渡槽槽身纵向结构设计讲义

任务1:槽身横向结构计算任务2:槽身纵向结构计算项目四:渡槽槽身结构设计一、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。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。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]=l0/5005.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。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图抗裂验算任务1:槽身横向结构计算（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

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·m5）配筋筋计算（（按单筋设设计）C20混混凝土，，fc=10N/mm2,Ⅰ级钢钢筋，fy=210N/mm2，取as=30mm,h0=h－as=100－30=70mm＞ρminbh0=0.0015×1000××70=105mm2选配Φ12300（实配钢钢筋面积积As=377mm2）（2）侧侧墙设计计按受弯构构件计算算1）尺寸寸拟定取侧墙顶顶部厚度度为h上=200mm（按规范范要求不小于80mm和l/30=2950/30=98mm）；侧墙底部部厚度为为h下=300mm（要求不小于150mm）；纵向向取单位位宽度b=1000mm。2）计算算简图：：按固接于于底板上上的悬臂臂板计算算见图4。当侧墙较较高时，，弯矩M变化较大大，为了了节约材材料，取取墙底1-1断面及其其上x=1m处2-2截面来进进行计算算。图示返回3）荷载载计算（因风荷荷载所引引起的内内力较侧侧向水压压力、人人群荷载载等引起起的内力力小得多多，故这这里忽略略风荷载的影响））侧向水压压力：持久状况况(正常常水深)标准值q4k=γ水bH1=10××1×2=20kN/m设计值q4=γQq4k=1.2×20=24kN/m短暂状况况(满槽槽水深)标准值q5k=γ水bH2=10××1×2.5=25kN/m设计值q5=γQq5k=1.1×25=27.5kN/m人行桥传传来弯矩矩M桥=1.84kN·m1-1断断面：4）正截截面承载载力计算算=27.34+1.96=29.30kN·m2-2断断面：=5.91+1.96=7.87kN··m1-1截截面配筋筋计算取as=30mm，h0=h－as=300－30=270mm＜0.85ξb=0.468mm2＞ρminbh0=0.0015×1000×270=405mm2选配钢筋筋12150（实配钢钢筋面积积As=754mm2）（内侧侧受拉））。2-2截截面配筋筋计算因侧墙顶顶部厚度度为200mm，侧墙墙底部厚厚度为300mm，侧侧墙高度度为2.5m，，2–2截面距距底部距距离为1m，可可以得出出2–2截面处处的侧墙墙厚度为为260mm。。取as=30mm，h0=h－as=300－30=270mm＜ρminbh0=0.0015×1000×230=345mm2选配钢筋实配配钢筋选配配Φ12300（实配钢筋面面积As=377mm2）＜0.85ξb=0.468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）1–130029.3463Ø12150（As=754）2–22607.87143Ø12300（As=377）计算结果见表表5–1。表5–1侧墙横向配筋筋计算5）抗裂验算算侧墙内侧受拉拉且处于临水水面，应进行行抗裂验算。。按荷载标准值值计算的弯矩矩值：=26.04+1.84=27.88kN·m查表得：混凝凝土拉应力限限制系数αct=0.85，，HRB335级钢筋的的弹性模量Es=2.0×105N/mm2，C30混凝凝土的弹性模模量Ec=3.00××104N/mm2。受拉钢筋的配配筋率：ρ=As/（bh0）=754/（1000×270）=0.0028钢筋与混凝土土的弹性模量量之比：αE=Es/Ec=2.0×105/（3.00×104）=6.67y0=（0.5+0.425αEρ）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满足抗裂要求求。（3）底板设设计底板为一偏心受拉构件件，应按下列两两种情况进行行配筋计算：：①两端最大负负弯矩（发生在最大大水深且人行行桥上有人群群荷载时）及及相应的拉力力N；②跨中最大正正弯矩（发生在水深深为槽宽的一半，即H3=B/2=3.3/2=1.65m，且人行桥上上无人群荷载载时）及相应应的拉力N。1）尺寸拟定定底板厚度应为为侧墙厚度的的（2/3-1）倍，取取底板厚度h=300mm，宽度取单位位宽度b=1000mm。2）计算简图图计算简图见图图5所示，图图中，B=3＋0.3=3.3m底板计算简图图3）内力计算算和配筋计算算支座截面：支座截面配筋筋计算：取a=a′=30mm，h0=h–a=300–30=270mme0=MA/NA=34.22/32.81=1.04m＞h/2–a=0.3/2–0.03=0.12m属于大偏心受受拉构件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14300（实际钢筋面面积As′=513mm2），则x=ξh0=0.0011×270=0.3mm＜2a′=60mme′=h/2–a+e0=300/2–30+1040=1160mm＞0.0015×1000×270=405mm2选配钢筋12/14150（实际钢筋面面积As=890mm2）（上表面受受拉）。跨中截面内力力计算：底板自重标标准值g4k=γ砼bh=25×1××0.3=7.5kN/m计算值g4=g4k=7.5kN/m侧向水压力标标准准值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跨中内力计算算值为：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属于大偏心受受拉构件e=e0–h/2+a=1710–300/2+30=1590mm取As′=ρminbh0=0.0015×1000×270=405mm2，实配钢筋14300（实际钢筋面面积As′=513mm2）。即：x＜2a′=60mme′=h/2–a+e0=300/2–30+1710=1830mm＞0.0015×1000×270=405mm2选配钢筋12/14150（实际钢筋面面积As=890mm2）（下面受拉拉）。结果见见表5–2。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）＜0Ø12/14150（890）14300（513）跨

中498（下表面）＜0Ø12/14150（890）14300（513）表5–2底底板支座与跨跨中计算钢筋筋面积与实际际配筋面积4）抗裂验算算底板上部支托托边临水面受受拉，应进行行裂缝宽度验验算。①底板支座截截面取底板支座补补角边缘截面面（x=0.15+0.2=0.35m））作为计算截截面，并按满满槽水深加人人群荷载的组组合按下式进进行抗裂验算算。混凝土拉应力力限制系数αct=0.85。A0=Ac+αEAs+αEAs′=1000×300+6.67×890+6.67××513=3.09×105I0=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××109mm4W0=I0/（h-y0）=2.38×109/（300-151.2）=1.6×107mm3底板与侧墙补补角边缘到侧侧墙中心的距距离x=0.35m。此截面的轴轴向力及弯矩矩为：=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属于大偏心受受拉构件底板支座临水水面满足抗裂裂要求。②底板跨中截面面：跨中的轴向力力和弯矩为：：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属于大偏心受受拉构件满足抗裂要求求。如果不满满足抗裂要求求，则需要进进行裂缝宽度度验算。任务2:槽身身纵向结构计计算侧墙作为简支梁，设计时忽略略人行桥板截面面的影响而按单单筋矩形截面面计算。（1）计算简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）（2）荷载（每个侧墙承承受总荷载的的一半）人行道板及栏栏杆自重标准值人行道板及栏栏杆自重计算算值g5=g5k=2.3kN/m侧墙自重标准准值g6k=γ砼bH2=25×0.25×2.5=15.6kN/m侧墙自重计算算值g6=g6k=15.6kN/m底板自重标准准值g7k=γ砼Bh3/2=25××3.6×0.3/2=13.5kN/m底板自重计算算值g7=g7k=13.5kN/m可变荷载：人群荷载标准准值q1k=2.0kN/m人群荷载计算算值q1=2.3kN/m槽内水重标准准值q6k=γ水BnH1/2=10××3×2/2=30kN/m（（正常常水深）q7k=γ水BnH2/2=10××3×2.5/2=37.5kN/m（满满槽水深）槽内水重计算算值q6=1.15q6k=1.15××30=34.5kN/m（（正常水深深）q7=1.05q7k=1.05××37.5=39.4kN/m（（满槽水水深）3.内力计算算跨中弯矩计算算值支座边缘剪力力计算值：（4）正截面面承载力计算算取as=100mm，h0=h－as=2950－－100=2850mm选配钢筋620（实际际钢筋面积为为1884mm2）＜0.85ξb=0.468（5）斜截面面受剪承载力力计算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需进行斜截面面承载力计算算。选配单肢肢箍筋Φ8200，查表表得Asv=50.3mm2，则=438.9+188.2=627.1kN＞＞KV=1.25××394.8=493.5kN按计算不需要要设置弯起钢钢筋，为安全全起见按构造造每端弯起220的纵纵筋。钢筋的弹性模模量Es=2.0×105N/mm2，混凝土的弹性性模量Ec=3.00××104N/mm2，按倒T形截面面进行验算，，如图5–7所示。（6）抗裂验验算W0=I0/（h–y0）=1.8××1012/（2950–2073.8）=2.05×109mm3根据《水工混凝土结结构设计规范范》选取γm值。查得γm=1.55，根据h值的不同应对对γm值进行修正。。