混凝土結(jié)構(gòu)渡槽槽身縱向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

關(guān)于混凝土結(jié)構(gòu)渡槽槽身縱向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第1頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)45分，星期五一、設(shè)計(jì)資料1.基本資料

某灌溉渠道上有一鋼筋混凝土排架式渡槽，屬4級(jí)建筑物。渡槽排架為單層門(mén)形剛架，立柱高度為5m，立柱基礎(chǔ)采用條形基礎(chǔ)；渡槽槽深為等跨簡(jiǎn)支矩形槽，跨長(zhǎng)L=12m，槽內(nèi)凈尺寸Bn×Hn=3.0m×2.5m，設(shè)計(jì)水深H1=2.0m，最大水深H2=2.5m；槽頂外側(cè)設(shè)1m寬人行橋，人行道外側(cè)設(shè)1.2m高欄桿。為減小應(yīng)力集中，在槽身內(nèi)轉(zhuǎn)角處及排架立柱與橫梁連接處加設(shè)補(bǔ)角（設(shè)計(jì)時(shí)忽略其影響）結(jié)構(gòu)布置圖如圖1所示。第2頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)45分，星期五第3頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)45分，星期五2.荷載

（1）荷載標(biāo)準(zhǔn)值：鋼筋混凝土重度γ砼=25kN/m3；水的重度γ水=10kN/m3

欄桿自重g1k=0.5kN/m2（折算均布荷載）；人群荷載q1k=2kN/m2；風(fēng)荷載q2k=0.25kN/m2，施工荷載q3k=4.0kN/m2。（2）荷載分項(xiàng)系數(shù)：永久荷載：結(jié)構(gòu)自重荷載分項(xiàng)系數(shù)γG=1.05；可變荷載：除滿槽時(shí)水重及水壓力荷載分項(xiàng)系數(shù)取γQ=1.10外，其他可變荷載分項(xiàng)系數(shù)均取γQ=1.20。第4頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)45分，星期五3.材料

選用C20混凝土，Ⅰ級(jí)和Ⅱ級(jí)鋼筋。4.使用要求（1）槽身橫向臨水面和縱向進(jìn)行抗裂驗(yàn)算（2）槽身縱向撓度允許值：[f]=l0/500第5頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)45分，星期五5.設(shè)計(jì)內(nèi)容（1）對(duì)渡槽槽身進(jìn)行橫向和縱向計(jì)算，按照強(qiáng)度、裂縫、撓度以及構(gòu)造要求配筋。（2）繪制槽身及排架配筋圖，并編制鋼筋表

6.設(shè)計(jì)成果（1）設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)一份，包括設(shè)計(jì)所依據(jù)的基本資料、計(jì)算圖表、計(jì)算過(guò)程和結(jié)果。要求內(nèi)容完整、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、書(shū)寫(xiě)整潔。（2）槽身及排架配筋圖，包括結(jié)構(gòu)輪廓尺寸、配筋圖、鋼筋表，要求布局適當(dāng)、圖面整潔、字體規(guī)范。第6頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)45分，星期五設(shè)計(jì)步驟槽身橫向計(jì)算人行橋設(shè)計(jì)側(cè)墻設(shè)計(jì)底板設(shè)計(jì)槽身縱向設(shè)計(jì)尺寸擬定計(jì)算簡(jiǎn)圖荷載計(jì)算內(nèi)力計(jì)算配筋計(jì)算尺寸擬定計(jì)算簡(jiǎn)圖荷載計(jì)算正截面承載力計(jì)算抗裂驗(yàn)算尺寸擬定計(jì)算簡(jiǎn)圖內(nèi)力計(jì)算配筋計(jì)算計(jì)算簡(jiǎn)圖荷載計(jì)算內(nèi)力計(jì)算正截面受彎承載力計(jì)算斜截面受剪承載力計(jì)算抗裂、變形驗(yàn)算繪制MR圖抗裂驗(yàn)算第7頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)45分，星期五任務(wù)1:槽身橫向結(jié)構(gòu)計(jì)算第8頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)45分，星期五（1）人行橋設(shè)計(jì)按受彎構(gòu)件計(jì)算1）尺寸擬定取h外=80mm，h內(nèi)=100mm。2）計(jì)算簡(jiǎn)圖

第9頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)45分，星期五3）荷載計(jì)算板自重及欄桿重：標(biāo)準(zhǔn)值

g3k=γ砼b＋g1kb=25×1×0.09＋

0.5×1=2.75kN/m

設(shè)計(jì)值

g3=γGg3k=1.05×2.75=2.89kN/m

人群荷載：標(biāo)準(zhǔn)值

q3k=q1kb=2×1=2kN/m

設(shè)計(jì)值

q3=γQq3k=1.2×2=2.4kN/m4）內(nèi)力計(jì)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10頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)45分，星期五5）配筋計(jì)算（按單筋設(shè)計(jì)）

C20混凝土，fc=10N/mm2,Ⅰ級(jí)鋼筋，fy=210N/mm2，取as=30mm,h0=h－as=100－30=70mm

＞ρminbh0=0.0015×1000×70=105mm2

選配Φ12@300（實(shí)配鋼筋面積As=377mm2）

第11頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)45分，星期五（2）側(cè)墻設(shè)計(jì)按受彎構(gòu)件計(jì)算1）尺寸擬定取側(cè)墻頂部厚度為h上=200mm（按規(guī)范要求不小于80mm和l/30=2950/30=98mm）；側(cè)墻底部厚度為h下=300mm（要求不小于150mm）；縱向取單位寬度b=1000mm。2）計(jì)算簡(jiǎn)圖：按固接于底板上的懸臂板計(jì)算見(jiàn)圖4。當(dāng)側(cè)墻較高時(shí)，彎矩M變化較大，為了節(jié)約材料，取墻底1-1斷面及其上x(chóng)=1m處2-2截面來(lái)進(jìn)行計(jì)算。圖示第12頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)45分，星期五返回第13頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)45分，星期五3）荷載計(jì)算（因風(fēng)荷載所引起的內(nèi)力較側(cè)向水壓力、人群荷載等引起的內(nèi)力小得多，故這里忽略風(fēng)荷載的影響）側(cè)向水壓力：

持久狀況(正常水深)

標(biāo)準(zhǔn)值

q4k=γ水bH1=10×1×2=20kN/m

設(shè)計(jì)值

q4=γQq4k=1.2×20=24kN/m

短暫狀況(滿槽水深)

標(biāo)準(zhǔn)值

q5k=γ水bH2=10×1×2.5=25kN/m

設(shè)計(jì)值

q5=γQq5k=1.1×25=27.5kN/m人行橋傳來(lái)彎矩

M橋=1.84kN·m第14頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)45分，星期五

1-1斷面：4）正截面承載力計(jì)算=27.34+1.96=29.30kN·m2-2斷面：=5.91+1.96=7.87kN·m第15頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)45分，星期五

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

選配鋼筋12@150（實(shí)配鋼筋面積As=754mm2）（內(nèi)側(cè)受拉）。第16頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)45分，星期五2-2截面配筋計(jì)算

因側(cè)墻頂部厚度為200mm，側(cè)墻底部厚度為300mm，側(cè)墻高度為2.5m，2–2截面距底部距離為1m，可以得出2–2截面處的側(cè)墻厚度為260mm。取as=30mm，h0=h－as=300－30=270mm

＜ρminbh0=0.0015×1000×230=345mm2

選配鋼筋實(shí)配鋼筋選配Φ12@300（實(shí)配鋼筋面積As=377mm2）

＜0.85ξb=0.468第17頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)45分，星期五截面厚度h（mm）彎矩M（kN·m）計(jì)算鋼筋面積（mm2）實(shí)配鋼筋面積（mm2）1–130029.3463?12@150（As=754）2–22607.87143?12@300（As=377）計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5–1。

表5–1側(cè)墻橫向配筋計(jì)算第18頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)45分，星期五

5）抗裂驗(yàn)算側(cè)墻內(nèi)側(cè)受拉且處于臨水面，應(yīng)進(jìn)行抗裂驗(yàn)算。按荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的彎矩值：

=26.04+1.84=27.88kN·m

查表得：混凝土拉應(yīng)力限制系數(shù)αct=0.85，HRB335級(jí)鋼筋的彈性模量Es=2.0×105N/mm2，C30混凝土的彈性模量Ec=3.00×104N/mm2。受拉鋼筋的配筋率：ρ=As/（bh0）=

754/（1000×270）=0.0028鋼筋與混凝土的彈性模量之比：

αE=Es/Ec=2.0×105/（3.00×104）=6.67第19頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)45分，星期五

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滿足抗裂要求。第20頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)45分，星期五（3）底板設(shè)計(jì)

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（發(fā)生在最大水深且人行橋上有人群荷載時(shí)）及相應(yīng)的拉力N；

②跨中最大正彎矩（發(fā)生在水深為槽寬的一半，即H3=B/2=3.3/2=1.65m，且人行橋上無(wú)人群荷載時(shí)）及相應(yīng)的拉力N。

1）尺寸擬定底板厚度應(yīng)為側(cè)墻厚度的（2/3-1）倍，取底板厚度

h=300mm，寬度取單位寬度b=1000mm。

2）計(jì)算簡(jiǎn)圖計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖5所示，圖中，B=3＋0.3=3.3m第21頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)45分，星期五底板計(jì)算簡(jiǎn)圖

第22頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)45分，星期五

3）內(nèi)力計(jì)算和配筋計(jì)算支座截面：

支座截面配筋計(jì)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屬于大偏心受拉構(gòu)件

e=e0–h/2+a=1040–300/2+30=920mm設(shè)x=0.85ξbh0，對(duì)HRB335級(jí)鋼筋，αsmax=0.358，則第23頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)45分，星期五

配筋計(jì)算：取as=30mm，h0=h－as=300－30=270mm取As′=ρminbh0=0.0015×1000×270=405mm2

，實(shí)配鋼筋14@300（實(shí)際鋼筋面積As′=513mm2），則x=ξh0=0.0011×270=0.3mm＜2a′=60mm

e′=h/2–a+e0=300/2–30+1040=1160mm第24頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)45分，星期五＞0.0015×1000×270=405mm2選配鋼筋12/14@150（實(shí)際鋼筋面積As=890mm2）（上表面受拉）。第25頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)45分，星期五跨中截面內(nèi)力計(jì)算：底板自重標(biāo)準(zhǔn)值g4k=γ砼bh=25×1×0.3=7.5kN/m

計(jì)算值g4=g4k=7.5kN/m側(cè)向水壓力標(biāo)準(zhǔn)值q4k=γ水bH3=10×1×1.65=16.5kN/m

計(jì)算值q4=1.15q4k=1.15×16.5=18.98kN/m槽內(nèi)水重標(biāo)準(zhǔn)值q5k=γ水bH3=10×1×1.65=16.5kN/m

計(jì)算值q5=1.15q5k=1.15×16.5=18.98kN/m第26頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)45分，星期五跨中內(nèi)力計(jì)算值為：

Nc=q4H3/2=18.98×1.65/2=15.66kN=36.05–8.61–1.06=26.83kN·m跨中截面配筋計(jì)算：e0=Mc/Nc=26.83/15.66=1.71m＞h/2–a=0.3/2–0.03=0.12m屬于大偏心受拉構(gòu)件

e=e0–h/2+a=1710–300/2+30=1590mm第27頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)45分，星期五取As′=ρminbh0=0.0015×1000×270=405mm2

，實(shí)配鋼筋14@300（實(shí)際鋼筋面積As′=513mm2）。即：x＜2a′=60mm

e′=h/2–a+e0=300/2–30+1710=1830mm＞0.0015×1000×270=405mm2選配鋼筋12/14@150（實(shí)際鋼筋面積As=890mm2）（下面受拉）。結(jié)果見(jiàn)表5–2。第28頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)45分，星期五

截面位置計(jì)算鋼筋面積（mm2）

實(shí)配鋼筋面積（mm2）受拉鋼筋受壓鋼筋受拉鋼筋受壓鋼筋

支

座661（上表面）＜0?12/14@150（890）14@300（513）跨

中498（下表面）＜0?12/14@150（890）14@300（513）表5–2底板支座與跨中計(jì)算鋼筋面積與實(shí)際配筋面積第29頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)45分，星期五4）抗裂驗(yàn)算底板上部支托邊臨水面受拉，應(yīng)進(jìn)行裂縫寬度驗(yàn)算。①底板支座截面取底板支座補(bǔ)角邊緣截面（x=0.15+0.2=0.35m）作為計(jì)算截面，并按滿槽水深加人群荷載的組合按下式進(jìn)行抗裂驗(yàn)算?；炷晾瓚?yīng)力限制系數(shù)αct=0.85。A0=Ac+αEAs+αEAs′=1000×300+6.67×890+6.67×513=3.09×105第30頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)45分，星期五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31頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)45分，星期五

底板與側(cè)墻補(bǔ)角邊緣到側(cè)墻中心的距離x=0.35m。此截面的軸向力及彎矩為：=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屬于大偏心受拉構(gòu)件底板支座臨水面滿足抗裂要求。第32頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)45分，星期五

②底板跨中截面：跨中的軸向力和彎矩為：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屬于大偏心受拉構(gòu)件

滿足抗裂要求。如果不滿足抗裂要求，則需要進(jìn)行裂縫寬度驗(yàn)算。第33頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)45分，星期五任務(wù)2:槽身縱向結(jié)構(gòu)計(jì)算側(cè)墻作為簡(jiǎn)支梁，設(shè)計(jì)時(shí)忽略人行橋板截面的影響而按單筋矩形截面計(jì)算。（1）計(jì)算簡(jiǎn)圖

梁按側(cè)墻平均厚度計(jì)算，即

b=（h1＋h2）/2=（0.2＋0.3）/2=0.25m

計(jì)算跨度l0=1.05ln=1.05×10.8=11.3m

（ln=lc－a=12－1.2=10.8m）第34頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)45分，星期五（2）荷載（每個(gè)側(cè)墻承受總荷載的一半）人行道板及欄桿自重標(biāo)準(zhǔn)值

人行道板及欄桿自重計(jì)算值g5=g5k=2.3kN/m側(cè)墻自重標(biāo)準(zhǔn)值g6k=γ砼bH2=25×0.25×2.5=15.6kN/m側(cè)墻自重計(jì)算值g6=g6k=15.6kN/m底板自重標(biāo)準(zhǔn)值g7k=γ砼Bh3/2=25×3.6×0.3/2=13.5kN/m底板自重計(jì)算值g7=g7k=13.5kN/m第35頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)45分，星期五可變荷載：人群荷載標(biāo)準(zhǔn)值q1k=2.0kN/m人群荷載計(jì)算值q1=2.3kN/m槽內(nèi)水重標(biāo)準(zhǔn)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（滿槽水深）槽內(nèi)水重計(jì)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（滿槽水深）第36頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)45分，星期五3.內(nèi)力計(jì)算跨中彎矩計(jì)算值支座邊緣剪力計(jì)算值：第37頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)45分，星期五（4）正截面承載力計(jì)算

取as=100mm，h0=h－as=2950－100=2850mm選配鋼筋620（實(shí)際鋼筋面積為1884mm2）＜0.85ξb=0.468第38頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)45分，星期五（5）斜截面受剪承載力計(jì)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

需進(jìn)行斜截面承載力計(jì)算。選配單肢箍筋Φ8@200，查表得Asv=50.3mm2，則

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

按計(jì)算不需要設(shè)置彎起鋼筋，為安全起見(jiàn)按構(gòu)造每端彎起220的縱筋。第39頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)45分，星期五鋼筋的彈性模量Es=2.0×105N/mm2，混凝土的彈性模量

Ec=3.00×104N/mm2，按倒T形截面進(jìn)行驗(yàn)算，如圖5–7所示。

（6）抗裂驗(yàn)算第40頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)45分，星期五

第41頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)45分，星期五

W0=I0/（h–y0）=1.8×1012/（2950–2073.8）=2.05×109mm3根據(jù)《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》選取γm值。查得γm=1.55，根據(jù)h值的不同應(yīng)對(duì)γm值進(jìn)行修正。側(cè)墻承受荷載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的彎矩為：=2263.4kN·mMk=2263.4kN·m＜γmαct