渡槽结构计算书.docx

渡槽结构计算书.docx

《渡槽结构计算书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《渡槽结构计算书.docx（19页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

渡槽结构计算书

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要求。

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-Ⅱ级折减，建筑材料均采用钢筋砼，桥面总宽5m。

现状渡槽拆除后，为满足东方红干渠的过流要求及溢洪道交通要求，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+0.5m超高要求，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，确定渡槽带桥总长51m，8.5m×6跨。

上部结构设计如下：

渡槽过水断面尺寸为2.7×1.6m，同干渠尺寸，采用C25钢筋砼，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设置一加劲肋，维持悬挑板侧向稳定，桥面总宽5m，路面净宽4.4m，设计荷载标准为公路-Ⅱ级折减，两侧设预制C20钢筋砼栏杆，基础宽0.5m。

下部结构设计如下：

下部采用C30钢筋混凝土双柱排架结构，并设置横梁，

由于地基为砂岩，基础采用人工挖孔端承桩，尺寸为1.2×1.2m，基础深入岩层弱风化层1.0m，盖梁尺寸为4×1.6×1.2m。

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Ⅲ级，则安全系数为γ0=0.9，混凝土重度为γ=25kN/m3，正常运行期为持久状况，其设计状况系数为ψ=1.0，荷载分项系数为：

永久荷载分项系数γG=1.05，可变荷载分项系数γQ=1.20，结构系数为γd=1.2。

纵向计算中的荷载一般按匀布荷载考虑，包括槽身重力（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：

g1k=γ0ψγV1=0.9×25×（0.3×5+0.2×2×2+0.2×2.5+0.2×0.3+0.1×0.1+20.4×0.2+0.025×2+0.102×2）=72.09（kN/m）

设计值：

g1=γG。

g1k=1.05×72.09=75.69（kN/m）

水重：

标准值：

g2k=γ0ψγV2=0.9×9.81×（1.6×2.7-0.1×0.1-0.4×0.2）=37.35（kN/m）

设计值：

g2=γG。

g2k=1.05×37.35=39.22（kN/m）

车辆荷载：

集中荷载标准值：

pk=140×2=280kN

设计值：

p=1.2×280=336kN　　

人群荷载：

标准值：

qk=3.0（kN/m）

设计值：

q=1.2×3=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：

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）

l=1.05ln=1.05×6.9=7.245（m）

所以计算长度取为7.25m

跨中弯矩设计值为M=γ0ψ×（g1+g1+q）l2+

pl

=0.9×1.0×

×118.6×7.252+

×336×7.25

=1898.5（kN.m）

跨端剪力设计值Qmax=γψ×

（q+g1+g2）l+1.2P

=0.9×1.0×

×118.6×7.25+1.2×336=797.42（kN）

（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于受拉区，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全部底板的作用。

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

考虑双筋，a=0.08，h0=2.3-0.08=2.22（m），rd=1.2。

（2—1）

fcbx=fyAS（2—2）

式中M——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γ0及设计状况系数ψ在内；

Mu——截面极限弯矩值；

γd————结构系数，γd=1.20；

fc——混凝土轴心抗压强度设计值，混凝土选用C25，则fc=12.5N/mm；

b——矩形截面宽度；

x——混凝土受压区计算高度；

h0——截面有效高度；

fy——钢筋抗拉强度设计值；

As——受拉区纵向钢筋截面面积；

将ξ=x/h0代入式（2—4）、（2—5），并令αs=ξ（1-0.5ξ），则有

（2—3）

fcξbh0=fyAs（2—4）

ξ≤ξb（2—5）

根据以上各式，计算侧墙的钢筋面积如下：

=

=0.0942

%＞ρmin=0.15%

选4φ20+6φ25AS=1257+2945=4202（mm2）

（4）斜截面强度计算

已知v=797.42kN，

=5.55

=4，

=6

=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φ8@150的封闭箍筋。

同时沿墙高布置φ10@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，受拉区边缘的应变达到混凝土的极限拉伸值εmax，最大拉应力达到混凝土抗拉强度ft。

钢筋混凝土构件的抗裂验算公式如下：

Ms≤γmαctftkW0（2—7）

ML≤γMαctftkW0（2—8）

式中αct——混凝土拉应力极限系数，对荷载效应的短期组合αct取为0.85；对荷载效应的长期组合，αct取为0.70；

W0——换算截面A0对受拉边缘的弹性抵抗距；

y0——换算截面重心轴至受压边缘的距离；

I0——换算截面对其重心轴的惯性距；

ftk——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=2.8×104N/mm2，

Es=2.0×105N/mm2。

根据《水工混凝土结构设计规范》，选取γm值。

由bf/b＞2，hf/h＜0.2，查得γm=1.40，在γm值附表中指出，根据h值的不同应对γm值进行修正。

短期组合的跨中弯矩值

+

pl

=0.9×1.0×

×118.6×7.252+

×336×7.25

=1898.5（kN.m）

＞Ms

长期组合的跨中弯矩值（人群荷载的准永久系数ρ=0）

＝0.9×

×118.6×7.252

=858.67（kN.m）

＞Ml

综合上述计算可知，槽身纵向符合抗裂要求。

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，，两侧还有剪力Q1及Q2，其差值ΔQ与荷载q维持平衡。

ΔQ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。

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l1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）

（3—2）

以上各式中γ——水的重度；

γh——钢筋混凝土的重度；

δ——底板厚度。

图：

结构弯距图

图：

结构剪力图

结构计算成果表

AB

跨中

BA

BC

跨中

CB

CD

跨中

DC

DA

跨中

AD

弯距（KN.m）

-14.93

12.65

0.28

0.28

2.23

2.92

-5.86

18.05

107.87

-23.99

-0.1

-14.93

剪力KN

36.83

0

33.67

8.54

6.1

-15.46

136.5

69.49

143.29

-3.08

-6.1

-8.54

⑴底板的结构计算

按照底板中部弯矩配筋，采用c25砼，fcm=12.5N/mm根据《水工钢筋混凝土结构》，板厚200mm，受力钢筋间距取为100mm，具体配筋计算如下：

a=a’=30mm，h0=200-30=170mm，取单宽计算b=1000mm

选用Ⅰ级钢筋，则fC=210N/mm2，计算弯矩最大位置的配筋量：

Mx=14.93kN.m，N=36.83KN时，

fcξbh0=fyAs

ξ≤ξb

根据以上各式，计算底板的钢筋面积如下：

=

=0.057

%＞ρmin=0.15%

选Φ10@125AS=628（mm2）

⑵渡槽上顶边及悬挑部分的结构计算

渡槽顶部两侧壁水平挑出1.25m，并在顺行车方向每个两米设置一加劲肋，维持悬挑板侧向稳定，顶壁厚30cm。

按照悬臂根部最大弯矩计算配筋，采用c25砼，fcm=12.5N/mm根据《水工钢筋混凝土结构》，板厚300mm，受力钢筋间距取为100mm，具体配筋计算如下：

a=a’=30mm，h0=300-40=260mm，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，

fcξbh0=fyAs

ξ≤ξb

根据以上各式，计算钢筋面积如下：

=

=0.187

%＞ρmin=0.15%

选φ20@140AS=2244（mm2）

（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，其结果更安全。

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：

Mmax=-14.93kN.m，N=-292.67kN

计算η值：

故取偏心距为实际值e0=58.3mm。

，取ζ1=1.0

∴

判断大小偏心，因为ηe0=1.035×58.3=60mm<0.3h0=0.3×810=243mm

所以，按小偏心受压构件计算。

按最小配筋率计算AS，ρmin=0.2%，所以

AS=ρminbh0=0.2%×200×810=324（mm2）

选用2φ16，AS=402mm2

选用2φ10，AS＇=157mm2

斜截面受剪承载力计算：

故截面尺寸满足抗剪要求。

故可不进行斜截面受剪承载力计算，而按构造要求配置箍筋选φ6@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，本设计因为是粗略计算，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形截面梁。

基本数据：

ES=2.0×105N/mm2，Ec=2.0×104N/mm2，ftk=1.75N/mm2,γd=1.75，αst=0.7。

具体计算如下：

换算截面面积

A0=bh+（bf-b）bf+αEAs+αEAs＇

=200×850+（2000-200）×200+

×（226+402）

=454485.7（mm2）

换算截面的重心至受拉边缘的距离

+

=85524541087（mm4）

换算截面对其重心的惯性矩

经过以上的验算可知，侧墙肋的配筋满足抗裂要求。

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。

l0/h=2300÷400=5.75<8，故不需考虑纵向弯曲的影响。

，故取偏心距e0=704mm

取ζ1=1.0。

判断大小偏心，因为ηe0=1.0132×1304=713.3（mm），所以按大偏心受拉构件计算配筋。

计算As＇及As：

对于Ⅱ级钢筋，αsb=0.396

选用2φ10，As=157mm2。

（偏心受拉构件根据《水工钢筋混凝土结构》不需考虑ρmin的限制。

%＞ρmin=0.15%

选用2φ8，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bf＇=2000mm，高度hf＇=200mm，肋宽b=200mm，肋高h=400mm。

，故按大偏心计算。

重心轴到受拉边缘的距离为

对于Ⅱ级钢筋，αst=0.396

故按第一组内力组合求得的As=101mm2满足第二组内力组合的配筋要求，所以As＇=157mm2。

同理可得，第一组内力组合的As＇=157mm2亦满足第二组内力组合As的要求。

抗裂验算：

已知：

Es=2.0×105N/mm2，Es=2.8×104N/mm2，ftk=1.75N/mm2，γm=1.75，αct=0.7，则

换算截面面积A0=bh+（bf-b）hf+αEAs+αEAs＇

=200×400+（2000-200）×200+

×（157+101）

=375428.57（mm2）

换算截面的重心到受压边缘的距离

换算截面对其重心的惯性矩

经过上述计算可验证所配钢筋混凝土截面满足抗裂要求。

⑷基地正应力验算

按材料力学偏心受压公式，上下边缘正应力σyu、σyd为

（4—3）

式中

ΣW——单位宽度上全部荷载的铅直力总和；

ΣM——单位宽度上计算截面上全部荷载对于计算截面形心的力矩总和，以使上游面产生正压应力为正；

L——计算截面沿渡槽方向的长度。

取边墩与土基相接触的截面为计算对象：

L=3.2m

ΣW=G1+G2+G3=180.2×7.25+1.2×174.6+25×（4×1.6×1.2+1.2×1.2×6.4×2+1.6×1×0.6）=2216（kN）

ΣM=2.0×4.5×25×（-0.25）+0.5×4.0×1.0×25×（0.75+1/3）+33.396×1.25+2.5×1.0×18×1.25-0.5×0.5×2.0×18×（0.75+0.5/3）+0.5×0.5×2.0×（1.75-0.5/3）×11+0.5×0.5×18×（-1.5）+210.583×0.25-14.209×2.5×（2.5+2.5/3）-0.5×2.5×（33.693-14.209）×（2.5+2.5/3）

-33.178×2.52×0.5-0.5×2.5×（44.785-33.178）×2.5/3-34.3×3.5×0.5×（3.2×2/3-1.75）

=920（kNm）

为了保证渡槽工程的安全和正常运用，基地压应力及其分布必须满足：

σmax≤[σ]，σmin≥0。

由于地基土的允许压应力为[σ]=350kN/m2>σ，综合以上计算，基础满足要求。