2023年长沙理工大学毕业设计计算书.doc

长沙理工大学毕业设计计算书 长沙理工大学毕业设计计算书 1 线形设计 1.1 线形设计一般原那么 1.1.1.平面线形应与地形、地物相适应，与周围环境相协调 在地势平坦的平原微丘区，路线以方向为主导，平面线形三要素中以直线为主；在地势起伏很大的山岭重丘区，路线以高程为主导，为适应地形，曲线所占比例较大。直线、圆曲线、缓和曲线的选用与合理组合取决于地形地物等具体条件，不要片面强调路线以直线为主或曲线为主。 1.1.2.保持平面线形的均衡与连贯 〔1〕长直线尽头不能接以小半径曲线。 〔2〕高、低标准之间要有过渡。 1.1.3.平曲线应有足够的长度 汽车在曲线路段上行驶，如果曲线过短，司机就必须很快的转动方向盘，这样在高速行驶的情况下是非常危险的。同时，如不设置足够长度的缓和曲线，使离心加速度变化率小于一定数值，从乘客的心理和生理感受来看也是不好的。当道路转角很小时，曲线长度就显得比实际短，容易引起曲线很小的错觉。因此，平曲线具有一定的长度是必要的。为了解决上述问题，最小平曲线长度一般应考率下述条件确定：〔1〕汽车驾驶员在操纵方向盘时不感到困难一般按6 s的通过时间来设置最小平曲线长度，当设计车速为100km/h时，平曲线一般值取850m，最小值取170m。 〔2〕小偏角的平曲线长度 当路线转角α≤7°时称为小偏角。设计计算时，当转角等于7°时，平曲线按6 s行程考虑；当转角小于7°时，曲线长度与α 成反比增加；当转角小于2°时，按α＝2°计。 1.2 平面线形要素的组合类型 平面线形的几何要素为直线、圆曲线和缓和曲线，这三种根本线形要素可以组合得到很多种平面线形的形式。就公路平面线形设计而言，主要有根本型、S 型、卵型、凸型、C型和复合型六种。 1.3 路线平面设计 根据设计任务书，设计指导书和给定的路线平面图，本任务段的平面设计已经给定。下面仅列出我的设计段〔桩号K15+400～K16+800〕平面曲线要素。 圆曲线的几何要素有转角和半径。由以下公式可求出切线长度T，曲线长度L, 外矢距E ,切曲差J；(本章中的所有公式均来于公路路线设计标准) 式中：p 为内移距， ;q 为切垂距，; 为缓和曲线角，。其结果见A3图表： 2 纵断面设计 本段的路线方案已经确定，路线全长1.4 公里。起终点的设计标高分别为61.2m及55.8m。根据起、终点设计标高设计时应按照标准的要求，最小纵坡不小于0.3％，最大纵坡不大于4％，最小坡长不小于350m，最大坡长不大于1000m，并且竖曲线应选用较大的半径。在确定纵坡及竖曲线的同时，还应当考虑填挖要尽量平衡的问题，争取让工程的本钱尽量控制在最低。 纵坡竖曲线计算以竖曲线1计算为列过程如下: 2.1计算竖曲线要素： 所以该竖曲线为凸形曲线。 曲线长 切线长 外距 2.2竖曲线起，终点桩号 竖曲线起点桩号=〔K15+640.00〕-209.43= K15+430.56 竖曲线终点桩号=〔K15+640.00〕+209.43= K15+849.43 具体计算数据见A3图表 3 路基边坡稳定性分析 本设计计算内容为广西梧州绕城高速公路东段k15+400～k16+800路段中出现的最大填方路段。该路堤边坡高22m，路基宽26m，需要进行边坡稳定性验算。 3.1确定本设计计算的根本参数 本段路段路堤边坡的土为粘性土，根据公路路基设计标准，取土的容重γ=18.5kN/m³，粘聚力C=20kpa，内摩擦角C=24º，填土的内摩擦系数ƒ=tan24º=0.445。 3.2行车荷载当量高度换算 高度为: h0—行车荷载换算高度；L—前后轮最大轴距，按公路工程技术标准〔JTG B01-2023〕规定对于标准车辆荷载为12.8m； Q—一辆车的重力〔标准车辆荷载为550kN〕；N—并列车辆数，双车道N=2，单车道N=1； γ—路基填料的重度〔kN/m3〕； B—荷载横向分布宽度，表示如下： 式中：b—后轮轮距，取1.8m； m—相邻两辆车后轮的中心间距，取1.3m； d—轮胎着地宽度，取0.6m。 3.3 Bishop法求稳定系数K 3.3.1 计算步骤：〔1〕按4.5H 法确定滑动圆心辅助线。由表查得β1=26°， β2 =35° 及荷载换算为土柱高度h0 =0.8446(m),得G点。 a .由坡脚A 向下引竖线，在竖线上截取高度H=h+h0〔h 为边坡高度，h0 为换算土层高〕b.自G 点向右引水平线，在水平线上截取4.5H，得E 点。根据两角分别自坡角和左点作直线相交于F 点，EF 的延长线即为滑动圆心辅助线。 c.连接边坡坡脚A 和顶点B，求得AB 的斜度i=1/1.5，据此查路基路面工程表4-1得β1,β2。 图1(4.5H法确定圆心) 〔2〕在CAD上绘出五条不同的位置的滑动曲线 〔3〕将圆弧范围土体分成假设干段。 〔4〕利用CAD功能读取滑动曲线每一分段中点与圆心竖曲线之间的偏角αi(圆心竖曲线左侧为负，右侧为正)以及每分段的面积Si和弧长Li；〔5〕计算稳定系数：首先假定两个条件：a,忽略土条间的竖向剪切力Xi及Xi+1 作用；b,对滑动面上的切向力Ti 的大小做了规定。 根据土条i的竖向平衡条件可得： 即 〔1〕假设土坡的稳定安全系数为K，那么土条i的滑动面上的抗剪强度τfi也只发挥了一局部，毕肖普假设τfi与滑动面上的切向力Ti相平衡，即： 〔2〕将〔1〕代入式〔2〕得： (3) 又土坡的稳定安全系数K为： 〔4〕将式〔3〕代入式〔4〕中得： 〔5〕由于上式中Xi及Xi+1是未知的，故求解尚有困难。毕肖普假定土条间竖向剪切力均略去不计，那么式〔5〕可简化为： 〔6〕其中 〔7〕式〔6〕就是简化毕肖普法计算土坡稳定安全系数的公式。由于式〔7〕也包含K值，因此式〔6〕须用迭代法求解，即先假定一个K值，按式〔7〕求得的值，代入式〔6〕中求出K值。假设值与假定值不符，那么用此K值重新计算求得新的K值，如此反复迭代，直至假定K值于求得的K值相近为止。 3.3.2 具体计算过程及图表 3.3.2.1以Ｏ为圆心过坡脚做一滑动面，Ｒ＝41.723 m。 假设K1 =1.36，计算结果如表2-1 所示: 表2-1 计算土坡的稳定安全系数 计算可得 =5084.20/3744.79=1.357 计算出的K1 与假设的K1相差很小，即K1 =1.36 3.3.2.2以Ｏ为圆心过坡脚做一滑动面，Ｒ＝46.968 m。 假设K2=1.37，计算结果如表2-2 所示: 表2-2 计算土坡的稳定安全系数 计算可得 =3079.18/2336.18=1.368 计算出的K 2与假设的K2相差很小，即K2 =1.37 3.3.2.3以Ｏ为圆心过坡脚做一滑动面，Ｒ＝52.645 m。 假设K3= 1.40 ，计算结果如表2-3 所示: 表2-3 计算土坡的稳定安全系数 计算可得 =2124.65/1473.09=1.402 计算出的K3与假设的K3相差很小，即K3 =1.40 3.3.2.4以Ｏ为圆心过坡脚做一滑动面，Ｒ＝45.935m。 假设K4=1.35，计算结果如表2-4 所示: 表2-4 计算土坡的稳定安全系数 计算可得 =3669.29/2795.30=1.352 计算出的K4与假设的K4相差很小，即K4 =1.352 3.3.2.5以Ｏ为圆心过坡脚做一滑动面，Ｒ＝43.022m。 假设K5=1.36，计算结果如表2-5所示 表2-5 计算土坡的稳定安全系数 计算可得 =4472.19/3203.54=1.363 计算出的K5 与假设的K相差很小，即K5 =1.36 3.3.3 Kmin确实定 根据上述5个点得到回归方程为：由图可以看出该曲线最低点即为中间点，故 Kmin = K4 =1.352＞1.35，满足要求 4 挡土墙设计 4.1设计资料 4.1.1 墙身构造 本设计路段在K15+400~K15+560段左侧地面横坡较长。为了收缩边坡，减少填方工程量，保证边坡的稳定性，防止因过高而造成边坡的可能滑动。特设置路堤府斜式挡土墙120m，沿墙长每10m设置伸缩缝，缝宽2cm，缝内沿墙内、外、顶三边添塞沥青板。采用最不利荷载，即挡墙最高的断面进行设计计算验算,取K15+540横断面左侧挡土墙进行分析。 墙身拟采用7.5号浆砌片石结构，墙高10m，墙顶填土高a=12.62m宽b=20.94〔m〕，顶宽1.3m，面坡垂直，背坡倾斜坡度，1：0.2 ,基底倾斜，倾斜角α0=11°为增加抗滑性能在墙底采用0.7×0.7〔m〕墙趾坡度与面坡一致。 挡土墙示意图 〔单位：m〕4.1.2地质情况 填方局部，假设都为粘土，内摩擦角=24°，土的容重γ=18.5KN/M³，粘聚力C=20Kpa，等效内摩擦角=27.96°，墙背与填土间的摩擦角δ=11.31°，。墙底与地基摩擦力系数f=3.5,地基承载应力标准值［б。］=350Kpa。 4.1.3墙身材料 墙体采用浆砌片石结构，7.5号砂浆，25号片石，墙体容重k=24KN/m3。按标准：容许压应力为[σa]=720Kpa,容许剪应力[τ]=147Kpa。 4.2 车辆荷载 根据路基设计标准(JTG 2023 ) ，车辆荷载为计算的方便， 可简化换算为路基填土的均布土层， 并采用全断面布载。 换算土层厚： 4.3 土压力计算 对于墙前土的被动土压力，在挡墙根底一般埋深的情况，考虑各种自然力和人畜活动的影响，偏于安全。一般不计被动土压力,只要考虑主动土压力，用库伦理论进行计算， 4.3.1破裂面计算 假设破裂面交于荷载中部,那么 A0=1/2(a+H+2 ho)(a+H) =1/2〔12.62+10+2×0.84〕×〔12.62+12〕=598.27 B0=1/2ab+(b+d) ho-1/2H(H+2a+2h0)tanα =