工業設計評職論文空心疊合蓋板的設計

　　摘要：在公路鋼筋混凝土蓋板涵的蓋板設計中，為了施工方便，常采用預制鋼筋砼實心板，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構理論為基礎，采用一種預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，與預制鋼筋砼實心蓋板相比，不僅力學性能好，整體性強，還可節約混凝土，節約鋼材，且底板平整美觀，工程造價低。

　　關鍵詞：蓋板涵,密肋空心板,疊合板,設計

　　0、前言

　　在公路鋼筋混凝土蓋板涵的蓋板設計中，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，其蓋板如按預制鋼筋砼實心平板設計，其混凝土和鋼筋的用量是較大和不經濟的，且預制板之間無橫向聯系，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構理論為基礎，采用一種預制鋼筋砼帶肋空心板做底模，當把這種預制板成排安裝好后，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構形式

　　本文研究的鋼筋砼密肋空心疊合板的設計思路就是用一種預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。其中預制鋼筋砼帶肋空心板的結構形式如圖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采用預應力鋼筋砼。

　　當把上述預制板安裝就位后,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、實例設計

　　2.1 設計資料

　　汽車荷載等級：公路—I級; 環境類別：I類環境

　　凈跨徑：L0=3M; 單側擱置長度：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 抗拉強度設計值fsd =280MPa;

　　主筋選用：主肋梁4 20，預制底板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《公路施工橋涵設計規范》(JTGD61-2005)中7.0.6關于涵洞結構的計算假定：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《公路橋涵設計通用規范》(JTGD61-2004)中規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內力計算及荷載組合

　　1) 由永久作用引起的內力

　　跨中彎距

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

　　邊墻內側邊緣處剪力

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

　　2) 由車軸荷載引起的內力

　　跨中彎距

　　M2=P*L2*b/8=5.29*3.5²/8=9.03KN.m

　　邊墻內側邊緣處剪力

　　V2=P*L0*b/2=5.29*3/2=7.94KN

　　3) 作用效應組合

　　跨中彎距

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

　　=202.39KN.m

　　邊墻內側邊緣處剪力

　　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)砼受壓區高度

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

　　根據《公路鋼筋砼及預應力砼橋涵設計規范》(JTGD62-2004)中6.2.1關于相對界限受壓區高度εb的規定：

　　HRB335鋼筋的相對界限受壓區高度εb=0.56

　　X≤εb*h0 =0.56*0.45=0.25m

　　砼受壓區高度滿足規范要求

　　2)最小配筋率

　　根據《公路鋼筋砼及預應力砼橋涵設計規范》(JTGD62-2004)中9.1.12關于受彎構件最小配筋率的規定：

　　p=100* As/b/h0

　　=100*2487/1000/450=0.55

　　滿足規范要求

　　3)正截面抗彎承載力驗算

　　根據《公路鋼筋砼及預應力砼橋涵設計規范》(JTGD62-2004)中5.2.2關于受彎構件正截面抗彎承載力計算的規定：

　　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范要求

　　4)斜截面抗剪承載力驗算

　　根據《公路鋼筋砼及預應力砼橋涵設計規范》(JTGD62-2004)中5.2.9關于受彎構件斜截面抗剪承載力計算的規定:

　　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

　　抗剪截面滿足規范要求。

　　根據《公路鋼筋砼及預應力砼橋涵設計規范》(JTGD62-2004)中5.2.10關于受彎構件斜截面抗剪承載力計算的規定：

　　對于板式受彎構件，公式可乘以1.25的系數：

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

　　=136.82KN≦r0Va=197.11 KN

　　應按計算要求配置箍筋。

　　箍筋設計：

　　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，取α3=1.1;

　　fsd,v—箍筋抗拉強度設計值，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取sv=100mm。

　　2.5裂縫寬度計算

　　根據《公路鋼筋砼及預應力砼橋涵設計規范》(JTGD62-2004)中6.4關于裂縫寬度驗算的規定：

　　環境類別為I類環境，對于鋼筋砼構件，最大裂縫寬度不應超過0.20mm.

　　作用短期效應組合

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

　　作用長期效應組合

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

　　受拉鋼筋應力

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

　　作用長期效應影響系數

　　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

　　裂縫寬度滿足規范要求

　　3、結束語

　　從上面的實例設計中可以看出，鋼筋混凝土密肋空心疊合蓋板，由于采用空心T型的結構形式，不僅節約了砼，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型截面的箍筋節約，其鋼筋用量將大幅度降低。因此，它的應用，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，其工程應用前景廣闊。