渡槽结构计算书.docx
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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,以知足校核标准泄洪要求。
目前,东方红干渠已整修改造完毕,东方红干渠设计功效显示,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,依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,上部桥梁依照四级道路标准,荷载标准为公路-Ⅱ级折减,建筑材料均采纳钢筋砼,桥面总宽5m。
现状渡槽拆除后,为知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+,同现状渡槽桩号,下底面高程为165.20m,知足校核水位+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,依照溢洪道设计断面,确信渡槽带桥总长51m,8.5m×6跨。
上部结构设计如下:
渡槽过水断面尺寸为×1.6m,同干渠尺寸,采纳C25钢筋砼,底及侧壁厚20cm,顶壁厚30cm,筒型结构,顶部双侧壁水平挑出1.25m,并在顺行车方向每隔2m设置一加劲肋,维持悬挑板侧向稳固,桥面总宽5m,路面净宽4.4m,设计荷载标准为公路-Ⅱ级折减,双侧设预制C20钢筋砼栏杆,基础宽0.5m。
下部结构设计如下:
下部采纳C30钢筋混凝土双柱排架结构,并设置横梁,
由于地基为砂岩,基础采纳人工挖孔端承桩,尺寸为×1.2m,基础深切岩层弱风化层1.0m,盖梁尺寸为4××1.2m。
2.槽身纵向内力计算及配筋计算
依照支承形式,跨宽比及跨高比的大小和槽身横断面形式等的不同,槽身应力状态与计算方式也不同,关于梁式渡槽的槽身,跨宽比、跨高比一样都比较大,故能够按梁理论计算。
槽身纵向一样按满槽水。
图2—1槽身横断面型式(单位:
mm)
(1)荷载计算
依照计划方案中拟定,渡槽的设计标准为4级,因此渡槽的平安级别Ⅲ级,那么平安系数为γ0=,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=,荷载分项系数为:
永久荷载分项系数γG=,可变荷载分项系数γQ=,结构系数为γd=。
纵向计算中的荷载一样按匀布荷载考虑,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=×25××5+×2×2+×+×+×+×+×2+×2)=(kN/m)
设计值:
g1=γG。
g1k=×=(kN/m)
水重:
标准值:
g2k=γ0ψγV2=××(×)=(kN/m)
设计值:
g2=γG。
g2k=×=(kN/m)
车辆荷载:
集中荷载标准值:
pk=140×2=280kN
设计值:
p=×280=336kN
人群荷载:
标准值:
qk=(kN/m)
设计值:
q=×3=(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=+=(m)
l==×=(m)
因此计算长度取为7.25m
跨中弯矩设计值为M=γ0ψ×(g1+g1+q)l2+
pl
=××
××+
×336×
=()
跨端剪力设计值Qmax=γψ×
(q+g1+g2)l+
=××
××+×336=(kN)
(3)正截面的配筋计算
关于简支梁式槽身的跨中部份底板处于受拉区,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,就必需按翼缘宽度的规定计入部份或全数底板的作用。
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=,h0=(m),rd=。
(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=;
fc——混凝土轴心抗压强度设计值,混凝土选用C25,那么fc=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(ξ),那么有
(2—3)
fcξbh0=fyAs(2—4)
ξ≤ξb(2—5)
依照以上各式,计算侧墙的钢筋面积如下:
=
=
%>ρmin=%
选4φ20+6φ25AS=1257+2945=4202(mm2)
(4)斜截面强度计算
已知v=,
=
=4,
=6
=(KN)>v=
按受力计算不需要配置腹筋,考虑到侧墙的竖向受力筋能够起到腹筋作用,但为固定纵向受力筋位置,仍在双侧配置φ8@150的封锁箍筋。
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刹时,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,对荷载效应的短时间组合αct取为;对荷载效应的长期组合,αct取为;
W0——换算截面A0对受拉边缘的弹性抗击距;
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,那么Ec=×104N/mm2,
Es=×105N/mm2。
依照《水工混凝土结构设计标准》,选取γm值。
由bf/b>2,hf/h<,查得γm=,在γm值附表中指出,依照h值的不同应付γm值进行修正。
短时间组合的跨中弯矩值
+
pl
=××
××+
×336×
=()
>Ms
长期组合的跨中弯矩值(人群荷载的准永久系数ρ=0)
=×
××
=()
>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
由于在设计当选用了加肋的矩形槽,因此横向计算时沿槽长取肋间距长度上的槽身进行分析。
作用于单位长离开体上的荷载除q(自重力加水的重力)外,,双侧还有剪力Q1及Q2,其差值ΔQ与荷载q维持平稳。
ΔQ在截面上的散布沿高度呈抛物线形,方向向上,它绝大部份散布在两边的侧墙截面上。
工程设计中一样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,依照条件可得
(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
结构计算功效表
AB
跨中
BA
BC
跨中
CB
CD
跨中
DC
DA
跨中
AD
弯距()
剪力KN
0
⑴底板的结构计算
依照底板中部弯矩配筋,采纳c25砼,fcm=mm依照《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,那么fC=210N/mm2,计算弯矩最大位置的配筋量:
Mx=,N=时,
fcξbh0=fyAs
ξ≤ξb
依照以上各式,计算底板的钢筋面积如下:
=
=
%>ρmin=%
选Φ10@125AS=628(mm2)
⑵渡槽上顶边及悬挑部份的结构计算
渡槽顶部双侧壁水平挑出1.25m,并在顺行车方向每一个两米设置一加劲肋,维持悬挑板侧向稳固,顶壁厚30cm。
依照悬臂根部最大弯矩计算配筋,采纳c25砼,fcm=mm依照《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,那么fC=310N/mm2,计算弯矩最大位置的配筋量:
Mx=,N=时,
fcξbh0=fyAs
ξ≤ξb
依照以上各式,计算钢筋面积如下:
=
=
%>ρmin=%
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,其结果更平安。
1侧墙与肋所组成的T形梁的配筋计算
由于侧墙与肋所组成的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。
不考虑纵向弯矩的阻碍。
内力组合:
Mmax=,N=
计算η值:
故取偏心距为实际值e0=58.3mm。
,取ζ1=
∴
判定大小偏心,因为ηe0=×=60mm<=×810=243mm
因此,按小偏心受压构件计算。
按最小配筋率计算AS,ρmin=%,因此
AS=ρminbh0=%×200×810=324(mm2)
选用2φ16,AS=402mm2
选用2φ10,AS'=157mm2
斜截面受剪承载力计算:
故截面尺寸知足抗剪要求。
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:
一样情形需按荷载效应的短时间组合及长期组合别离验算,本设计因为是粗略计算,且可变荷载超级小,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。
大体数据:
ES=×105N/mm2,Ec=×104N/mm2,ftk=mm2,γd=,αst=。
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)
=(mm2)
换算截面的重心至受拉边缘的距离
+
=087(mm4)
换算截面对其重心的惯性矩
通过以上的验算可知,侧墙肋的配筋知足抗裂要求。
2底板与肋所组成的T形截面梁的结构计算
依照底板的内力图,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=,N=
由于底板与肋所组成的T形截面梁,翼缘受拉不起抗击弯矩的作用,故可简化成矩形截面进行配筋计算。
l0/h=2300÷400=<8,故不需考虑纵向弯曲的阻碍。
,故取偏心距e0=704mm
取ζ1=。
判定大小偏心,因为ηe0=×1304=(mm),因此按大偏心受拉构件计算配筋。
计算As'及As:
关于Ⅱ级钢筋,αsb=
选用2φ10,As=157mm2。
(偏心受拉构件依照《水工钢筋混凝土结构》不需考虑ρmin的限制。
%>ρmin=%
选用2φ8,AS=101(mm2)
第二组内力组合:
M=,N=
在此组内力组合作用下,肋的外侧受拉,因此必需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
关于Ⅱ级钢筋,αst=
故按第一组内力组合求得的As=101mm2知足第二组内力组合的配筋要求,因此As'=157mm2。
同理可得,第一组内力组合的As'=157mm2亦知足第二组内力组合As的要求。
抗裂验算:
已知:
Es=×105N/mm2,Es=×104N/mm2,ftk=mm2,γm=,αct=,那么
换算截面面积A0=bh+(bf-b)hf+αEAs+αEAs'
=200×400+(2000-200)×200+
×(157+101)
=(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
通过上述计算可验证所配钢筋混凝土截面知足抗裂要求。
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——单位宽度上全数荷载的铅直力总和;
ΣM——单位宽度上计算截面上全数荷载关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=×+×+25×(4××+×××2+×1×=2216(kN)
ΣM=××25×()+×××25×(+1/3)+×+××18×(+3)+×××()×11+××18×()+×(+3)××()×(+3)
××()××××(×2/)
=920(kNm)
为了保证渡槽工程的平安和正常运用,基地压应力及其散布必需知足:
σmax≤[σ],σmin≥0。
由于地基土的许诺压应力为[σ]=350kN/m2>σ,综合以上计算,基础知足要求。