混凝土结构渡槽槽身纵向结构设计

关于混凝土结构渡槽槽身纵向结构设计第一页，共五十页，2022年，8月28日一、设计资料1.基本资料

某灌溉渠道上有一钢筋混凝土排架式渡槽，属4级建筑物。渡槽排架为单层门形刚架，立柱高度为5m，立柱基础采用条形基础；渡槽槽深为等跨简支矩形槽，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）结构布置图如图1所示。第二页，共五十页，2022年，8月28日第三页，共五十页，2022年，8月28日2.荷载

（1）荷载标准值：钢筋混凝土重度γ砼=25kN/m3；水的重度γ水=10kN/m3

栏杆自重g1k=0.5kN/m2（折算均布荷载）；人群荷载q1k=2kN/m2；风荷载q2k=0.25kN/m2，施工荷载q3k=4.0kN/m2。（2）荷载分项系数：永久荷载：结构自重荷载分项系数γG=1.05；可变荷载：除满槽时水重及水压力荷载分项系数取γQ=1.10外，其他可变荷载分项系数均取γQ=1.20。第四页，共五十页，2022年，8月28日3.材料

选用C20混凝土，Ⅰ级和Ⅱ级钢筋。4.使用要求（1）槽身横向临水面和纵向进行抗裂验算（2）槽身纵向挠度允许值：[f]=l0/500第五页，共五十页，2022年，8月28日5.设计内容（1）对渡槽槽身进行横向和纵向计算，按照强度、裂缝、挠度以及构造要求配筋。（2）绘制槽身及排架配筋图，并编制钢筋表

6.设计成果（1）设计计算书一份，包括设计所依据的基本资料、计算图表、计算过程和结果。要求内容完整、数据准确、书写整洁。（2）槽身及排架配筋图，包括结构轮廓尺寸、配筋图、钢筋表，要求布局适当、图面整洁、字体规范。第六页，共五十页，2022年，8月28日设计步骤槽身横向计算人行桥设计侧墙设计底板设计槽身纵向设计尺寸拟定计算简图荷载计算内力计算配筋计算尺寸拟定计算简图荷载计算正截面承载力计算抗裂验算尺寸拟定计算简图内力计算配筋计算计算简图荷载计算内力计算正截面受弯承载力计算斜截面受剪承载力计算抗裂、变形验算绘制MR图抗裂验算第七页，共五十页，2022年，8月28日任务1:槽身横向结构计算第八页，共五十页，2022年，8月28日（1）人行桥设计按受弯构件计算1）尺寸拟定取h外=80mm，h内=100mm。2）计算简图第九页，共五十页，2022年，8月28日3）荷载计算板自重及栏杆重：标准值

g3k=γ砼b＋g1kb=25×1×0.09＋

0.5×1=2.75kN/m

设计值

g3=γGg3k=1.05×2.75=2.89kN/m

人群荷载：标准值

q3k=q1kb=2×1=2kN/m

设计值

q3=γQq3k=1.2×2=2.4kN/m4）内力计算取l0=1.1l=1.1×0.8=0.88m

M=γ0ψ[(g3＋q3)l02/2]=0.9×1.0×[(2.89＋2.4)×0.882/2]=1.84kN·m第十页，共五十页，2022年，8月28日5）配筋计算（按单筋设计）

C20混凝土，fc=10N/mm2,Ⅰ级钢筋，fy=210N/mm2，取as=30mm,h0=h－as=100－30=70mm

＞ρminbh0=0.0015×1000×70=105mm2

选配Φ12@300（实配钢筋面积As=377mm2）

第十一页，共五十页，2022年，8月28日（2）侧墙设计按受弯构件计算1）尺寸拟定取侧墙顶部厚度为h上=200mm（按规范要求不小于80mm和l/30=2950/30=98mm）；侧墙底部厚度为h下=300mm（要求不小于150mm）；纵向取单位宽度b=1000mm。2）计算简图：按固接于底板上的悬臂板计算见图4。当侧墙较高时，弯矩M变化较大，为了节约材料，取墙底1-1断面及其上x=1m处2-2截面来进行计算。图示第十二页，共五十页，2022年，8月28日返回第十三页，共五十页，2022年，8月28日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：

持久状况(正常水深)

标准值

q4k=γ水bH1=10×1×2=20kN/m

设计值

q4=γQq4k=1.2×20=24kN/m

短暂状况(满槽水深)

标准值

q5k=γ水bH2=10×1×2.5=25kN/m

设计值

q5=γQq5k=1.1×25=27.5kN/m人行桥传来弯矩

M桥=1.84kN·m第十四页，共五十页，2022年，8月28日

1-1断面：4）正截面承载力计算=27.34+1.96=29.30kN·m2-2断面：=5.91+1.96=7.87kN·m第十五页，共五十页，2022年，8月28日

1-1截面配筋计算取as=30mm，h0=h－as=300－30=270mm＜0.85ξb=0.468mm2＞ρminbh0=0.0015×1000×270=405mm2

选配钢筋12@150（实配钢筋面积As=754mm2）（内侧受拉）。第十六页，共五十页，2022年，8月28日2-2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2.5m，2–2截面距底部距离为1m，可以得出2–2截面处的侧墙厚度为260mm。取as=30mm，h0=h－as=300－30=270mm

＜ρminbh0=0.0015×1000×230=345mm2

选配钢筋实配钢筋选配Φ12@300（实配钢筋面积As=377mm2）

＜0.85ξb=0.468第十七页，共五十页，2022年，8月28日截面厚度h（mm）弯矩M（kN·m）计算钢筋面积（mm2）实配钢筋面积（mm2）1–130029.3463Ø12@150（As=754）2–22607.87143Ø12@300（As=377）计算结果见表5–1。

表5–1侧墙横向配筋计算第十八页，共五十页，2022年，8月28日

5）抗裂验算侧墙内侧受拉且处于临水面，应进行抗裂验算。按荷载标准值计算的弯矩值：

=26.04+1.84=27.88kN·m

查表得：混凝土拉应力限制系数αct=0.85，HRB335级钢筋的弹性模量Es=2.0×105N/mm2，C30混凝土的弹性模量Ec=3.00×104N/mm2。受拉钢筋的配筋率：ρ=As/（bh0）=

754/（1000×270）=0.0028钢筋与混凝土的弹性模量之比：

αE=Es/Ec=2.0×105/（3.00×104）=6.67第十九页，共五十页，2022年，8月28日

y0=（0.5+0.425αE

ρ）h=（0.5+0.425×6.67×0.0028）

×300=152.4mmI0=（0.0833+0.19αEρ）bh3=（0.0833+0.19×6.67×0.0028）×1000×30032.34×109mm4W0=I0/（h–y0）=2.34×109/（300–152.4）=1.59×107mm3Mk=27.88kN·m＜γmαctftkW0=1.55×0.85×2.01×1.59×107=42.1kN·m满足抗裂要求。第二十页，共五十页，2022年，8月28日（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：

①两端最大负弯矩（发生在最大水深且人行桥上有人群荷载时）及相应的拉力N；

②跨中最大正弯矩（发生在水深为槽宽的一半，即H3=B/2=3.3/2=1.65m，且人行桥上无人群荷载时）及相应的拉力N。

1）尺寸拟定底板厚度应为侧墙厚度的（2/3-1）倍，取底板厚度

h=300mm，宽度取单位宽度b=1000mm。

2）计算简图计算简图见图5所示，图中，B=3＋0.3=3.3m第二十一页，共五十页，2022年，8月28日底板计算简图第二十二页，共五十页，2022年，8月28日

3）内力计算和配筋计算支座截面：

支座截面配筋计算：取a=a′=30mm，h0=h–a=300–30=270mm

e0=MA/NA=34.22/32.81=1.04m＞h/2–a=0.3/2–0.03=0.12m属于大偏心受拉构件

e=e0–h/2+a=1040–300/2+30=920mm设x=0.85ξbh0，对HRB335级钢筋，αsmax=0.358，则第二十三页，共五十页，2022年，8月28日

配筋计算：取as=30mm，h0=h－as=300－30=270mm取As′=ρminbh0=0.0015×1000×270=405mm2

，实配钢筋14@300（实际钢筋面积As′=513mm2），则x=ξh0=0.0011×270=0.3mm＜2a′=60mm

e′=h/2–a+e0=300/2–30+1040=1160mm第二十四页，共五十页，2022年，8月28日＞0.0015×1000×270=405mm2选配钢筋12/14@150（实际钢筋面积As=890mm2）（上表面受拉）。第二十五页，共五十页，2022年，8月28日跨中截面内力计算：底板自重标准值g4k=γ砼bh=25×1×0.3=7.5kN/m

计算值g4=g4k=7.5kN/m侧向水压力标准值q4k=γ水bH3=10×1×1.65=16.5kN/m

计算值q4=1.15q4k=1.15×16.5=18.98kN/m槽内水重标准值q5k=γ水bH3=10×1×1.65=16.5kN/m

计算值q5=1.15q5k=1.15×16.5=18.98kN/m第二十六页，共五十页，2022年，8月28日跨中内力计算值为：

Nc=q4H3/2=18.98×1.65/2=15.66kN=36.05–8.61–1.06=26.83kN·m跨中截面配筋计算：e0=Mc/Nc=26.83/15.66=1.71m＞h/2–a=0.3/2–0.03=0.12m属于大偏心受拉构件

e=e0–h/2+a=1710–300/2+30=1590mm第二十七页，共五十页，2022年，8月28日取As′=ρminbh0=0.0015×1000×270=405mm2

，实配钢筋14@300（实际钢筋面积As′=513mm2）。即：x＜2a′=60mm

e′=h/2–a+e0=300/2–30+1710=1830mm＞0.0015×1000×270=405mm2选配钢筋12/14@150（实际钢筋面积As=890mm2）（下面受拉）。结果见表5–2。第二十八页，共五十页，2022年，8月28日

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661（上表面）＜0Ø12/14@150（890）14@300（513）跨中498（下表面）＜0Ø12/14@150（890）14@300（513）表5–2底板支座与跨中计算钢筋面积与实际配筋面积第二十九页，共五十页，2022年，8月28日4）抗裂验算底板上部支托边临水面受拉，应进行裂缝宽度验算。①底板支座截面取底板支座补角边缘截面（x=0.15+0.2=0.35m）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αct=0.85。A0=Ac+αEAs+αEAs′=1000×300+6.67×890+6.67×513=3.09×105第三十页，共五十页，2022年，8月28日I0=Ic+Ac（y0–yc′）+αEAs（h0–y0）2+αEAs′（y0–a′）=1000×3003/12+1000×300(151.2-150)2+6.67×890(270-151.2)2+6.67×513×(151.2-30)2=2.25×109+0.43×106+0.08×109+0.05×109=2.38×109mm4

W0=I0/（h-y0）=2.38×109/（300-151.2）=1.6×107mm3第三十一页，共五十页，2022年，8月28日

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+1.84+4.69–16.78=15.79kN·me0=Mk/Nk=15.79/31.25=0.505m=505mm＞h/2–a=300/2–30=120mm属于大偏心受拉构件底板支座临水面满足抗裂要求。第三十二页，共五十页，2022年，8月28日

②底板跨中截面：跨中的轴向力和弯矩为：Nck=q4kH3/2=16.5×1.65/2=13.61kN=32.67-7.49-1.06=24.12kN·me0=Mk/Nk=24.12/13.61=1.77m=1770mm＞h/2–a=300/2–30=120mm属于大偏心受拉构件

满足抗裂要求。如果不满足抗裂要求，则需要进行裂缝宽度验算。第三十三页，共五十页，2022年，8月28日任务2:槽身纵向结构计算侧墙作为简支梁，设计时忽略人行桥板截面的影响而按单筋矩形截面计算。（1）计算简图

梁按侧墙平均厚度计算，即

b=（h1＋h2）/2=（0.2＋0.3）/2=0.25m

计算跨度l0=1.05ln=1.05×10.8=11.3m

（ln=lc－a=12－1.2=10.8m）第三十四页，共五十页，2022年，8月28日（2）荷载（每个侧墙承受总荷载的一半）人行道板及栏杆自重标准值

人行道板及栏杆自重计算值g5=g5k=2.3kN/m侧墙自重标准值g6k=γ砼bH2=25×0.25×2.5=15.6kN/m侧墙自重计算值g6=g6k=15.6kN/m底板自重标准值g7k=γ砼Bh3/2=25×3.6×0.3/2=13.5kN/m底板自重计算值g7=g7k=13.5kN/m第三十五页，共五十页，2022年，8月28日可变荷载：人群荷载标准值q1k=2.0kN/m人群荷载计算值q1=2.3kN/m槽内水重标准值q6k=γ水BnH1/2=10×3×2/2=30kN/m（正常水深）

q7k=γ水BnH2/2=10×3×2.5/2=37.5kN/m（满槽水深）槽内水重计算值

q6=1.15q6k=1.15×30=34.5kN/m（正常水深）

q7=1.05q7k=1.05×37.5=39.4kN/m（满槽水深）第三十六页，共五十页，2022年，8月28日3.内力计算跨中弯矩计算值支座边缘剪力计算值：第三十七页，共五十页，2022年，8月28日（4）正截面承载力计算

取as=100mm，h0=h－as=2950－100=2850mm选配钢筋620（实际钢筋面积为1884mm2）＜0.85ξb=0.468第三十八页，共五十页，2022年，8月28日（5）斜截面受剪承载力计算

KV=1.25×394.8=493.5kN

＞0.7ftbh0=0.7×1.1×200×2850=438.9kN

＜0.2fcbh0=0.2×9.6×200×2850=1094kN

需进行斜截面承载力计算。选配单肢箍筋Φ8@200，查表得Asv=50.3mm2，则

=438.9+188.2=627.1kN＞KV=1.25×394.8=493.5kN

按计算不需要设置弯起钢筋，为安全起见按构造每端弯起220的纵筋。第三十九页，共五十页，2022年，8月28日钢筋的弹性模量Es=2.0×105N/mm2，混凝土的弹性模量

Ec=3.00×104N/mm2，按倒T形截面进行验算，如图5–7所示。

（6）抗裂验算第四十页，共五十页，2022年，8月28日

第四十一页，共五十页，2022年，8月28日

W0=I0/（h–y0）=1.8×1012/（2950–2073.8）=2.05×109mm3根据《水工混凝土结构设计规范》选取γm值。查得γm=1.55，根据h值的不同应对γm值进行修正。侧墙承受荷载标准值产生的弯矩为：