矩形渡槽設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書

1、工程名稱: 哈密市五堡鎮(zhèn)五堡大橋渡槽工程設(shè)計(jì)階段：施工階段渡 槽 計(jì) 算 書 計(jì) 算： 日 期：20哈密托實(shí)水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司2011 基本資料五堡大橋渡槽定為4級(jí)建筑物，設(shè)計(jì)流量Q設(shè)=1.2m³/s ，加大流量Q m=1.56m³/s。，渡槽總長(zhǎng)25.6m，進(jìn)口與上游改建梯形現(xiàn)澆砼渠道連接，出口與下游改建矩形現(xiàn)澆砼渠道連接。2 渡槽選型與布置2.1 結(jié)構(gòu)型式選擇梁式渡槽的槽身是直接擱置于槽墩或槽架之上的。為適應(yīng)溫度變化及地基不均勻沉陷等原因而引起的變形，必須設(shè)置變形縫將槽身分為獨(dú)立工作的若干節(jié)，并將槽身與進(jìn)出口建筑物分開(kāi)。變形縫之間的每一節(jié)槽身沿縱向是兩個(gè)支點(diǎn)所

2、以既起輸水作用又起縱向梁作用。根據(jù)支點(diǎn)位置的不同，梁式渡槽有簡(jiǎn)支梁式雙懸臂梁式和單懸臂梁式三種型式。單懸臂梁式一般只在雙懸臂梁式向簡(jiǎn)支梁式過(guò)渡或與進(jìn)出口建筑物連接時(shí)使用。簡(jiǎn)支梁式槽身施工吊裝方便，接縫止水構(gòu)造簡(jiǎn)單，但跨中彎矩較大，底板受拉對(duì)抗裂防滲不利。簡(jiǎn)支梁式槽身常用的跨度為8-15m。本設(shè)計(jì)采用簡(jiǎn)支梁式槽身，跨度取為12.8m。梁式渡槽的槽身采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。2.2 總體布置渡槽的位置選擇是選定渡槽的中心線及槽身起止點(diǎn)的位置。本設(shè)計(jì)的渡槽的中心線已選定。具體選擇時(shí)可以從以下幾方面考慮：（1）槽址應(yīng)盡量選在地質(zhì)良好、地形有利和便于施工的地方，以便縮短槽身長(zhǎng)度、減少工程量、降低墩架高度；（2

3、）槽軸線最好成一直線，進(jìn)口和出口避免急轉(zhuǎn)彎，否則將惡化水流條件，影響正常輸水；（3）跨越河流的渡槽，槽軸線應(yīng)與河道水流方向盡量成正交，槽址應(yīng)位于河床及岸坡穩(wěn)定、水流順直的地段，避免位于河流轉(zhuǎn)彎處；2.3 結(jié)構(gòu)布置根據(jù)渠系規(guī)劃確定，選用鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁式渡槽進(jìn)行輸水，槽身采用帶拉桿的矩形槽，支承結(jié)構(gòu)采用單排架型式，兩立柱之間設(shè)橫梁，基礎(chǔ)采用整體板式基礎(chǔ)支撐排架。渡槽全長(zhǎng)25.6m，采用等跨布置方案，一跨長(zhǎng)度為12.8m。進(jìn)出口均用混凝土建造。3 水力計(jì)算3.1 計(jì)算依據(jù)、公式及參數(shù)選擇(1)渠道水力要素渡槽上游渠道梯形斷面，設(shè)計(jì)流量1.2m3/s，設(shè)計(jì)底寬1.2m，設(shè)計(jì)水深0.33m，設(shè)計(jì)渠高0

4、.85m，渠道邊坡1:0.75，采用現(xiàn)澆砼形式。渡槽下游渠道矩形斷面，設(shè)計(jì)流量1.2m3/s，設(shè)計(jì)底寬1.2m，設(shè)計(jì)水深0.245m，設(shè)計(jì)渠高0.85m，采用現(xiàn)澆砼形式。水力要素見(jiàn)表3-1表3-1 渠道水力要素表渠段底寬（m）邊坡m水深h（m）糙率n縱坡I流速v（m/s）流量（m³/s）備注上游游梯形渠道1.20.750.33 0.0151/1002.511.2 設(shè)計(jì)流量下游游梯形渠道1.200.2450.0151/254.081.2設(shè)計(jì)流量(2)渡槽過(guò)水能力計(jì)算由于，故根據(jù)明渠均勻流公式：式中 A過(guò)水?dāng)嗝娣e（m2）；R水力半徑（m）；i槽身縱坡；n槽身糙率（取n=0.015）。初步

5、擬定坡度，經(jīng)試算底寬，通過(guò)設(shè)計(jì)流量時(shí)水深h=0.71m，流速，超高，則渡槽凈深，取H=0.9m。 當(dāng)渡槽加大流量時(shí)，經(jīng)試算得水深，則渡槽凈深，故取H=1.0。水力要素見(jiàn)表3-2表3-2 渡槽水力要素表渠段底寬B（m）水深h（m）糙率n縱坡I流速v（m/s）流量（m³/s）備注渡槽1.20.71 0.0151/5001.408 1.2設(shè)計(jì)流量渡槽1.20.870.0151/5001.1491.56加大流量3.2 水面銜接驗(yàn)算.3.3.1渡槽總水頭損失計(jì)算 進(jìn)口水面降落值式中：渡槽進(jìn)口漸變段損失系數(shù)，取0.1；渡槽流速，1.408m/s；渡槽上游梯形混凝土渠流速，2.51m/s； 可計(jì)算

6、得，進(jìn)口水面降落值為-0.242m。 槽身段水面降落值式中：渡槽槽底比降，取0.002；槽身長(zhǎng)度，25.6m；可計(jì)算得，槽身段水面降落值Z2=0.051m。 出口段水面回升值式中：渡槽出口漸變段損失系數(shù)，取0.3；渡槽流速，1.408m/s；渡槽下游矩形混凝土渠流速，4.08m/s； 可計(jì)算得，出口水面回升值為-0.524m。因此，可計(jì)算得總水頭損失為 0.333m。3.3.2渡槽進(jìn)出口底部高程的確定已知：進(jìn)口前渠底高程 =465.461m則渡槽進(jìn)出口槽底高程確定如下：進(jìn)口槽底高程 =465.258m；出口槽底高程 =465.207m；3.3.3進(jìn)口漸變段長(zhǎng)度的確定式中 B1進(jìn)口前渠道水面寬度

7、，1.695m；B槽身水面寬度，1.2m；可計(jì)算得，選取3.0m。進(jìn)口選取3.0m的漿砌石扭面與上游混凝土梯形渠道相接。4 槽身結(jié)構(gòu)計(jì)算4.1槽身尺寸擬定根據(jù)前面水力計(jì)算可知，水深h=0.71m，凈深H=1.0m，寬度B=1.2m。簡(jiǎn)支梁式渡槽的跨徑一般為8m15m，選取12.8m；側(cè)墻高度選取1.4m，側(cè)墻厚度一般為t=1225cm，選取15cm；側(cè)墻與底板交接處加設(shè)補(bǔ)角，補(bǔ)角寬及高選取10cm；矩形槽的拉桿間距采用1.9m，截面邊長(zhǎng)為10cm。具體尺寸如圖4-1所示。圖4-1 槽身橫斷面圖4.2荷載與組合4.2.1荷載根據(jù)方案擬定，渡槽的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為4級(jí)，所以渡槽的安全級(jí)別級(jí)，混凝土重度為=

8、25kN/m3，荷載分項(xiàng)系數(shù)為：永久荷載分項(xiàng)系數(shù)G=1.05，可變荷載分項(xiàng)系數(shù)Q=1.20，結(jié)構(gòu)系數(shù)為d=1.2。沿槽身縱向取單位長(zhǎng)度脫離體進(jìn)行計(jì)算。側(cè)墻與底板為整體連接，交接處為剛性節(jié)點(diǎn)。橫桿與側(cè)墻也是整體連接，但因橫桿剛度遠(yuǎn)比側(cè)墻剛度小，故可假設(shè)與側(cè)墻鉸接。1結(jié)構(gòu)重力側(cè)墻標(biāo)準(zhǔn)值 設(shè)計(jì)值 底板標(biāo)準(zhǔn)值 設(shè)計(jì)值 拉桿標(biāo)準(zhǔn)值 設(shè)計(jì)值 槽內(nèi)水重 滿槽標(biāo)準(zhǔn)值 設(shè)計(jì)值 設(shè)計(jì)水深標(biāo)準(zhǔn)值 設(shè)計(jì)值 一節(jié)槽身自重：（13.65+3.94+2.625）×12.8=258.72 KN2風(fēng)壓力作用于一節(jié)槽身的橫向風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值（見(jiàn)水工建筑物荷載設(shè)計(jì)規(guī)范DL5077-1997）式中 風(fēng)載體形系數(shù),根據(jù)渡槽設(shè)計(jì)和

9、電算程序規(guī)定，滿槽時(shí)取1.3，空槽時(shí)取1.7；風(fēng)壓高度變化系數(shù)，根據(jù)渡槽設(shè)計(jì)和電算程序規(guī)定，渡槽離地面高度8m時(shí)取0.89；風(fēng)振系數(shù)，取1.0；基本風(fēng)壓值，取0.25KN/m2； 可計(jì)算得：滿槽情況下風(fēng)荷載強(qiáng)度KN/m2，因此，作用于槽身上的橫向風(fēng)壓力標(biāo)準(zhǔn)值為，設(shè)計(jì)值為；空槽情況下風(fēng)荷載強(qiáng)度KN/m2，因此，作用于槽身上的橫向風(fēng)壓力標(biāo)準(zhǔn)值為，設(shè)計(jì)值為；因風(fēng)荷載所引起的內(nèi)力較側(cè)向水壓力引起的內(nèi)力小得多，故這里忽略風(fēng)荷載的影響。荷載組合渡槽按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮兩種荷載組合： 基本組合（持久設(shè)計(jì)狀況或短暫設(shè)計(jì)狀況下永久荷載與可能出現(xiàn)的可變荷載的效應(yīng)組合） 偶然組合（設(shè)計(jì)狀況下永久荷載、可

10、變荷載與一種偶然荷載的效應(yīng)組合）表1 渡槽按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)荷載組合荷載組合荷 載基本組合持久狀況槽中為設(shè)計(jì)水深、有風(fēng)工況下作用于槽身或支承結(jié)構(gòu)的各種荷載短暫狀況1槽中無(wú)水、有風(fēng)工況下作用于槽身或支承結(jié)構(gòu)的各種荷載2槽中為滿槽水、無(wú)風(fēng)工況下作用于槽身或支承結(jié)構(gòu)的各種荷載偶然組合1槽中無(wú)水、有風(fēng)、漂浮物撞擊工況下作用于槽身或支承結(jié)構(gòu)的各種荷載4.3槽身橫向及縱向結(jié)構(gòu)計(jì)算槽身橫向結(jié)構(gòu)計(jì)算1、滿槽水、無(wú)風(fēng)工況內(nèi)力計(jì)算圖4-2 槽身橫向結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖簡(jiǎn)化后，圖示結(jié)構(gòu)為一次超靜定，不計(jì)軸力及剪力對(duì)變位的影響，可求得贅余力X1為式中 水的重度，10kN/m3； 混凝土的重度，25kN/m3； 底板厚度，

11、0.15m； 側(cè)墻厚度，0.15m；側(cè)墻的截面慣性矩；底板的截面慣性矩；槽頂荷載對(duì)側(cè)墻中心所產(chǎn)生的力矩。（1）側(cè)墻內(nèi)力計(jì)算取計(jì)算截面距拉桿中心線為y，該處的側(cè)墻彎矩My為最大彎矩產(chǎn)生在yym處，即，因此，。此截面處的軸力式中 作用于槽身橫截面上的計(jì)算剪力；槽頂豎向荷載；（2）底板計(jì)算距側(cè)墻中線x處的底板彎矩為令，得底板端部彎矩； 令，得底板跨中彎矩。 底板軸向拉力；對(duì)底板左邊緣點(diǎn)取矩，可得底板剪力為。（3）拉桿計(jì)算圖4-3 拉桿計(jì)算簡(jiǎn)圖拉桿間距為1.9m，則一根拉桿的拉力為。拉桿除承受軸向力外，還承受拉桿自重，則彎矩、剪力。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4-2所示。表4-2 槽身橫向結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算表（滿槽水+無(wú)風(fēng)

12、工況）部位內(nèi)力設(shè)計(jì)值基本參數(shù)X1(KN)0.627 側(cè)墻y(m)1.125 彎矩M(KN.m)-1.404 剪力(KN)-5.137 軸力(KN)11.119 底板端部彎矩(KN.m)-1.668 跨中彎矩(KN.m)1.749 軸力(KN)5.701 端部剪力(KN)5.987 拉桿跨中彎矩(KN.m)0.598 軸力(KN)1.191 剪力(KN)1.772 2. 槽中為設(shè)計(jì)水深、有風(fēng)工況內(nèi)力計(jì)算計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4-3。表4-3 槽身橫向結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算表（設(shè)計(jì)水深+有風(fēng)工況）部位內(nèi)力設(shè)計(jì)值基本參數(shù)X1(KN)-0.372 側(cè)墻y(m)1.125 彎矩M(KN.m)-1.446 剪力(KN)-3.

13、788 軸力(KN)9.919 底板端部彎矩(KN.m)-1.225 跨中彎矩(KN.m)1.418 軸力(KN)3.453 端部剪力(KN)4.445 拉桿跨中彎矩(KN.m)0.598 軸力(KN)-0.707 剪力(KN)1.772 3. 槽中無(wú)水、有風(fēng)工況內(nèi)力計(jì)算計(jì)算結(jié)果如表4-4。表4-4 槽身橫向結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算表（槽中無(wú)水+有風(fēng)工況）部位內(nèi)力設(shè)計(jì)值基本參數(shù)X1(KN)-0.325 側(cè)墻y(m)1.125 彎矩M(KN.m)-0.366 剪力(KN)-0.618 軸力Ny(KN)6.319 底板端部彎矩(KN.m)-0.366 跨中彎矩(KN.m)0.488 軸力(KN)0.325 端

14、部剪力(KN)1.148 拉桿跨中彎矩(KN.m)0.598 軸力(KN)-0.618 剪力(KN)1.772 4.3.2 槽身縱向結(jié)構(gòu)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)力狀態(tài)與計(jì)算方法也不同，對(duì)于梁式渡槽的槽身，跨寬比、跨高比一般都比較大，故按簡(jiǎn)支梁理論計(jì)算縱向彎矩和剪力。圖4-4 槽身縱向結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖彎矩 剪力 式中，L為計(jì)算跨度。由于此梁屬于深受彎構(gòu)件（），因此，計(jì)算跨度取和之中的較小值（和分別為支座中心線之間的距離、凈跨），取12.4m。表4-5 槽身縱向結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算表工況滿槽+無(wú)風(fēng)設(shè)計(jì)水深+有風(fēng)無(wú)水+有風(fēng)計(jì)算跨度L(m)12.412.412.4均

15、布荷載q（KN/m）34.37330.29320.213最大彎矩M（KN.m）660.640582.222388.485最大剪力Q(KN)213.110187.8135125.3184.4槽身配筋計(jì)算4.4.1橫向結(jié)構(gòu)配筋計(jì)算1、側(cè)墻配筋計(jì)算側(cè)墻取最大彎矩處，近似按受彎構(gòu)件進(jìn)行配筋計(jì)算，鋼筋、混凝土等級(jí)的選取參照水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范表4.4.2。采用HPB300鋼筋，?；炷敛捎肅25，。取保護(hù)層厚度（水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 表9.2.1），=120mm。根據(jù)側(cè)墻內(nèi)力計(jì)算結(jié)果，取側(cè)墻底部最大負(fù)彎矩截面計(jì)算配筋，M=1.45 KN·m，V=3.79KN，（1）截面尺寸驗(yàn)算：mm，KV

16、=1.4×3.79=5.306KN0.25fcbh0=0.25×11.9×1000×120=357KN>KV故截面尺寸滿足抗剪要求。（2） 抗剪腹筋計(jì)算,因此，不需要進(jìn)行斜截面抗剪配筋計(jì)算。（3）計(jì)算受彎鋼筋：<0.85b=0.522（為防止發(fā)生超筋，對(duì)于HPB300，取0.85b=0.522）選用配筋為10200對(duì)應(yīng)單位墻寬中鋼筋面積為393mm2。配筋率=Ag/ h0/b=393/120/1000=0.33%>最小配筋率0.20%，滿足要求。2、拉桿配筋計(jì)算拉桿取跨中最大彎矩截面按受彎構(gòu)件進(jìn)行配筋計(jì)算，最大彎矩M=0.60 KN&#

17、183;m<0.85b=0.522（為防止發(fā)生超筋，對(duì)于HPB300，取0.85b=0.522）選用配筋為8200對(duì)應(yīng)單位墻寬中鋼筋面積為251mm2。配筋率=Ag/ h0/b=251/700/1000=0.36%>最小配筋率0.20%，滿足要求。3、底板配筋計(jì)算 底板為一偏心受拉構(gòu)件，應(yīng)按下列兩種情況進(jìn)行配筋計(jì)算：1）兩端最大負(fù)彎矩及相應(yīng)的拉力N（支座截面），2）跨中最大正彎矩及相應(yīng)的拉力N（跨中截面），采用HPB300鋼筋，?；炷敛捎肅25，。取保護(hù)層厚度，（水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 表9.2.1），=120mm。a、支座截面配筋計(jì)算根據(jù)底板內(nèi)力計(jì)算結(jié)果，支座截面內(nèi)力M=1.6

18、7 KN·m，N=5.70KN，（1）判別類型 e0=M/N=1.67×103/5.70=293.0mmh/2 a=150/230=45mm屬大偏心受拉。 （2）配筋計(jì)算h 0=15030=120mm，e=e0h/2+a =293.0150/2+30=248.0mm，按構(gòu)造要求配置mm2，選用鋼筋10200（A's=393mm2）。按構(gòu)造要求配置mm2，選用鋼筋10200（As=393mm2）。b、跨中截面配筋計(jì)算根據(jù)底板內(nèi)力計(jì)算結(jié)果，跨中截面內(nèi)力M=1.75 KN·m，N=5.70KN，（1）判別類型 e0=M/N=1.75×103/5.70=

19、307.02mmh/2 a=150/230=45mm屬大偏心受拉。 （2）配筋計(jì)算h 0=15030=120mm，e=e0h/2+a =307.02150/2+30=262.02mm，按構(gòu)造要求配置mm2，選用鋼筋10200（A's=393mm2）。按構(gòu)造要求配置mm2，選用鋼筋10200（As=393mm2）。4.4.2縱向結(jié)構(gòu)配筋計(jì)算對(duì)于簡(jiǎn)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。不考慮底板的抗彎作用，將渡槽的側(cè)墻簡(jiǎn)化為h=1.4m、b=0.25m的矩形梁，

20、按單筋矩形截面進(jìn)行配筋，每個(gè)側(cè)墻承受總荷載的一半，根據(jù)槽身縱向內(nèi)力計(jì)算結(jié)果，側(cè)墻作為簡(jiǎn)支梁，取跨中最大彎矩截面計(jì)算配筋，M=660.64/2=330.32 KN·m，支座剪力Vmax=213.11/2=106.56KN，矩形截面按雙層配筋，保護(hù)層厚度a=70mm，h0=1400-70=1330mm，K=1.4。（1）截面尺寸復(fù)核：mm，mm，KVmax=1.4×106.56=147.84KN0.22fcbh0=0.22×11.9×250×1330=870.48KN>KVmax故截面尺寸滿足抗剪要求。（2）抗剪腹筋計(jì)算,因此，不需要進(jìn)行斜截

21、面抗剪配筋計(jì)算，按構(gòu)造配置腹筋。（3）計(jì)算受彎鋼筋： fcbx=fyAS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)0及設(shè)計(jì)狀況系數(shù)在內(nèi)； Mu截面極限彎矩值； K結(jié)構(gòu)系數(shù)，K=1.40； fc混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，混凝土選用C25，則fc=11.9N/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； 將=x/h0代入上式并令s=（1-0.5），則有fcbh0=fyAs 0.85b 根據(jù)以上各式，計(jì)算側(cè)墻的鋼筋面積如下：<0.85b=0.522（為防止發(fā)生超筋，對(duì)于HPB30

22、0，取0.85b=0.522）選420+218 ， AS=1257+509=1766mm2。配筋率=Ag/ h0/b=1766/250/1330=0.53%>最小配筋率0.20%，滿足要求。按受力計(jì)算側(cè)墻不需要配置腹筋，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的封閉箍筋。同時(shí)沿墻高布置10200的縱向鋼筋。4.5抗裂驗(yàn)算橫向抗裂驗(yàn)算側(cè)墻按受彎構(gòu)件進(jìn)行抗裂驗(yàn)算，底板按偏心受拉構(gòu)件進(jìn)行抗裂驗(yàn)算，拉桿按軸心受拉構(gòu)件進(jìn)行抗裂驗(yàn)算。受彎構(gòu)件，偏心及軸心受拉構(gòu)件在荷載效應(yīng)的短期組合及長(zhǎng)期組合下，按下列公式分別進(jìn)行抗裂驗(yàn)算：受彎構(gòu)件短期組合 長(zhǎng)期組合 偏心受

23、拉構(gòu)件：短期組合 長(zhǎng)期組合 軸心受拉構(gòu)件：短期組合 長(zhǎng)期組合 （1）側(cè)墻抗裂驗(yàn)算本設(shè)計(jì)按因?yàn)榭勺兒奢d比較小，故只按長(zhǎng)期荷載效應(yīng)組合進(jìn)行抗裂驗(yàn)算?；緮?shù)據(jù)：ES=2.1×105N/mm2，Ec=2.8×104N/mm2， ftk=1.78N/mm2,m=1.55，st=0.7。具體計(jì)算如下：按受彎構(gòu)件抗裂公式計(jì)算：通過(guò)以上驗(yàn)算，側(cè)墻配筋滿足抗裂要求。（2）拉桿抗裂驗(yàn)算按軸心受拉構(gòu)件抗裂公式計(jì)算：通過(guò)以上驗(yàn)算，拉桿配筋滿足抗裂要求。（2）底板抗裂驗(yàn)算基本數(shù)據(jù)：ES=2.1×105N/mm2，Ec=2.8×104N/mm2， ftk=1.78N/mm2,m=1

24、.55，st=0.7。Mk=1.75 KN·m，Nk=5.70 KN。具體計(jì)算如下：按偏心受拉構(gòu)件抗裂公式計(jì)算：通過(guò)以上驗(yàn)算，底板配筋滿足抗裂要求?？v向抗裂驗(yàn)算（1）抗裂驗(yàn)算按受彎構(gòu)件進(jìn)行抗裂驗(yàn)算，受彎構(gòu)件在荷載效應(yīng)的短期組合及長(zhǎng)期組合下，按下列公式分別進(jìn)行抗裂驗(yàn)算式中 由荷載標(biāo)準(zhǔn)值按荷載效應(yīng)短期組合計(jì)算的彎矩值；由荷載標(biāo)準(zhǔn)值按荷載效應(yīng)長(zhǎng)期組合計(jì)算的彎矩值；截面抵抗矩的塑性系數(shù)；混凝土拉應(yīng)力限制系數(shù)，對(duì)荷載效應(yīng)的短期組合，；對(duì)荷載效應(yīng)的長(zhǎng)期組合，；混凝土軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；換算截面A0對(duì)受拉邊緣的彈性抵抗矩，；基本數(shù)據(jù)：ES=2.1×105N/mm2，Ec=2.8×

25、;104N/mm2， ftk=1.78N/mm2,m=1.55，st=0.7。具體計(jì)算如下：按受彎構(gòu)件抗裂公式計(jì)算：通過(guò)以上驗(yàn)算，槽身縱向配筋不滿足抗裂要求。（2）裂縫寬度驗(yàn)算按受彎構(gòu)件進(jìn)行裂縫寬度驗(yàn)算，計(jì)算公式如下：式中 考慮構(gòu)件受力特征和荷載長(zhǎng)期作用的綜合影響系數(shù)，對(duì)受彎構(gòu)件取=2.1； 最外層縱向受拉鋼筋外邊緣至受拉區(qū)邊緣的距離，c=25mm；縱向受拉鋼筋的有效配筋率，當(dāng)時(shí)，??；有效受拉鋼筋截面面積，對(duì)受彎構(gòu)件；按荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的縱向受拉鋼筋應(yīng)力，N/mm2，對(duì)受彎構(gòu)件：；基本數(shù)據(jù)：ES=2.1×105N/mm2，Ec=2.8×104N/mm2， ftk=1.78N/

26、mm2,a=45mm，c=25mm。由附錄表查得，具體計(jì)算如下：通過(guò)以上驗(yàn)算，槽身縱向配筋滿足裂縫寬度要求。4.6撓度驗(yàn)算槽身使用階段的撓度主要是由外荷載產(chǎn)生的，為控制槽身變形，對(duì)其進(jìn)行撓度驗(yàn)算。撓度驗(yàn)算公式（見(jiàn)水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范）為：對(duì)應(yīng)于荷載效應(yīng)的短期組合（并考慮部分荷載的長(zhǎng)期作用的影響）時(shí)：對(duì)應(yīng)于荷載效應(yīng)的長(zhǎng)期組合時(shí)：為簡(jiǎn)化計(jì)算，根據(jù)現(xiàn)行水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范采用對(duì)于矩形截面，受彎構(gòu)件的短期剛度式中 混凝土彈性模量換算截面慣性矩；考慮荷載長(zhǎng)期作用對(duì)撓度增大的影響系數(shù)。（1）簡(jiǎn)支梁抗彎剛度計(jì)算（2）撓度度計(jì)算經(jīng)計(jì)算，槽身縱向撓度滿足要求。4.7槽身整體穩(wěn)定性驗(yàn)算當(dāng)槽中無(wú)水時(shí)，為防止槽身

27、在風(fēng)荷載作用下沿支承面滑動(dòng)或被掀落，需進(jìn)行槽身整體穩(wěn)定性驗(yàn)算。 抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算槽身抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)式中 槽身自重；作用于槽身的水平向風(fēng)壓力；支座的摩擦系數(shù)，取0.3；槽身抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，取1.05；可計(jì)算得槽身抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，滿足抗滑穩(wěn)定要求。 抗傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算槽身抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)式中 繞背風(fēng)面支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的傾覆力矩；抗傾覆力矩；槽身抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)，取1.1；可計(jì)算得，滿足抗傾覆穩(wěn)定要求。5排架設(shè)計(jì)5.1排架的布置采用單排架形式，混凝土采用C25。排架高度6.532m，立柱斷面尺寸選擇如下：長(zhǎng)邊：一般為排架總高的，取0.4m；短邊h1：，取0.35m；立柱間距：與上部對(duì)應(yīng)，取1.35m；橫梁

28、間距：等于或略大于立柱間距，取2.0m；橫梁高h(yuǎn)2：為立柱間距的，取0.25m；梁寬b2：為，取0.20m；承托：為1020cm，取0.15m；具體尺寸如圖5-1所示。圖5-1 排架結(jié)構(gòu)圖5.2最主要荷載的計(jì)算（1）垂直荷載1.側(cè)墻標(biāo)準(zhǔn)值 設(shè)計(jì)值 2.底板標(biāo)準(zhǔn)值 設(shè)計(jì)值 3.拉桿標(biāo)準(zhǔn)值 設(shè)計(jì)值 一跨槽身自重：P1=（13.65+3.94+2.625）×12.8=258.72 KN4.槽內(nèi)水重 滿槽標(biāo)準(zhǔn)值 P2=設(shè)計(jì)值 P2= 設(shè)計(jì)水深標(biāo)準(zhǔn)值 P3=設(shè)計(jì)值 P3=5.球墨鑄鐵管自重標(biāo)準(zhǔn)值 設(shè)計(jì)值 6.管內(nèi)水自重標(biāo)準(zhǔn)值 設(shè)計(jì)值 管重+水重：P4=（8.69+11.67）=20.36 KN

29、7.排架自重排架相鄰兩結(jié)點(diǎn)間的立柱自重：標(biāo)準(zhǔn)值P5= 設(shè)計(jì)值 P5=半根橫梁自重：標(biāo)準(zhǔn)值P6= 設(shè)計(jì)值 P6=（2）水平荷載：主要考慮風(fēng)荷載，動(dòng)水壓力以及漂浮物的撞擊力1風(fēng)荷載作用于排架的的橫向風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值（見(jiàn)水工建筑物荷載設(shè)計(jì)規(guī)范DL5077-1997）式中 風(fēng)載體形系數(shù),根據(jù)渡槽設(shè)計(jì)和電算程序規(guī)定，空槽時(shí)取1.7；風(fēng)壓高度變化系數(shù)，根據(jù)渡槽設(shè)計(jì)和電算程序規(guī)定，渡槽離地面高度8m時(shí)取0.89；風(fēng)振系數(shù)，取1.0；基本風(fēng)壓值，取0.25KN/m2；可計(jì)算得，排架橫向風(fēng)荷載強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，設(shè)計(jì)值。2動(dòng)水壓力作用于排架上的動(dòng)水壓力式中 水的重度，10；水流的設(shè)計(jì)平均流速，2.0m/s；槽架的阻水面積，

30、0.8m2；槽架的形狀系數(shù)，取1.3；可計(jì)算得動(dòng)水壓力標(biāo)準(zhǔn)值為，設(shè)計(jì)值為。3漂浮物的撞擊力作用于排架上的漂浮物撞擊力：式中 樹(shù)木，浮物等漂浮物重力，根據(jù)提供數(shù)據(jù)，取G=400kg×9.8=3.92；水流的設(shè)計(jì)平均流速，2.0m/s；撞擊時(shí)間(s)，無(wú)實(shí)際資料時(shí)一般可取1.0(s)；重力加速度，取9.8(m/s2)；可計(jì)算得漂浮物撞擊力標(biāo)準(zhǔn)值為，設(shè)計(jì)值為。5.3排架的橫向內(nèi)力計(jì)算單排架內(nèi)力計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮：滿槽水+滿管水+橫向風(fēng)壓力；空槽+滿管水+橫向風(fēng)壓力；空槽+滿管水+橫向風(fēng)壓力、動(dòng)水壓力、漂浮撞擊力等。5.3.1作用于排架節(jié)點(diǎn)上的荷載（1） 槽身傳遞給排架頂部的荷載作用于槽身的橫向風(fēng)

31、壓力通過(guò)支座的摩阻作用，以水平力形式傳到排架頂部；同時(shí)，距排架頂高度0.7m，對(duì)排架頂高程所產(chǎn)生的力矩將轉(zhuǎn)化為一對(duì)方向相反的集中力，分別作用于兩立柱頂部，迎風(fēng)面力的方向向上，背風(fēng)面力的方向向下。槽身自重及槽內(nèi)水重也通過(guò)支座傳到排架頂部。排架受力如圖5-2所示。圖5-2 排架橫向計(jì)算圖 滿槽水加橫向風(fēng)壓力一跨槽身自重，滿槽水重,滿管水重。 空槽加橫向風(fēng)壓力 空槽加橫向風(fēng)壓力、動(dòng)水壓力、漂浮物撞擊力（2） 作用于排架結(jié)點(diǎn)上的水平荷載 滿槽加橫向風(fēng)壓力 結(jié)點(diǎn)1、5 結(jié)點(diǎn)2、3、6、7 空槽加橫向風(fēng)壓力 結(jié)點(diǎn)1、5 結(jié)點(diǎn)2、3、6、7 空槽加橫向風(fēng)壓力、動(dòng)水壓力 結(jié)點(diǎn)1、5 結(jié)點(diǎn)2、6 結(jié)點(diǎn)3、7 （

32、3） 作用于排架結(jié)點(diǎn)上的垂直荷載 結(jié)點(diǎn)1 結(jié)點(diǎn)5 結(jié)點(diǎn)2、6 結(jié)點(diǎn)3、7 結(jié)點(diǎn)4、8 5.3.2排架內(nèi)力計(jì)算排架的內(nèi)力可以分解為豎向荷載作用及橫向荷載作用兩種情況，然后再疊加。豎向荷載作用下，只在排架中柱產(chǎn)生軸向力；水平向節(jié)點(diǎn)荷載是反對(duì)稱的，而結(jié)構(gòu)是對(duì)稱的，故可取一半按圖，可采用“無(wú)剪力分配法”。彎矩、軸力、剪力計(jì)算結(jié)果分別見(jiàn)表5-1，表5-2，表5-3。(1) 計(jì)算固端彎矩滿槽加橫向風(fēng)壓力 空槽加橫向風(fēng)壓力 空槽加橫向風(fēng)壓力、動(dòng)水壓力(2) 計(jì)算抗彎勁度對(duì)于立柱 對(duì)于橫梁 取相對(duì)勁度，則橫梁各桿端的相對(duì)勁度為。(3) 計(jì)算分配系數(shù)和由結(jié)構(gòu)力學(xué)書中查取傳遞系數(shù)，計(jì)算得分配系數(shù)：，傳遞系數(shù)：(3

33、) 采用力矩分配法計(jì)算排架彎矩反對(duì)稱荷載作用下的排架彎矩計(jì)算表滿槽加橫向風(fēng)壓力表5-1 反對(duì)稱荷載作用下的排架彎矩計(jì)算表結(jié)點(diǎn)1234桿端151221262332373443分配系數(shù)0.3510.6490.3940.2130.3940.3940.2130.394傳遞系數(shù)0-1-10-1-10-1-1固端彎矩-3.519-3.519-3.82-3.82-4.121-4.1211.2352.284-2.284-3.1293.1291.6913.129-3.129-5.0245.0242.7165.024-5.024分配與傳遞1.7633.261-3.261-1.9791.9791.071.979-1

34、.979-2.0652.0651.1162.065-2.0650.7251.34-1.34-0.8140.8140.440.814-0.8140.8490.4590.8493.723-3.723-2.4664.291-1.804-4.9873.2011.801-10.043根據(jù)反對(duì)稱荷載作用下的彎矩計(jì)算成果，截取桿件和結(jié)點(diǎn)脫離體，按力和力矩平衡可求出反對(duì)稱荷載作用下的剪力和軸力。與正對(duì)稱結(jié)點(diǎn)荷載產(chǎn)生的軸向力疊加，即得排架承受荷載的內(nèi)力。繪制的內(nèi)力圖見(jiàn)圖5-3；圖5-3 排架橫向內(nèi)力分布圖 空槽加橫向風(fēng)壓力表5-2 反對(duì)稱荷載作用下的排架彎矩計(jì)算表結(jié)點(diǎn)1234桿端1512212623323734

35、43分配系數(shù)0.3510.6490.3940.2130.3940.3940.2130.394傳遞系數(shù)0-1-10-1-10-1-1固端彎矩-4.603-4.603-4.996-4.996-5.389-5.3891.6162.987-2.987-4.0924.0922.2124.092-4.092-6.5716.5713.5526.571-6.571分配與傳遞2.3064.265-4.265-2.5892.5891.42.589-2.589-2.72.71.462.7-2.70.9481.752-1.752-1.0641.0640.5751.064-1.0641.110.61.114.87-4.

36、87-3.2265.612-2.36-6.5224.1872.356-13.134繪制的內(nèi)力圖見(jiàn)圖5-4；圖5-4 排架橫向內(nèi)力分布圖 空槽加橫向風(fēng)壓力、動(dòng)水壓力表5-3 反對(duì)稱荷載作用下的排架彎矩計(jì)算表結(jié)點(diǎn)1234桿端151221262332373443分配系數(shù)0.3510.6490.3940.2130.3940.3940.2130.394傳遞系數(shù)0-1-10-1-10-1-1固端彎矩-4.603-4.603-4.996-4.996-8.503-8.5031.6162.987-2.987-5.3195.3192.8755.319-5.319-7.0557.0553.8147.055-7.05

37、5分配與傳遞2.4764.579-4.579-2.782.781.5032.78-2.78-2.8992.8991.5672.899-2.8991.0181.881-1.881-1.1421.1420.6171.142-1.1421.1910.6441.1915.11-5.11-2.9056.125-3.092-5.7094.9950.738-17.744繪制的內(nèi)力圖見(jiàn)圖5-5；圖5-5 排架橫向內(nèi)力分布圖5.4排架的配筋計(jì)算由于荷載可以從相反方向作用，而使同一截面上出現(xiàn)相反的彎矩，所以采用對(duì)稱配筋。橫向配筋計(jì)算（1）橫梁配筋略去軸向力影響，按純受彎構(gòu)件計(jì)算配筋。為施工方便所有梁的配筋情況相同

38、，按最不利荷載布置計(jì)算。根據(jù)不同工況下的排架內(nèi)力計(jì)算成果可知，空槽加橫向風(fēng)壓力、動(dòng)水壓力、漂浮物撞擊力工況下2-6梁的彎矩最大，最大彎矩M=6.13 KN·m，V=8.93KN。1 截面尺寸驗(yàn)算：mm，KV=1.2×8.93=10.72KN0.25fcbh0=0.25×11.9×200×215=127.92KN>KV故截面尺寸滿足抗剪要求。 2 抗剪腹筋計(jì)算,因此，不需要進(jìn)行斜截面抗剪配筋計(jì)算。3 計(jì)算受彎鋼筋：<0.85b=0.522（為防止發(fā)生超筋，對(duì)于HPB300，取0.85b=0.522）選用配筋為310，鋼筋面積為236m

39、m2，箍筋選用6150。配筋率=Ag/ h0/b=236/215/200=0.55%>最小配筋率0.20%，滿足要求。（2）排架立柱配筋排架柱一般以彎矩最大及軸力最小的柱底截面作為全柱的配筋依據(jù)，按對(duì)稱偏心受壓構(gòu)件計(jì)算配筋。根據(jù)不同工況下的排架內(nèi)力計(jì)算成果可知，滿槽加橫向風(fēng)壓力工況下柱底截面軸力最小，空槽加橫向風(fēng)壓力、動(dòng)水壓力、漂浮物撞擊力工況下柱底截面彎矩最大。因此選取最不利的兩個(gè)荷載組合就算排架立柱配筋，兩個(gè)組合為：1、滿槽加橫向風(fēng)壓力工況下柱底截面軸，M=10.04KN·m，N=248.26KN。2、空槽加橫向風(fēng)壓力、動(dòng)水壓力、漂浮物撞擊力工況柱底截面軸，M=17.74

40、KN·m，N=121.93KN。1) 基本資料：采用HPB300鋼筋，?；炷敛捎肅25，。取保護(hù)層厚度（水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 表9.2.1），=315mm。2）計(jì)算值 ；式中：軸向壓力對(duì)截面重心的偏心距， 構(gòu)件的計(jì)算長(zhǎng)度， 截面高度， 截面有效高度， 構(gòu)件的截面面積， 考慮截面應(yīng)變對(duì)截面曲率的影響系數(shù)，對(duì)于大偏心受壓構(gòu)件，直接 取，=1.0. 考慮構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比對(duì)截面曲率的影響系數(shù)，當(dāng)L0/h<15時(shí)，取，=1.0.3)判斷受壓情況4) 對(duì)稱配筋偏心受壓構(gòu)件計(jì)算公式如下： 1、大偏心受壓如x=h0>2a,則 ，如x=h0<2a,則 2、小偏心受壓,5)計(jì)算配筋1、滿

41、槽加橫向風(fēng)壓力工況下柱底截面軸，M=10.04KN·m，N=248.26KN。計(jì)算的As為負(fù)值可按構(gòu)造配筋，取最小配筋率 =0.2%配筋，則鋼筋面積為：選用配筋為214，鋼筋面積為303mm2。配筋率=Ag/ h0/b=303/315/400=0.25%>最小配筋率0.20%，滿足要求。2、空槽加橫向風(fēng)壓力、動(dòng)水壓力、漂浮物撞擊力工況柱底截面軸，M=17.74 KN·m，N=121.93KN。按構(gòu)造配筋，取最小配筋率 =0.2%配筋，則鋼筋面積為：選用配筋214，鋼筋面積為308mm2，箍筋選用8150。配筋率=Ag/ h0/b=308/315/400=0.25%&g

42、t;最小配筋率0.20%，滿足要求。5.4.2縱向配筋計(jì)算排架縱向最不利情況為排架上一跨槽身已施工完畢，而另一跨槽身尚未施工，排架受偏心荷載，見(jiàn)圖5-6，見(jiàn)圖5-6 排架縱向計(jì)算簡(jiǎn)圖荷載計(jì)算：每根立柱承受半跨槽身自重G0，柱的計(jì)算長(zhǎng)度柱的截面尺寸：b=350mm，h=400mm ，排架橫向配筋計(jì)算中立柱每邊已選用配筋214鋼筋面積為303mm2，不滿足縱向配筋要求，再增加114，每邊配314，鋼筋面積為461mm2，箍筋選用8150。配筋率=Ag/ h0/b=461/365/350=0.36%>最小配筋率0.20%，滿足要求。5.5牛腿的配筋計(jì)算和尺寸驗(yàn)算5.5.1牛腿尺寸的擬定牛腿高度

43、取H=550mm；牛腿外援高度h11/3h，切不小于200mm，取h1=200mm；立柱最外邊緣至牛腿外緣的距離c不應(yīng)小于100mm，取c=350mm；牛腿邊緣混凝土保護(hù)層取a=35mm，則h0=550-35=515mm；鋼筋選用HRB335；5.5.2牛腿截面尺寸的驗(yàn)算牛腿高度驗(yàn)算公式如下F v有荷載標(biāo)準(zhǔn)值按荷載短期組合計(jì)算的作用于牛腿頂部的豎向力；F h由荷載標(biāo)準(zhǔn)值按荷載效應(yīng)短期組合計(jì)算的作用于牛腿頂部的水平拉力；裂縫控制系數(shù)，對(duì)水電站廠房立柱的牛腿，取=0.7；對(duì)承受靜荷載作用的牛腿，取=0.8；a豎向力作用點(diǎn)至柱下邊緣的水平距離，應(yīng)考慮安裝偏差20mm，豎向力作用點(diǎn)位于下柱以內(nèi)時(shí)，取a

44、=0；b牛腿寬度；h0牛腿與下柱交界處的垂直截面有效高度；5.5.3牛腿配筋計(jì)算a、當(dāng)空槽有側(cè)向風(fēng)壓力，按短暫狀況考慮：牛腿截面高度滿足要求。當(dāng)a/ho>0.2,配筋計(jì)算公式如下：根據(jù)已知數(shù)據(jù)計(jì)算得：b、當(dāng)滿槽有側(cè)向風(fēng)壓力，按短暫狀況考慮：牛腿截面高度滿足要求。當(dāng)a/ho>0.2,配筋計(jì)算公式如下：根據(jù)已知數(shù)據(jù)計(jì)算得： 根據(jù)計(jì)算成果，承受豎向力所需要的縱向受力鋼筋選用配筋416，鋼筋面積為804mm2，配筋率=Ag/ h0/b=804/515/350=0.46%>最小配筋率0.20%，滿足要求。承受水平荷載所需要的錨筋選用414，鋼筋面積為615mm2，水平箍筋選用6150。

45、5.6 排架基礎(chǔ)計(jì)算排架基礎(chǔ)尺寸的擬定基礎(chǔ)板的面積應(yīng)滿足地基承載力要求，橫槽向的長(zhǎng)度L和順槽向的寬度B，可按以下經(jīng)驗(yàn)公式初步擬定B3b1，Ls+5h1 （51） 式中： s兩肢柱間的凈距；b1，h1肢柱橫截面長(zhǎng)邊和短邊的邊長(zhǎng)。s=1.0m，b1=0.4m，h1=0.35m，則B3×0.4=1.2m，B=2.4m。L1.0+5×0.35=2.75m，取L=3.7m。圖5-6 條形基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)圖5.6.2條形基礎(chǔ)底板地基反力驗(yàn)算計(jì)算基礎(chǔ)地基反力的最不利情況就是水平荷載大，鉛直荷載也較大，故計(jì)算滿槽、河中無(wú)水的情況。條形基礎(chǔ)基底反力可按下列公式計(jì)算：排架兩立柱傳到基礎(chǔ)截面的軸力；單位面積上基礎(chǔ)板重力和回填土重力，基礎(chǔ)埋深d=30m，回填土重度取20KN/m3；基礎(chǔ)總高度，見(jiàn)圖5-7；底板中點(diǎn)至立柱中心的距離見(jiàn)圖5-7；立柱中心至基礎(chǔ)邊緣的距離見(jiàn)圖5-7；基礎(chǔ)短邊長(zhǎng)度見(jiàn)圖5-7；基礎(chǔ)長(zhǎng)邊長(zhǎng)度見(jiàn)圖5-7；基礎(chǔ)底板計(jì)算簡(jiǎn)圖：圖5-7 基礎(chǔ)底板內(nèi)力計(jì)算簡(jiǎn)圖根據(jù)排架內(nèi)力計(jì)算的成果，故基礎(chǔ)底板地基反力滿足要求。5.6.3基礎(chǔ)底板內(nèi)力計(jì)算計(jì)算條件為滿槽水加橫向荷載。在此條件下，底板右邊懸臂段，跨中段及左邊懸臂段的彎矩M1x，M2x和M3x，計(jì)算公式如下cxL