盖板涵中钢筋砼密肋空心叠合盖板的设计
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摘要：在公路钢筋混凝土盖板涵的盖板设计中，为了施工方便，常采用预制钢筋砼实心板，但其总体造价并不低。本文介绍的是一种钢筋混凝土密肋空心叠合板，它以钢筋混凝土密肋板结构理论为基础，采用一种预制钢筋砼带肋空心板做底模，然后通过后浇钢筋砼肋梁和面板，叠合成整体式钢筋砼密肋空心板。该种盖板，与预制钢筋砼实心盖板相比，不仅力学性能好，整体性强，还可节约混凝土，节约钢材，且底板平整美观，工程造价低。
关键词：盖板涵;密肋空心板;叠合板;设计
Abstract: In the cover design of highway reinforced concrete cover plate culvert, in order to convenient construction, often using the precast reinforced concrete solid plate, but the overall cost is not low. This paper introduces a kind of reinforced concrete ribbed hollow slabs, it is a foundation with reinforced concrete ribbed slab structure theory, using a prefabricated ribbed reinforced concrete hollow board as base model, and then through the cast-in-situ reinforced concrete rib beams and panels, laminated monolithic reinforced concrete ribbed slab. The cover plate, compared with precast reinforced concrete solid cover, not only good mechanical performance, strong integrity, but also can save concrete, steel saving, and the soleplate is smooth and beautiful appearance, low cost of project.
Key words: cover culvert; multi-ribbed slab; laminated slab; design
中图分类号：TU45 文献标识码： A文章编号：2095-2104（2012）01-0020-02
0、前言
在公路钢筋混凝土盖板涵的盖板设计中，由于涵洞盖板的跨度一般较小（6m），为了施工方便，常采用预制钢筋砼实心板，板厚在30～50cm不等。由于涵洞盖板上的填土较厚，自重大，因此，其盖板如按预制钢筋砼实心平板设计，其混凝土和钢筋的用量是较大和不经济的，且预制板之间无横向联系，整体性差，盖板本身不具有防水性，需进行防水层施工，所以，预制钢筋砼盖板的总体造价并不低。
本文介绍的是一种钢筋混凝土密肋空心叠合板，它以钢筋混凝土密肋板结构理论为基础，采用一种预制钢筋砼带肋空心板做底模，当把这种预制板成排安装好后，就自动形成双向密肋板的模板体系，然后，通过后浇钢筋砼肋梁和面板，叠合成整体式钢筋砼密肋空心板。该种盖板具有表面平整、美观、不需吊顶、整体性好、易于施工、造价低等特点。
1、钢筋混凝土密肋空心叠合板的结构形式
本文研究的钢筋砼密肋空心叠合板的设计思路就是用一种预制钢筋砼带肋空心板作为涵洞盖板的永久性模壳，然后通过后浇钢筋砼肋梁和面板叠合成整体。其中预制钢筋砼带肋空心板的结构形式如图1-1所示，包括砼底板①、砼纵肋②，空心材料填充块③等间距的夹于底板①和纵肋②之中，同时，在底板①的两侧留有翼缘④，在底板①的横向和空心材料填充块③之间留有肋槽⑤。为提高板的抗裂性和刚度，底板①采用预应力钢筋砼。
图1-1 预制钢筋砼带肋空心板结构图
当把上述预制板安装就位后,就自动形成纵横双向密肋肋槽，然后在其上进行纵横肋梁和面板钢筋混凝土的施工，最终形成钢筋砼密肋空心叠合盖板（见图1-2所示）。
图1-2钢筋砼密肋空心叠合盖板结构图
2、实例设计
设计资料
汽车荷载等级：公路―I级； 环境类别：I类环境
净跨径：L0=3M； 单侧搁置长度：0.25m；计算跨径：L=3.5m；
填土高：H=6m；保护层厚度c=3cm；叠合板厚d=50cm；
砼强度等级C30；轴心抗压强度fcd=13.8MPa；
轴心抗拉强度ftd=1.39MPa；
主筋等级HR335抗拉强度设计值fsd =280MPa；
主筋选用：主肋梁420，预制底板814，钢筋面积As=2487mm2
叠合板容重（空心率40%）r1=25*0.6=15KN/m2；土容重r2=18KN/m2
根据《公路施工桥涵设计规范》（JTGD61-2005）中7.0.6关于涵洞结构的计算假定：盖板按两端简支的板计算，可不考虑涵台传来的水平力。
2.2外力计算
永久作用
竖向土压力
g=r2*H*b=18*6*1.0=108KN/m
（2）盖板自重
g=r1*d*b=15*0.5*1.0=7.5KN/m
由车轴荷载引的垂直压力（可变作用）
根据《公路桥涵设计通用规范》（JTGD61-2004）中规定可得车辆荷载顺板跨长：La=1.6+2*H*tan30=1.6+2*6*0.577=8.52m
车辆荷载垂直板跨长
Lb=5.5+2*H*tan30=5.5+2*4*0.577=12.42m
车轮重：P=560KN
车轮重压强：p=P/La/Lb=560/8.52/12.42=5.29KN/m
2.3内力计算及荷载组合
由永久作用引起的内力
跨中弯距
M1=(q+g)*L2/8=(108+7.5)*3.5²/8=176.86KN.m
边墙内侧边缘处剪力
V1=(q+g)*L0/2=(108+7.5)*3/2=173.25KN
由车轴荷载引起的内力
跨中弯距
M2=P*L2*b/8=5.29*3.5²/8=9.03KN.m
边墙内侧边缘处剪力
V2=P*L0*b/2=5.29*3/2=7.94KN
作用效应组合
跨中弯距
r0MS=0.9(1.2M1+1.4M2)=0.9*(1.2*176.86+1.4*9.03)
=202.39KN.m
边墙内侧边缘处剪力
r0Va=0.9(1.2V1+1.4V2)=0.9*(1.2*173.25+1.4*7.94)
=197.11 KN
2.4持久状况承载能力极状态计算
截面有效高度h0=d-c-(1.4/2+2+2/2)/2=50-3-1.7=45cm
1)砼受压区高度
X=fsd*As/fcd/b=280*0.002487/13.8/1.0=0.05m
根据《公路钢筋砼及预应力砼桥涵设计规范》（JTGD62-2004）中6.2.1关于相对界限受压区高度εb的规定：
HRB335钢筋的相对界限受压区高度εb=0.56
X≤εb*h0=0.56*0.45=0.25m
砼受压区高度满足规范要求
2)最小配筋率
根据《公路钢筋砼及预应力砼桥涵设计规范》（JTGD62-2004）中9.1.12关于受弯构件最小配筋率的规定：
p=100* As/b/h0
=100*2487/1000/450=0.55
满足规范要求
3)正截面抗弯承载力验算
根据《公路钢筋砼及预应力砼桥涵设计规范》（JTGD62-2004）中5.2.2关于受弯构件正截面抗弯承载力计算的规定：
fcd bx(h0-x/2)=13.8*1000*50*(450-50/2)
=293.25KN.mr0MS=202.39KN.m
正截面抗弯承载力满足规范要求
4)斜截面抗剪承载力验算
根据《公路钢筋砼及预应力砼桥涵设计规范》（JTGD62-2004）中5.2.9关于受弯构件斜截面抗剪承载力计算的规定:
叠合板腹板宽度b=350mm
0.51*10-3*sqt(fcu,k)bh0 =0.51*10-3*sqt(30)*350*450
=439.96KNr0Va=197.11 KN
抗剪截面满足规范要求。
根据《公路钢筋砼及预应力砼桥涵设计规范》（JTGD62-2004）中5.2.10关于受弯构件斜截面抗剪承载力计算的规定：
对于板式受弯构件，公式可乘以1.25的系数：
0.5*10-3*1.25* ftdbh0=0.5*10-3*1.25*1.39*350*450
=136.82KNr0Va=197.11 KN
应按计算要求配置箍筋。
箍筋设计：
由公式（4-3-12）确定箍筋配筋率：
ρsv=( )2/[(2+0.6p) *fsd,v]
式中：p―纵向钢筋配筋百分率：
P=100ρ=100*=100*
=1.29
α3―受压翼缘影响系数，取α3=1.1；
fsd,v―箍筋抗拉强度设计值，取fsd,v=280MPa。
ρsv=()²/[（2+0.6*1.29）**280]
=0.0015≥ρmin=0.0012
选用直径为8mm的双肢箍筋，单肢箍筋的截面面积Asvl=50.24mm²,箍筋间距为:
sv===192mm
取sv=200mm。
在支承截面处自支座中心至一倍梁高的范围内取sv=100mm。
2.5裂缝宽度计算
根据《公路钢筋砼及预应力砼桥涵设计规范》（JTGD62-2004）中6.4关于裂缝宽度验算的规定：
环境类别为I类环境，对于钢筋砼构件，最大裂缝宽度不应超过0.20mm.
作用短期效应组合
Ms=1.0M1+0.7M2=1.0*176.86+0.7*9.03=183.18KN.m
作用长期效应组合
Ml=1.0M1+0.4M2=1.0*176.86+0.4*9.03=180.47KN.m
受拉钢筋应力
Τss=Ms/0.87/As/h0=183.18*106/0.87/2487/450=188MPa
作用长期效应影响系数
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
裂缝宽度
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
裂缝宽度满足规范要求
3、结束语
从上面的实例设计中可以看出，钢筋混凝土密肋空心叠合盖板，由于采用空心T型的结构形式，不仅节约了砼，同时，由于空心叠合盖板截面有效高度h0的提高，使得其截面抵抗矩也大为提高，加上T型截面的箍筋节约，其钢筋用量将大幅度降低。因此，它的应用，对于提高钢筋砼盖板涵的整体性和抗震性能，降低涵洞的工程造价，具有十分重要的意义，其工程应用前景广阔。