渡槽设计部分计算书.docx

渡槽设计任务书
1. 设计课题
某灌区输水渠道上装配整体式钢筋混凝土矩形带横杆渡槽
2. 设计资料
根据初步设计成果，提出设计资料及有关数据如下：
1) 该输水渡槽跨越142m长的低洼 地带见下图，需修建通过15m3/s设计流量及16m3/s校核流量，渡槽无通航要求。经水力计算结果，槽身最大设计水深H=2.75m，校核水深为2.90m。支承结构采用刚架，槽身及刚架均采用整体吊装的预制装配结构。设计一节槽身及一个最大高度的刚架。
2) 建筑物等级4级。
3) 建筑材料：
混凝土强度等级 槽身及刚架采用C25级；
钢筋 槽身及刚架受力筋为HRB335；分布筋、箍筋、基础钢筋HPB235。
4) 荷载
钢筋混凝土重力密度 25KN/m3;
人行道人群荷载 2.5KN/m2
栏杆重 1.5KN/m2
5) 使用要求：
槽身横向计算迎水面裂缝宽度允许值[Wsmax]=0.25mm,[WLmax]=0.20mm。
槽身纵向计算底板有抗裂要求。槽身纵向允许挠度[fs]=l0/500,[fL]=l0/550。
6) 采用：水工混凝土结构设计规范（SL/T191-2008）。
3. 设计要求
在规定时间内，独立完成下列成果：
1) 设计计算书一份。包括：设计题目、设计资料，结构布置及尺寸简图；槽身过水能力计算、槽身、刚架的结构计算（附必要的计算草图）。
2) 设计说明书一份。包括对计算书中没有表达完全部分的说明。
3) 施工详图，一号图纸一张。包括：槽身、刚架配筋图、钢筋表及必要说明。
图纸要求布局合理，线条粗细清晰，尺寸、符号标注齐全，符合制图标准要求。
4. 附图

渡槽计算书
一、 水力计算，拟定渡槽尺寸
初步选取每节槽身长度14.2m，槽身底坡i=，取该渡槽槽壁糟率n=0.013，设底宽b=2.5m，①按设计水深h=2.75m
过水面积：
湿周：
水力半径：

流量：满足设计要求
②按校核水深h=2.9m
过水面积：
湿周：
水力半径：

流量：满足校核要求
二、槽身计算
纵向受拉钢筋配筋计算（满槽水+人群荷载）
1、内力计算：
（1）、半边槽身(见下图)每米长度的自重值

每米内：

半边槽身面积：

满槽水时半边槽身每米长度承受水重设计值（忽略托乘长度）

半边槽身每米长度承受人群荷载设计值：

总的均布荷载：
槽身跨度取7m
(2)、槽身纵向受力时，按简支梁处理
计算跨度：

（3）跨中截面弯矩设计值（四级建筑物 k=1.15）

2、配筋计算：，
①承载力计算中，由于侧墙受拉区混凝土会开裂，不考虑混凝土承受拉力，故把侧墙看做T型梁：
H选为校核水深，按短暂情况的基本组合考虑，估计钢筋需排成两排取a=90mm, ,确定，，，为独立T型梁：故，
上述两值均大于翼缘实有宽度，取
②鉴别T形梁所属类型
，故为第一类T型截面，按宽度为400mm的单筋矩形截面计算，，
，
，,满足要求，故可配置
6B18和6B20,
③抗裂验算:
,

,
查附录表3得截面抵抗矩塑性系数=1.50考虑截面高度的影响对值进行修正，得：
，在荷载效应标准组合下
，
，故槽身抗裂满足要求。
④槽身挠度验算：
荷载标准值在槽身纵向跨中产生的弯矩值：，
槽身纵向抗弯刚度：

故槽身纵向挠度验算满足要求。
槽身纵向斜截面受剪承载力计算

满足抗剪要求，故不需要由计算配置抗剪腹筋，

抗剪腹筋，架立筋，腰筋按构造要求配筋。
槽身横向计算
1、 框架内力计算
沿槽身纵向取单位长度脱离体进行计算。侧墙与底板为整体连接，交接处为刚性节点。横杆与侧墙也是整体连接，但因横杆刚度远比侧墙刚度小，故可假设与侧墙铰接。作用在矩形槽身上的荷载有①槽身结构自重，包括人行道板自重ga,底板自重gc,侧墙自重可略去不计；②人行道板上的人群荷载gk;③槽内侧向水压力及水重γH，H为最大水深，水位可近似取至横杆中心线处。
H
¦Γ
H
P1为人行道板、横杆、人群荷载传给侧墙顶的集中力的设计值。

每米槽身承受的P1为8.79KN/m
侧墙底部压力值为
q2为单位长度水重+底板自重g2

H=3700
¦Γ
H

侧墙的FQ图
侧墙计算简图

2、侧墙的配筋计算
底部最大负弯矩截面配筋，迎水面位于水位变化区，环境类别为第三类，取c=30mm,a=40mm,则：
，，，，，故截面尺寸满足抗剪要求。计算受弯钢筋：
，
，
选取4B12（），B12@200
>
a) 跨中最大正弯矩截面配筋
背水面按二类环境，c=25mm,a=35mm,h0=h-a=300-35=265mm,
,,取，选取B12@280，
受力筋总面积为856mm2/m,分布筋面积应大于

侧墙底部迎水面限裂验算：
有效配筋率：，
，满足限裂要求。
3、底板计算
计算简图

按端部截面配筋，背水面a’=35mm,c=25mm
迎水面a=40mm,c=30mm
,,M=24.36KN.m,N=53KN

N作用于纵向钢筋范围之外，属于大偏拉构件，上侧迎水面受拉，下侧受压，
取，选配B12@280
，所以应该按最小配筋率配筋
，选取
B12@280
底板端部限裂验算:

满足抗裂要求。
跨中最大弯矩截面

取a=35mm, ,,
,

故截面尺寸满足抗剪要求
，，
故按最小配筋率配筋，选取B12@280（）
斜截面受剪承载力计算：，

故不需要由计算确定抗剪腹筋
3、横杆计算
横杆间距s=2.3m,

,
,

梁端弯矩与ND组合配筋计算

a=40mm,a’=35mm,M=4.5KN.m,N=35.19KN
,N作用在As与As’之外，为大偏拉，，
，
按最小配筋率配筋
选配2B10
按最小配筋率配筋，
选配2B10
满足截面尺寸抗剪要求。
跨中最大弯矩与Nd组合配筋计算：a=35mm,a’=40mm

M=1.21KN.m, ,N作用在As与As’之间，为小偏拉
，
，

，
，故按最小配筋率配筋
，
选取2B10
选取2B10
4、人行道板计算

，，a=0.1m,,
,取
板自重：
人群荷载：
跨中弯矩：
配筋计算：，
，，

故可以选配：2B10，，分布钢筋选择B6@250
经分析钢筋布置，为了方便板的安装铺设和接头填缝，板的构造长度比标志长度小20mm。
三、 刚架计算
刚架纵向计算
刚架纵向计算取单根立柱，按柱顶和柱底两个截面进行。分为正常运行和施工时两种情况进行配筋计算。考虑纵向弯曲影响，立柱视为下端固定，上端槽身对立柱有一定支承作用，因此立柱的计算长度l0取0.7l=0.7×15.25=10.675m.
支撑刚架采用三层单刚架。高度为15.25m，两立柱中心距为2.8m。刚架立柱纵向、横向尺寸如左图所示。为加大槽身和刚架顶部的支承面积，刚架顶部沿纵向设有牛腿，尺寸如图所示。横梁与立柱连接处设有100mm×100mm托承以改善交角处的应力状态。

（1）正常运行时，左右跨槽身传来的垂直力相等，按轴心受压构件计算（边刚架除外）。
①柱顶截面配筋计算：
承受轴向压力设计值为N=N1=p×l=80.088×6=480.53kN
立柱截面形状为300×500的矩形，长细比，需考虑纵向弯曲的影响，查表得，
说明柱顶截面的受压筋将不能达到屈服，按构造配筋即可。
取，选配4B18

②柱底截面配筋计算：
柱底承受的轴向压力除槽身传下来的荷载外，还有刚架自重。
P1、P2、P3为刚架自重化成的节点力，
P1=[1.550.5+2.150.3+ (0.3+0.4)0.1/2]0.525=18.2KN
P2=[0.35+1.150.5+(0.7+0.5)0.1/2]250.5=28.9KN
P3=[0.35.175+1.150.5+(0.7+0.5)0.1/2]0.525=27.3KN
承受轴向压力设计值为:
N=N1+1.05×P1+1.05×P2+1.05×P1=308.8KN

说明柱顶截面的受压筋将不能达到屈服，按构造配筋即可。
同柱顶配筋计算，选配4B18

（2）施工过程中，当一跨槽身吊装完毕，而临跨尚未吊装的情况下，刚架顶作用一偏心荷载，应按偏心受压构件计算。由于左右跨槽身都有可能先吊装，故采用对称配筋。
②柱顶截面配筋计算：
承受压力设计值为N=N1/2= 480.53kN/2=240.27kN，按刚架顶部反力为三角形分布，偏心距e0=a=×700=466.67mm。
b×h=300mm×500mm，a=a’=30mm，h0=h-30=470mm
，故按实际偏心距计算。

故按大偏心受压构件计算。

按最小配筋率配筋，选配4B18，
故也按最小配筋率配筋，选配4B18，
②柱底截面配筋计算：
承受压力设计值为N=N1/2+1.05×P1+1.05×P2+1.05×P1= 308.8kN，按刚架顶部反力为三角形分布，偏心距e0=a=×700=466.67mm。b×h=300mm×500mm，a=a‘=30mm，h0=h—30=470mm，，故按实际偏心距计算。

故按大偏心受压构件计算。

按最小配筋率配筋，选配4B18，
故也按最小配筋率配筋，选配4B18，。

刚架横向计算
P为满槽水、有人群荷载时槽身传给刚架的荷载，P=444.66kN。P’为作用于槽身的水平风压力T0通过槽身支座，转化为作用于立柱顶的一拉一压垂直轴向力，

T1=T0+T’=0.35×7×3.7+0.35×2.75×0.5=9.55 kN
T2=0.35×5×0.5=0.875 kN
T3=0.35×5×0.5=0.875 kN
其余荷载同槽身纵向计算。

刚架横向内力计算
刚架所受外荷载中，垂直的节点荷载只使立柱产生轴力，对刚架不产生弯矩和剪力；刚架所受的剪力和轴力主要由水平风荷载产生。将水平节点荷载分解为正对称和反对称，对称荷载只引起横梁轴力，反对称荷载使整个刚架产生弯矩、剪力及轴力。按“无剪力分配法”计算。
KN
KN

KN

刚架横向配筋计算
（1）立柱配筋计算
由刚架内力图可知，立柱控制配筋的截面为柱底截面，弯矩M=81.7kN·m，剪力为52.1kN，轴力为496.5kN。
由于风向不定，采用对称配筋。b×h=500mm×400mm，取
。
计算一节立柱时，按两端接点为不移动铰支座考虑
其计算长度,
需要考虑纵向弯曲的影响。

故按实际偏心距e0=164.6mm计算。
，

故按大偏心受压构件计算。
，
，
，故按最小配筋率配筋
，选取4B12
剪力较小，不进行抗剪计算。
（2）横梁的配筋计算：
由内力计算图可知，横梁控制配筋的截面为横梁1和横梁2,1承受最大的轴向压力，2承受最大的弯矩和剪力。同样由于风压力来自左右两个方向，横梁的配筋也采用对称配筋。
已知：b=400mm h=500mm，
①横梁1配筋计算（按偏压构件计算）
梁端截面M=65.4kN·m，N=40.6kN

横梁两端接点按固定端考虑，其计算长度
，不需要考虑纵向弯曲的影响取=1。
，故按大偏心受压构件计算。

选配4B14
②横梁2配筋计算（按受弯构件计算）
受弯钢筋配筋控制截面为梁端截面，M=93.2kN,
，
选配4B18
斜截面承载力计算：
验算截面尺寸：

故截面尺寸满足抗剪要求。

不需要由计算确定抗剪腹筋。
牛腿配筋计算
按正常运行满槽时荷载计算，其荷载组合为满槽水重+槽身自重+活荷重。荷载分布按三角形分布。
由刚架内力计算结果可知FV=240.27kN，FVk=240.27/1.1=218.4kN
fVk=1.78N/mm2, 取混凝土保护层厚度a=30mm，h0=h-a=770mm。
① 验算牛腿截面尺寸:
所以截面尺寸满足要求。
② 剪跨比，

选配3B20

说明书
槽身纵向钢筋的布置设计：
槽身纵向配筋计算时按简支梁处理，侧墙纵向受拉钢筋均位于正弯矩区，不宜切断。又因为弯起纵向受力钢筋时必须满足自充分利用点以外不小于0.5的要求，而槽身高度较大，不能通到截面顶部抵抗负弯，故另加2B18的斜筋来满足抵抗负弯和斜截面抗剪需要。箍筋的选配：槽身高,选配箍筋为双肢A8@300。架立筋的选配：槽身l=7m，架立筋直径选为2A10，槽身下侧由受弯钢筋充当架立筋。因为槽身腹板高度较大，在槽身纵向沿高度设置分布筋，腹板面积为分布筋截面面积的最小值，故选分布筋为7A12，。拉筋取为A8@600。
槽身横向钢筋的布置设计：
侧墙钢筋布置：
由配筋计算结果，侧墙迎水面配筋为B12@280，背水面配筋为B12@200。通到侧墙顶部和底部的钢筋在纵向架立筋处做弯钩锚固。
底板钢筋布置：
由配筋计算结果，选端部和跨中配筋的较大值作为底板配筋，上侧受力筋为B12@280，下侧为B12@280，受力钢筋的总面积为1570mm2/m，分布钢筋截面面积不应少于15%的受力钢筋面积，为235.5mm2/m，选择A8@200，分布筋截面面积为252mm2/m。
人行道板钢筋的布置：
由配筋计算结果，选两种荷载组合配筋的较大值作为底板配筋，选配为B6@250钢筋（=565mm2/m），选配为B6@250（565mm2/m）。
刚架的钢筋布置设计：
综合刚架纵横向配筋计算，得刚架立柱选配钢筋选为8B22（==1520 mm2），因每边受力筋多于三根，除基本箍筋外还用配置连系拉筋。基本箍筋选为双肢A8@300，连系拉筋也选为2A8@300。刚架横梁为一偏压构件，选配钢筋4B20 （）。同样由于每边受力筋多于三根，基本箍筋选为双肢A8@300，连系拉筋也选为2A8@300。刚架横梁2按受弯构件处理，选配钢筋为5B28（。箍筋选为A8@300。
横梁3所受轴力与横梁2相同，弯矩比2略小，故选用与2相同配筋
牛腿的钢筋布置：
牛腿竖向受力筋选配4B20（，水平箍筋选用A8@100。另外设置弯起筋4A16（。其中，竖向受力筋及弯起钢筋沿牛腿外边缘深入柱下150mm后截断。弯起钢筋与荷载作用中心到牛腿斜边下端点连线的交点位于牛腿上部/6至/2之间的范围内，为该连线的长度。

设计体会
通过这一个多月的课程设计，自己感觉真是获益匪浅，水工钢筋混凝土设计学是水利水电专业、水工建设的基础学科，也是最重要的学科之一，通过本次设计实例，让我们更深刻的体会到了这门学科对于建筑物的建设、设计等的重要性，水工钢筋混凝土作为我们必须掌握的最基础的一门学科，为我们对专业知识的了解以及掌握都奠定了坚实的基础。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在这次设计过程中，体现出自己单独设计模具的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师和同学的帮助下，终于获得解决。在此对给过我帮助的所有同学和指导老师再次表示忠心的感谢。

参考文献
【1】 SL 191-2008 水工混凝土结构设计规范【S】.北京：中国水利水电出版社，2009
【2】 水工钢筋混凝土结构学/河海大学等编.-4般.-北京：中国水利水电出版社，2009
【3】 水工混凝土结构习题与课程设计/赵鲁光主编.北京：中国水利水电出版社，1998（2007重印）
【4】 水工建筑物/林继镛主编.—5 版.—北京:中国水利水电出版社, 2009.