渡槽结构计算书.doc

目 录1. 工程概况12槽身纵向内力计算及配筋计算2(1)荷载计算2(2)内力计算3(3)正截面的配筋计算4(4)斜截面强度计算6(5)槽身纵向抗裂验算73槽身横向内力计算及配筋计算8(1)底板的结构计算10(2)渡槽上顶边及悬挑部分的结构计算11(3)侧墙的结构计算12(4)基地正应力验算19 1. 工程概况重建渡槽带桥，原渡槽后溢洪道断面下挖，以满足校核标准泄洪规定。目前，东方红干渠已整修改造完毕，东方红干渠设计成果显示，该渡槽上游侧渠底设计高程为165.50m，下游侧渠底设计高程为165.40m。本次设计将现状渡槽拆除，按照上述干渠设计底高程，结合溢洪道现状布置及底宽，在原渡槽位重建渡槽带桥，上部桥梁按照四级道路标准，荷载标准为公路-级折减，建筑材料均采用钢筋砼，桥面总宽5m。现状渡槽拆除后，为满足东方红干渠的过流规定及溢洪道交通规定，需重建跨溢洪道渡槽带桥。新建渡槽带桥轴线布置于溢洪道桩号0+95.25，同现状渡槽桩号，下底面高程为165.20m，满足校核水位+0.5m超高规定，桥面高程167.40m，设计为现浇结合预制混凝土结构，根据溢洪道设计断面，拟定渡槽带桥总长51m，8.5m6跨。上部结构设计如下：渡槽过水断面尺寸为2.71.6m，同干渠尺寸，采用C25钢筋砼，底及侧壁厚20cm，顶壁厚30cm，筒型结构，顶部两侧壁水平挑出1.25m，并在顺行车方向每隔2m设立一加劲肋，维持悬挑板侧向稳定，桥面总宽5m，路面净宽4.4m，设计荷载标准为公路-级折减，两侧设预制C20钢筋砼栏杆，基础宽0.5m。下部结构设计如下：下部采用C30钢筋混凝土双柱排架结构，并设立横梁，由于地基为砂岩，基础采用人工挖孔端承桩，尺寸为1.21.2m，基础进一步岩层弱风化层1.0m，盖梁尺寸为41.61.2m。2槽身纵向内力计算及配筋计算根据支承形式，跨宽比及跨高比的大小以及槽身横断面形式等的不同，槽身应力状态与计算方法也不同，对于梁式渡槽的槽身，跨宽比、跨高比一般都比较大，故可以按梁理论计算。槽身纵向一般按满槽水。图21 槽身横断面型式（单位：mm）(1)荷载计算根据规划方案中拟定，渡槽的设计标准为4级，所以渡槽的安全级别级，则安全系数为0=0.9，混凝土重度为=25kN/m3，正常运营期为持久状况，其设计状况系数为=1.0，荷载分项系数为：永久荷载分项系数G=1.05，可变荷载分项系数Q=1.20，结构系数为d=1.2。纵向计算中的荷载一般按匀布荷载考虑，涉及槽身重力（栏杆等小量集中荷载也换算为匀布的）、槽中水体的重力、车道荷载及人群荷载。其中槽身自重、水重为永久荷载，而车道荷载、人群荷载为可变荷载。槽身自重：标准值：g1k=0V1=0.925(0.35+0.222+0.22.5+0.20.3+0.10.1+20.40.2+0.0252+0.1022)=72.09（kN/m） 设计值： g1=G。g1k=1.0572.09=75.69（kN/m）水重： 标准值： g2k=0V2=0.99.81（1.62.7-0.10.1-0.40.2）=37.35（kN/m） 设计值： g2=G。g2k=1.0537.35=39.22（kN/m）车辆荷载：集中荷载标准值： pk=1402=280 kN 设计值： p=1.2280=336 kN 人群荷载：标准值： qk=3.0（kN/m） 设计值： q=1.23=3.6（kN/m）(2)内力计算可按梁理论计算，沿渡槽水流方向按简支或双悬臂梁计算应力及内力： 图22 槽身纵向计算简图（单位：cm）计算长度l=ln+a=6.9+0.8=7.7（m） l=1.05ln=1.056.9=7.245(m) 所以计算长度取为7.25m跨中弯矩设计值为 M=0（g1+g1+q）l2 +pl =0.91.0118.67.252+3367.25=1898.5（kN.m）跨端剪力设计值 Qmax=（q+g1+g2）l+1.2P =0.91.0118.67.25+1.2336=797.42（kN）(3)正截面的配筋计算对于简支梁式槽身的跨中部分底板处在受拉区，故在强度计算中不考虑底板的作用，但在抗裂验算中，只要底板与侧墙的接合能保证整体受力，就必须按翼缘宽度的规定计入部分或所有底板的作用。不考虑底板与牛腿的抗弯作用，将渡槽简化为h=2.3m、b=0.4m的矩形梁进行配筋。考虑双筋，a=0.08，h0=2.3-0.08=2.22（m），rd=1.2。 （21） fcbx=fyAS （22） 式中 M弯矩设计值，按承载能力极限状态荷载效应组合计算，并考虑结构重要性系数0及设计状况系数在内； Mu截面极限弯矩值； d结构系数，d=1.20； fc混凝土轴心抗压强度设计值，混凝土选用C25，则fc=12.5N/mm； b矩形截面宽度； x混凝土受压区计算高度； h0截面有效高度； fy钢筋抗拉强度设计值； As受拉区纵向钢筋截面面积； 将=x/h0代入式（24）、（25），并令s=（1-0.5），则有 （23）fcbh0=fyAs （24） b （25） 根据以上各式，计算侧墙的钢筋面积如下：=0.0942%min=0.15%选420+625 AS=1257+2945=4202（mm2）（4）斜截面强度计算已知v=797.42kN，=5.55=4，=6=2291.75（KN）v=797.42KN按受力计算不需要配置腹筋，考虑到侧墙的竖向受力筋可以起到腹筋作用，但为固定纵向受力筋位置，仍在两侧配置8150的封闭箍筋。同时沿墙高布置10150的纵向钢筋。(5)槽身纵向抗裂验算受弯构件正截面在即将开裂的瞬间，受拉区边沿的应变达成混凝土的极限拉伸值max，最大拉应力达成混凝土抗拉强度ft。钢筋混凝土构件的抗裂验算公式如下：MsmctftkW0 （27） MLMctftkW0 （28）式中 ct混凝土拉应力极限系数，对荷载效应的短期组合ct取为0.85；对荷载效应的长期组合，ct取为0.70； W0换算截面A0对受拉边沿的弹性抵抗距； y0换算截面重心轴至受压边沿的距离； I0换算截面对其重心轴的惯性距； ftk混凝土轴心抗拉强度标准值。 混凝土的标号为C25，钢筋为级钢，则Ec=2.8104N/mm2，Es=2.0105N/mm2。根据水工混凝土结构设计规范，选取m值。由bf/b2，hf/h0.2，查得m=1.40，在m值附表中指出，根据h值的不同应对m值进行修正。短期组合的跨中弯矩值 +pl =0.91.0118.67.252+3367.25=1898.5（kN.m）Ms长期组合的跨中弯矩值（人群荷载的准永久系数=0）0.9118.67.252 =858.67（kN.m）Ml综合上述计算可知，槽身纵向符合抗裂规定。3槽身横向内力计算及配筋计算由于在设计中选用了加肋的矩形槽，所以横向计算时沿槽长取肋间距长度上的槽身进行分析。作用于单位长脱离体上的荷载除q（自重力加水的重力）外，两侧尚有剪力Q1及Q2，其差值Q与荷载q维持平衡。Q在截面上的分布沿高度呈抛物线形，方向向上，它绝大部分分布在两边的侧墙截面上。工程设计中一般不考虑底板截面上的剪力。图31 槽身横向计算计算简图侧墙与底板均按四边固定支承板设计，计算条件为满槽水。图31中l1为肋间距，q1为作用于侧墙底部的水压力，q2为底板的重力与按满槽水计算的槽内水压力之和，根据条件可得 （31） （32） 以上各式中 水的重度；h钢筋混凝土的重度；底板厚度。图：结构弯距图图：结构剪力图结构计算成果表AB跨中BABC跨中CBCD跨中DCDA跨中AD弯距（KN.m）-14.9312.650.280.282.232.92-5.8618.05107.87-23.99-0.1-14.93剪力KN36.83033.678.546.1-15.46136.569.49143.29-3.08-6.1-8.54底板的结构计算按照底板中部弯矩配筋，采用c25砼，fcm=12.5N/mm根据水工钢筋混凝土结构，板厚200mm，受力钢筋间距取为100mm，具体配筋计算如下：a= a=30mm，h0=200-30=170mm，取单宽计算b=1000mm选用级钢筋，则fC=210N/mm2，计算弯矩最大位置的配筋量：Mx=14.93kN.m，N=36.83KN时， fcbh0=fyAs b 根据以上各式，计算底板的钢筋面积如下：=0.057 %min=0.15%选10125 AS=628（mm2）渡槽上顶边及悬挑部分的结构计算渡槽顶部两侧壁水平挑出1.25m，并在顺行车方向每个两米设立一加劲肋，维持悬挑板侧向稳定，顶壁厚30cm。按照悬臂根部最大弯矩计算配筋，采用c25砼，fcm=12.5N/mm根据水工钢筋混凝土结构，板厚300mm，受力钢筋间距取为100mm，具体配筋计算如下：a= a=30mm，h0=300-40=260mm，取单宽计算b=1000mm选用级钢筋，则fC=310N/mm2，计算弯矩最大位置的配筋量：Mx=131.86kN.m，N=143.29KN时， fcbh0=fyAs b 根据以上各式，计算钢筋面积如下：=0.187 %min=0.15%选20140 AS=2244（mm2）(3)侧墙的结构计算由于侧墙的受力为不均匀荷载，故按最大值的匀布荷载进行配筋，其结果更安全。 侧墙与肋所构成的T形梁的配筋计算由于侧墙与肋所构成的T形截面梁，翼缘受拉不考虑其抗弯作用，故可简化成矩形进行配筋计算。不考虑纵向弯矩的影响。内力组合：Mmax=-14.93kN.m，N=-292.67kN 计算值： 故取偏心距为实际值e0=58.3mm。，取1=1.0判断大小偏心，由于e0=1.03558.3=60mm0.3h0=0.3810=243mm所以，按小偏心受压构件计算。 按最小配筋率计算AS，min=0.2%，所以AS=minbh0=0.2%200810=324（mm2）选用216，AS=402 mm2选用210，AS=157mm2斜截面受剪承载力计算：故截面尺寸满足抗剪规定。故可不进行斜截面受剪承载力计算，而按构造规定配置箍筋选6200钢筋抗裂验算：一般情况需按荷载效应的短期组合及长期组合分别验算，本设计由于是粗略计算，且可变荷载非常小，故只按荷载效应的长期组合进行抗裂验算。抗裂演算的对象为T形截面梁。基本数据：ES=2.0105N/mm2，Ec=2.0104N/mm2， ftk=1.75N/mm2,d=1.75，st=0.7。具体计算如下：换算截面面积A0=bh+（bf-b）bf+EAs+EAs =200850+（2023-200）200+（226+402） =454485.7（mm2）换算截面的重心至受拉边沿的距离+=（mm4）换算截面对其重心的惯性矩通过以上的验算可知，侧墙肋的配筋满足抗裂规定。 底板与肋所构成的T形截面梁的结构计算根据底板的内力图，选取两组内力按偏心受拉构件进行结构计算。第一组内力组合：M=14.93kN.m，N=8.54kN.m 由于底板与肋所构成的T形截面梁，翼缘受拉不起抵抗弯矩的作用，故可简化成矩形截面进行配筋计算。l0/h=2300400=5.75，综合以上计算，基础满足规定。