海地涵洞工程师系统手册hardce.docx
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海地涵洞工程师系统手册hardce
前言
海地涵洞工程师系统为海地公司系列工程设计软件之一，涵洞工程师系统共分两个版本：
一为自由设计版本，二为规范设计版本（正在开发中，计划于2002年年底推出）。
目前公司所推出的版本为自由设计版本，其“自由设计”的意义在于设计人员可以不依据规范所设定的尺寸设计，系统能够依据设计人员提供的尺寸数据，进行力学的分析，进行荷载、配筋等计算以及基底的承载力的验算等并可以输出设计书以及全套的工程图纸。
海地涵洞工程师系统（HARDCE）能够和海地公路优化设计系统（HARD2002）直接相连，因此利用海地涵洞工程师系统（HARDCE）进行涵洞设计，可以不必输入有关路线的大量繁杂的数据，而是直接通过HARD2002系统得到，可以大大节省设计时间，提高设计质量和时效。
海地涵洞工程师系统（HARDCE）能够完成板涵（分明、暗）、拱涵、园管涵以及箱涵的设计及出图。
下面将通过以下的章节对各种涵洞的设计进行说明。
第一章系统说明
1．1系统安装
涵洞工程师系统的安装随HARD2000系统共同安装，其加密也随同HARD2000系统一起完成，其目的主要是为使两个系统能够很好的联系起来，以达到设计数据的共享。
1．2系统运行
当涵洞设计的资料通过路线的设计提供时，必须运行“涵洞设计基本资料”菜单，涵洞系统与路线系统的连接通过：
*.mz和*.gzw两个文件完成（如图示）。
两个文件的意义见HARD2000系统用户手册。
在调入两个文件的同时，系统还输出一个涵洞设计向导文件（*.HD），这个文件将用来管理涵洞的设计过程，包括存储、调用、输出模板等。
用户对项目内的各个涵洞分别进行设计，可以随时存储设计向导文件，并可以在下一次设计时调入该设计向导文件继续设计。
涵洞设计，首先调入涵洞设计向导文件（*.HD），然后选择桩号、涵洞形式并进行设计，当几道涵洞设计完成后，可以通过“存储”按钮，进行存储，这时各个涵洞的设计参数均被保存在设计向导文件（*.HD）中，在下次设计时用户可以任意的调入并进行修改。
在设计过程中，涵洞形式可以任意的变换，并通过存储将设计结果保存起来。
第二章暗板涵
2．1总体说明
完成不同公路等级、不同荷载等级、填土高度不小于0.5米的钢筋混凝土暗板涵的计算与绘图，应用范围非常广泛。
系统可以绘制板涵的一般布置图、钢筋构造图，并根据涵底纵坡的大小，当涵底坡大于5%时，涵身与基础每3~6米设一道阶梯，每段阶梯的落差小于等于板端厚的3/4，每段阶梯的坡度为5%，当涵底坡小于5%时，涵身不做阶梯处理。
洞口形式有：
八字墙、一字墙、跌水井、上，下游急流坡，涵洞斜交斜做。
盖板采用平行四边形简支板，采用25号混凝土，斜板按等长的正板计算。
板涵设计的内容包括：
计算：
计算盖板内力、结构尺寸及配筋；计算台身厚度及台后应力验算；计算基础宽度及基底应力验算。
出图：
一般布置图；钢筋构造图。
2．2参数说明
路线参数：
用户可以通过HARD2000系统得到，也可以直接填写。
（如图示）
板及涵洞参数如图示。
2．3计算及出图
系统提供盖板及涵台计算，盖板计算提供配筋计算以及各项验算，计算结果如下所示：
盖板涵-盖板计算结果
1.设计资料
1车道
交角=.0度
标准跨径:
3.0m
计算跨径:
3.2m
设计荷载:
汽车-15级;验算荷载:
挂车-80
盖板材料:
25号混凝土Ra=14.5MPaRl=1.55MPa
II级钢筋Rg=Rg1=340MPa
2.活载计算
（1）汽车
顺板跨a汽=2.81m
垂直板跨b汽=5.01m
垂直压力p汽=9.21kN/m2
跨中弯矩M汽=11.78kN.m
支点剪力Q汽=13.77kN
（2）挂车
顺板跨a挂=4.01m
垂直板跨b挂=5.81m
垂直压力p挂=17.14kN/m2
跨中弯矩M挂=22.28kN.m
支点剪力Q挂=25.71kN
3.恒载计算
土的容重Y=18kN/m3,土的内摩擦角=35°
盖板顶填土高度H=2.26m
填土垂直压力q土=40.75kN/m
盖板平均厚度h=40.00cm
盖板自重gz=10.00kN/m
跨中弯矩M恒=65.98kN.m
支点剪力Q恒=76.13kN
4.荷载组合
组合IMj=100.46kN.mQj=116.16kN
组合IIIMj=103.69kN.mQj=119.63kN
计算内力
Mj=103.69kN.mQj=119.63kN
5.截面设计
计算板宽:
取垂直于行车方向1米宽度
跨中板高HB1=40.0cm
支点板高HB2=40.0cm
ag=3.5cm
h0=36.5cm
钢筋根数7
钢筋截面积Ag=14.0770cm2
6.截面验算（取1米板宽计算）
1）正截面强度验算
混凝土受压区高度x=2.8cm
设计弯矩115.15kN.m
2）斜截面剪切强度验算
设计剪力268.73kN
3）裂缝宽度
[f0]=.250
f=.238
涵台计算结果如下所示：
盖板涵涵台计算结果
1.设计资料
涵台材料:
8.号混凝土
Ra=2.7MPaRwl=.54MPa
1车道
交角.0度
标准跨径:
3.0m
涵台净高:
3.0m
平均填土高度:
2.26m
平均板厚:
.4m
设计荷载:
汽车-15级;验算荷载:
挂车-80
2.活载计算
1）水平土压力及其产生的弯矩
（1）汽车
破坏棱体长度l0=2.95m
侧压力系数u=.271
换算土层厚度h0=.12m
土压力qA=13.58kN/m2
qB=28.22kN/m2
Xm=1.587m
Mmax=23.592kN.m
（2）挂车
破坏棱体长度l0=2.95m
侧压力系数u=.271
换算土层厚度h0=.37m
土压力qA=14.81kN/m2
qB=29.44kN/m2
Xm=1.582m
Mmax=24.964kN.m
2）垂直压力计算
（1）汽车
a=2.81mb=5.01mp=9.21kN/m2
P=13.77kN
（2）挂车
a=4.01mb=5.81mp=17.14kN/m2
P=25.71kN
3.恒载计算
X=X汽m
P=158.43kNM=-27.66kN.m
X=X挂m
P=158.33kNM=-27.66kN.m
4.荷载组合
最不利荷载组合为:
桥上无车辆荷载,台背填土破坏棱体上有车辆荷载
组合I:
M=8.13kN.mN=190.06kNe0=.04m
组合III:
M=2.56kN.mN=190.06kNe0=.01m
5.台身截面强度与稳定验算（极限法）
涵台视为上下端简支竖梁,墙身偏心受压.取1米台宽验算
组合I:
α=.9762Ψ=.9990
αАRa/Ym=1083.99kN
ΨαARa/Ym=1082.88kN
组合III:
α=.9976Ψ=.9990
αАRa/Ym=1107.71kN
ΨαARa/Ym=1106.60kN
TSK=95.0cm
6.基底应力验算
1）恒载计算
P=284.99kNM=1.13kN.m
2）活载计算
（1）汽车
P=13.77kNM=-4.99kN.m
（2）挂车
P=25.71kNM=-9.32kN.m
3）荷载组合
组合I:
P=298.75kNM=-3.86kN.m
组合III:
P=310.70kNM=-8.18kN.m
4）基底应力
组合I:
σmax=178.27kPa
σmin=163.16kPa
组合III:
σmax=193.58kPa
σmin=161.51kPa
出图：
构造图、钢筋图及台帽图。
第三章园管涵
3．1总体说明
钢筋混凝土园管涵设计适用于不同公路等级、不同荷载等级、各种角度和各种孔径的单园管涵施工图设计、计算以及工程量统计。
孔径可为0.5~2.0米，管顶填土高度为0.5~15.0米，涵长采用斜涵斜修计算，管节配筋计算采用承载能力极限状态法计算，洞口管基及涵身管基可以采用A型（120度）或B型（180度）的形式。
设计要点：
顶填土高度H按以下的情况进行结构计算
当0.5当4当6当8当H米>10米H=H
园管涵外荷载：
管顶填土竖向压力为土柱重，车辆荷载竖向压力通过填土按30度扩散交分布于管顶的假定平面上，根据填土高度、荷载等级及车道数系统自动判断布载。
园管侧压力强度按管顶水平面以下的土柱引起的水平均布荷载计算。
填土容重18千牛/立方米，内摩擦角35度。
根据管顶及管侧内力计算结果，管壁配置内外圈两层受力钢筋，并按承载能力及现状态进行配筋计算以及裂缝宽度验算。
对于高强钢丝，外圈按内圈的一半配置。
其他种类的钢筋，内外一致布置。
斜交管涵的结构计算与正交管涵相同，斜管节不按承重结构验算，适当配置构造钢筋。
要求底基承载力为：
100Kpa。
或采用计算结果。
涵底纵坡要求小于8%。
3．2参数说明
1、A、B型涵身如图示：
3．3计算出图
结构计算：
对管节配筋，并可以通过对话界面进行编辑，结果用于出图。
输出计算书：
如下所示：
0K+421.10圆管涵结构计算结果（示例）
1.设计资料:
荷载等级=3汽车--20级,挂车-100车道数=1
砼标号=20号砼抗压强度（Ra）=11.0MPa砼弹性模量（Eh）=26000.0MPa
钢筋等级=3级钢筋直径（DG）=5mm钢筋抗拉强度（Rg）=520.0MPa
钢筋弹性模量（Eg）=180000.0MPa土容重（Rt）=18.0KN/立米土的内摩擦角=35度
管节内径（d）=75.0cm外径（D）=91.0cm管璧厚度（DT）=8.0cm
管壁内外径的平均半径（R）=41.5管顶填土高度（H）=4.98m
2.外力（荷载）计算:
填土产生的垂直压力（TZ）=89.71KN/平米管节自重产生的垂直压力（GZ）=2.00KN/平米
车辆荷载产生的垂直压力:
（1）汽车辆荷载产生的垂直压力（Pq）=3.24KN/平米汽车轮重（Gq）=300.0KN
车轮荷载压力横向分布宽度（aq）=8.16m车轮荷载压力纵向分布宽度（bq）=11.36m
（2）挂车荷载产生的垂直压力（Pg）=7.51KN/平米挂车轮重（Gg）=250.0KN
挂车荷载压力横向分布宽度（ag）=8.96m挂车荷载压力纵向分布宽度（bg）=11.16m
3.内力计算:
（1）汽车荷载在截面上产生的弯矩（Mq）=.06KN-M
（2）挂车荷载产生的弯矩（Mg）=.13KN-M
土自重在截面上产生的弯矩（Mtz）=1.54KN-M管自重产生的弯矩（Mgz）=.13KN-M
4.内力组合:
最大弯矩（Mmax）=2.15KN-M
5.强度验算:
（L=0.5M）钢筋外圈圈数=3（L=0.5M）钢筋内圈圈数=6
（L=1M）钢筋外圈圈数=7（L=1M）钢筋内圈圈数=14中性轴位置（X）=1.22cm
截面强度（Mj）=5.45KN-M>Mmax=2.15KN-M截面强度验算通过!
6.裂缝宽度验算:
裂缝宽度（Fmax）=.190mm<0.2mm满足规范第4.2.6条要求,裂缝宽度验算通过!
地基基底应力为:
103.2Kpa
出图：
一般构造图、涵身构造图、管节钢筋图。
第四章拱涵
4．1总体说明
系统适用于不通公路等级、不同荷载等级、斜度小于等于30度和各种跨径（1~5米）的单双孔拱涵施工图设计（含工程量统计与结构计算）。
跨径1~5米，填土高度不限。
填土高度小于4米时增设台后排水。
坡度最大20%，当坡度大于5%时，采用阶梯形式以保证涵底坡度不大于5%，阶梯落差大于3/4拱圈厚度时，增设分段间小侧墙。
拱圈采用钢筋混凝土或30号的大块石、7.5号砂浆砌筑，其余用25号的大片石、5号砂浆砌筑。
计算采用承载能力极限状态法，对拱圈、台身、墩身（双孔）、基地应力进行计算。
设计计算要点：
依据《公路砖石及混凝土桥梁设计规范》采用极限状态法设计；
拱圈按无铰拱计算；
计算拱圈内力时，不考虑拱圈的曲率、剪切变形、弹性压缩对内力的影响，也不计混凝土收缩和温度变化的影响；
计算涵洞顶上车辆荷载引起的竖向压力时，车轮或履带按其着地面积的边缘向下作30度的分布；
拱轴线采用等截面圆弧拱，失跨比不大于1/2，如1/3.5斜交时，注意垂直起拱线方向的失跨比也同样不大于1/2。
4．2计算出图
台身计算，计算结果如图示：
墩身计算（两孔时）。
拱圈计算。
出图：
拱涵一般布置图、台身一般构造图、墩身一般布置图、台后排水图以及拱涵钢筋构造图。
第五章箱涵
系统可以进行箱涵的设计，包括计算、出图等。
1、结构计算：
系统对配筋结果通过交互界面提交给用户，用户可以进行修改，确定后，系统输出设计说明书。
系统计算完成后，输出图纸包括：
构造图、涵身钢筋图、翼墙钢筋图以及采光图。
第六章明板涵
系统可以完成明盖板涵的各项设计及出图。
（1）盖板计算，系统根据各种荷载组合，对盖板配筋进行计算，计算结果可以通过界面进行交互修改，（如图示）。
确定修改后将输出设计说明书。
（2）涵台计算，计算结果如下：
明涵涵台计算结果（示例）
一.涵台作为竖梁时应力计算结果（千牛/平方米）
计算压应力允许压应力
1676.47914000.000
计算弯拉应力允许弯拉应力
2139.7882500.000
二.涵台在本身平面内弯曲所引起的弯拉应力（千牛/平方米）
计算基础底面弯拉应力：
239.902
基础底面允许抗弯强度：
1900.000
三.基底土最大压应力计算（千牛/平方米）
计算基底土最大压应力地基土允许压应力
200.000
如果通过以上计算，即可以出图。
否则系统将提示出错，并要求重新拟定尺寸并重新计算。
（3）出图：
一般构造图、涵台构造图、涵面铺装图、盖板钢筋构造图等。
编后语
海地涵洞工程师系统“自由设计版本”的开发到完善，历时5年，完全以工程实际的需求为目标。
本系统的开发和应用，为工程涵洞的设计提供方便的实用技术，对于推动设计质量及时效具有重大意义。
我们正在开发的“规范设计版本”将为直接套用规范进行的设计提供更加方便的技术。
届时涵洞设计将变得异常轻松。
“规范设计版本”计划2002年底全面推出。
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