渡槽結(jié)構(gòu)計(jì)算書

1、目錄1. 工程概況 12槽身縱向內(nèi)力計(jì)算及配筋計(jì)算 1(1) 荷載計(jì)算 2(2) 內(nèi)力計(jì)算 2(3) 正截面的配筋計(jì)算 3(4) 斜截面強(qiáng)度計(jì)算 4(5) 槽身縱向抗裂驗(yàn)算 5 3槽身橫向內(nèi)力計(jì)算及配筋計(jì)算(1) 底板的結(jié)構(gòu)計(jì)算 8(2) 渡槽上頂邊及懸挑部分的結(jié)構(gòu)計(jì)算 8(3) 側(cè)墻的結(jié)構(gòu)計(jì)算 9( 4) 基地正應(yīng)力驗(yàn)算 151.工程概況重建渡槽帶橋，原渡槽后溢洪道斷面下挖，以滿足校核標(biāo)準(zhǔn)泄洪要求。目前，東方紅干渠已整修改造完畢，東方紅干渠設(shè)計(jì)成果顯示，該渡槽上游側(cè)渠底設(shè)計(jì)高程為 165.50m，下游側(cè)渠底設(shè)計(jì)高程為165.40m。本次設(shè)計(jì)將現(xiàn)狀渡槽拆除，按照上述干渠設(shè)計(jì)底高程，結(jié)合溢洪道現(xiàn)

2、狀布置及底寬，在原渡槽位重建渡槽帶橋，上部橋梁按照四級道路標(biāo)準(zhǔn)，荷載標(biāo)準(zhǔn)為公路-n級折減，建筑材料均采用鋼筋砼，橋面總寬5m現(xiàn)狀渡槽拆除后，為滿足東方紅干渠的過流要求及溢洪道交通要求，需重建跨溢洪道渡槽帶橋。新建渡槽帶橋軸線布置于溢洪道樁號0+95.25 ,同現(xiàn)狀渡槽樁號，下底面高程為165.20m，滿足校核水位+0.5m超高要求，橋面高程167.40m，設(shè)計(jì)為現(xiàn)澆結(jié)合預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)，根據(jù)溢洪道設(shè)計(jì)斷面，確定渡槽帶橋總長51m, 8.5mx 6跨。上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下：渡槽過水?dāng)嗝娉叽鐬?.7 X 1.6m，同干渠尺寸，采用 C25鋼筋砼，底及側(cè)壁厚 20cm，頂壁厚 30cm，筒型結(jié)構(gòu)，頂部兩側(cè)

3、壁水平挑出1.25m，并在順行車方向每隔2m設(shè)置一加勁肋，維持懸挑板側(cè)向穩(wěn)定，橋面總寬5m,路面凈1.2 X 1.2m，基礎(chǔ)深入巖層弱風(fēng)化寬4.4m，設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)為公路-n級折減，兩側(cè)設(shè)預(yù)制 C20鋼筋砼欄桿，基礎(chǔ)寬 0.5m。 下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下：下部采用C30鋼筋混凝土雙柱排架結(jié)構(gòu)，并設(shè)置橫梁，由于地基為砂巖，基礎(chǔ)采用人工挖孔端承樁，尺寸為層1.0m，蓋梁尺寸為 4 X 1.6 X 1.2m。2 槽身縱向內(nèi)力計(jì)算及配筋計(jì)算根據(jù)支承形式，跨寬比及跨高比的大小以及槽身橫斷面形式等的不同，槽身應(yīng)力狀跨高比一般都比較大，故可以按態(tài)與計(jì)算方法也不同， 對于梁式渡槽的槽身，跨寬比、3003100腫JZO

4、I'I梁理論計(jì)算。槽身縱向一般按滿槽水。圖2 1 槽身橫斷面型式(單位： mn)(1) 荷載計(jì)算根據(jù)規(guī)劃方案中擬定，渡槽的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為4級，所以渡槽的安全級別川級，則安全系數(shù)為丫 0=0.9 ,混凝土重度為丫 =25kN/m3,正常運(yùn)行期為持久狀況，其設(shè)計(jì)狀況系數(shù)為“ =1.0 ,荷載分項(xiàng)系數(shù)為：永久荷載分項(xiàng)系數(shù)丫 g=1.05 ,可變荷載分項(xiàng)系數(shù)丫 c=1.20 , 結(jié)構(gòu)系數(shù)為丫 d=1.2。縱向計(jì)算中的荷載一般按勻布荷載考慮，包括槽身重力(欄桿等小量集中荷載也 換算為勻布的)、槽中水體的重力、車道荷載及人群荷載。其中槽身自重、水重為永久 荷載，而車道荷載、人群荷載為可變荷載。槽身自重

5、：標(biāo)準(zhǔn)值：gik=Y 0 “Y Vi=0.9 X 25 X (0.3 X 5+0.2 X 2 X 2+0.2 X 2.5+0.2 X 0.3+0.1 X 0.1+20.4 X 0.2+0.025 X 2+0.102 X 2)=72.09 (kN/m) 設(shè)計(jì)值：g 1= y Go g1k=1.05 X 72.09=75.69 (kN/m)水重： 標(biāo)準(zhǔn)值： g2k=Y 0 Uy V2=0.9 X 9.81 X( 1.6 X 2.7-0.1 X 0.1-0.4 X 0.2 )=37.35 (kN/m)設(shè)計(jì)值：g 2=y g g2k=1.05 X 37.35=39.22(kN/m)車輛荷載：集中荷載標(biāo)

6、準(zhǔn)值：p k=140X 2=280 kN設(shè)計(jì)值：p=1.2 X 280=336 kN人群荷載：標(biāo)準(zhǔn)值：q k=3.0 ( kN/m)設(shè)計(jì)值：q=1.2 X 3=3.6 ( kN/m)(2) 內(nèi)力計(jì)算可按梁理論計(jì)算，沿渡槽水流方向按簡支或雙懸臂梁計(jì)算應(yīng)力及內(nèi)力:l 0 =8500圖2 2 槽身縱向計(jì)算簡圖(單位：cm)計(jì)算長度 1=1 n+a=6.9+0.8=7.7(m)1=1.051n=1.05 X 6.9=7.245(m)所以計(jì)算長度取為7.25m, 2 1跨中彎矩設(shè)計(jì)值為 M= 丫 oX( gi+gi+q) I + pl2121=0.9X 1.0 X X 118.6 X 7.25 2+X

7、336 X 7.258 2=1898.5 (kN.m)1跨端剪力設(shè)計(jì)值Q maX=Y®X ( q+g1 + g2)l+1.2P21=0.9 X 1.0 X X 118.6 X 7.25+1.2 X 336=797.42 (kN) 2(3) 正截面的配筋計(jì)算對于簡支梁式槽身的跨中部分底板處于受拉區(qū)，故在強(qiáng)度計(jì)算中不考慮底板的作用，但在抗裂驗(yàn)算中，只要底板與側(cè)墻的接合能保證整體受力，就必須按翼緣寬度的規(guī)定計(jì)入部分或全部底板的作用。不考慮底板與牛腿的抗彎作用，將渡槽簡化為h=2.3m、b=0.4m的矩形梁進(jìn)行配筋?？紤]雙筋,a=0.08 , h0=2.3-0.08=2.22(m) , rd

8、=1.2 。Su丄fcbx(h°df cbX=f yAS(2 1)(2 2)式中M彎矩設(shè)計(jì)值，按承載能力極限狀態(tài)荷載效應(yīng)組合計(jì)算，并考慮結(jié)構(gòu)重要性 系數(shù)丫 0及設(shè)計(jì)狀況系數(shù)®在內(nèi)；M u 截面極限彎矩值；丫 d結(jié)構(gòu)系數(shù)，丫 d=1.20 ；fc混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，混凝土選用C25,則fc=12.5N/mm；b矩形截面寬度；x混凝土受壓區(qū)計(jì)算高度；h0截面有效高度；fy鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；As受拉區(qū)縱向鋼筋截面面積；(1-0.5 E),則有(2 3)(2 4)(2 5)將 E =x/h 0代入式(2 4)、(2 5),并令 a s= EM 丄(仁 sbho)df c E

9、 bho=fyA根據(jù)以上各式，計(jì)算側(cè)墻的鋼筋面積如下:dM 1.2 1898.5 106 fcbho =12.5 400 220021. 1 2 s 0.098 b 0.544Asfcbh。12.5 0.098 400 22003103548(mm2)Asbh°3548400 22000.38 %>p min=0.15%選4山20+6立25 As=1257+2945=4202 ( m(4 )斜截面強(qiáng)度計(jì)算已知 v=797.42kN ,仏h222 =5.55bb 0.4虹=4,bv 丄(0.25 fcbho) rd=6=2291.75 (KN >v=797.42KN1v (

10、O.2fcbho) rd1(0.25 12.5 400 2200)1.2按受力計(jì)算不需要配置腹筋，考慮到側(cè)墻的豎向受力筋可以起到腹筋作用， 但為固 定縱向受力筋位置，仍在兩側(cè)配置$8150的圭寸閉箍筋。同時(shí)沿墻高布置$_ 10150的縱向鋼筋。(5)槽身縱向抗裂驗(yàn)算受彎構(gòu)件正截面在即將開裂的瞬間，受拉區(qū)邊緣的應(yīng)變達(dá)到混凝土的極限拉伸值£ max,最大拉應(yīng)力達(dá)到混凝土抗拉強(qiáng)度ft。鋼筋混凝土構(gòu)件的抗裂驗(yàn)算公式如下：MY ma ctftkW( 2 7)My Ma ctftkW( 2 8)式中a ct 混凝土拉應(yīng)力極限系數(shù)，對荷載效應(yīng)的短期組合act取為0.85 ;對荷載效應(yīng)的長期組合，a

11、 ct取為0.70 ；W 0換算截面A對受拉邊緣的彈性抵抗距；y0換算截面重心軸至受壓邊緣的距離；I0換算截面對其重心軸的慣性距；ftk混凝土軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。混凝土的標(biāo)號為 C25,鋼筋為n級鋼，貝y Ec=2.8 x 104N/mnm,52Es=2.0 x 10 N/mm。根據(jù)水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，選取丫 m值。由 bf/b >2, hf/h v 0.2，查得丫m=1.40,在丫 m值附表中指出，根據(jù)h值的不同應(yīng)對丫 m值進(jìn)行修正。(0.7 學(xué))1.40 (0.72700)140 1-19短期組合的跨中彎矩值Ms1 2 1 2 10(評0嚴(yán))+J=0.9X 1.0 X 1 X 1

12、18.6 X 7.25 2+ 1 X 336 X 7.258=1898.5 (kN.m)m ctftkW。1.19 0.85 1.75121.815 10270012502216(kN.m) >MS長期組合的跨中彎矩值（人群荷載的準(zhǔn)永久系數(shù)P=0)0(8gklo) = 0.9 X1 X 118.6 X 7.258=858.67(kN.m)1.19 0.7 1.75121.815 102700 12501824.7(kN.m) >M綜合上述計(jì)算可知，槽身縱向符合抗裂要求。3 槽身橫向內(nèi)力計(jì)算及配筋計(jì)算由于在設(shè)計(jì)中選用了加肋的矩形槽，所以橫向計(jì)算時(shí)沿槽長取肋間距長度上的槽身進(jìn)行分析。作

13、用于單位長脫離體上的荷載除q （自重力加水的重力）外，兩側(cè)還有剪力Q及Q,其差值 Q與荷載q維持平衡。 Q在截面上的分布沿高度呈拋物線形， 方向向上，它絕大部分分布在兩邊的側(cè)墻截面上。工程設(shè)計(jì)中一般不考慮底板截面上的剪力。W川1I1 ? 'f I1 If T J V 1| V I If1' I 'l 111 111 ( 1 )2. ( 2 )<A4A亠(什(3( 3 )6 )4q2為底板的重力與按滿槽（3 1）（32）q1hq2hh以上各式屮丫-水的重度；Y鋼筋混凝土的重度;S-底板厚度。圖3 1槽身橫向計(jì)算計(jì)算簡圖 側(cè)墻與底板均按四邊固定支承板設(shè)計(jì)，計(jì)算條件為滿

14、槽水。 圖3 1中I i為肋間距，qi為作用于側(cè)墻底部的水壓力, 水計(jì)算的槽內(nèi)水壓力之和，根據(jù)條件可得107.87-131.861(1 )J21"18：06幻'-8.783-92( 3 )4 ):6 )|-12.982.23-14.93-14.930.285(5 )12.65薩8-0.46 -23.99-5864143.29圖：結(jié)構(gòu)彎距圖136.5411.06-2.631 D I-3.46-19i-，36(35.46 ( 3 )-149.38-142.6336.83號54( 5 )82467圖：結(jié)構(gòu)剪力圖結(jié)構(gòu)計(jì)算成果表AB跨中XBABC跨中CBCD跨中DCDA跨中彎距(KN.

15、m)-14.9312.650.280.282.232.92-5.8618.05107.87-23.99-0.1剪力KN36.83033.678.546.1-15.46136.569.49143.29-3.08-6.1底板的結(jié)構(gòu)計(jì)算按照底板中部彎矩配筋，采用C25砼，fcm=12.5N/mm根據(jù)水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)板厚200mm受力鋼筋間距取為 100mm具體配筋計(jì)算如下：a= a ' =30mm ho=2OO-3O=17Omm,取單寬計(jì)算 b=1000mm選用I級鋼筋，則fc=210N/mm,計(jì)算彎矩最大位置的配筋量：, N=36.83KN 時(shí)，M 丄(fc sbh；)df c E bh

16、o=f yAs根據(jù)以上各式，計(jì)算底板的鋼筋面積如下:6dM 1.2 14.93 10fcbh；=12.5 1000 1702=0.05711 2 s 0.061 b 0.544fcbh。12.5 0.061 1000 170210617.3(mm2)As617.3bh0170 10000.36 %>p min=0.15%選 10125 As=628 (mm2)渡槽上頂邊及懸挑部分的結(jié)構(gòu)計(jì)算渡槽頂部兩側(cè)壁水平挑出1.25m,并在順行車方向每個(gè)兩米設(shè)置一加勁肋，維持懸挑板側(cè)向穩(wěn)定，頂壁厚30cm。按照懸臂根部最大彎矩計(jì)算配筋，采用c25砼,fcm=12.5N/mm根據(jù)水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，板厚

17、300mm受力鋼筋間距取為 100mm 具體配筋計(jì)算如下：a= a ' =30mm ho=3OO-4O=26Omm,取單寬計(jì)算 b=1000mm選用n級鋼筋，則fc=310N/mm,計(jì)算彎矩最大位置的配筋量：MX, N=143.29KN 時(shí)，1 2M (fc sbh。)df c E bh0=f yAsET b根據(jù)以上各式，計(jì)算鋼筋面積如下:dM 1.2 131.86 106 fcbh；=12.5 1000 26021.1 2 s 0.209 b 0.544As bh°12.5 0.209 1000 2603102191(mm2)2191260 10000.84 %>p

18、min=0.15%選d20140 A s=2244 (mrr)(3)側(cè)墻的結(jié)構(gòu)計(jì)算其結(jié)果更安全。故可簡化成矩形由于側(cè)墻的受力為不均勻荷載，故按最大值的勻布荷載進(jìn)行配筋,側(cè)墻與肋所構(gòu)成的T形梁的配筋計(jì)算由于側(cè)墻與肋所構(gòu)成的 T形截面梁，翼緣受拉不考慮其抗彎作用, 進(jìn)行配筋計(jì)算。不考慮縱向彎矩的影響。內(nèi)力組合：Mnax=-14.93kN.m ,N=-292.67kN計(jì)算n值：M14.93 106h 58.3mm30 -9 -850 28mm30e0N3292.67 1030.5fcbhiIo hdN15,20.5 12.5 850 200 o 3 1,1.2 2926701.0，取Z 1=1.02

19、* 1盅詈(黠1.035判斷大小偏心，因?yàn)閚e0=1.035 x 58.3=60mm<0.3h0=0.3 x 810=243mmh850e e0 2a 6040445( mm)2所以，按小偏心受壓構(gòu)件計(jì)算。按最小配筋率計(jì)算As，p min=0.2%，所以選用2M1M Pdx1PEI也1 11 34h(押/3hM 0h -16,E11 4652As= p minbh0=O.2%x 200x 810=324 ( mrri)孕“ZhM0Ih- -q2I1I3h)3 2As=4021 (加,430EI1丄（為丿伸3EI2 6M 0lhstd Ne fy As (h°?)fCbh02 m

20、m1.2 292670541310 167(41012.5 200 410240)0.01322 st1、120.01320.01340.544Ash00.0134Nefy(h0 a )minbh4105.5mm 2a 80 mm1 .2292670(356450240 )310(41040 )選用 2© 10, A =157mrn0.2fcbho)1.50.07N11.212.5 200 8101.4 1.50.07 294630故可不進(jìn)行斜截面受剪承載力計(jì)算，而按構(gòu)造要求配置箍筋選014.58kN6200鋼筋斜截面受剪承載力計(jì)算：(0.25fcbh。)d10.25 12.5 20

21、0 810373.541kN V 24.4kN1.2故截面尺寸滿足抗剪要求。抗裂驗(yàn)算:般情況需按荷載效應(yīng)的短期組合及長期組合分別驗(yàn)算，本設(shè)計(jì)因?yàn)槭谴致杂?jì)算,且可變荷載非常小，故只按荷載效應(yīng)的長期組合進(jìn)行抗裂驗(yàn)算?？沽蜒菟愕膶ο鬄門形截面梁?；緮?shù)據(jù)：民=2.0 X 105N/mm, Ec=2.0 X 104N/mrii, f tk=1.75N/mm2, 丫 d=1.75 ,a st =0.7。具體計(jì)算如下:換算截面面積A)=bh+ (bf-b ) bf+ a eA»+ a eAsz2 0 10 =200 X 850+ (2000-200 )X 200+- X( 226+402)2.8

22、 104=454485.7(mrn)換算截面的重心至受拉邊緣的距離y。bh2丄(bfb)hf(h 寧)E Ash0E As aA0200 850221800 200 (850 100)202 8(402 810226 40)454485 .7324.5(mm)by； bf (h y。)3 I0 E3(bf b)(h y。 hf)2e As (h°y°)3200 324.52e As (y° a )32000(850324.5)31800(850324.5 200)32.0 105 +42.8 10402 (810324.5)2226(324.540)2=85524

23、541087(mr4)m ct ftkW0e° A0W08552541087454485.7 - 850 324.58552541087 443.3 454485.7850 324.51.75 0.7489.2(kN)Ni 162.2kN換算截面對其重心的慣性矩經(jīng)過以上的驗(yàn)算可知，側(cè)墻肋的配筋滿足抗裂要求。底板與肋所構(gòu)成的T形截面梁的結(jié)構(gòu)計(jì)算根據(jù)底板的內(nèi)力圖，選取兩組內(nèi)力按偏心受拉構(gòu)件進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算。第一組內(nèi)力組合：, 由于底板與肋所構(gòu)成的 T形截面梁，翼緣受拉不起抵抗彎矩的作用，故可簡化成矩 形截面進(jìn)行配筋計(jì)算。I 0/h=2300十400=5.75<8，故不需考慮縱向彎曲的影

24、響。e°M149301304 mmhN8.5430取Z1=1.0。21.150.01 ©h1.092512(l°/h)12111400(e°/h°)判斷大小偏心，因?yàn)閚13.3mm，故取偏心距e0=704mm30丄 360 (型)21.09251.01321400704400e°=1.0132 X 1304=713.3(mm,所以按大偏心受拉構(gòu)件計(jì)算配筋。計(jì)算A，及As:h400eeoa 713.340 873.3(mm)2 2d Ne fcbh：fy (ho a )對于n級鋼筋，a sb=0.3961.2 8540 873.3 12

25、.5 200 3602310(360 40)d Ne fy 代(h° a)Stfcbh。21.2 8540 873.3 310 157 (360 40)20.03112.5 200 360.2min選用2也10, A=157mm。(偏心受拉構(gòu)件根據(jù)水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)不需考慮p的限制。1120.031 b 0.544Afcbh。125 °.°31 400 200100(mm2)310100bh0360 2000.19 %>p min=0.15%選用 2 也8, As=101 ( mrn)第二組內(nèi)力組合：在此組內(nèi)力組合作用下，肋的外側(cè)受拉，所以必須通過配筋計(jì)算來

26、保證肋外側(cè)的受拉強(qiáng)度。計(jì)算截面為T形，受拉翼緣寬度 br=2000mm高度hf，=200mm肋寬b=200mm肋高 h=400mme。746024.4305.7(mm)30，故按大偏心計(jì)算。重心軸到受拉邊緣的距離為bh2(bfb)hf(h2bh (bfb)hf200 40022(2000 200) 200 (400 100)200 400 (2000 200) 200281.8(mm)e e0 y a 484.9 281.8 40 726.7(mm)對于n級鋼筋，a st=0.396故按第一組內(nèi)力組合求得的As=101mrh滿足第二組內(nèi)力組合的配筋要求,As2hfdNe fc Ah。2 (bf

27、 b)hf (h°-)2fy (h0 a )4001.2 8540726.712.50.3962000310(36040)(2000200)400(36040)310(36040)0=157mh。同理可得，第一組內(nèi)力組合的Asz =157mrh亦滿足第二組內(nèi)力組合抗裂驗(yàn)算：已知：Es=2.0 X 105N/mh, Es=2.8 X 104N/mrh, ftk=1.75N/mm2, 丫 m=1.75則換算截面面積 A)=bh+ (bf-b ) hf+ a eA+ a eA，2.0 105 =200X 400+ (2000-200 )X 200+- X( 157+101)所以 AAs的要

28、求。,a ct = 0.7 ,2.8 104=375428.57(mrr)換算截面的重心到受壓邊緣的距離bh 2-y (bf b)hf(hhf2)E Ash0E As a3A0y°)(bf b)(h y°y。I0 鷗 b y0)3 (bf Ew y0 hf)；033 1800 200 (40(3 100)(101 360 157 40)2 2 2.8eAs(h0 y°)eAs (y0 a 375428.5720026460<mm2000(400264 )3(2000200)(400264200 )332.0 1054 101(3602.8 1042913111895(mm4)ftkWo1.750.7264 )2157(