加_第六章__涵洞结构计算详解

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）
PZ PB F
PZ PB F
2）刚性管
情况一：涵洞基底变形，未压实的路堤沉降


①刚性涵洞的基底压力和沉降，一般较邻近路堤 下为大。 ②填土作用于涵洞上的压力，大于洞顶土柱的重 力。
PZ PB F

③ 涵洞变形，竖直方向直径减小，水平方向直 径增加。
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)。
1 2 M 恒 ( g g z )l p 8 l p l0 h
M活
pc c (l p )(1 ) 4 2
c——压力扩散面积的长度c =a， 1+μ——冲击系数，按规范取用。
情况二: 涵洞基底不变形，路堤有沉降 ①填土作用于涵洞的压力，大于洞顶土 柱的重力。 ②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
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
g v C B
2

2）采用 柔性 圆管 时：假定土完全 湿润，无摩擦力：
g v H

3）采用 刚性 圆管 时：
g v DCH
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。
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0．5m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）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。
(2) 支点剪力
1 ( g g z )l 0 2 c pc(l 0 ) 2 Q活 l0 Q恒
(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


3）涵洞的受力与洞身变形有关
E t 3 柔性管 ( ) 1 ES r E t 3 刚性管 ( ) 1 ES r



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
1)柔性涵管——四种受力情况
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： ①涵洞下的基底沉降小于邻近的路堤下基底的沉降: ②洞顶 填土对涵洞 的压力小于洞顶土柱的重力
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、参考图拟定。



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：
v p

式中：p——矩形均布荷载(kPa)； α——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
qh h


式中：qh——填土的重力对涵洞的水平压力(kPa)； γ——土的容量(kN／m3)； h——计算截面至路面顶的高度(m) λ——侧压力系数，按下式计算： tan2 (450 ) φ——土的内摩擦角


2）竖向应力计算 （1）地面上只一个集中力
3PH 3 V 2R 5

σv——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

2)外荷载计算
(1)恒载 盖板顶填土垂直压力

g H
g z 1h
盖板自重
（2）车辆荷载引起的垂直压力

P p ab
0 a a 2 H tan 30 顺板跨方向的分布宽度 1

横板跨方向的分布长度
b b1 2H tan300

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)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。
PZ Pቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ F
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，即： 涵洞直径竖直方向减少 ΔD值，水平方向 增加ΔD值。
PZ PB F

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。
lH P
第三节 常见涵洞结构计算
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
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：
G h Bl0



γ——土的容重(kN／m3) ， 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：