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渡槽配筋设计

第一章基本资料

一、设计资料

1.基本资料

某灌溉渠道上有一钢筋混凝土排架式渡槽，属4级建筑物。

渡槽排架为单层门形刚架，立柱高度为5m，立柱基础采用条形基础；渡槽槽深为等跨简支矩形槽，跨长L=12m，槽内净尺寸Bn×Hn=3.0m×2.5m，设计水深H1=2.0m，最大水深H2=2.5m；槽顶外侧设1m宽人行桥，人行道外侧设1.2m高栏杆。

为减小应力集中，在槽身内转角处及排架立柱与横梁连接处加设补角（设计时忽略其影响）结构布置图如图1所示。

2.荷载

（1）荷载标准值：

钢筋混凝土重度γ砼=25kN/m3；水的重度γ水=10kN/m3；栏杆自重g1k=0.5kN/m2（折算均布荷载）；人群荷载q1k=2kN/m2；风荷载q2k=0.25kN/m2，施工荷载q3k=4.0kN/m2。

（2）荷载分项系数：

永久荷载：

结构自重荷载分项系数γG=1.05；可变荷载：

除满槽时水重及水压力荷载分项系数取γQ=1.10外，其他可变荷载分项系数均取γQ=1.20。

3.材料

选用C20混凝土，Ⅰ级和Ⅱ级钢筋

二.设计要求

（1）槽身横向临水面和纵向进行抗裂验算

（2）槽身纵向挠度允许值：

[f]=l0/500

5.设计内容

（1）对渡槽槽身进行横向和纵向计算，按照强度、裂缝、挠度以及构造要求配筋。

（2）绘制槽身及排架配筋图，并编制钢

各种可能的荷载

栏杆

自重

板自重

人行桥荷载

底板自重

人行道板及栏杆重

侧墙

自重

底板自重

永久荷载标准值

g1k

g2k

g3k

g6k

g7k

g8k

g9k

1.95

2.25

4.2

7.5

8.505

永久荷载设计值

2.0475

2.3625

4.41

7.875

8.93

人群

荷载

风荷载

施工荷载

人行桥上人群荷载

正常水位的

侧向水压力

校核水位的

侧向水压力

水位为槽深一半时的侧向水压力

槽内水重

人群荷载

槽内

水重

（设计）

槽内水重（校核）

可变荷载标准值

q1k

q2k

q3k

q4k

q5k

q6k

q7k

q8k

q9k

q10k

q11k

q12k

2.5

0.32

3.8

可变荷载设计值

0.384

4.56

26.4

21.6

第二章槽身横向结构计算

一、人行桥设计

1．尺寸拟定

取h外=80mm，h内=100mm

2．计算简图

3．荷载计算

板自重及栏杆重：

标准值g3k=γ砼bh＋g1kb=4.2KN/m

设计值g3=γGg3k=4.41KN/m

人群荷载：

标准值q1k=2.5KN/m

设计值q3=3KN/m

4．内力计算

取l0=1.1ln=1.1*0.9=0.99

M=（g3＋q3）l02/2=3.63KN*m

5．配筋计算（按单筋设计）

C25混凝土，fc=11.9N/mm2,Ⅰ级钢筋，fy=210N/mm2，取as=30mm,

h0=h－as=100－30=70mm

＞ρminbh0=0.002×1000×90=180mm2

比较板自重及栏杆重加人群荷载M1和板自重及栏杆重加施工荷载M2的计算结果见如下表格：

板自重及栏杆重加人群荷载M1

3.6312705

板自重及栏杆重加施工荷载M2

4.3957485

1.2

210

11.9

ɑs

0.07

ɑs

0.09

0.08

0.09

308.42

376.73

最后得出选配Φ12@300（实配钢筋面积As=377mm2）

二、侧墙设计

1．尺寸拟定

取侧墙顶部厚度为h上=200mm（按规范要求不小于80mm和l/30=2400/30=80mm）；侧墙底部厚度为h下=300mm（要求不小于150mm）；纵向取单位宽度b=1000mm。

2．计算简图：

按固接于底板上的悬臂板计算见图4。

当侧墙较高时，弯矩M变化较大，为了节约材料，取墙底1-1断面及其上x=1m处.

悬臂板计算简图4

3．荷载计算

（因风荷载所引起的内力较侧向水压力、人群荷载等引起的内力小得多，故这里忽略风荷载的影响）。

侧向水压力：

（正常水深）H1

标准值q4k=γ水bH1=9.8*1*1.9=18.62KN/m

设计值q4=γQq4k=1.2*18.62=22.344KN/m

（满槽水深）H2

标准值q5k=γ水bH2=9.8*1*2.4=23.52KN/m

设计值q5=γQq5k=1.1*23.52=25.872KN/m

人行桥传来弯矩:

M桥=（g3+q1）l02/2=（4.41+3）*0.99^2/2=3.63KN/m

4．正截面承载力计算

1-1断面

M1=1/6q5H22+M桥=1/6*25.872*2.4^2+3.63=28.468KN/m

2-2断面

比较满槽水位和正常水位的弯矩去最大的弯矩M2=1/6γQγ水（H2-Χ）3+M桥=1/6*1.1*9.8（2.4-1）^3+3.63=6.198KN/m

1-1截面配筋计算

取as=30mm，h0=h－as=300－30=270mm

1--1断面计算配筋表

单位宽度b

正常水深H

1.9

2.4

γ水

9.8

γQ

1.2

γQ

1.1

q4k

q5k

23.52

22.8

25.872

28.4683905

270

0.039

0.040

614.860

2-2截面配筋计算

因侧墙顶部厚度为200mm，侧墙底部厚度为300mm，侧墙高度为2.5m，2–2截面距底部距离为1m，可以得出2–2截面处的侧墙厚度为260mm。

取as=30mm，h0=h－as=260－30=230mm

2--2断面计算配筋表

5.431

6.198

230

αs

0.012

154.907

Ρbh0

460

2--2断面配筋不满足要求，按构造筋配筋。

最终配筋如下表所示：

表侧墙横向配筋计算

截面

厚度h

（mm）

弯矩M

（kN·m）

计算钢筋面积

（mm2）

实配钢筋面积

（mm2）

1–1

300

28.468

615

639

2–2

260

6.198

155

639

实配钢筋Φ10/12@150

5．抗裂验算

侧墙内侧受拉且处于临水面，应进行抗裂验算。

按荷载标准值计算的弯矩值：

查表得：

混凝土拉应力限制系数αct=0.85，HRB335级钢筋的弹性模量，C25混凝土的弹性模量。

受拉钢筋的配筋率：

ρ=As/（bh0）

钢筋与混凝土的弹性模量之比：

αE=Es/Ec

y0=（0.5+0.425αEρ）h

I0=（0.0833+0.19αEρ）bh3

W0=I0/（h–y0）

Mk＜γmαctftkW0

抗裂验算

25.862535

152.8803409

2364991364

16075291.22

9.545454545

210000

22000

γδfW

37.6989692

0.002366667

满足抗裂要求。

三、底板设计

底板为一偏心受拉构件，应按下列两种情况进行配筋计算：

①两端最大负弯矩（发生在最大水深且人行桥上有人群荷载时）及相应的拉力N；

②跨中最大正弯矩（发生在水深为槽宽的一半，即H3=B/2=3.6/2=1.8m，且人行桥上无人群荷载时）及相应的拉力N。

1．尺寸拟定

底板厚度应为侧墙厚度的（2/3-1）倍，取底板厚度h=300mm，宽度取单位宽度b=1000mm。

2．计算简图

计算简图见图5所示，图中，B=3.6m

底板计算简图

3．内力计算和配筋计算

支座截面：

支座截面配筋计算：

取a=a′=30mm，h0=h–a=300–30=270mm

e0=MA/NA＞h/2–a

属于大偏心受拉构件

e=e0–h/2+a

设x=0.85ξbh0，对HRB335级钢筋，αsmax=0.358，则

配筋计算：

取as=30mm，h0=h－as=300－30=270mm

实配钢筋φ12@200（实际钢筋面积As′=565mm2），则

x=ξh0≥2a′

选配钢筋Φ16@200（实际钢筋面积As=1005mm2）（上表面受拉）。

跨中截面内力计算：

底板自重标准值g5k=γ砼bh

计算值g5

侧向水压力标准值q6k=γ水bH3

计算值q6

水重标准值q7k=γ水bH3

计算值q7

跨中内力计算值为：

Nc=q6H3/2

跨中截面配筋计算：

e0=Mc/Nc＞h/2–a

属于大偏心受拉构件e=e0–h/2+a

取As′=ρminbh0，实配钢筋Φ12@200（实际钢筋面积As′=565mm2）。

若：

x＜2a′

e′=h/2–a+e0=300/2–30+1710=1830mm

＞ρminbh0

选配钢筋Φ16@200（实际钢筋面积As=1005mm2）（下面受拉）。

计算表格如下表

底板设计

0.3

0.03

3.6

1.9

2.4

1.8

支座内力Nc

31.68

1.0646

0.27

As′

-5931

支座内力Mc

33.72

0.94468

αs

0.00857

0.0086

x=ξh0

0.0023

e′

1.1846

893.5

跨中内力Nc

7.0875

4.7865

0.27

As′

-1399.8

跨中内力Mc

33.92

4.6665

αs

0.00882

0.0088

x=ξh0

0.0024

e′

4.9065

828

表底板支座与跨中计算钢筋面积与实际配筋面积

截面位置

计算钢筋面积（mm2）

实配钢筋面积（mm2）

受拉钢筋

受压钢筋

受拉钢筋

受压钢筋

支座

893.5

565

1005

565

跨中

828

565

1005

565

4．抗裂验算

①底板支座截面

取底板支座补角边缘截面（x=0.15+0.2=0.35m）作为计算截面，并按满槽水深加人群荷载的组合按下式进行抗裂验算。

混凝土拉应力限制系数αct=0.85。

A0=Ac+αEAs

W0=I0/（h-y0）

底板与侧墙补角边缘到侧墙中心的距离x=0.35m。

此截面的轴向力及弯矩为：

e0=Mk/Nk＞h/2–a属于大偏心受拉构件

底板设计抗裂验算

支座

0.35

307537.50

0.003722222

28.8

αE

7.5

1.064004688

Mk1（满槽水深）

1005

Mk2（人行桥和人群）

153.559375

Mk3（Nk的弯矩）

2392312500

Mk3氺重和底板自重）

16336399.14

30.39756667

30.643335

底板支座临水面满足抗裂要求。

②底板跨中截面：

跨中的轴向力和弯矩为：

Nck=q6kH3/2=18×1.8/2=16.2kN

e0=Mk/Nk=29.53/16.2=1.823m=1823mm＞h/2–a=300/2–30=120mm

属于大偏心受拉构件

底板设计抗裂验算

跨中

0.35

307537.50

0.003722222

10.8

αE

7.5

3.034425

Mk1（满槽水深）

1005

Mk2（人行桥和人群）

153.559375

Mk3（Nk的弯矩）

2392312500

Mk3氺重和底板自重）

16336399.14

11.13093097

32.77179

底板跨中满足抗裂要求。

第三章槽身纵向结构计算

一、计算简图

侧墙作为简支梁，设计时忽略人行桥板截面的影响而按单筋矩形截面计算。

梁按侧墙平均厚度计算，即b=（h1+h2）/2=（0.5+0.9）/2=0.7

计算跨度ln=16.5-1.2=15.3ml0=1.05ln=1.05*15.3=16.065m

二、荷载（每个侧墙承受总荷载的一半）

人行道板及栏杆自重标准值g5k（l1=0.9）

g7k=γ砼h板l1+g1kl1=25*0.3*0.9+1.95*0.9=8.050KN/m

人行道板及栏杆自重计算值g7=1.05g5k=8.93KN/m

侧墙自重标准值g8k=γ砼bH2

侧墙自重计算值g8=1.05g6k

底板自重标准值g9k=γ砼Bh3/2

底板自重计算值g9=1.05g7k

可变荷载：

人群荷载标准值q1k=2.5KN/m

人群荷载计算值q1=1.2q1k=3KN/m

槽内水重标准值q6k=γ水BnH1/2（正常水深）

q7k=γ水BnH2/2（满槽水深）

槽内水重计算值

q6=1.2q6k（正常水深）

q7=1.1q7k（满槽水深）

0.2

16.5

0.3

15.3

2.2

0.3

0.25

16.065

1.2

2700

1.8

3.2

g5k

4.620

g6k

14.4375

g7k

14.625

4.851

15.159375

15.356

q1k

2.5

q6k

q7k

42.336

91.2

50.8032

三、内力计算

跨中弯矩计算值

=[（g5+g6+g7）+（q1+q7）]*l02/8

支座边缘剪力计算值：

=[（g5+g6+g7）+（q1+q7）]*ln/2

内力计算

跨中弯矩计算

2533.05

支座边缘剪力计算值

630.699851

100

2600

αs

0.12595337

0.13507616

4179.25629

7Φ28

756.84

0.25fcbh0

2320500

0.48886702

0.7ftbh0

693420

250

采用Φ8的箍筋

Asv

101

206.600151

smax

200

四、正截面承载力计算

取as=100mm，h0=h-as=2950-100=2850mm

选配钢筋7Φ28（实际钢筋面积为4310mm2）

五、斜截面受剪承载力计算

KV与0.7ftbh0与0.2fcbh0比较。

KV＞0.7ftbh0KV＜0.2fcbh0

需进行斜截面承载力计算。

选配单肢箍筋Φ8@200，查表得Asv=50.3mm2，则

>kv

按计算不需要设置弯起钢筋，为安全起见按构造每端弯起2Φ20的纵筋。

六、抗裂验算

钢筋的弹性模量Es=2.0×105N/mm2，混凝土的弹性模量

Ec=2.80×104N/mm2，按倒T形截面进行验算，如图所示。

W0=I0/（h–y0）=1.8×1012/（2950–2073.8）=2.05×109mm3

根据《水工混凝土结构设计规范》选取γm值。

查得γm=1.40

侧墙承受荷载标准值产生的弯矩为：

Mk=2263.4kN·m＜γmαctftkW0=1.24×0.85×2.01×2.05×109=4343kN·m

抗裂计算

2700

6.67

100

2600

300

3600

400

bf'

hf'

As‘

2067861.71

1218.86315

4.4134E+12

2979745400

γm

1.4

γmαctfctW0

5066.096555

6.312E+09

该渠道底板跨中截面满足抗裂要求

七、变形验算

（1）内力组合值

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