力小于邻近路堤对基底的压力：涵洞下的基底沉降小于邻近的路堤下基底的沉降: 洞顶 填土对涵洞 的压力小于洞顶土柱的重力,1)柔性涵管四种受力情况,情况二：涵洞基底不变形，而路堤有沉降洞顶填土对涵洞的压力小于洞顶填土土柱的重力
4、，即：涵洞直径竖直方向减少 D值，水平方向增加D值。,情况三：基底变形，但路堤压实很好不发生压缩变形此时涵洞下及邻近路堤下的基底变形相同，涵洞的压力等于洞顶土柱重力。,情况四：基底不变形，路堤压实不好 涵洞横向扩大纵向压缩（图中未示）,2）刚性管,情况一：涵洞基底变形，未压实的路堤沉降刚性涵洞的基底压力和沉降，一般较邻近路堤下为大。 填土作用于涵洞上的压力，大于洞顶土柱的重力。 涵洞变形，竖直方向直径减小，水平方向直径增加。,情况二: 涵洞基底不变形，路堤有沉降 填土作用于涵洞的压力，大于洞顶土柱的重力。 涵洞变形不影响其上的压力数值。,情况三：基底变形，路堤压实很好，不发生压缩变形。整体沉降
5、情况四：基底不变形，涵上路堤压实良好。 填土对涵洞产生的压力等于洞顶土柱重力,结论：,(1)对铰式涵洞，填土对涵洞的压力总是小于或等于洞顶土柱重力；对于刚性涵洞，其洞顶上的土压力总是大于洞顶土柱重力。 (2)从实用角度看，情况一和情况二最为常见； (3)从受力的角度看，铰式体系比刚性体系更为有利。,第二节 涵洞土压力及外荷载计算,一、垂直压力 1填土对洞顶的垂压力1)采用 开槽法 修建涵的公式假定管顶填土压力一部分由涵管承受，一部分由沟槽边摩擦力分担。 除无粘性的砂及卵石外，槽边摩擦力颇大，可减小涵管的压力。 普通土吸水饱和时，上述摩擦力或粘结力减小，涵洞所承受的荷重加大。 涵洞承受的最大荷载
6、：,2）采用 柔性 圆管 时：假定土完全湿润，无摩擦力：3）采用 刚性 圆管 时：,2车辆货载 对涵洞的垂压力,1）车辆荷载与分布 (1)车辆荷载作用于涵洞上的重直压力与洞顶填土高度、路堤内压力分布情况有关。计算涵洞顶上车辆荷载引起的竖向土压力时，车辆或履带按其着地面积的边缘下作30度角分布。 (2)当几个车轮或两条压力扩散线相重叠时，则扩散面积以最外边的扩散线为准。当填土厚度等于或大于4m时，亦可按半无限弹性体理论计算。,2）竖向应力计算 （1）地面上只一个集中力v计算某点的竖向应力(kh)；P集中荷载(kN)；H半无限体内某点距地面的深度(m)；R施力点与计算点间的距离(m)。最大竖向力发
7、生在通过施力点的竖轴上。,(2)当地面作用为矩形面积，均布荷载时式中：p矩形均布荷载(kPa)；系数，由表6-5查得，离地面越远，值越小。,二、水平压力,1填土产生的水平压力式中：qh填土的重力对涵洞的水平压力(kPa)；土的容量(kNm3)；h计算截面至路面顶的高度(m)侧压力系数，按下式计算：土的内摩擦角,2车辆荷载引起的水平压力车辆荷载引起的土侧压力，可将其换算成等代均布土层厚计算：土的容重(kNm3) ，B 车辆荷载压力分布的计算宽度(m)；lo车辆荷载压力分布的计算长度(m)；G为布置在B*lo面积内的车轮的重力(kN)。,车辆荷载引起的水平压力也可按下式简化计算：,第三节 常见涵洞
8、结构计算,二、钢筋混凝土盖板涵结构计算,包括钢筋混凝土盖板、涵台、底板和附属结构的计算。钢筋混凝土盖板的计算方法1基本假定1)单孔按简支梁计算，多孔按连续梁计算；2)盖板的两端为铰支撑在台身上端，台身下端与基础固结，盖板内力计算不考虑涵台传来的水平力；3)板的长度与宽度的比值等于或大于2时，可按简支单向板计算4)计算涵洞顶上车辆荷载引起的竖压力时，车辆或履带按其着地面积的边缘300分布。当多个荷载作用扩散线相互重叠时，以面积最外边的扩散线为准。,2步骤及方法 1）初拟断面尺寸,盖板厚度、盖板长度、涵台高度、涵台宽度以及基础、底板尺寸等。 初拟尺寸可参考已有涵洞的经验尺寸和相关的标准图、参考图拟
9、定。,2)外荷载计算,(1)恒载盖板顶填土垂直压力盖板自重,（2）车辆荷载引起的垂直压力,顺板跨方向的分布宽度 横板跨方向的分布长度a,b荷载传到涵顶的分布宽度与长度(m)； A1、b1荷载作用在路面的宽度与长度(m)；,3）荷载组合及内力,（1）跨中弯矩：,lp盖板计算跨径(m)lo盖板净跨径(m)； h盖板厚度(m)。c压力扩散面积的长度c =a， 1+冲击系数，按规范取用。,(2) 支点剪力(3) 荷载组合：公路钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土桥涵设计规范,4)截面设计,(1)板的有效高度计算； (2)纵向受拉钢筋截面积（用考虑安全系数后的弯矩）。,5)正截面强度验算6)斜截面抗剪强度验算,
