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水闸工作桥课程设计指导书

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2020年4月19日
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水闸工作桥课程设计
设计任务及成果
任务：工作桥及刚架设计，包括结构尺寸选择及配筋设计。
成果：二号设计图纸2张
　　　计算书一本（35页左右）　
一、概述
1、工作桥作用
专为启闭闸门而设。
2、工作桥结构型式
大多采用梁式桥的形式，且桥身大多为装配式结构。但本设计为简单计，采用整体式。
支承形式为简支梁式，施工采用吊装方法。
二、设计内容
工作桥及刚架设计，包括结构尺寸选择及配筋设计。

三、设计资料
1、工作桥桥面高程原定为 ▽31.4m，本次设计各人不同；
2、闸墩顶高程▽24.0m；
3、五孔闸，每孔净宽7.0m，中墩宽度1.0m，边墩宽度0.9m；

4、平板闸门，自重200KN；
5、采用QPQ-2×160KN型启闭机，每台自重35KN；
6、闸门吊点中心距，原定为4.75m，本次设计各人不同；

7、荷载：人群荷载：各班不同 ；栏杆重：1.5KN/m；每个绳鼓重：6.54KN（着地面积350×350mm）；施工荷载：4.0KN/m2；基本风压各班不同
8、建筑物等级 3 级； 9、环境条件二类； 10、建筑材料：混凝土：各班不同； 钢筋；各班不同
水闸工作桥设计数据
1. 吊点中心距
1班： 4.0 + 0.04 * 学号末两位数 (米)
2班： 4.02 + 0.04 * 学号末两位数 (米)
2. 工作桥面高程
30.0 + 0.05 *学号末两位数 (米)
3. 人群荷载 1班：3.0 kN/m2 2班：2.5 kN/m2
4. 基本风压 1班：0.35 kN/m2 2班：0.4 kN/m2
5. 梁柱受力纵筋 1班：HRB335 2班：HRB400
6. 混凝土强度等级 1班：C25 ; 2班：C30
四、设计要求
1.计算书一份。包括：设计资料；结构布置图及说明；桥面板、横梁、纵梁、刚架配筋计算；
2.施工详图2张（二号图纸）。包括：工作桥立面和平面布置；桥面板、横梁、纵梁和刚架配筋图等。
五、结构布置
一）工作桥纵向布置
1.工作桥长度： 为便于安装，工桥桥长度=两闸墩中心线距离－20～30mm
＝7000＋500＋500－20 ＝7980mm
但计算时工作桥长度仍用8000 mm计算。

2.横梁
位置： 地脚螺栓尽量位于梁中心线。（注意：一边螺栓可位于横梁中心线，另一边不行）；
638-150=488，　　　488-400=88 1350-638-150=562， 562-400=162

2、横梁
高度： 取纵梁高度的2/3～3/4，常见350～500mm；
宽度： >180mm,常见200～250mm；
3.活动铺板：为减轻吊装重量，面板做成活动铺板，简支在纵梁上。
宽度： 400～1000mm两板之间空10mm；
长度：在纵梁间距净跨的基础上，每边加60～80mm支承长度；
高度：60～100mm。

4.手摇箱：
位置： 由图13－30确定；

4.手摇箱：
高度： 手摇箱手摇柄转轴位置距桥面900～1000mm， 由图13－29确定。
H=（900 ～ 1000）－400=（500 ～ 600）mm

4.手摇箱：
注意： 手摇箱位置需做悬臂板，悬臂板再活动铺板。

5.机墩： 启闭机下设机墩，一般在工作桥吊装后浇筑，但机墩中的竖向钢筋预需先埋置在纵梁中。
位置和大小：注意地脚螺栓的保护层>50mm；

5.机墩：
高度：由图13－29确定。
H=（900 ～ 1000）－（360+240）=（300 ～ 400）mm

Q3、Q4 Q1、Q2
二）、工作桥横向布置
1.纵梁位置
a.立柱和闸墩以杯形基础联接，杯形基础要求见图13－50；

Q3、Q4 Q1、Q2
b.尽量使螺栓位于纵梁轴线上，Q1和Q2地脚螺栓布置纵梁A轴线上，由此梁A位置就确定了；但 Q3和Q4地脚螺栓不可能布置纵梁B轴线上。由杯口要求，梁B中心线距吊点中心线至少为535＋h1/2， h1为柱宽。 310+150+75=535, 916-30=886 1485+30-916=599

1、纵梁位置
c、给活动门槽留位置

图 13－53

2、纵梁尺寸：
高度：取工作桥长的1/8－1/10；
宽度：取纵梁高度的1/2－1/3，常为250－400mm；

3、悬臂板：
宽度：机墩外操作宽度应有1000～1200mm，两边栏杆每边占用100～200mm；悬臂板宽度<700mm可不做挑梁。
高度：端部取80 ～ 100mm，根部取150 ～ 200mm。

二）、刚架布置
1、刚架高度
计算用的高度：
H=31.4－24.0－h
实际高度：
H＋H1，其中：H1为柱插入杯口的高度。
H1需满足：
a.大致为1.2～0.8倍柱长边尺寸；
b.大于0.05H。

2、刚架层数
柱高H<5m时，单层；
柱高H>5m时，双层；取双层。
3、刚架尺寸
柱顺水流方向： h1＝300～500mm 横梁高： h2＝300～500m 贴角：斜角为45度 高度为（0.5～1. 0）h1

3、刚架尺寸
柱垂直水流方向： b1＝400～600mm 横梁宽度： 最好取b2＝b1，方便施工。 垂直水流方向牛腿 ： 沿垂直水流方向设置牛腿，以增加顶部支承长度。 牛腿尺寸： C>0.5b1，h>b1。
3、刚架尺寸
顺水流方向牛腿：考虑工作桥和刚架预制安装误差，工作桥纵梁外侧面不宜与立柱外边缘平齐，可在顺水流方向设置小牛腿，即在柱顶顺水流向挑出100～150mm。

工作桥配筋设计

一.面板配筋设计
1.活动铺板
1)安装与检修工况短暂状况
a.荷载计算 板自重，
一个绳鼓重， 人群荷载， ，可不考虑

b.计算简图和内力计算
简支实心板

绳鼓放在板中间

c.配筋计算
按单筋截面计算。受力筋：d ≥ 6mm，s≤ 200mm 分布筋：d= 6mm，s≤ 300mm
2)正常使用工况，持久状况
a.荷载：板自重，人群荷载 b.内力计算与检修工况相同 c.配筋计算与检修工况相同
最终取正常使用工况和检修工况配筋大者作为最后配筋。

2.悬板板
取1m板宽计算，由根部最大弯矩计算板的钢筋用量。
1)安装与检修工况
a.荷载与弯矩计算
自重： g1k=rh1、g2k=rh2 M1=0.5g1l2+(g2-g1)l2/6
栏杆重：P1k=1.5kN/m M2=0.5g3l

绳鼓重： P，将集中力放置离纵梁最远处。

取c为绳鼓集中力P到悬壁根部的距离，a为绳鼓的着地面积，则P对根部的弯矩为Pc，由宽度为b=a+2c的板带承受，则 M3=Pc/(a+2c) 总弯矩： M=M1+M2+M3
b.配筋计算 只计算正截面受力筋：d ≥ 6mm，s≤ 200mm，至少3Φ8/m间距和纵梁筋相协调。
分布筋：d= 6mm，s≤ 300mm

2)正常使用工况
a.荷载弯矩计算：自重、栏杆重、人群荷载b.配筋与检修工况相同最终取正常使用工况和检修工况配筋大者作为最后配筋。
二.横梁配筋设计

取受力大的横梁计算，另一根筋相同。
只计算正常使用工况。
1.荷载计算
横梁自重g1 机墩自重g2 启门力：Q1、Q4或 Q2、Q3包括启闭机重、闸门重。

2.计算简图和内力计算
横梁实际为半固定状态，精确计算应采用有限单元法。工程简化：先按简支梁计算，得跨中弯矩M0，实际梁的支座负弯矩=0.7 M0 ，跨中正弯矩=0.7 M0 。

3.配筋计算
正截面：跨中，梁底至少2Φ12，通长布置 支座，梁顶至少2Φ12，通长布置
斜截面：不计算，按构造要求配Φ6或Φ8，@150-200的双肢箍筋。

三.纵梁配筋计算
取受力大的 一根计算， 另一根配筋相同。
1.荷载计算
a恒载：均布荷载g 包括：纵梁自重、一边栏杆重、一半面板重集中荷载G 包括：一半横梁自重、半机墩重
b.可变荷载
分布荷载p 人群荷载(一半桥面) 集中荷载P 直接作用于纵梁上的启门力经过横梁传递的启门力，求出横梁的反力，作用于在纵梁上。
2.内力计算
简支梁：弯矩l0；剪力ln

3承载力极限状态计算
按T形截面计算
a.正截面：由Mmax求梁底钢筋As，构造见教材p48。
b.斜截面：由Vmax求箍筋和弯起钢筋，注意构造。
c.斜截面承载力验算：
注意：正弯矩区切断钢筋。

d.横梁处附加钢筋计算

四.吊装验算
预埋吊环，吊装工作桥。吊点取0.2l处。
1.荷载计算
分布荷载：纵梁自重、悬臂板自重 集中荷载：横梁自重
2.内力计算

3.配筋计算
a.跨中Mmax，求出梁底钢筋As，校核是否大于原 配钢筋。
b.支座Mmin，求出梁顶钢筋As ，此钢筋可做架立钢筋。

五.吊环计算
1.采用Ⅰ 级钢筋，延性好。2.每个吊环按2个截面计算，4个吊环按3个计算。3.钢筋应力小于50MPa。

六.刚架横向计算
刚架计算可分为横向和纵向两个方向。
计算简图： 立柱和横梁轴线组成。 最不利工况：闸门开启到最高位。
1.荷载计算 有水平荷载和垂直荷载
1)水平荷载：作用于工作桥、立柱和闸门上的风压力。
风压力计算公式：
：风压体型系数； ：风压高度系数；W0 ：基本风压；A：受风面积。
a.工作桥风压 A=(0.75-0.80)HL b.刚架立柱上风压c.闸门风 为便于计算，将风压力转化成节点力。
2)垂直荷计算
a.工作桥纵梁传来的P’工作桥自重：纵梁、横梁、机墩、栏杆、活动铺板、悬臂板。启闭机和闸门自重：按Q1、Q2、Q3和Q4比例分摊到螺栓上。
b.作用于工作桥上的风压力形成的方向相反、数值相等的P’’

c.刚架自重，转化成结点力P1和P2
2.内力计算
a.弯矩分配法求水平荷载产生的弯矩 b.垂直荷载只产生 c.剪力不大，不计算。
3.配筋计算
a.立柱：对称偏压，钢筋通长，计算长度为两横梁的轴线距离。b.横梁：按受弯构件计算，上下面配筋。

七.刚架纵向计算
在纵向视为独立柱，所受荷载有自重，横梁重、工作桥传来的压力。对中墩立柱，需考虑相邻两孔闸的开启方式。
1.一孔闸门刚开启，另一孔未开启
a.荷载计算与内力计算
P1 未开启孔：工作桥自重、启闭机重 P2 开启孔：工作桥自重、启闭机重、启门力、人群荷载P3：刚架自重，作用于立柱根部
b.配筋计算
视为端固定，上端工作桥纵梁它有一定的支承作用，取计算长度l=1.5H。注意最不利截面的选取。
2.两孔闸门同时开启
a.荷载与内力计算工作桥自、启闭机重、启门力、人群荷载、刚架自重。b.配筋计算按轴心受压柱计算。
3. 一跨工作桥吊装完毕，相邻一跨未吊装
a.荷载与内力计算 半跨工作桥自重、施工荷载
b.配筋计算 对称配筋，短暂状态

工作桥施工图布置

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