某灌溉渠道上有一钢筋混凝土排架式渡槽.docx

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某灌溉渠道上有一钢筋混凝土排架式渡槽

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。

选用C20混凝土，Ⅰ级和Ⅱ级钢筋。

（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

（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。

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，并编制钢筋表

6.设计成果

（1）设计计算书一份，包括设计所依据的基本资料、计算图表、计算过程和结果。

要求内容完整、数据准确、书写整洁。

（2）槽身及排架配筋图，包括结构轮廓尺寸、配筋图、钢筋表，要求布局适当、图面整洁、字体规范。

1）尺寸拟定取h外=80mm，h内=100mm。

2）计算简图

5）配筋计算（按单筋设计）

C20混凝土，fc=10N/mm2,Ⅰ级钢筋，fy=210N/mm2，

取as=30mm,h0=h－as=100－30=70mm

＞ρminbh0=0.0015×1000×70=105mm2

选配Φ12@300（实配钢筋面积As=377mm2）

（2）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=2950/30=98mm）；

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2-2截面来进行计算。

3）荷载计算

板自重及栏杆重：

标准值g3k=γ砼b＋g1kb=25×1×0.09＋0.5×1=2.75kN/m

设计值g3=γGg3k=1.05×2.75=2.89kN/m

人群荷载：

标准值q3k=q1kb=2×1=2kN/m

设计值q3=γQq3k=1.2×2=2.4kN

4）内力计算

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

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：

持久状况（正常水深）

标准值q4k=γ水bH1=10×1×2=20kN/m

设计值q4=γQq4k=1.2×20=24kN/m

短暂状况（满槽水深）

标准值q5k=γ水bH2=10×1×2.5=25kN/m

设计值q5=γQq5k=1.1×25=27.5kN/m

人行桥传来弯矩M桥=1.84kN·m

4）正截面承载力计算

1-1断面：

=27.34+1.96=29.30kN·m

2-2断面：

=5.91+1.96=7.87kN·m

1-1截面配筋计算

取as=30mm，h0=h－as=300－30=270mm

＜0.85ξb=0.468mm2

＞ρminbh0=0.0015×1000×270=405mm2

选配钢筋12@150（实配钢筋面积As=754mm2）（内侧受拉）。

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=300－30=270mm

＜0.85ξb=0.468

＜ρminbh0=0.0015×1000×230=345mm2

选配钢筋实配钢筋选配Φ12@300（实配钢筋面积As=377mm2）

计算结果见表5–1。

表5–1侧墙横向配筋计算

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：

=26.04+1.84=27.88kN·m

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Es=2.0×105N/mm2，C30混凝土的弹性模量Ec=3.00×104N/mm2。

受拉钢筋的配筋率：

ρ=As/（bh0）=754/（1000×270）=0.0028

钢筋与混凝土的弹性模量之比：

αE=Es/Ec=2.0×105/（3.00×104）=6.67

y0=（0.5+0.425αEρ）h=（0.5+0.425×6.67×0.0028）

×300=152.4mm

I0=（0.0833+0.19αEρ）bh3=（0.0833+0.19×6.67×0.0028）×1000×30032.34×109mm4

W0=I0/（h–y0）=2.34×109/（300–152.4）=1.59×107mm3

Mk=27.88kN·m＜γmαctftkW0=1.55×0.85×2.01×1.59×107=42.1kN·m

满足抗裂要求。

（3）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=3.3/2=1.65m，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＋0.3=3.3m

配筋计算：

取as=30mm，h0=h－as=300－30=270mm

取As′=ρminbh0=0.0015×1000×270=405mm2，实配钢筋14@300（实际钢筋面积As′=513mm2），则

x=ξh0=0.0011×270=0.3mm＜2a′=60mm

e′=h/2–a+e0=300/2–30+1040=1160mm

＞0.0015×1000×270=405mm2

选配钢筋12/14@150（实际钢筋面积As=890mm2）（上表面受拉）。

跨中截面内力计算：

底板自重标准值g4k=γ砼bh=25×1×0.3=7.5kN/m

计算值g4=g4k=7.5kN/m

侧向水压力标准值q4k=γ水bH3=10×1×1.65=16.5kN/m

计算值q4=1.15q4k=1.15×16.5=18.98kN/m

槽内水重标准值q5k=γ水bH3=10×1×1.65=16.5kN/m

计算值q5=1.15q5k=1.15×16.5=18.98kN/m

跨中内力计算值为：

Nc=q4H3/2=18.98×1.65/2=15.66kN

=36.05–8.61–1.06=26.83kN·m

跨中截面配筋计算：

e0=Mc/Nc=26.83/15.66=1.71m＞h/2–a=0.3/2–0.03=0.12m

属于大偏心受拉构件

e=e0–h/2+a=1710–300/2+30=1590mm

取As′=ρminbh0=0.0015×1000×270=405mm2，实配钢筋14@300（实际钢筋面积As′=513mm2）。

即：

x＜2a′=60mm

e′=h/2–a+e0=300/2–30+1710=1830mm

＞0.0015×1000×270=405mm2

选配钢筋12/14@150（实际钢筋面积As=890mm2）（下面受拉）。

结果见表5–2。

表5–2底板支座与跨中计算钢筋面积与实际配筋面积

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

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：

=26.04+1.84+4.69–16.78=15.79kN·m

e0=Mk/Nk=15.79/31.25=0.505m

=505mm＞h/2–a=300/2–30=120mm

属于大偏心受拉构件

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=q4kH3/2=16.5×1.65/2=13.61kN

=32.67-7.49-1.06=24.12kN·m

e0=Mk/Nk=24.12/13.61

=1.77m=1770mm＞h/2–a=300/2–30=120mm

属于大偏心受拉构件

满足抗裂要求。

如果不满足抗裂要求，则需要进行裂缝宽度验算。

2）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

人行道板及栏杆自重计算值g5=g5k=2.3kN/m

侧墙自重标准值g6k=γ砼bH2=25×0.25×2.5=15.6kN/m

侧墙自重计算值g6=g6k=15.6kN/m

底板自重标准值g7k=γ砼Bh3/2=25×3.6×0.3/2=13.5kN/m

底板自重计算值g7=g7k=13.5kN/m

可变荷载：

人群荷载标准值q1k=2.0kN/m

人群荷载计算值q1=2.3kN/m

槽内水重标准值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（满槽水深）

槽内水重计算值q6=1.15q6k=1.15×30=34.5kN/m（正常水深）

q7=1.05q7k=1.05×37.5=39.4kN/m（满槽水深）

3.内力计算

跨中弯矩计算值

支座边缘剪力计算值：

（5）斜截面受剪承载力计算

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

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

按计算不需要设置弯起钢筋，为安全起见按构造每端弯起220的纵筋。

（6）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=3.00×104N/mm2，按倒T形截面进行验算，如图5–7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=1.55，根据h值的不同应对γm值进行修正。

侧墙承受荷载标准值产生的弯矩为：

=2263.4kN·m

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

（7）变形验算

（1）内力组合值

一个侧墙受到的弯矩为：

=1131.7kN·m

（2）刚度计算

钢筋的弹性模量Es=2.0×105N/mm2，混凝土的弹性模量Ec=3.00×104N/mm2。

αE=6.67，ρ=As/（bh0）=1884/（200×2850）=0.0033

Bs=0.85EcI0=0.85×3.00×104×4.49×1011=1.14×1016

B=0.65Bs=0.65×1.14×1016=7.4×1015

（3）挠度计算

=2.0mm＜[f]=l0/500=11300/500=22.6mm挠度满足要求。

（8）绘制MR图

1）计算外荷载产生的弯矩图M：

其中：

q=g7＋g8＋g9＋q10＋q12=73.1kN/m，l=11.3m

2）跨中正截面承载力复核

=1244.0kN·m＞M=1166.8kN·m

（3）弯起钢筋弯起点位置，x=1.5m，即弯起钢筋弯起点到计算跨度原点的距离，到渡槽端部的距离为x=1.5+0.33=1.83m。

=839.2kN·m＞M1=537.3kN·m

正截面受弯承载力满足要求。

渡槽配筋图如图5–8所示。