渡槽横向结构设计案例

1、职业教育水利水电建筑工程专业水工混凝土结构例题（渡槽横向结构设计）水工混凝土结构项目组2015年3月渡槽横向结构设计例题【案例51】某灌溉渠道上有一钢筋混凝土排架式渡槽，属3级水工建筑物。渡槽排架为单层门形刚架，立柱高度为5.0m，立柱基础采用条形基础；渡槽槽身为等跨简支矩形槽，跨长l=12m，槽内净尺寸Bn×Hn=3.0m×2.5m，设计水深H1=2.0m，最大水深H2=2.5m；槽顶外侧设1m宽人行桥，人行道外侧设1.2m高栏杆。为减小应力集中，在槽身内转角处及排架立柱与横梁连接处加设补角（设计时忽略其影响），结构布置如下图所示。钢筋混凝土重度砼=25kN/m3；水的重

2、度水=10 kN/m3。栏杆自重g1k=0.5 kN/m2（折算均布荷载）；人群荷载q1k=2.0 kN/m2。选用C30混凝土，受力钢筋采用HRB335级，箍筋和分布钢筋等采用HPB235级。使用要求：（1）槽身横向临水面和纵向进行抗裂验算；（2）槽身纵向挠度限值：flim = l0 /500。对渡槽槽身进行横向结构计算，按照强度、抗裂以及构造要求配筋。 渡槽结构布置 （单位：m）【案例51 渡槽横向结构设计】沿槽身纵向取单位长度（1m）槽身为计算单元。计算简图如下图所示。槽身横向计算简图1. 人行桥设计（1）尺寸拟定：取人行桥板外端厚度为h外=80mm，人行桥板内侧厚度h内=100mm，人

3、行桥板的平均厚度为h板=（80+100）/2=90mm。（2）计算简图：计算简图如下图所示。人行桥计算简图（3）荷载栏杆自重标准值 g1k=0.5 kN/m人行桥板自重标准值 g2k=砼bh板=25×1×0.09=2.25 kN/m栏杆自重及人行板自重标准值 g3k= g1k+g2k =0.5+2.25=2.75 kN/m人群荷载： 标准值 q1k=q1kb=2×1=2 kN/m（4）内力计算计算跨度 l0=1.1ln=1.1×0.8=0.88m 或l0=ln+a/2=0.8+0.2/2=0.9m取l0=0.9m。弯矩设计值 M桥=1.05g3k l02

4、/2+1.20q1kl02/2=1.05×2.75×0.92/2+1.20×2×0.92/2=2.14 kN·m（5）配筋计算（按单筋矩形截面计算）C30混凝土，fc=14.3N/mm2，ftk=2.01 N/mm2，HRB335级钢筋，fy=300N/mm2，b=0.550，取as=40mm，h0=has=10040=60mm，承载力安全系数K=1.20。0.85b=0.85×0.550=0.468mm2minbh0=0.0015×1000×60=90mm2受拉钢筋选用10200（实配钢筋面积As=393mm2）

5、，分布钢筋选用8250。2.侧墙设计（1）尺寸拟定：取侧墙顶部厚度为h上=200mm（按规范要求，侧墙顶部厚度不小于80mm和侧墙总高的1/30，即：l/30 =2950/30 = 98 mm）；侧墙底部厚度取h下=300mm（规范要求不小于150mm）；纵向取单位宽度b=1.0m。（2）计算简图按固接于底板上的悬臂板计算（见下图）。侧墙计算简图当侧墙较高时，弯矩M变化较大，为了节约材料，取墙底11截面及其上x=1m处22截面来进行计算。（3）荷载计算（因风荷载所引起的内力较侧向水压力、人群荷载等引起的内力小得多，故这里忽略风荷载的影响）侧向水压力：正常水深 标准值 q2k=水bH1=10&#

6、215;1×2=20 kN/m满槽水深 标准值 q3k=水bH2=10×1×2.5=25 kN/m由上知人行桥传来的弯矩为： M桥=2.14kN·m（4）正截面承载力计算11截面正常水深：M1=1.20q2kH12/6+M桥=1.20×20×22/6+2.14=18.14 kN·m满槽水深：M1=1.10q3kH22/6+M桥=1.10×25×2.52/6+2.14=30.79 kN·m取满槽水深时的弯矩进行计算。22截面正常水深：M2=1.20水（H1x）3/6+M桥=1.20×10

7、×（21）3/6+2.14=4.14 kN·m满槽水深M2=1.10水（H2x）3/6+M桥=1.10×10×（2.51）3/6+2.14= 8.33kN·m取满槽水深时的弯矩进行计算。11截面配筋计算：取as=40mm，h0=has=30040=260mm0.85b=0.468mm2minbh0 = 0.0015×1000×260=390 mm2受拉钢筋选用10100（实配钢筋面积As=785mm2）（内侧受拉），分布钢筋选用8250。22截面配筋计算：因侧墙顶部厚度为200mm，侧墙底部厚度为300mm，侧墙高度为2.5

8、m，22截面距底部距离为1m，可以得出22截面处的侧墙厚度为260mm。as=40mm，h0=has=26040=220 mm0.85b=0.468mm2minbh0 = 0.0015×1000×220 =330mm2受拉钢筋选用10200（实配钢筋面积As=393mm2），分布钢筋选用8250。计算结果见下表。侧墙横向配筋计算截面厚度h（mm）弯矩设计值M（kN·m）计算钢筋面积（mm2）实配钢筋面积（mm2）1130030.7948310100（As=785）222608.3333010200（As=393）（5）抗裂验算侧墙内侧受拉且处于临水面，应进行抗裂验

9、算。按荷载标准值计算的弯矩值：=26.04+1.92=27.96kN·m查表得：混凝土拉应力限制系数ct=0.85，HRB335级钢筋的弹性模量Es=2.0×105N/mm2，C30混凝土，ftk=2.01 N/mm2，Ec=3.00×104N/mm2。受拉钢筋的配筋率：=As/（bh0）= 785/（1000×260）=0.0030钢筋与混凝土的弹性模量之比：E=Es/Ec =2.0×105 /（3.00×104）=6.67y0=（0.5+0.425E ）h=（0.5+0.425×6.67×0.0030）

10、5;300=152.6mmI0=（0.0833+0.19E）bh3=（0.0833+0.19×6.67×0.0030）×1000×3003 =2.35×109mm4W0=I0/（hy0）=2.35×109/（300152.6）=1.59×107mm3Mk=27.96 kN·mmctftkW0=1.55×0.85×2.01×1.59×107=42.11kN·m满足抗裂要求。3.底板设计底板为一偏心受拉构件，应按下列两种情况进行配筋计算： 两端最大负弯矩（绝对值）及相应

11、的拉力N。底板两端最大负弯矩发生在最大水深（H2=2.5m）且人行桥上有人群荷载时。 跨中最大正弯矩及相应的拉力N。跨中最大正弯矩发生在水深为槽宽（槽宽取底板计算跨度，底板计算跨度为槽内净宽加侧墙底部厚度）的一半，即H3=B/2=3.3/2=1.65m，且人行桥上无人群荷载时。（1）尺寸拟定底板厚度应为侧墙厚度的（2/31）倍，取底板厚度h=300mm，宽度取单位宽度b=1000mm。（2）计算简图底板计算简图如下图所示，图中B=ln+a=3+0.3=3.3m。底板计算简图（3）内力计算和配筋计算支座截面内力设计值：NA=1.10q3kH2/2=1.10×25×2.5/2=

12、34.38 kNMA=1.10q3kH22/6+M桥+NAh/2=1.10×25×2.52/6+2.14+34.38×0.3/2=28.65+2.14+5.16=35.95 kN·m 支座截面配筋计算：取as=as =40mm，h0=has=30040=260mme0=MA/NA=35.95/34.38=1.05 mh/2as=0.3/20.04=0.11m 属于大偏心受拉构件。e=e0h/2+as=1050300/2+40=940mm设x=0.85bh0，对HRB335级钢筋，smax=0.358，则取As=minbh0=0.0015×100

13、0×260=390mm2，受压钢筋选用10200（As=393mm2），x=h0 =0.013×260 =3.4mm2as=80 mme =h/2as+e0 =300/240+1050=1160 mmmm20.0015×1000×260=390mm2受拉钢筋选用10100（实际钢筋面积As=785mm2）（上表面受拉），分布钢筋选用8250。跨中截面内力计算：底板自重 标准值 g4k=砼bh=25×1×0.3=7.5 kN/m侧向水压力 标准值 q4k=水bH3=10×1×1.65=16.5 kN/m槽内水重 标准

14、值 q5k=水bH3=10×1×1.65=16.5 kN/m跨中内力：Nc=1.20q4kH3/2=1.20×16.5×1.65/2=16.34kN=10.72+26.958.981.17=27.52kN·m跨中截面配筋计算：e0=Mc /Nc=27.52/16.34=1.68mh/2as=0.3/20.04=0.11m属于大偏心受拉构件。e =e0h/2+as= 1680300/2+40 =1570mm取As=minbh0=0.0015×1000×260=390mm2，受压钢筋选用10200（As=393mm2）。x=h0

15、 =0.005×260 =1.3mm2as=80 mme=h/2as+e0=300/240+1680 =1790 mmmm20.0015×1000×260=390 mm2受拉钢筋选用10100（实际钢筋面积As=785mm2）（下面受拉），分布钢筋选用8250。计算及配筋结果见下表。底板支座与跨中计算钢筋面积与实际配筋面积截面位置计算钢筋面积（mm2）实配钢筋面积（mm2）受拉钢筋受压钢筋受拉钢筋受压钢筋支 座725（上表面）010100（785）10200（393）跨 中532（下表面）010100（785）10200（393）（4）抗裂验算底板支座截面取底板支

16、座补角边缘截面（x=0.15+0.2=0.35m处）作为计算截面，并按满槽水深加人群荷载的组合按下式进行抗裂验算。，混凝土拉应力限制系数ct =0.85。A0=Ac+EAs+EAs =1000×300+6.67×785+6.67×393=3.08×105I0=Ic+Ac（y0yc ）2+EAs（h0y0）2+EAs （y0as ）2=1000×3003/12+1000×300(150.9-150)2+6.67×785×(260-150.9)2+6.67×393×(150.9-40)2=2.25×109+2.43×105+0.06×109+0.03×109=2.34×109mm4W0=I0/（h-y0）=2.34×109/（300-150.9）=1.6×107mm3底板与侧墙补角边缘到侧墙中心的距离x=0.35m，此截面的轴向力及弯矩为：=26.04+