河海水工钢混课设.docx
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河海水工钢混课设
设计资料
一、设计数据和设计资料2
工作桥及支架结构设计
一、工作桥布置3
二、支架结构布置5
工作桥配筋计算
一、面板配筋设计6
二、横梁配筋设计11
三、纵梁配筋设计12
四、桥身吊装验算15
五、桥身吊环计算16
六、刚架横向配筋设计16
七、刚架纵向配筋设计20
八、刚架吊装验算22
九、牛腿配筋设计23
总结
一、计算画图中出现的问题及分析24
二、课程设计感想25
设计资料
一、根据初步设计成果提出设计资料和数据如下:
(1)排涝闸示意图
(2)工作桥桥面高程Δ32.4m
(3)闸墩顶高程Δ24m
(4)该闸共五孔,每孔净宽7m
(5)中墩宽1m,边墩宽0.9m
(6)闸门采用钢丝网水泥波形面板和钢筋混凝土梁组成的平面闸门,闸门自重200kN
(7)起笔设备五台绳鼓式QPQ—2×160kN型启闭机,启门力320kN,每台启闭机重量35kN。
启闭机形式及主要尺寸见参考资料。
(8)闸门吊点中心距4.4m
(9)荷载:
人群荷载3kN/m2;
栏杆重1.5kN/m;
安装荷载,每个绳鼓重6.54kN(考虑着地面积为350mm×350mm);
施工荷载4kN/m2;
水闸所在地区基本风压ψ0=0.45kN/m2(风荷载体型系数μs=1.3,风压高度变化系数μz=0.9);
钢筋混凝土重力密度25kN/m3;
分在分项系数:
永久荷载,γG=1.05,可变荷载,γQ=1.20,启门力属可控的可变荷载,γQ=1.10;
水闸所在地区为地震烈度区,可不考虑地震作用,但注意工作桥纵梁的支点构造,以增强抗震能力。
(10)吊装机械的最大起重量250kN
(11)建筑物级别3级
(12)结构环境条件类别二类
(13)建筑材料,钢筋,梁柱受力钢筋为Ⅱ级钢筋,板受力钢筋为Ⅰ级钢筋,分布钢筋和箍筋为Ⅰ级钢筋;混凝土,强度等级C25
(14)规范,《水工混凝土结构设计规范》(SL/T191—96)
工作桥及支架结构设计
一、工作桥结构布置
1、工作桥的结构形式可视水闸的规模而定。
为了使闸门开启后在桥外有较大的净空,工作桥通常采用梁式桥的形式。
多孔水闸的工作桥大多做成装配式结构。
装配式工作桥一般为单跨简支梁式。
为便于安装,工桥桥长度=两闸墩中心线距离-20~30mm=7000+500+500-20=7980mm,但计算时工作桥长度仍用8000mm计算。
2、纵梁的间距及截面尺寸
纵梁通常设置两根,为了受力均匀,中柱中心线与纵梁中心线重合。
主柱与闸墩以杯形基础联接,杯形基础要求立柱边离门槽为75+150=225mm,尽量使螺栓位于纵梁轴线上,Q1和Q2两个地脚螺栓布置于上游纵梁A轴线上,由此梁A位置就可以确定了,梁A中心线距吊点中心线距离=936-50=886mm。
但Q3和Q4两个地脚螺栓不可能布置在纵梁B轴线上。
由杯口要求,梁B中心线距吊点中心线至少=575(=350+150+75)+h1/2mm,其中h1为柱宽。
纵梁承受整个桥跨包括启门力在内的全部荷载,因此截面尺寸较大,梁高一般取为跨度的1/8~1/9之间,,梁肋宽度为梁高的1/2~1/3,但不小于200~250mm,一般取为250~400mm,所以本次设计取b×h=400mm×800mm。
此为,本次设计两根纵梁的中心距=1661(=866+575+200)mm。
3、悬臂板截面尺寸
机墩外操作宽度应有1000~1200mm,两边栏杆每边占用100~200mm,悬臂板宽度为400~700mm可以不做挑梁,故取板宽为700mm。
纵梁翼缘厚度在悬臂端部常用80~100mm,取80mm,在悬臂根部梁肋出则加厚为150~200mm,取200mm。
4、横梁位置及尺寸
横梁的设置决定于启闭机位置。
本设计采用绳鼓式QPQ—2×160kN型启闭机,则将绳鼓安置在桥跨两端,因而在桥跨两端各需布置一对横梁。
横梁轴线最好与地脚螺栓排列的轴线相一致,以改善受力条件。
但是,由于最小孔尺寸的限制,一边螺栓可位于横梁中心线,而另一边则不行。
故取Q1和Q4布置于一根横梁的轴线上。
横梁高度可取纵梁高度的2/3~3/4,常用350~500mm;横梁宽度不小于180mm,,常用200~250mm,本次设计取b×h=200mm×400mm,两根横梁轴线距离为1050(=1350-150×2)mm。
5、活动铺板的不知与截面尺寸
为了减小纵梁吊装重量,可将两根纵梁间的翼缘(桥面板)做成可拆卸的活动铺板,简支在纵梁上,活动铺板顶面须与纵梁顶面齐平。
铺板用钢筋混凝土实心板,板宽变化幅度为400~1000mm,其长度为两纵梁的净距加上每边的60~80mm的支撑宽度。
为了便于安装,铺板的实际宽度减小10mm,实际长度应比设计长度减小20mm。
铺板的厚度一般取为60~100mm,本次设计取板厚为80mm,支撑宽度为80mm。
由于机墩边至工作桥边缘距离为1152mm,两机墩边之间的距离为2976mm,故板宽取为两种,边缘板宽384mm,中间板宽595mm。
在手摇箱机墩处板长871(=1421-550)mm,其它地方板长1421(=1661-400+160)mm。
6、手摇箱机墩位置及尺寸
布置要求手摇箱与相邻闸孔的绳鼓之间应有适当距离,具体位置与尺寸如图所示。
由于手摇柄转轴位置距桥面900~1000mm,根据图可以确定H=(900~1000)-400=(500~600)mm,注意手摇箱位置需做悬臂板,悬臂板外再铺设活动铺板。
7、机墩浇筑方法及尺寸
在启闭机下设机墩。
在预置工作桥纵横梁时,常因启闭机未到货而不能决定预埋地脚螺栓的正确位置,或因启闭机高度较小,以致直接安装在纵横梁上而形成操作不便,所以往往待工作桥吊装后,将预先埋在纵横梁的竖向钢筋板直,浇筑机墩混凝土,同时根据已到货的启闭机机座螺栓孔的位置预埋基座地脚螺栓,以便在机墩上安装启闭机,注意地脚螺栓保护层大于50mm。
在计算配筋初步采用的尺寸为高400mm,长边内外部都与两横梁侧面齐平,上游侧预埋50mm螺栓保护层,下游侧与纵梁内侧对齐,具体见工作桥平面图。
上游内侧孔宽与上游纵梁对齐,下游侧内孔宽留100mm螺栓保护层。
8、栏杆布置及尺寸
工作桥上应设置及照明设备,以便管理人员运用上的要求。
栏杆柱通常为1.5~2.0m设一根,在纵梁接缝处应分开设置,柱间以扶手和横挡相连,栏杆柱通常为钢筋混凝土方柱,其高度为1.0~1.1m,由于受力较小,截面尺寸一般按构造要求可取为120mm×120mm~150mm×150mm。
扶手和横挡均可用钢筋混凝土预制,也可用铁管代替。
灯柱可结合栏杆柱设置,其间距为20~25m左右。
扶手尺寸为150mm×150mm×1000mm,横挡截面为100mm×80mm,横挡中心距取为420mm,扶手中心距为1925mm。
9、桥面总宽度
桥面总宽度应满足安置启闭机和管理运用上的要求。
桥面总宽度一般不小于2.0m,常在2.2~4.5m之间变化。
本次设计总宽度应为3461(=700+200+886+575+200+200=700)mm。
10、工作桥布置
见工作桥立面图、工作桥平面图和工作桥侧面图。
一、支架结构布置
1、支架高度及支架层数
支架计算高度等于工作桥桥面高度减去闸墩顶高程减去纵梁高度,即H=32.4-24.0-0.8=7.6m。
实际高度需在计算高度上加上立柱插入杯口的高度H1,H1需要满足:
a、大体为0.8~1.2倍立柱长边尺寸,即320~480mm;b、大于380(=0.05H)mm。
因此本次设计取H1=400mm。
因为刚架高度大于5m,宜采用双层刚架或多层刚架,立柱的中心线取与工作桥纵梁中心线相重合。
本次设计采用取双层刚架结构。
2、中横梁位置及尺寸
对于双层刚架或多层刚架,横梁一般等间距布置,因此本次设计两根横梁轴线间距为3700mm。
横梁宽度不应超过闸墩门槽顶部的厚度(一般中墩门槽顶部的厚度不小于400mm),横梁高度采用300~500mm,故两横梁尺寸都取为b×h=500mm×400mm。
考
在顶横梁下缘和中横梁上、下缘与立柱相交处设贴角,斜角为45°,高度为0.5~1.0h1,即200~400mm,故取200mm。
3、立柱截面尺寸
柱顺水流方的宽度h1应该是300~500mm,取400mm,垂直水流方向b1应该是400~600mm,取500mm。
虑工作桥和刚架预制安装的误差,工作桥纵梁外侧面不宜与立柱外边缘平齐,因此可在顺水流方向设置牛腿,即将顶横梁端部在顺水流方向挑出100~150mm,故取挑出150mm。
在立柱顶部沿垂直水流方向设置牛腿,以增加顶部支撑的长度,牛腿尺寸:
C>0.5b1(即250mm),h>b1(即500mm),故取C为250mm,h为500mm,斜角为45°。
4、支架布置
见工作桥立面图、工作桥平面图和工作桥侧面图。
工作桥配筋计算
一、面板配筋设计
1、活动铺板
钢筋混凝土重力密度γ=25.5kN/m3;
混凝土强度等级C25,fc=12.5N/mm2;
受力钢筋和分布钢筋采用Ⅰ级钢筋,fy=210N/mm2;
建筑物级别3级,采用的结构重要性系数γ0=1.0;
永久荷载分项系数γG=1.05;
结构安全系级别二级,采用的结构系数γd=1.20。
B1类板标志尺寸:
384×1421。
1)安装与检修工况,短暂状况ψ=0.95。
a、荷载计算
板自重:
gk=γhb=25×0.08×0.384=0.768kN/m
g=γGgk=1.05×0.768=0.8064kN/m
一个绳鼓重:
Gk=6.54kN
G=γGGk=1.05×6.54=6.867kN
b、内力计算与计算简图
l0=ln+a=1261+80=1341mm
l0=ln+a=1261+80=1341mm
l0=1.1ln=1.1×1261=1387.1mm
故取最小值l0=1341mm
跨中最大弯矩
M=γ0ψ(1/8gl02+1/4Gl0)=1.0×0.95×(1/8×0.8064×1.3412+1/4×6.867×1.341)=2.3593kNm
c、配筋计算
c=25mm,a=30mm,h0=h-a=80-30=50mm
αs=γdM/(fcbh02)=1.2×2.3593/(12.5×384×502)×106=0.23593
ξ=1-(1-2αs)0.5=0.2733<ξb=0.614
As=fcξbh0/fy=12.5×0.2733×384×50/210=312.3mm2
ρ=As/(bh0)=312.3/(384×50)=1.63%>ρmin=0.15%
因此选4Φ10(As=314mm2),分布钢筋选Φ6@150。
2)正常使用工况,持久状况ψ=1.0
a、荷载计算
板自重:
gk=γhb=25×0.08×0.384=0.768kN/m
g=γGgk=1.05×0.768=0.8064kN/m
人群荷载:
qk=3.0×0.384=1.152kN/m
q=γQqk=1.2×1.152=1.3824kN/m
b、内力计算
M=γ0ψ(1/8)(g+q)l02=1.0×1.0×(1/8)×(0.8064+1.3824)×1.3412=0.492kNm<2.3593kNm
所以安装与检修工况的配筋满足正常使用状况的要求。
B2类板标志尺寸:
595×1421。
1)安装与检修工况,短暂状况ψ=0.95。
a、荷载计算
板自重:
gk=γhb=25×0.08×0.595=1.19kN/m
g=γGgk=1.05×1.19=1.2495kN/m
一个绳鼓重:
Gk=6.54kN
G=γGGk=1.05×6.54=6.867kN
b、内力计算与计算简图
l0=ln+a=1261+80=1341mm
l0=ln+a=1261+80=1341mm
l0=1.1ln=1.1×1261=1387.1mm
故取最小值l0=1341mm
跨中最大弯矩
M=γ0ψ(1/8gl02+1/4Gl0)=1.0×0.95×(1/8×1.2495×1.3412+1/4×6.867×1.341)=2.4539kNm
c、配筋计算
c=25mm,a=30mm,h0=h-a=80-30=50mm
αs=γdM/(fcbh02)=1.2×2.4539/(12.5×595×502)×106=0.1584
ξ=1-(1-2αs)0.5=<0.173<ξb=0.614
As=fcξbh0/fy=12.5×0.173×595×50/210=306.4mm2
ρ=As/(bh0)=306.4/(595×50)=1.03%>ρmin=0.15%
因此选4Φ10(As=314mm2),分布钢筋选Φ6@150。
2)正常使用工况,持久状况ψ=1.0
a、荷载计算
板自重:
gk=γhb=25×0.08×0.595=1.19kN/m
g=γGgk=1.05×1.19=1.2495kN/m
人群荷载:
qk=3.0×0.595=1.785kN/m
q=γQqk=1.2×1.785=2.142kN/m
b、内力计算
M=γ0ψ(1/8)(g+q)l02=1.0×1.0×(1/8)×(1.785+2.142)×1.3412=0.8827kNm<2.4539kNm
所以安装与检修工况的配筋满足正常使用状况的要求。
B3类板标志尺寸:
384×871。
1)安装与检修工况,短暂状况ψ=0.95。
a、荷载计算
板自重:
gk=γhb=25×0.08×0.384=0.768kN/m
g=γGgk=1.05×0.768=0.8064kN/m
一个绳鼓重:
Gk=6.54kN
G=γGGk=1.05×6.54=6.867kN
b、内力计算与计算简图
l0=ln+a=871+80=951mm
l0=ln+a=871+80=951mm
l0=1.1ln=1.1×871=958.1mm
故取最小值l0=951mm
跨中最大弯矩
M=γ0ψ(1/8gl02+1/4Gl0)=1.0×0.95×(1/8×0.8064×9512+1/4×6.867×951)=1.6376kNm
c、配筋计算
c=25mm,a=30mm,h0=h-a=80-30=50mm
αs=γdM/(fcbh02)=1.2×1.6376/(12.5×384×502)×106=0.1638
ξ=1-(1-2αs)0.5=0.18<ξb=0.614
As=fcξbh0/fy=12.5×0.18×384×50/210=205.7mm2
ρ=As/(bh0)=205.7/(384×50)=1.07%>ρmin=0.15%
因此选4Φ10(As=314mm2),分布钢筋选Φ6@150。
2)正常使用工况,持久状况ψ=1.0
a、荷载计算
板自重:
gk=γhb=25×0.08×0.384=0.768kN/m
g=γGgk=1.05×0.768=0.8064kN/m
人群荷载:
qk=3.0×0.384=1.152kN/m
q=γQqk=1.2×1.152=1.3824kN/m
b、内力计算
M=γ0ψ(1/8)(g+q)l02=1.0×1.0×(1/8)×(0.8064+1.3824)×0.9512=0.2474kNm<1.6376kNm
所以安装与检修工况的配筋满足正常使用状况的要求。
2、悬臂板
悬臂板标志长度700mm,取板宽为1m计算,端部厚80mm,根部厚200mm,由根部最大弯矩计算板的钢筋用量。
1)安装与检修工况,短暂状况ψ=0.95。
a、荷载与弯矩计算
板自重和弯矩:
gk1=γh1b=25×0.08×1=2kN/m
g1=γGgk1=1.05×2=2.1kN/m
gk2=γh2b=25×0.2×1=5kN/m
g2=γGgk2=1.05×5=5.25kN/m
M1=γ0ψ(1/2g1l2+1/6(g2-g1)l2)=1.0×0.95×((1/2)×2.1×0.72+(1/6)×(5.25-2.1)×0.72)=0.7332kNm
栏杆重和弯矩:
gk3=1.5kN/m
g3=γGgk3=1.05×1.5=1.575kN/m
l’=l-(50+150/2)=700-125=575mm
M2=γ0ψg3l’=1.0×0.95×1.575×0.575=0.8603kNm
绳鼓重和弯矩:
P=6.867kN
C=700-50-150-350/2=325mm
C为绳鼓集中力p到悬臂端根部的距离。
M3=γ0ψPC/(a+2c)=1.0×0.95×6.867×0.325/(0.35+0.325×2)=2.1202kNm
总弯矩M=M1+M2+M3=0.7332+0.8603+2.1202=3.7137kNm
2)正常使用工况,持久状况ψ=1.0。
a、荷载与弯矩计算
板自重和弯矩:
gk1=γh1b=25×0.08×1=2kN/m
g1=γGgk1=1.05×2=2.1kN/m
gk2=γh2b=25×0.2×1=5kN/m
g2=γGgk2=1.05×5=5.25kN/m
M1=γ0ψ(1/2g1l2+1/6(g2-g1)l2)=1.0×1.0×((1/2)×2.1×0.72+(1/6)×(5.25-2.1)×0.72)=0.7718kNm
栏杆重和弯矩:
gk3=1.5kN/m
g3=γGgk3=1.05×1.5=1.575kN/m
l’=l-(50+150/2)=700-125=575mm
M2=γ0ψg3l’=1.0×1.0×1.575×0.575=0.9056kNm
人群荷载和弯矩:
qk=3.0×1=3.0kN/m
q=γQqk=1.2×3.0=3.6kN/m
l’’=700-(150+50)=500mm
M3=γ0ψ0.5ql’’2=1.0×1.0×0.5×3.6×0.52=0.45kNm
总弯矩M=M1+M2+M3=0.7718+0.9056+0.45=2.1274kNm
故取M=3.7137kNm配筋
b、配筋计算
只计算正截面受力钢筋
c=25mm,a=30mm,h0=h-a=200-30=170mm
αs=γdM/(fcbh02)=1.2×3.7137/(12.5×1000×1702)×106=0.0123
ξ=1-(1-2αs)0.5=0.0124<ξb=0.614
As=fcξbh0/fy=12.5×0.0124×1000×170/210=125.5mm2
ρ=As/(bh0)=125.5/(1000×170)=0.074%<ρmin=0.15%
故As=ρminbh0=0.15%×1000×170=225mm2
因此选2Φ12(As=226mm2),分布钢筋Φ6@150。
二、横梁配筋设计
钢筋,梁柱受力钢筋为Ⅱ级钢筋,fy=310N/mm2;
取受力大的横梁计算,横梁的尺寸为200mm×400mm
1荷载计算
横梁自重:
b=200mm,h=400mm,a=30mm,h0=370mm
gk1=γh1b=25×0.2×0.4=2kN/m
g1=γGgk1=1.05×=2.1kN/m
机墩自重:
b=250mm,h=400mm
gk2=γh2b=25×0.25×0.4=2.5kN/m
g2=γGgk2=1.05×2.5=2.625kN/m
Q1(=35.365kN)、Q2(=46.265kN)作用在纵梁上,Q3(=56.115kN)、Q4(=76.125kN)作用在横梁上,取最大值Q4=76.125kN计算。
横梁实际为半固定状态,精确计算应采用有限单元法。
工程简化:
先按简支梁计算,得跨中弯矩M0,实际梁的支座负弯矩=0.7M0,跨中正弯矩=0.7M0。
F1+F2=76.125+2.1×1.585+2.625×1.661=83.8136kN
F2×1.661=76.125×0.176+2.1×1.585×(1.585/2+1.661-1.585)+2.625×1.661×1.661/2=19.9099kNm
F2=11.9867kN
M0=1.0×1.0[11.9867×1.661/2-(2.1+2.625)×0.5×1.661×1.661×0.25]=8.33kNm
M=0.7M0=5.83kNm
c=25mm,a=30mm,h0=h-a=400-30=370mm
αs=γdM/(fcbh02)=1.2×5.83/(12.5×200×3702)×106=0.0204
ξ=1-(1-2αs)0.5=0.021<ξb=0.614
As=fcξbh0/fy=12.5×0.021×200×370/310=62.66mm2
ρ=As/(bh0)=62.66/(200×370)=0.085%<ρmin=0.15%
故As=ρminbh0=0.15%×200×370=111mm2
正截面:
跨中,梁底至少2Φ12(As=226mm2),通长布置;支座,梁顶至少2Φ12(As=226mm2),通长布置。
斜截面:
不计算,按构造要求配Φ6@150的双肢箍筋。
三、纵梁配筋计算
1、荷载计算
a、恒定荷载
纵梁自重:
gk1=25×[0.8×0.4+(1/2)×(80+200)×0.7]=10.45kN/m
g1=γGgk1=1.05×10.45=10.973kN/m
一边栏杆自重:
gk2=1.5kN/m
g2=γGgk2=1.05×1.5=1.575kN/m
一半面板自重:
gk3=25×0.08×1.421/2=1.421kN/m
g3=γGgk3=1.05×1.421=1.492kN/m
均布荷载:
g=g1+g2+g3=10.973+1.575+1.492=14.04kN/m
一半横梁自重:
Gk1=25×0.2×0.4×0.5×1.661=1.661kN
G1=γGGk=1.05×1.661=1.744kN
一半机墩自重
Gk2=25×0.25×0.4×0.5×1.585=1.981kN
G2=γGGk=1.05×1.981=2.08kN
集中荷载G=G1+G2=1.744+2.08=3.824kN
b、可变荷载
人群荷载:
qk=3.0×3.461/2=5.192kN/m
q=γQqk=1.2×5.192=5.451kN/m
分布荷载:
g+q=14.04+5.451=19.491kN/m
集中荷载:
直接作用于纵梁上的Q1、Q2,通过横梁传递的Q3、Q4,求出横梁的反力,作用于在纵梁上。
其中Q1=35.365kN、Q2=46.265kN、Q3=56.115kN、Q4=76.125kN。
F4、1上=35.365+76.125-68.059=43.431kN
F3、2上=46.265+56.115-50.169=52.211kN
F4、1下=1.485×76.125/1.661=68.059kN
F3、2下=1.485×56.115/1.661=50.169kN
上游面:
G+F4、1上=3.824+43.431=47.255kN;G+F3、2上=3.824+52.211=56.035kN。
下游面:
G+F4、1下=3.824+68.059=71.883kN;G+F3、2下=3.824+50.169=53.993kN。
2、
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