淑闾西沟渡槽无排架墩式设计.doc

河北工程大学 1 淑闾西沟渡淑闾西沟渡南水北调工程南水北调工程 班班 级 级 考考 籍籍 号 号 姓姓 名 名 指导教师 指导教师 河北工程大学 2 目目 录录 1 概概 述述 5 1 1 南水北调中线工程简介 5 1 2 淑闾西沟渡槽概况 5 1 2 1 地形地貌 6 1 2 2 地质结构及地层岩性 6 1 2 3 工程地质条件及评价 6 1 2 4 基本设计资料与资料 7 1 2 5 设计资料与数据 8 第二章第二章 渡槽选型与布置渡槽选型与布置 9 2 1 渡槽位置的选择 9 2 2 槽身断面形式的选择 9 2 3 槽身支撑结构形式的选择 10 2 4 接缝构造 11 第三章第三章 渡槽水力计算渡槽水力计算 11 3 1 确定槽身断面尺寸 11 3 2 槽身过水能力计算 12 3 3 进出口高程 14 3 4 出口的形式选择及布置 14 第四章第四章 槽身结构计算槽身结构计算 15 4 1 渡槽基本尺寸的确定 15 4 2 槽身上部结构 16 4 3 槽身稳定验算 16 4 3 1 计算荷载 17 4 3 2 计算目的 17 4 3 3 计算过程 17 4 3 4 抗滑稳定验算 18 4 3 5 抗倾覆稳定验算 18 4 4 槽身纵向计算 19 4 4 1 纵向结构内力分析 19 4 4 2 正截面计算 20 4 4 3 抗裂验算 20 4 4 4 斜截面抗剪计算 22 4 5 槽身横向计算 22 4 5 1 人行道板计算 22 4 5 2 侧墙计算 23 4 5 3 底板的内力计算及配筋 26 4 6 槽身吊装验算 31 第五章第五章 渡槽支撑计算渡槽支撑计算 31 河北工程大学 3 5 1 槽墩形式 31 5 2 1 承压验算 32 5 2 2 空水及风压工况下的抗滑抗倾验算 33 5 3 基底应力验算 34 5 4 细部结构设计 36 5 4 1 伸缩缝与止水 37 5 4 2 支座 37 5 4 3 两岸连接 38 谢辞谢辞 39 河北工程大学 4 摘要摘要 工程位于河北省石家庄市 承担着全市的排污排涝任务 为对本市的用水环境进行 综合治理 修建此水泵站 基本方案为 站址的选择和建筑物的布置 水泵的选型 水泵进出管路的设计 工程等级为三级 设计的主要工作有 1 选择合理的设计方案及设计方法 2 施工平面布置图 3 工程预算 关键字 水泵 设计 管路 河北工程大学 5 1 概概 述述 1 11 1 南水北调中线工程简介南水北调中线工程简介 南方水多 北方水少 是我国水资源分布的特点 随着社会和经济的发展 北 方缺水日益严重 京 津 华北地区平原尤为突出 不但制约了经济的发展而且出现 了严重的生态环境问题 自 1952 年毛主席提出南水北调的构想以来 经中央 有关省 市领导和广大的科技工作者的努力 20 世纪 70 年代末就形成了从长江的上 中 下游 向北方调水的西 中 东三条线的格局 南水北调工程南起湖北丹江口水库 北至北京团结湖 一期工程总调水量 95 亿立 方米 从丹江口水库计 分配我省 34 7 亿立方米 扣除总干渠输水损失 至我省各分 水口门水量约 30 亿立方米 二期工程总调水量增加到 130 亿立方米 分配我省毛水量 48 3 亿立方米 到我省分水口门约 42 亿立方米 南水北调中线工程总干渠自河南省安阳市丰乐镇穿漳河进入我省 沿太行山东麓 和京广铁路西侧北行 途经邯郸 邢台 石家庄 保定境内 25 个县 市 于涿州市 穿北拒马河中支进入北京 线路全长 461 公里 总干渠所经之处除永年县名山和唐河 以北渠段属于低山丘陵外 大部分渠段在山前平原通过 地形平坦开阔 共穿越大小 河沟 201 条 无明显河沟的坡水区 36 处 共计 237 条 处 河北段共有各类建筑物 697 座 总干渠为一等工程 渠道和建筑物的主要部位为 1 级建筑物 次要部位为 2 或 3 级建筑物 防洪设计标准和校核标准 大型河渠交叉建筑物为百年一遇和三百年一遇 渠道及其他建筑物为 50 年一遇和百年一遇 1 21 2 淑闾西沟渡槽概况淑闾西沟渡槽概况 淑闾西沟渡槽位于河北省保定市唐县淑闾村西排洪沟上 距离淑闾村约 200 米 是南水北调中线工程河北段总干渠上的一座左岸排水建筑物 与南水北调总干渠相 交叉 为了满足总干渠建成后此河流的过水要求 故在排洪沟上修建一座渡槽 淑闾西沟排水渡槽 I 等 1 级水工建筑物 设计标准为 50 年一遇洪水设计 河北工程大学 6 200 年一遇洪水校核 进出口渐变段建筑物级别为 3 级 1 2 11 2 1 地形地貌地形地貌 淑闾西沟渡槽位于河北省唐县淑闾村西沟 200m 有乡间土路经过场区 距公路约 1 5Km 交通比较便利 所属地貌单元为太行山山前平原 地势平坦开阔 地面高程 70 2 70 5m 1 2 21 2 2 地质结构及地层岩性地质结构及地层岩性 钻探深度内揭露地层为第四系上更新统中段冲洪积和太古界角闪斜长片麻岩 地 质结构为粘性土 基岩双层结构 现由上至下分述如下 1 第四系上更新统中段冲洪积 al plQ23 黄土状壤土 褐黄色 干燥 稍湿 可塑 层厚 8 8 5m 夹中砂 棕黄色 饱和 厚 0 5m 2 太古界埠平群南营组 Arn 黑云斜长片麻岩 强 暗灰色 岩芯呈碎块状 块径 0 5 5m 强风化未完全揭 露 厚度大于 4 2m 1 2 31 2 3 工程地质条件及评价工程地质条件及评价 1 建筑物主要设计指标 设计流量 34 2m3 s 校核流量 58 1 m3 s 槽底高程进口段 71 97 m 出口段 71 86 m 设计流速 2 8m s 校核流速 3 27m s 总干渠指标 设计流量 135 m3 s 加大流量 160 m3 s 设计水位 69 660m 渠底高程 65 160 m 2 根据中国地震局分析预报中心 2004 年 4 月 南水北调中线工程沿线设计地震 动参数区划报告 本区地震动峰值加速度 0 05g 相当于地震基本烈度 度 3 建筑物建议采用桩基 桩底坐落在全风化片麻岩层 容许承载力建议值为 300kpa 4 覆盖层中有 0 5m 厚的砂层 桩基施工中应注意砂层塌孔问题 河北工程大学 7 5 地下水位距渠底板以上 2 4m 6 排水渡槽出口地表为黄土状壤土 抗冲性能差 建议采取抗冲工程措施 7 建筑物区渠底局部为中砂透镜体 建议挖除并做好防渗处理 1 2 41 2 4 基本设计资料与资料基本设计资料与资料 1 天然河沟资料 设计流量 60sm 3 校核流量 62sm 3 沟底纵坡 0 0092 沟底宽度 9 00m 流域面积 1 55 2 km 2 建筑物轴线处引水总干渠资料 渠道底高程 65 160m 设计水位 69 660m 加大水位 70 196m 一级马道高程 71 660m 边坡系数 1 1 25 底宽 21 50m 纵坡 1 25000 3 渡槽指标 槽身长 86m 设计流量 20 s 3 m 加大流量 25 s 3 m 渡槽进口底高程 74 000m 4 地质资料 淑闾西沟排水渡槽场区地质为土岩双层结构 土质结构 第四系上更新统中断冲洪积 黄土状壤土 褐黄色 干燥 稍 2 3 plQal 湿 可塑 层厚 8 8 5m 夹中砂 棕黄色 饱和 厚 0 5m 岩质结构 太古界平群南营组 Arn 黑云斜长片麻岩 全 全风化带最薄处 20 8m 黑云斜长片麻岩 强 强风化未完全揭露 厚度大于 4 2m 河北工程大学 8 第二章第二章渡槽选型与布置渡槽选型与布置 2 1 渡槽位置的选择渡槽位置的选择 渡槽位置的选择包括轴线位置及槽身起点位置的选择 对于地形条件复杂 长度大 工程量大的工程 应通过方案比较确定其位置 主要考虑以下几个方面 1 应尽量选在地形有利 地质条件良好的地方 以便于缩短槽身长度 降低支撑 结构高度和基础工程量 2 渡槽进出口渠道与槽身的连接在平面上应争取成一条直线 不可急剧转弯 以 使水流平顺 3 跨越河流是 轴线与河道水流方向应尽量正交 槽址应选在河道顺直 岸坡稳 定处 4 跨越河流的渡槽 槽址应位于河床稳定 水流顺直的河段 避免位于河流转弯 处 以免凹岸和基础冲刷 5 应便于进出口建筑物的布置 进出口争取落在挖方渠道上 尽量不建在高填方 渠道上 应保证泄水闸有顺畅的泄水出路 以防冲刷 6 渡槽发生事故需停水检修 或为了上游分水等目的 常在出进口段或进口前渠 道的适宜位置设置节制闸 以便于泄水闸联合运用 使渠水进入溪谷或河道 2 2 槽身断面形式的选择槽身断面形式的选择 槽身断面有矩形 U 型 半圆型上加直墙 多侧墙等 如图 2 1 一般常用矩形断面和 U 型 断面 故将两种断面形式做以下比较论证 图 2 1 槽身断面的型式 大流量的钢筋混凝土梁式渡槽槽身多采用矩形断面 对与中小流量也常采用中小 型流量的多设拉杆 间距为 2 米左右 有通航要求时不设拉杆 侧墙做成变厚的 矩 形槽身施工方便 耐久性 抗冻性好 结构简单特别时适用于有通航要求的中型渡槽 U 形槽身断面为半圆加直段 槽顶一般设拉杆 槽壁顶端常加大以增加刚度 多 采用钢筋混凝土或钢丝网水泥结构 与矩形槽身相比有水力条件好 纵向刚度大 省 钢材等优点 但抗冻性差 不耐久 施工工艺要求高 如果施工质量不高 容易 引起 河北工程大学 9 表面剥落 钢丝网锈蚀 甚至有漏水现象产生 综上所述根据所给资料结合淑闾西沟地段的实际情况本设计槽身断面采用矩形断面并带拉杆 2 3 槽身支撑结构形式的选择槽身支撑结构形式的选择 槽身的纵向支承形式常用的有墩式支承 排架式支承和拱式支承三种类型 拱式支承常用于大跨度离地面高度不大的槽身 拱式支承虽受力情况好 但是其 墩台对地基的沉降要求高 施工质量要求高难度大 根据许营段的地形情况本设计不 采用拱式支承 在主河漕部分由于有过水要求采用墩式支承 滩地部分采用排架支承 墩式支承分为重力墩和空心重力墩两种类型 重力墩节省钢材 墩身强度以及纵 向稳定性易满足要求 但由于其自重过大 特别式墩身较高并承受竖向荷载与水平荷 载时 要求地基有较大的承载力 故其多用于墩身高度不太大而地基承载力较高的岩 基和较好的土基上 空心重力墩的外形轮廓尺寸和墩帽构造于实体重力墩基本相同 水平截面有圆矩形 双工字行和矩形三种型式 如图 2 2 图 2 2 空心墩的截面形式 圆矩形水流条件较好 外形美观 另外由于做成空心而节省了材料 减轻了自重 和作用于地基上的荷载 空心重力墩比实体重力墩的抗弯刚度大 可以改善自身的受 力条件 双工字形施工方便 对 y 轴的惯性矩大 故边缘应力较小 但水流条件差 动水压力大 矩形墩施工最方便 截面惯性矩也较大 水流条件处于前二者之间 适 用于河水不深的滩地和两岸无水的槽墩 鉴于以上所述本设计 排架是钢筋混凝土结构 其自重轻地基应力较之墩容易得到满足 排架有单排架 双排架和 A 字形排架三种形式 如图 2 3 a b c 图 2 3 槽架型式 a 单排架 b 双排架 c A 型排架 河北工程大学 10 单排架体积小 重量轻 现场浇筑和预制吊装都方便 在渡槽工程中应用十分广 泛 双排架是由两个单排架 中间以横梁连接而成 属空间结构受力较复杂 A 字形 排架是两片单排架的脚放宽 顶端连在一起而成的 其稳定性好 适应高度较大 但 造价较高 施工较复杂 鉴于以上所述 根据淑闾西沟段的地质地形条件本设计采用空心重力墩 2 4 接缝构造接缝构造 为适应槽身因温度变化引起的伸缩变形缝和允许的沉降位移 应在槽身与进出口 建筑物之间及各节槽身之间用变形缝分开 缝宽 3 5cm 变形缝必须用既能适应变形 又能防止渗漏的柔性止水封堵 常见的有沥青止水 橡皮压板式止水 粘合式止水或 套环填料式止水等 本设计采用粘合式止水 这种止水是用环氧树脂等粘合剂将橡皮粘贴在混凝土上 施工简单 止水效果好 第三章第三章 渡槽水力计算渡槽水力计算 3 13 1 确定槽身断面尺寸确定槽身断面尺寸 0 2 进口渐变段损失系数 0 014 渡槽槽身糙率 0 017 上下游渠道糙率 2 0 天然河沟糙率 由于渡槽长度大于进口前渠道水深的 20 倍 L 20H 因此水力 设计时槽内水流按明渠均匀流考虑 3 1 QC Ri Q 渡槽内水流量 m3 s 渡槽过水断面面积 3 m C 谢才系数 1 6 1 CR n N 粗糙系数 钢筋砼槽身 n 0 013 0 014 浆砌块石槽身 n 0 017 根据具体情况而定 本设计 n 取 0 014 R 水利半径 i 渡槽纵坡 取 0 001 河北工程大学 11 确定槽身过水能力之前先对渠道断面进行试算确定槽身过水能力之前先对渠道断面进行试算 糙率和坡比根据地质地形进项选择 得到下图 上 下 游渠道断面尺寸试算 糙率 n 0 017坡比 i 1 2500 宽度 b边坡 M b hh ARCRiQV0 4 00 0 25 1 56 2 56 9 29 11 90 1 28 61 31 0 02 16 52 1 39 4 00 0 50 1 24 3 23 11 21 18 11 1 61 63 71 0 03 29 32 1 62 4 00 1 00 0 83 4 82 17 63 42 50 2 41 68 11 0 03 89 90 2 12 4 00 1 25 0 70 5 71 22 29 63 67 2 86 70 07 0 03 150 79 2 37 4 00 0 40 1 30 3 08 10 63 16 09 1 51 63 04 0 02 24 97 1 55 4 00 0 45 1 30 3 08 10 75 16 57 1 54 63 22 0 02 26 01 1 57 4 00 0 50 1 30 3 08 10 88 17 04 1 57 63 39 0 03 27 04 1 59 4 00 0 55 1 30 3 08 11 02 17 51 1 59 63 54 0 03 28 06 1 60 由试算得到宽度 b 取 4m 边坡 m 0 45 高度 h 3 08 流速 V0 1 57m s 3 2 槽身过水能力计算槽身过水能力计算 首先根据加大流量时槽中为满水情况拟定 i B 和 H 值 可计算出总水头损失 槽 身的比降对过水断面的影响很大 比降大 可减小断面 节省材料 施工吊装方便 造价低 但也不可过大 过大了下游渠道冲刷严重 水头损失大 自流灌溉面积小 从长远利益考虑对灌溉面积不利 应在满足流速要求的前提下 选择适宜的比降 使 渡槽达到最小的经济断面 一般常采用 1 500 1 1500 初拟槽底纵坡 1 800 底宽 4m 槽壁糙率 0 014 由于渠道大多在一定长度内具有相同的流量 底坡 断面尺寸及相近的渠槽糙率 渠内符合明渠均匀流条件 故渠道横断面尺寸采用明渠均匀流公式来确定 即 河北工程大学 12 由 试 算 得 到 渡 槽 断 面 宽 mb4 高 mh45 2 1 水面超高水面超高 h 2 45 12 0 05 0 254 2 流速流速 sm A Q v 69 2 8 9 39 26 因为 符合不冲不淤要求 smvsm 4 1 3 水头损失水头损失 m g vv Z292 0 8 92 57 1 69 2 2 01 2 1 222 0 2 式中 渡槽设计流量 Qsm 3 上游渠道断面平均流速 0 vsm 进口水流侧收缩系数和流速系数 采用八字翼墙取 0 2 流速分布系数 可取 1 0 槽身过水断面积 2 m 重力加速度 g 2 8 9smg 渡槽槽身水面与上下游渠道水面衔接的设计包括进口水面的降落 槽身水面降落和 出口水面回升三个部分 如图 3 1 渡槽断面尺寸试算 糙率 n 0 014坡比 i 1 800 宽度 b hh b ARCRiQV 4 00 2 40 0 60 8 80 9 60 1 09 72 47 0 04 25 69 2 68 4 00 2 45 0 61 8 90 9 80 1 10 72 58 0 04 26 39 2 69 4 00 2 50 0 63 9 00 10 00 1 11 72 69 0 04 27 09 2 71 4 00 2 55 0 64 9 10 10 20 1 12 72 80 0 04 27 79 2 72 4 00 2 60 0 65 9 20 10 40 1 13 72 90 0 04 28 50 2 74 河北工程大学 13 水面 Y1 3 1 2 4 h1 Z Z0 h h2 Y2 Z2 i Z1 V0 水面线 图3 1 渡槽水力计算简图 坡降 milZ1 080 800 1 1 出口水面回升 mZZ097 0 292 0 3 1 3 1 2 水头损失 mZZZZ295 0 097 0 1 0292 0 21 3 3 进出口高程进出口高程 为了适应进出口水流流态变化 渡槽进口底部应抬高 出口底部应降低 进口前渠口高程 3 72Dm 进口槽底抬高 y1 h1 h Z 3 08 2 45 0 292 0 338m 0 34 进口底部高程 72 0 34 72 34m 出口底部高程 4 3 Z1 72 34 0 1 72 24m 出口槽底降低 3 08 0 1 2 45 0 53 出口渠底高程 2 4 y2 72 24 0 53 70 71m 3 4 出口的形式选择及布置出口的形式选择及布置 渡槽进出口渐变段 应保证进出口水面衔接良好 水流平顺 水头损失小 下游渠道不 发生冲刷 较常用型式为直线扭面式 渡槽进出口渐变段的长度通常采用经验公式 3 4 21 BBCLa 式中 渠道水面宽度 m 1 B 渡槽水面宽度 m 2 B 系数 进口取 1 5 2 0 本设计采用 1 7 出口取 C 2 5 3 0 本设C 计采用 2 7 由上述公式可得 河北工程大学 14 进口渠道水面宽度 mB772 6 408 345 0 2 11 出口渠道水面宽度 mB772 6 12 进口渐变段长 取mL7 4 4772 6 7 1 1 mL5 1 出口渐变段长 取mL48 7 4772 6 7 2 2 mL8 2 第四章第四章 槽身结构计算槽身结构计算 4 1 渡槽基本尺寸的确定渡槽基本尺寸的确定 1 已知数据和资料 1 该输水渠道跨越米长的低洼地带 需修建通过 20m3 设计流量的的渡槽 无m86 通航要求 经水力计算 槽身设计流量 20m3 加大流量 25m3 断面取矩形 梁式渡槽 取简支梁式 敦式支撑 2 建筑物等级 4 级 3 建筑材料 混凝土强度等级 槽身及刚架采用 C25 级 基础采用 C15 级 基础垫层为 C10 级 钢筋 槽身及刚架受力筋为 HRB335 分布筋 箍筋 基础钢筋 HRB235 4 荷载 钢筋混凝土重力密度 3 25mkN 人行道人群荷载 2 5 2mkN 施工荷载 2 4mkN 栏杆自重 0 5kN m2 折合均布荷载 渡槽所在地区基本风压 2 0 35 0 mkNW 渡槽抗震设计烈度 7 地基允许承载力 2 200mkN 基础埋置深度 mH2 1 5 使用要求 河北工程大学 15 槽身横向计算迎水面裂缝宽度允许值 mmWs25 0 max mmWL20 0 max 槽身纵向计算底板有抗裂要求 槽身纵向允许挠度 500 0 lfs 550 0 lfL 6 采用 水工混凝土结构设计规范 2008191 TSL 4 2 槽身上部结构 槽身上部结构 图 4 1 渡槽横断面尺寸图 cm 1 纵向 沿水流方向 输水跨度 除去与渠道连接的渐变段 槽身按 每节槽身 取 段 实际m86m80m108 槽长 设有 的安装缝 m98 9cm2 2 横向 垂直水流方向 1 渡槽宽 由过水断面的宽深比 水深与水面宽度之比 从过水能力考虑应取 但从结构受力5 0 考虑 在实际工程中宽深比常取 由前面的水力计算得 取槽身宽8 0 6 061 0 bh 度为 400cm 对于无横杆槽身 侧墙应适当加厚 一般采用变厚度 墙顶厚度一般不 小于 15cm 取 15cm 底宽 20cm 槽底板厚度一般采用与侧墙底部厚度相同 侧墙与 底板交接处加设补角 补角宽及高一般为 20 cm 30 cm 取 20cm 2 槽身高度 用校核水深确定槽身高度 并加上超高和底板厚度 h 245 25 4 40 310 4cm 河北工程大学 16 取 315cm 3 无横拉杆 4 人行道板 宽度 80cm 厚度 100mm 5 栏杆 120cm 4 3 槽身稳定验算槽身稳定验算 4 3 14 3 1 计算荷载计算荷载 1 自重包括各部分构件固定设备重量 2 风压力 4 3 24 3 2 计算目的计算目的 1 抗滑 进行抗滑验算的主要目的是验算渡槽是否会沿排架产生水平滑动 设计 时主要用阻滑力及滑动力的比值反映渡槽水平抗滑稳定性 其比值为稳定安全系数 c K 2 抗倾 进行抗倾计算的目的主要是验算槽身在控水受风压情况下是否会绕背 风面支撑点产生倾覆 4 3 34 3 3 计算过程 计算过程 横截面积 A 2 2123m2 计算荷载槽身长 10m 1 槽壳重 Gk A 25 10 553 075kN 2 风荷载 0Z WKKW K 风载体型系数与建筑物体型 尺度等有关 槽身为矩形断面时 取k 1 2 1 3 空槽取小值 满槽水取大值 本设计k 1 2 风压高度变化系数 本设计取 1 45 Z K 基本风压 当地如果没有风速资料 则可参照 工业与 0 W 河北工程大学 17 民用建筑结构荷载规范 TJ9 74 中全国基本风压分布图上的等压线进行插 值酌定 0 35 0 W 风振系数 1 2 1 45 0 35 0 609KN m2 0Z WKKW 3 槽顶结构重 栏杆重 G 0 5 10 1 5kN 4 3 44 3 4 抗滑稳定验算抗滑稳定验算 稳定分析 作用于渡槽上的力尽管其类型 方向 大小各不相同 但根据它们在槽 身沿支承结构顶端发生水平滑动时所起的作用看 可以归纳为两大类 一类是促使槽 身滑动的力 如水平方向风压力 动水压力等 称为滑动力 另一类是维持槽身稳定 阻止渡槽滑动的力 主要是在铅直方向荷载作用下 槽身底部与支承结构顶端之间产 生的摩擦力 称之为阻滑力 槽身是否会产生沿其支承结构顶端发生水平滑动 主要 取决于这两种力的比值 这个比值反映了渡槽的水平抗滑稳定性 我们称之为稳定安 全系数c k c k i i P Nf 滑动力 阻滑力 式中 所有铅直方向作用力的总和 KN i N 所有水平方向作用力的总和 KN 本设计中等于半跨槽身风 i p 压总和 0 609 10 2 3 15 9 59 摩擦系数 与两接触面物体的材料性质及它们的表面粗糙程度有f 关 本设计按平面钢板滑动支座取 55 0 由以上数据可得抗滑稳定安全系数为 0 55 5 553 075 0 5 9 59 15 44 Kc 1 2 1 3 c k i i P Nf 滑动力 阻滑力 所以满足抗滑稳定性要求 河北工程大学 18 4 3 5 抗倾覆稳定验算抗倾覆稳定验算 1 槽身受风压作用可能发生倾覆 抗倾覆稳定性验算的目的是验算槽身空水 受压作用下是否会绕背风面支承点发生倾覆 抗倾覆稳定的不利条件与抗滑稳定的不 利条件是一致的 所以抗倾覆稳定性验算的计算条件及荷载组合与抗滑稳定性验算相 同 2 抗倾覆稳定安全系数按下式计算 4 4 1 0 ph Nl M Nl M M K a y a 倾 抗 式中 铅直力到槽身支承点的距离 a l 基底面承受的铅直力总和 N 水平力的总和 P 水平力到槽身支承点的距离 1 h 1 0 ph Nl M Nl M M K a y a 倾 抗 2 2 559 075 9 59 3 15 0 5 76 K0 1 2 1 5 所以满足抗倾覆稳定性要求 4 4 槽身纵向计算槽身纵向计算 4 4 1 纵向结构内力分析纵向结构内力分析 1 资料 槽身高 H 3 15m 面积 S 2 2123m2 2 按加大流量情况下进行内力计算 荷载计算 自重 W自 2 21 25 0 5 1 55 75kN m 设计值 q自 1 05W自 58 54kN m 水重 W水 4 2 75 0 2 0 2 9 8 107 41kN m 设计值 q水 1 2W水 128 89kN m 人群荷载 W人 2 5kN m 设计值 q人 1 2W人 3kN m 河北工程大学 19 y fc f hbf A 0 s 2 0 s a hhf Mr fc d 057 0 3065 400 11 9 10 2125 7 2 1 2 6 3 计算跨度 简支板 梁的计算跨度 可取下列各 值中的较小值 0 l 0 l ln a 9000 500 9500mm 0 l 1 05ln 1 05 9000 9450mm 0 l 故计算跨度 9450mm 0 l 4 设计状况系数 结构系数 荷载分项系数 0 1 2 1 d r05 1 G r r0 1 0 2 1 1 Q r1 1 2 Q r 跨中弯矩 2 00 8 1 lqqqrM 人自水 1 8 1 0 1 0 3 58 54 128 89 94502 2125 7kN m 支座处剪力 Qmax 1 2 q q1 q2 l 899 78kN 4 4 2 正截面计算正截面计算 1 综合考虑 选二类环境 c 35mm d 20mm 因为弯矩过大 需两排钢筋 取 a c d e 2 85mm 上下两排钢筋间距mm60 h0 h a 3150 85 3065mm 400mm 3 计算抗弯钢筋 按宽度为的矩形梁计算mm800 s a211 058 0 0 057 211 11 9 0 058 400 3065 300 2858mm2 河北工程大学 20 p As bh0 2858 400 3065 0 023 选配 6 20 1884mm2 4 18 1017mm2 4 4 3 抗裂验算抗裂验算 资料 h 3150mm h0 3065mm mmhf200 mmb400 mmbf4400 c s E E E 143 7 108 2 100 2 4 5 2080713mm2 2431 59mm 2 28 1012 由 bf b 2 hf h 0 2 查得 m 1 40 在 m 值附表中指出 根据 h 值 的不同应对 m 值进行修正 1 11 查表可得 2 78 1 mmNftk 2 7 16mNfck 短期 长期 85 0 ct 7 0 ct 混凝土轴心抗压强度标准值 2 78 1 mmNfck 2 000 8 1 lqWWrMrM ks 水自 1 8 1 55 75 107 41 2 5 9 452 河北工程大学 21 1894kN m 荷载长期效应组合 2 000 8 1 lWWrMrM ks水自 1 8 1 55 7 107 41 9 452 1821kN m 1 11 0 85 1 78 2 28 106 3150 2431 5337kN m 0 WfrM tkctmc 即短期 长期荷载效应组合均满足抗裂要求 4 4 44 4 4 斜截面抗剪计算斜截面抗剪计算 支座边缘截面剪力设计值为 899 78kN 截面有效高度 hw h0 3065mm h0 b 3065 400 6 0 0 2fcbh0 0 2 11 9 3065 2917kN rdv0 1 2 889 78 故截面尺寸满足抗剪要求 混凝土截面受剪承载力 0 07 11 9 400 3065kN 1021kN 因此 无需配箍筋 4 5 槽身横向计算槽身横向计算 4 5 1 人行道板计算人行道板计算 1 荷载 建筑物级别为 4 级 安全级别为 3 级 故 设计状况系数 9 0 0 r 结构系数 荷载分项系数 0 1 2 1 d r05 1 G r2 1 1 Q r1 1 2 Q r 1 计算简图 河北工程大学 22 2 Q Q自 Q人 Q栏 2 625 3 75 0 66 7 035kN m 3 7 035 0 82 2 2 25kN m 4 配筋计算 混凝土等级为 25C 2 9 11mmNfc 2 27 1 mmNft 钢筋选用 335HRB 2 300mmNfy 550 0 b 85 0 1 取二类环境 查表可得混凝土保护层厚度为mmc25 估计钢筋直径 则mmd10 mm d ca30 2 10 25 2 mmahh7030100 0 1 2 2 25 11 9 1000 702 0 046 1 1 2 0 046 0 5 0 047 12 5 0 047 1000 70 300 137mm2 137 1000 70 0 19 查 钢筋混凝土结构 中附录三表一 选用 6 200 4 5 2 侧墙计算侧墙计算 河北工程大学 23 横向计算时沿槽长取 1m 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 Q 与荷载 q 维持平 衡 Q 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 横向计算时 近似认为设置拉杆 断面槽身的横向内力与不设拉杆处相差不多 因此将拉杆均匀化 为了简化计算 认 为所有的荷载均匀槽壁和底板厚度的中心线上 偏于安全 并且槽身对称可取一半计 算 分析的 3 点处剪力为 0 只有轴力和弯矩 按以上简化图示结构为一次超静定结构 不记轴力及剪力对变位的影响 用力法求解 X1 图 3 4 无拉杆矩形槽计算图 1 取侧墙底部满槽水时 M1计算 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 标准值 q1k g水bh 9 8 2 75 1 26 95kN m 设计值 q1 1 2q1k 1 2 26 95 32 34kN m 人行桥传来的弯矩 M桥 2 25kN m 河北工程大学 24 所以 M1 1 6 q1kH2 M桥 36 22kN m 混凝土等级为 25C 2 9 11mmNfc 2 27 1 mmNft 钢筋选用 335HRB 2 300mmNfy 550 0 b 85 0 1 取二类环境 查表可得混凝土保护层厚度为mmc25 a 取 30mm h0 h a 200 30 170mm 1 2 36 22 11 9 1000 1702 0 13 1 1 2 0 13 0 5 0 14 12 5 0 14 1000 170 300 991 67mm2 查 钢筋混凝土结构 中附录三表一 选用 16 200 1005mm2 2 侧墙抗裂验算侧墙抗裂验算 资料 c s E E E 143 7 108 2 100 2 4 5 1005 1000 170 0 59 hy E 425 05 0 0 103 59 3 0 19 0 0833 0 bhI E 河北工程大学 25 9 13 107 矩形型截面 5 按修正 3 41 5 1 m rh 取按30003000 h 查表可得 2 78 1 mmNftk 2 7 16mNfck 短期 长期 85 0 ct 7 0 ct 混凝土轴心抗压强度标准值 2 78 1 mmNfck 32 34 2 752 6 36 22 36 22kN m 39 09kN m Mk 即短期 长期荷载效应组合均满足抗裂要求 4 5 34 5 3 底板的内力计算及配筋底板的内力计算及配筋 底板为一偏心受拉构件 应按下列两种情况进行计算 两端最大负弯矩 发生在最大水深且人行桥上有人群荷载 及相应的拉力N 跨中最大正弯矩 发生在水深微操跨的一半且人行桥上无人群荷载 及相应拉 力N0 内力计算及配筋计算内力计算及配筋计算 河北工程大学 26 计算简图 1 1 支座截面 支座截面 q水 1 2 1 9 8 2 75 32 34kN m NA q水h 2 32 34 2 75 2 44 47kN m MA q水h2 6 M桥 NAh1 2 32 34 2 752 6 2 32 44 47 0 2 2 47 53kN m h 水深 h1 底板厚 a 取 30mm 取 a 30mm h0 200 30 170mm a a e0 MA NA 1 07m h 2 a 70mm 属于大偏心受力构件 1 2 配筋计算配筋计算 计算受压钢筋 e e0 h 2 30 1000mm h0 h a 170mm 先设 对于有 0 hx b 335HRB358 0 sb 河北工程大学 27 0 2 0 ahf bhfNe A y sbcd s 1 2 44 47 1000 103 11 9 0 385 1000 1702 300 170 30 2a e h 2 a e0 200 2 30 1070 1140 mm 1 2 44 47 1140 300 170 30 1448 min bh0 255 实配 16 170 As 1497mm2 2 1 跨中截面内力计算 跨中截面内力计算 q水 1 2 1 9 8 1 375 16 17kN m q自 1 05 25 0 2 1 5 25kN m NA q水h 2 16 17 2 75 2 11 11kN m MA q自 q水 B2 8 q水h2 6 M桥 16 17 5 25 4 22 8 16 17 1 3752 6 9 78 32 35kN m h 水深 a 取 30mm 河北工程大学 28 取 a 30mm h0 200 30 170mm a a e0 MA NA 2 9m h 2 a 70mm 属于大偏心受力构件 2 2 配筋计算配筋计算 计算受压钢筋 e e0 h 2 30 2830mm h0 h a 170mm 先设 对于有 0 hx b 335HRB358 0 sb 0 2 0 ahf bhfNe A y sbcd s 1 2 11 11 2830 103 11 9 0 385 1000 1702 300 170 30 2a 200 2 30 2900 2970 mm 1 2 11 11 2970 300 170 30 942 min bh0 255 实配 16 200 As 1005mm2 河北工程大学 29 2 抗裂验算抗裂验算 1 底板支座验算底板支座验算 c s E E E 143 7 108 2 100 2 4 5 314 1000 170 0 21 hy E 425 05 0 0 101 28 3 0 19 0 0833 0 bhI E 6 8 108 矩形型截面 5 按修正 3 41 5 1 m rh 取按30003000 h 查表可得 2 78 1 mmNftk 2 7 16mNfck 满足抗裂要求 2 底板跨中截面验算底板跨中截面验算 c s E E E 143 7 108 2 100 2 4 5 314 1000 170 0 21 101 28hy E 425 05 0 0 3 0 19 0 0833 0 bhI E 河北工程大学 30 6 8 108 矩形型截面 5 按修正 3 41 5 1 m rh 取按30003000 h 查表可得 2 78 1 mmNftk 2 7 16mNfck 满足抗裂要求 4 6 槽身吊装验算槽身吊装验算 预制装配式槽身可采用两根钢索套吊 而在槽身吊点位置的周围预埋固定吊环 当 起吊高度满足吊装要求时吊点可设在槽身的底部这样槽身就不需要进行吊装验算 因 为槽身底部的纵向钢筋足够抵抗吊装荷载产生的弯矩 第五章第五章 渡槽支撑计算渡槽支撑计算 5 15 1 槽墩形式槽墩形式 槽墩有实体式与空心式两种 实体墩自重大用料多 要求地基有较高承载力 所以 选取空心重力墩 沿竖向每格 3 0M 设水平横梁底墩顶 墩底处设水平横粱 墩顶墩底 处设人孔 墩身下部为混凝土现浇结构 上部为混凝土预制块砌筑墩身高度 10m 墩顶 长度稍大于槽身宽度取 5 每边裕 20CM 墩顶宽度取 1 0M 墩顶设混凝土墩帽厚 0 4M 四周向外伸 6CM 墩帽设置构造筋预埋于支座部件 墩身四周以 20 1 的坡比 向下放大以满足墩身强度和地基承载力要求 墩底宽度 100 2 1000 20 200CM 墩底长度 500 2 1000 20 600CM 河北工程大学 31 图 5 1 槽墩三视图5 2 槽墩结构计算 5 2 15 2 1 承压验算承压验算 荷载计算 墩身自重 取中间截面按柱体计算 底截面面积 2 0 2 2 3 14 1 9 3 19 11 2 At hR 2 M 顶截面面积 2 0 2 3 3 14 0 9 2 33 2 A 2 M 中截面面积 0 5 2 33 3 19 2 758A 12 1 2 AA 2 M 自 重 W 10 2 758 25 689 6kN 一跨槽身水重 1293 6KN 一跨槽身自 592 54KN 横槽向满水工况时基地应力最大 按轴心受压计算基地压应力 墩计算长度 l0 l 10 长细比 0 10 5 88 1 1 22 2 2 l n 河北工程大学 32 轴压公式 查表 0 96 a N A 所以 689 6 1293 6 592 54 2 758 0 96 0 97 c K c K 满足抗滑要求 3 抗倾覆稳定验算抗倾覆稳定验算 0 K MM 抗倾 ay lNM 式中 承受最大的压应力额基底面重心轴的距离 a l 基底面承受铅直力总和 N 所有铅直力及水平力对基底面重心轴的力矩总和 y M 592 54 698 6 3 0 6 6 098 5 9 56 10 37 1 5 0 K 满足抗倾覆稳定要求 5 35 3 基底应力验算基底应力验算 应选工况 满水 在外荷载作用下按偏心受压公式计算 max min yy i y y M N AW max min x ix x x NM AW 其中 基底在横槽向的最爱地基应力 取正 及最小地基应力 max min y y max min x x 取负 河北工程大学 34 参数 1 绕 x 轴的惯性矩 截面惯性矩 注 在这里1 I 指的是这个中空结构外围结构的惯性矩 而2 I 指的是这个中空结构里面轮廓构成 的结构惯性矩 I1 22 64 1 12 1 43 5 5 I2 1 82 64 1 12 3 63 4 04 1 46m4