渡槽结构计算书

目录

1.工程概况..............................................

2.槽身纵向内力计算及配筋计算...........................

(1)荷载计算..........................................

(2)内力计算..........................................

(3)正截面的配筋计算.................................

(4)斜截面强度计算...................................

(5)槽身纵向抗裂验算.................................

3.槽身横向内力计算及配筋计算...........................

(1)底板的结构计算....................................

(2)渡槽上顶边及悬挑部分的结构计算...................

(3)侧墙的结构计算...................................

(4)基地正应力验算...................................

1.工程概况

重建渡槽带桥，原渡槽后溢洪道断面下挖，以满足校核标准泄洪规定。目前.，东方

红干渠已整修改造完毕，东方红干渠设计成果显示，该渡槽上游侧渠底设计高程为

165.50m,下游侧渠底设计高程为165.40m。本次设计将现状渡槽拆除，按照上述干渠

设计底高程，结合溢洪道现状布置及底宽，在原渡槽位重建渡槽带桥，上部桥梁按照四

级道路标准，荷载标准为公路TI级折减，建筑材料均采用钢筋碎，桥面总宽5m。

现状渡槽拆除后，为满足东方红干渠的过流规定及溢洪道交通规定，需重建跨溢洪

道渡槽带桥。新建渡槽带桥轴线布置于溢洪道桩号0+95.25,同现状渡槽桩号，下底面

高程为165.20m,满足校核水位+0.5田超高规定，桥面高程167.40m,设计为现

浇结合预制混凝土结构，根据溢洪道设计断面，拟定渡槽带桥总长51nb8.5nX6跨。

上部结构设计如下：渡槽过水断面尺寸为2.7X1.6m,同干渠尺寸，采用C25钢筋碎，

底及侧壁厚20cm,顶壁厚30cm,筒型结构，顶部两侧壁水平挑出1.25m,并在

顺行车方向每隔2m设立一加劲肋，维持悬挑板侧向稳定，桥面总宽5m,路面净

宽4.4川，设计荷载标准为公路-H级折减，两侧设预制C20钢筋碎栏杆，基础宽0.5%

下部结构设计如下：下部采用C30钢筋混凝土双柱排架结构，并设立横梁，

由于地基为砂岩，基础采用人工挖孔端承桩，尺寸为1.2X1.2m,基础进一步岩层弱风

化层1.0m,盖梁尺寸为4X1.6X1.2m。

2.槽身纵向内力计算及配筋计算

根据支承形式，跨宽比及跨高比的大小以及槽身横断面形式等的不同，槽身应力状

态与计算方法也不同，对于梁式渡槽的槽身，跨宽比、跨高比一般都比较大，故可以按

侧墙§昙

底板IZ

30L13100p.00

一3700

梁理论计算。槽身纵向一般按满槽水。

图2—1槽身横断面型式］单位：mm)

(1)荷载计算

根据规划方案中拟定，渡槽的设计标准为4级，所以渡槽的安全级别IH级，则安

全系数为丫产0.9,混凝土重度为丫二25kN/n?,正常运营期为持久状况，其设计状况系数

为力二1.0,荷载分项系数为：永久荷载分项系数丫「尸1.05,可变荷载分项系数YQ=1.20,

结构系数为丫产1.2。

纵向计算中的荷载一般按匀布荷载考虑，涉及槽身重力(栏杆等小量集中荷载也

换算为匀布的)、槽中水体的重力、车道荷载及人群荷载。其中槽身自重、水重为永久

荷载，而车道荷载、人群荷载为可变荷载。

槽身自重：

标准值：gik=YoYVi=0.9X25X(0.3X5+0.2X2X2+0.2X2.5+0.2X0.3+0.IX

0.1+20.4X0.2+0.025X2+0.102X2)=72.09(kN/m)

设计值：gi=YG.gik=l.05X72.09=75.69(kN/m)

水重：标准值：g2k二Yo巾yVkO.9X9.81%(1.6X2.7-0.1X0.1-0.4X0.2)

=37.35(kN/m)

设计值：g2=YG.g2k=1.05X37.35=39,22(kN/m)

车辆荷载：

集中荷载标准值：pk=140X2=280kN

设计值：p=L2X280=336kN

人群荷载：标准值：qk=3.0(kN/m)

设计值：q=1.2X3=3.6(kN/m)

(2)内力计算

可按梁理论计算，沿渡槽水流方向按简支或双悬臂梁计算应力及内力:

lo=8500

图2—2

槽身纵向计算简图(单位：cm)

计算长度l=ln+a=6.9+0.8=7.7(m)

1=1.05L=l.05X6.9=7.245(m)

所以计算长度取为7.25m

2

跨中弯矩设计值为M=yoi|)X(gl+gl+q)I+-P1

2

1..1

=0.9X1,OX-XH8.6X7.25“+—X336X7.25

82

-1898.5(kN.m)

跨端剪力设计值Qnax=Y3xL(q+g]+g2)1+1.2P

2

二0.9X1.0义-X118.6X7.25+1.2X336=797.42(kN)

2

(3)正截面的配筋计算

对于简支梁式槽身的跨中部分底板处在受拉区，故在强度计算中不考虑底板的作

用，但在抗裂验算中，只要底板与侧墙的接合能保证整体受力，就必须按翼缘宽度的规

定计入部分或所有底板的作用。

不考虑底板与牛腿的抗弯作用，将渡槽简化为h=2.3m、b=0.4nl的矩形梁进行配筋。

考虑双筋，a=0.08,ho=2.3-0.08=2.22(m),rd=1.2o

11X

M<__[fcbx[h^--)](2—1)

YdYd2

fcbx=fyAs(2—2)

式中M一—弯矩设计值，按承载能力极限状态荷载效应组合计算，并考虑结构重要性

系数丫。及设计状况系数中在内；

M——截面极限弯矩值；

Y11----结构系数,Y(1-1.20；

fc一一混凝土轴心抗压强度设计值，混凝十选用C25,则

b一一矩形截面宽度；

x一一混凝土受压区计算高度；

ho——截面有效高度;

钢筋抗拉强度设计值;

As一一受拉区纵向钢筋截面面积;

将&二x/h。代入式（2—4）、（2—5）,并令Qs;&(1-0.5&)，则有

1°

Mw一(a)(2—3)

Yd

fcCbho=fyAs(2—4)

&(2—5)

根据以上各式，计算侧墙的钢筋面积如下:

YM1.2x1898.5xlO6

a=--d---------------------7~0.0942

2

fcbhl12.5x400x2200

4=1-J1-2as,=0.。98〈5=0.544

f.bh_12.5x0.098x400x2200

A-=(Q=3548("2〃/)

A31()

3548…-

P=——=---------=0.38%>pmin=O.15%

bh0400X2200

选4曲20+6业25As=1257+2945=4202(mm2)

（4）斜截面强度计算

hh222

已知v=797.42kN,—=—=----=5.55

bb0.4

v<1(0.25/M)

b

4

v<l(0.2/M)f=6

击(0.25xl2.5x400x2200)

=2291.75(KN)>v=797.42KN

按受力计算不需要配置腹筋，考虑到侧墙的竖向受力筋可以起到腹筋作用，但为固

定纵向受力筋位置，仍在两侧配置68@150的封闭箍筋。同时沿墙高布置业10@150的纵

向钢筋。

(5)槽身纵向抗裂验算

受弯构件正截面在即将开裂的瞬间，受拉区边沿的应变达成混凝土的极限拉伸值

£石，最大拉应力达成混凝土抗拉强度储。钢筋混凝土构件的抗裂验算公式如下：

MW丫.八£队(2—7)

Y«actftkW0(2—8)

式中acl一一混凝土拉应力极限系数，对荷载效应的短期组合act取为0.85；对荷载效

应的长期组合，act取为0.70；

Wo一一换算截面Ao对受拉边沿的弹性抵抗距；

yo——换算截面重心轴至受压边沿的距离；

Io——换算截面对其重心轴的惯性距;

f.k——混凝土轴心抗拉强度标准值。

混凝土的标号为C25,钢筋为II级钢，则Ec=2.8X10N/n)nK

5

Es=2.0X10N/mm"o

根据《水工混凝土结构设计规范》，选取Ym值。

由bjb>2,hf/h<0.2,查得ym=L40,在ym值附表中指出,根据h值的不同应

对ym值进行修正。

匕=(0.7+—)X1.40=(0.7+3")xl.40=1.19

h2700

11

--p

短期组合的跨中弯矩值Ms882

11

=0.9X1.0X-X118.6X7.25-9+—X336X7.25

82

=1898.5(kN.m)

12

1Qicxin

以",二(W。=1・19X0.85X1.75X°”u=2216(kN.m)>MS

…'k°2700-1250

长期组合的跨中弯矩值(人群荷载的准永久系数P=0)

M=0-9义1X118.6X7.252

OO

=858.67(kN.m)

1Qi5xIO12

九叱)=1.19x0.7xl.75x——=1824>此

Z/Mc,J,k°2700-1250

综合上述计算可知，槽身纵向符合抗裂规定。

3.槽身横向内力计算及配筋计算

由于在设计中选用了加肋的矩形槽，所以横向计算时沿槽长取肋间距长度上的槽

身进行分析〈作用于单位长脱离体上的荷载除q（自重力加水的重力）外，，两侧尚有

剪力孰及Q2,其差值△Q与荷载q维持平衡。AQ在截面上的分布沿高度呈抛物线形，

方向向上，它绝大部分分布在两边的侧墙截面上。工程设计中一般不考虑底板截面上的

剪力。

I]11111111111111111111111

（1）上（2）3⑶

<>

<>

<-->

->

针->

———>

3X11111111

（5）6

图3—1槽身横向计算计算简图

侧墙与底板均按四边固定支承板设计，计算条件为满槽水。

图3—1中L为肋间距，q1为作用于侧墙底部的水压力，q2为底板的重力与按满槽

水计算的槽内水压力之和，根据条件可得

（3—1）

%=汝+Yhs(3—2)

以上各式中丫——水的重度；

Yh一—钢筋混凝土的重度;

S一一底板厚度。

2“18耐^~87X与92

4)6)

-12.982.23

-14.930.28

(5)12.65&期

图：结构弯距图

图：结构剪力图

结构计算成果表

AB跨中BABC跨中CBCD跨中DCDA跨中

弯距

-14.9312.650.280.282.232.92-5.8618.05107.87-23.99-0.1

(KN.in)

剪力KN36.83033.678.546.1-15.46136.569.49143.29-3.08-6.1

⑴底板的结构计算

按照底板中部弯矩配筋，采用c25位，fcm=12.5N/mni根据《水工钢筋混凝土结构》,

板厚200nm1,受力钢筋间距取为100mm,具体配筋计算如下：

a=a'=30mm,ho=2OO-3O=170mm,取单宽计算b=1000mm

选用I级钢筋，则fc=210Wmm2,计算弯矩最大位置的配筋量：

Mx=14.93kN.m,N=36.83KN时,

19

Ya

fc€bho=fyAs

根据以上各式，计算底板的钢筋面积如下:

yM1.2xl4.93xl06

ct---d---——---------------；—0.057

2

f(.bhl12.5x1000x170

J=l-J1-2&=0.06屿,=0.544

〃九_12.5x0.061x1000x170

A.=617.3(m/7i2)

fy210

A617.3

p=——=-----=0.36%>pni„=0.15%

bh。170x1000

2

选①1()@125As=628(mm)

⑵渡槽上顶边及悬挑部分的结构计算

渡槽顶部两侧壁水三挑出1.25%并在顺行车方向每个两米设立一加劲肋，维持悬

挑板侧向稳定，顶壁厚30cmo按照悬臂根部最大弯矩计算配筋，采用c25位，

fcm=12.5N/mm根据《水工钢筋混凝土结构》,板厚300mln,受力钢筋间距取为100mm,

具体配筋计算如下：

a=a'=30mm,ho=3OO-4O=26Omm,取单宽计算b=1000mm

选用II级钢筋，则fc=310N/mm2,计算弯矩最大位置的配筋量：

Mx-131.86kN.m,N-143.29KN时，

1°

Yd

fcgbho=fyAs

WWW

根据以上各式，计算钢筋面积如下:

6

ydM_1.2xl3L86xlQ

%=2=0.187

f(.bhl-12.5x1000x260

J=l-Jl-24=0.209〈就=0.544

__12.5x0.209x1000x260

A.=--------=----------------------------------=2191(/??/n2)

选曲20@140As=2244(nun?)

(3)侧墙的结构计算

由于侧墙的受力为不均匀荷载，故按最大值的匀布荷载进行配筋，其结臭更安全。

①侧墙与肋所构成的T形梁的配筋计算

由于侧墙与肋所构成的T形截面梁，翼缘受拉不考虑其抗弯作用，故可简化成矩形

进行配筋计算。

不考虑纵向弯矩的影响。

内力组合:NLx=-14.93kN.m,N=-292.67kN

计算n值：

M14.93xlO6“0h850

金=—=-----------r=58.3/?7/7i>—=-----=2nXo〃vn

N292.67xl033030

故取偏心距为实际值eo=58.3mmo

尸0.50.5x12.5x850x2(X)的,…

/=--f匕c£——bh=---------------------=2o、t，取工尸1.0

1.2x292670

心＜15,.・4=1.0

h-

〃式"2,18101600.

//一1十------------=1H--------X-----X(-------/=1.035

140M/图140058850

判断大小偏心，由于Heo=l.035X58.3=60mm<0.3ho=O.3X810=243mm

所以，按小偏心受压构件计算。

e=r/e。+g—。=60+-40=445(m/??)

按最小配筋率计算As,pnin=0.2%,所以

As=pminbho=O.2%X200X810=324(mm2)

选

用2△IP=fEI

2

x.q/Mxg〃-x?)+('qxlxhlh-A70//2-xi%//%)

1

16,

兀Ne-fyA,(%-储)As=402mm'

%

fc灰

1.2x292670x541-310x167x(410-40)八…。

------------------------------；-------------=().0132

12.5x200x4102

J=l-Jl-2a"=1-71-2x0.0132=0.0134<短=0.544

x==0.0134x410=5.5mm<2a—80m/??

450

丫破1.2x292670x(356-+40)

A

'fy5°—a')310x(410-40)

<夕min"。

选用2610,A?=157mm2

斜截面受剪承载力计算：

—(0..25)=—x0.25x12.5x200x810=373.541kN>V=24.MN

YdL2

故截面尺寸满足抗剪规定。

102

一(「7/例o)+0・°7N

Yd4+L5

102

=一x——x12.5x200x810+0.07x294630>V=14.582N

1.21.4+1.5

故可不进行斜截面受剪承载力计算，而按构造规定配置箍筋选e6@200钢筋

抗裂验算：

一般情况需按荷载效应的短期组合及长期组合分别验算，本设计由于是粗略计算，

且可变荷载非常小，故只按荷载效应的长期组合进行抗裂验算。抗裂演算的对象为T

242

形截面梁。基本数据:Erf.OXIOWmm,Ec=2.0X10N/mm,形=1.7梁/mm；yd=l.75,

ast=0.7o具体计算如下：

换算截面面积

Ao=bh+(bfb)bf+aiAs+aEAS'

=200X850+(2023-200)X200+也(226+402)

2.8xl04

=454485.7(mm2)

换算截面的重心至受拉边沿的距离

hylbf(h-y°)3(bf—b)(h—y「hf)3

In=---+----------------：---------------：---

°333

+蜘(即£西的夕华<明用%[/也)+%4'储

山200l324.53।20()6乂(855324.5,1800(850—324.5—200)3

~3~~；+3°3

--X50+1800x200x(85()-100)4-—x(402x810+226x40)

_______22.8

―454485.7

=324.5(〃2M

+；x[402x(810-324.5)2+226x(324.5-4O)2]

=(mm1)

换算截面对其重心的惯性矩

8552541087

1.75x0.7x454485.7x

850-324.5

8552541087

，oA)—w。443.3x454485.7-

850-324.5

=489.2(KV)>N1=162.2kN

通过以上的验算可知，侧墙肋的配筋满足抗裂规定。

②底板与肋所构成的T形截面梁的结构计算

根据底板的内力图，选取两组内力按偏心受拉构件进行结构计算。

第一组内力组合：M=14.93kN.m,N=8.54kN.m

由于底板与肋所构成的T形截面梁，翼缘受拉不起抵抗弯矩的作用，故可简化成矩

形截面进行配筋计算。

lo/h=23OO4-400=5.75<8,故不需考虑纵向弯曲的影响。

M14930h400认口-、u匚…

e=——=--------=1304mm>一=-----=113O.3omm，故取偏心距eo=704mm

nN8.543030

取"=1・0。

乙=1.15-0.01-^=1.0925

h

11302300

77=1+----------------(/。/力)2或△=1+——X—XX1.0925=1.0132

14O0(eo///o)°.1400704400

判断大小偏心，由于neo=l.心32X1304=713.3（mm）,所以按大偏心受拉构件计算

配筋。

计算AJ及As：

h400

e=r/e0+——6/=713.34-F-40=873.3(阳〃?)

对于II级钢筋，asb=0.396

J_yNe-fhl^_1.2x8540x873.3-12.5x200x3602

A0=d；c=-<0

刀（%-优）310(360-40)

A(%一")

ast

1.2x8540x873.3-310x157x(360-40)

=0.031

12.5x200x3602

选用2@J0,As=157nimJo（偏心受拉构件根据《水工钢筋混凝土结构》不需考虑Pi

的限制。

自二1-J1_24=0.031©=0.544

.fcbh()12.5x().031x400x20().

A、=——-=----------------------=1(XX〃2〃厂2)

sfy310

A

p=—=-----------=0.19%>P=0.15%

bh0360x200rain

选用2曲8,As=101(mm2)

第二组内力组合：M=12.65kN.m,N=8.54kN

在此组内力组合作用下，肋的外侧受拉，所以必须通过配筋计算来保证肋外侧的受

拉强度。计算截面为T形,受拉翼缘宽度bj=2023mm,高度hJ=200mm,肋宽b=200mm,

肋高h=400mm<>

M7460h

e--=------=305.7(mm)>一,故按大偏心计算。

0N24.430

2

bh'hf

_—^bf-b)hf(h-^)

y-7f

bh4-(bf-b)hf

200x4002

----------+(2000-200)x200x(400-100)

=281.8(〃〃%)

200x400+(2000-200)x200

e=e0+y-a=484.9+281.8-40=726.7(+、)

重心轴到受拉边沿的距离为

对于【【级钢筋，ast=0.396

，YdNe-fc[^xlbh-+(hf-b)hf(/?0-f)]

A=___________________________________j

、f：(〃o-储)

1.2x8540x726.7—12.5x2.396x2000x40()2

―310x(360-40)

(2000-200)x400x(360-40)

310x(360-40)

<0

故按第一组内力组合求得的AEOlmni?满足第二组内力组合的配筋规定，所以AJ

=157mm\同理可得，第一组内力组合的AJ=157nrf亦满足第二组内力组合A,的规定。

抗裂验算：

5J2

已知：Es=2.OX10N/mm,Es=2.8Xftk=l.TSN/mm,ym=l.75,cct=0.7,

换算截面面积Ao=bh+(bf-b)hf+a向+a小」

2.OxlO5

=200X400+(2023-200)X200+--------X(157+101)

2.8xlO4

=375428.57(mm2)

2

bhhf，

十(bf—b)h,(Il—彳)+%△%+%Asci

~T

>o=4

^^^-+1800x200x(400-100)+^x(101x3604-157x40)

-375428.57

=264.0(〃〃〃)

换算截面的重心到受压边沿的距高

换算截面对其重心的惯性矩

33

_byl