工業(yè)設(shè)計評職論文空心疊合蓋板的設(shè)計

　　摘要：在公路鋼筋混凝土蓋板涵的蓋板設(shè)計中，為了施工方便，常采用預(yù)制鋼筋砼實心板，但其總體造價并不低。本文介紹的是一種鋼筋混凝土密肋空心疊合板，它以鋼筋混凝土密肋板結(jié)構(gòu)理論為基礎(chǔ)，采用一種預(yù)制鋼筋砼帶肋空心板做底模，然后通過后澆鋼筋砼肋梁和面板，疊合成整體式鋼筋砼密肋空心板。該種蓋板，與預(yù)制鋼筋砼實心蓋板相比，不僅力學(xué)性能好，整體性強，還可節(jié)約混凝土，節(jié)約鋼材，且底板平整美觀，工程造價低。

　　關(guān)鍵詞：蓋板涵,密肋空心板,疊合板,設(shè)計

　　0、前言

　　在公路鋼筋混凝土蓋板涵的蓋板設(shè)計中，由于涵洞蓋板的跨度一般較小(≦6m)，為了施工方便，常采用預(yù)制鋼筋砼實心板，板厚在30～50cm不等。由于涵洞蓋板上的填土較厚，自重大，因此，其蓋板如按預(yù)制鋼筋砼實心平板設(shè)計，其混凝土和鋼筋的用量是較大和不經(jīng)濟的，且預(yù)制板之間無橫向聯(lián)系，整體性差，蓋板本身不具有防水性，需進行防水層施工，所以，預(yù)制鋼筋砼蓋板的總體造價并不低。

　　本文介紹的是一種鋼筋混凝土密肋空心疊合板，它以鋼筋混凝土密肋板結(jié)構(gòu)理論為基礎(chǔ)，采用一種預(yù)制鋼筋砼帶肋空心板做底模，當(dāng)把這種預(yù)制板成排安裝好后，就自動形成雙向密肋板的模板體系，然后，通過后澆鋼筋砼肋梁和面板，疊合成整體式鋼筋砼密肋空心板。該種蓋板具有表面平整、美觀、不需吊頂、整體性好、易于施工、造價低等特點。

　　1、鋼筋混凝土密肋空心疊合板的結(jié)構(gòu)形式

　　本文研究的鋼筋砼密肋空心疊合板的設(shè)計思路就是用一種預(yù)制鋼筋砼帶肋空心板作為涵洞蓋板的永久性模殼，然后通過后澆鋼筋砼肋梁和面板疊合成整體。其中預(yù)制鋼筋砼帶肋空心板的結(jié)構(gòu)形式如圖1-1所示，包括砼底板①、砼縱肋②，空心材料填充塊③等間距的夾于底板①和縱肋②之中，同時，在底板①的兩側(cè)留有翼緣④，在底板①的橫向和空心材料填充塊③之間留有肋槽⑤。為提高板的抗裂性和剛度，底板①采用預(yù)應(yīng)力鋼筋砼。

　　當(dāng)把上述預(yù)制板安裝就位后,就自動形成縱橫雙向密肋肋槽，然后在其上進行縱橫肋梁和面板鋼筋混凝土的施工，最終形成鋼筋砼密肋空心疊合蓋板。

　　2、實例設(shè)計

　　2.1 設(shè)計資料

　　汽車荷載等級：公路—I級; 環(huán)境類別：I類環(huán)境

　　凈跨徑：L0=3M; 單側(cè)擱置長度：0.25m;計算跨徑：L=3.5m;

　　填土高：H=6m;保護層厚度c=3cm;疊合板厚d=50cm;

　　砼強度等級C30;軸心抗壓強度fcd=13.8MPa;

　　軸心抗拉強度ftd=1.39MPa;

　　主筋等級HR335 抗拉強度設(shè)計值fsd =280MPa;

　　主筋選用：主肋梁4 20，預(yù)制底板8 14，鋼筋面積As=2487mm2

　　疊合板容重(空心率40%)r1=25*0.6=15KN/m2;土容重r2=18KN/m2

　　根據(jù)《公路施工橋涵設(shè)計規(guī)范》(JTGD61-2005)中7.0.6關(guān)于涵洞結(jié)構(gòu)的計算假定：蓋板按兩端簡支的板計算，可不考慮涵臺傳來的水平力。

　　2.2外力計算

　　1) 永久作用

　　(1) 豎向土壓力

　　g=r2*H*b=18*6*1.0=108KN/m

　　(2)蓋板自重

　　g=r1*d*b=15*0.5*1.0=7.5KN/m

　　2) 由車軸荷載引的垂直壓力(可變作用)

　　根據(jù)《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》(JTGD61-2004)中規(guī)定可得車輛荷載順板跨長：La=1.6+2*H*tan30=1.6+2*6*0.577=8.52m

　　車輛荷載垂直板跨長

　　Lb=5.5+2*H*tan30=5.5+2*4*0.577=12.42m

　　車輪重：P=560KN

　　車輪重壓強：p=P/La/Lb=560/8.52/12.42=5.29KN/m

　　2.3內(nèi)力計算及荷載組合

　　1) 由永久作用引起的內(nèi)力

　　跨中彎距

　　M1=(q+g)*L2/8=(108+7.5)*3.5²/8=176.86KN.m

　　邊墻內(nèi)側(cè)邊緣處剪力

　　V1=(q+g)*L0/2=(108+7.5)*3/2=173.25KN

　　2) 由車軸荷載引起的內(nèi)力

　　跨中彎距

　　M2=P*L2*b/8=5.29*3.5²/8=9.03KN.m

　　邊墻內(nèi)側(cè)邊緣處剪力

　　V2=P*L0*b/2=5.29*3/2=7.94KN

　　3) 作用效應(yīng)組合

　　跨中彎距

　　r0MS=0.9(1.2M1+1.4M2)=0.9*(1.2*176.86+1.4*9.03)

　　=202.39KN.m

　　邊墻內(nèi)側(cè)邊緣處剪力

　　r0Va=0.9(1.2V1+1.4V2)=0.9*(1.2*173.25+1.4*7.94)

　　=197.11 KN

　　2.4持久狀況承載能力極狀態(tài)計算

　　截面有效高度h0=d-c-(1.4/2+2+2/2)/2=50-3-1.7=45cm

　　1)砼受壓區(qū)高度

　　X=fsd*As/fcd/b=280*0.002487/13.8/1.0=0.05m

　　根據(jù)《公路鋼筋砼及預(yù)應(yīng)力砼橋涵設(shè)計規(guī)范》(JTGD62-2004)中6.2.1關(guān)于相對界限受壓區(qū)高度εb的規(guī)定：

　　HRB335鋼筋的相對界限受壓區(qū)高度εb=0.56

　　X≤εb*h0 =0.56*0.45=0.25m

　　砼受壓區(qū)高度滿足規(guī)范要求

　　2)最小配筋率

　　根據(jù)《公路鋼筋砼及預(yù)應(yīng)力砼橋涵設(shè)計規(guī)范》(JTGD62-2004)中9.1.12關(guān)于受彎構(gòu)件最小配筋率的規(guī)定：

　　p=100* As/b/h0

　　=100*2487/1000/450=0.55

　　滿足規(guī)范要求

　　3)正截面抗彎承載力驗算

　　根據(jù)《公路鋼筋砼及預(yù)應(yīng)力砼橋涵設(shè)計規(guī)范》(JTGD62-2004)中5.2.2關(guān)于受彎構(gòu)件正截面抗彎承載力計算的規(guī)定：

　　fcd bx(h0-x/2)=13.8*1000*50*(450-50/2)

　　=293.25KN.m≧r0MS=202.39KN.m

　　正截面抗彎承載力滿足規(guī)范要求

　　4)斜截面抗剪承載力驗算

　　根據(jù)《公路鋼筋砼及預(yù)應(yīng)力砼橋涵設(shè)計規(guī)范》(JTGD62-2004)中5.2.9關(guān)于受彎構(gòu)件斜截面抗剪承載力計算的規(guī)定:

　　疊合板腹板寬度b=350mm

　　0.51*10-3*sqt(fcu,k)bh0 =0.51*10-3*sqt(30)*350*450

　　=439.96KN≧r0Va=197.11 KN

　　抗剪截面滿足規(guī)范要求。

　　根據(jù)《公路鋼筋砼及預(yù)應(yīng)力砼橋涵設(shè)計規(guī)范》(JTGD62-2004)中5.2.10關(guān)于受彎構(gòu)件斜截面抗剪承載力計算的規(guī)定：

　　對于板式受彎構(gòu)件，公式可乘以1.25的系數(shù)：

　　0.5*10-3*1.25* ftdbh0=0.5*10-3*1.25*1.39*350*450

　　=136.82KN≦r0Va=197.11 KN

　　應(yīng)按計算要求配置箍筋。

　　箍筋設(shè)計：

　　由公式(4-3-12)確定箍筋配筋率：

　　ρsv=( )2/[(2+0.6p) *fsd,v]

　　式中：p—縱向鋼筋配筋百分率：

　　P=100ρ=100*=100*

　　=1.29

　　α3—受壓翼緣影響系數(shù)，取α3=1.1;

　　fsd,v—箍筋抗拉強度設(shè)計值，取fsd,v=280MPa。

　　ρsv=()²/[(2+0.6*1.29)* *280]

　　=0.0015≥ρmin=0.0012

　　選用直徑為8mm的雙肢箍筋，單肢箍筋的截面面積Asvl=50.24mm²,箍筋間距為:

　　sv===192mm

　　取sv=200mm。

　　在支承截面處自支座中心至一倍梁高的范圍內(nèi)取sv=100mm。

　　2.5裂縫寬度計算

　　根據(jù)《公路鋼筋砼及預(yù)應(yīng)力砼橋涵設(shè)計規(guī)范》(JTGD62-2004)中6.4關(guān)于裂縫寬度驗算的規(guī)定：

　　環(huán)境類別為I類環(huán)境，對于鋼筋砼構(gòu)件，最大裂縫寬度不應(yīng)超過0.20mm.

　　作用短期效應(yīng)組合

　　Ms=1.0M1+0.7M2=1.0*176.86+0.7*9.03=183.18KN.m

　　作用長期效應(yīng)組合

　　Ml=1.0M1+0.4M2=1.0*176.86+0.4*9.03=180.47KN.m

　　受拉鋼筋應(yīng)力

　　Τss=Ms/0.87/As/h0=183.18*106/0.87/2487/450=188MPa

　　作用長期效應(yīng)影響系數(shù)

　　C2=1+0.5Ml/Ms=1+0.5*180.47/183.18=1.49

　　C1=1, C3=1.15

　　d=(4*20+8*14)/12=16

　　裂縫寬度

　　Wfk=C1*C2*C3*Τss*(30+d)/Es/(0.28+10* ρ )

　　=1*1.49*1.15*188*(30+16)/2*105/(0.28+10*0.02)

　　=0.154mm≤0.20mm

　　裂縫寬度滿足規(guī)范要求

　　3、結(jié)束語

　　從上面的實例設(shè)計中可以看出，鋼筋混凝土密肋空心疊合蓋板，由于采用空心T型的結(jié)構(gòu)形式，不僅節(jié)約了砼，同時，由于空心疊合蓋板截面有效高度h0的提高，使得其截面抵抗矩也大為提高，加上T型截面的箍筋節(jié)約，其鋼筋用量將大幅度降低。因此，它的應(yīng)用，對于提高鋼筋砼蓋板涵的整體性和抗震性能，降低涵洞的工程造價，具有十分重要的意義，其工程應(yīng)用前景廣闊。