渡槽结构设计

渡槽结构设计渡槽结构设计任务书设计任务某钢筋混凝土排架式矩形渡槽的槽身及排架设计。设计资料基本资料某灌溉渠道上钢筋混凝土排架式矩形渡槽，属=4\*ROMANIV级建筑物。渡槽排架为单层门型钢架，立柱高度按5m计算，立柱基础采用条形基础；渡槽槽身为等跨简支矩形槽，跨长L=15m，槽内净尺寸，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0.9m高钢栏杆。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（在设计时可忽略其影响）。结构布置图如图2-1所示。荷载（1）、荷载标准值：钢筋混凝土重度；栏杆自重（折算均布荷载）；人群荷载；风荷载，结构体型系数，迎风面为+1.0，背风面为-0.5；施工荷载。（2）、荷载分项系数：永久荷载：结构自重荷载分项系数取；可变荷载：除满槽时水重及水压力荷载分项系数取外，其他可变荷载分项系数均取。（3）、长期效应组合系数：可变荷载中，人群荷载及水重荷载的长期效应组合系数取。材料选用C20混凝土，=1\*ROMANI级和=2\*ROMANII级钢筋。使用要求（1）、槽身临水面最大裂缝宽度准许值：（短期组合）（长期组合）槽身背水面裂缝不控制。（2）、槽身纵向挠度准许值：（短期组合）（长期组合）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、挠度以及构造要求选配钢筋。（2）、对排架进行强度计算，结合构造要求选配钢筋。（3）、编制槽身及排架配筋图，并编制配筋表和工程量表。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、计算过程和计算结果。要求内容完整、数据正确、书写整洁。（2）、槽身及排架配筋图，包括结构轮廓尺寸、配筋图、钢筋表及工程量表。要求布局适当、图面清洁、字迹规范。渡槽结构设计计算书概述渡槽是在水利工程中应用的跨越河沟的输水建筑物，由进口段、出口段、槽身及下部支撑结构及部分组成，其布置形式及轮廓尺寸由水工布置及水力计算所决定。渡槽形式很多，按照上部结构形式分为梁式和拱式两大类；按照下部结构形式分为排架式和台式两大类；按照所用材料分为砖石渡槽、钢筋混凝土渡槽、钢丝网水泥渡槽、预应力混凝土渡槽等几类。钢筋混凝土排架式矩形渡槽，因其具有设计简单、施工方便、运用灵活、易于维护等有点，而被广泛采用。渡槽结构布置渡槽结构设置步骤（一）、槽身设计槽身为一空间薄壁结构，受力比较复杂。在实际工程中，通常近似的简化为平面结构进行设计。其计算时可分为横向计算和纵向计算两部分。槽身横向计算槽身横向内力计算可沿纵向（水流方向）取单位长度槽身做脱离体进行计算。计算简图如3-2所示。槽身设计可以分解为人行桥、侧墙和底板三部分。计算结果如下：（1）、人行桥设计人行道板简化为一支撑在侧墙上的悬臂梁，按受弯构件进行设计。=1\*GB3①、尺寸初拟取板厚h1=60mm，取h2=100mm，则；纵向取板单宽，即b=10000mm。=2\*GB3②、计算简图计算简图如图3—3所示，其中L为人行桥悬空长度。=3\*GB3③、荷载分析计算人行桥总共承受三种荷载，其中板自重和栏杆重为永久荷载，且栏杆重可以折算在均布自重荷载内；人群荷载为可变荷载。板自重和栏杆重标准值：设计值：人群荷载标准值：设计值：=4\*GB3④、内力计算。取计算跨度，则人行道板所承受的弯矩设计值为：=5\*GB3⑤、配筋计算及钢筋选配按单筋矩形截面设计。由于人行桥处于露天环境，属于二类环境条件，查《水工钢筋混凝土结构学》，取钢筋混凝土保护层厚，估计钢筋直径为10mm，排为一排，，（查《水工钢筋混凝土结构学》表3—1），满足要求。，满足要求。查附表，选用4φ10（实际）（2）、侧墙设计侧墙为一支撑在地板上的悬臂梁，主要承受槽内侧向水压力、人行桥传来的弯矩和压力、底板传来的拉力及侧墙自重等。设计时，可以略去轴向力的影响，近似的按照受弯构件计算。侧墙除了要进行承载力计算外，尚应进行抗裂或裂缝宽度验算。=1\*GB3①、尺寸初拟取侧墙顶厚h1=100mm，（满足要求）；侧墙底厚取，纵向取板单宽，即b=1000mm。=2\*GB3②、计算简图计算简图如图3—4所示，按照骨节于底板上的悬臂板进行计算。由于侧墙高度较高，弯矩值沿侧墙高度变化较大，为了节约材料，因此，沿侧墙高度取2个截面进行配筋计算，本设计选取墙底1—1截面及其以上x=1m处的2—2截面进行计算。=3\*GB3③、荷载分析计算由于风荷载引起的内力较侧向水压力及人群等荷载引起的内力小得多，因此，在设计过程中，忽略风荷载的影响。侧向水压力（持久状况）标准值：设计值：（短暂状况）标准值：设计值：人行桥传来荷载：=4\*GB3④、正截面承载力计算。对1—1断面和2—2断面，应分别计算其处于持久状况和短暂状况时侧向水压力和人行桥荷载作用下的弯矩值，并且取其中较大值作为本设计控制内力。弯矩设计值按照下式进行计算：1—1断面持久状况短暂状况2—2断面持久状况短暂状况=5\*GB3⑤、配筋计算及钢筋选配按单筋矩形截面设计。由于侧墙处于露天环境，属于二类环境条件，均按照短暂状况下进行设计。查《水工钢筋混凝土结构学》，取钢筋混凝土保护层厚，估计钢筋直径为10mm，排为一排，。1—1断面配筋计算：（查《水工钢筋混凝土结构学》表3—1），满足要求。，满足要求。查附表，选用6φ16（实际）2—2断面配筋计算：（查《水工钢筋混凝土结构学》表3—1），满足要求。，满足要求。查附表，选用2φ16（实际）=6\*GB3⑥、裂缝宽度验算侧墙内侧受拉且处于临水面，应进行持久状况下的裂缝宽度验算，应满足：按照下式计算：或者式中：、分别按荷载效应的短期组合及长期组合计算的纵向受拉钢筋应力，按下式计算：式中：、分别由荷载标准值按短期组合和长期组合计算的弯矩值，按照下式计算（取1—1断面）：16.06kN·m经过计算，侧墙满足裂缝要求。（3）、底板设计底板承受槽内水水重及底板板自重，同同时两端还还承受侧墙墙传来的轴轴向拉力及及弯矩，故故槽底板为为一偏心受受拉构件，按按照以下两两种情况分分别进行配配筋计算：：=1\*GGB3①、两端最最大负弯矩矩（发生在在最大水深深且人行道道上有人群群荷载时）及及相应的轴轴力N；=2\*GGB3②、跨中最最大正弯矩矩（发生在在水深为槽槽宽一半时时即H3=B/2，且人行行道上无人人群荷载时时）及相应应的轴力N。除了进进行正截面面承载力计计算外，尚尚应进行抗抗裂或裂缝缝宽度验算算。=1\*GB3①、尺寸初初拟底板厚度取h==150mmm，纵向向长度取b=10000mm，计计算跨度。=2\*GB3②、计算简简图将底板简化为如如图3—5所示：③、内力设计值计计算支座截面内力设设计值MA、NA计算：持久状况()短暂状况()取短暂状况下内内力组合作作为控制内内力，并由由此进行配配筋计算。取（二类环境条件件），，C20混凝土，=2\*RROMANNII级钢筋筋，结构重重要性系数数，，，需要考考虑纵向弯弯曲的影响响。求值，，由于前者大于于后者，故故取偏心实实际值进行行计算，，取取则，因为，因此按大大偏心受压压构件计算算。计算、如下：，对于=2\*RROMANNII级钢筋筋，查得《水工工钢筋混凝凝土结构学学》中，按照最小配筋筋率计算，查查表得，所所以=，选用2φ14（=308mmm2）。，，,选用5φ18（=1272mm22）。跨中截面内力设设计值Mc、Nc：取，则所受荷载为为：板底自自重标准值设计值侧向水水压力标准值设计值槽内水重标准值设计值故跨中截面内力力设计值为为（）取（二类环境条件件），，C20混凝土，=2\*RROMANNII级钢筋筋，结构重重要性系数数，，，需要考考虑纵向弯弯曲的影响响。求值，，由于前者大于于后者，故故取偏心实实际值进行行计算，，取取则，因为，因此按大大偏心受压压构件计算算。计算、如下：，对于=2\*RROMANNII级钢筋筋，查得《水水工钢筋混混凝土结构构学》中，按照最小配筋筋率计算，查查表得，所所以=，选用2φ14（=308mmm2）。，，,选用3φ18（=763mm2）。④、正截面承载力力计算计算结果及配筋筋情况如下下表所示截面位置计算钢筋量钢筋选配备注支座截面1253.2mm2250mm25φ182φ14跨中截面635.6mmm2250mm23φ182φ14⑤、裂缝宽度验算算支托边截面临水水面受拉，进进行裂缝宽宽度验算，使使满足：按照下式计算：：或者式中：、分别按按荷载效应应的短期组组合及长期期组合计算算的纵向受受拉钢筋应应力，按下下式计算：：大偏心受拉取正正号，小偏偏心受拉取取负号。本本设计为大大偏心受拉拉，选用正正号。Ns、Nl分别按照照下式计算算、分别按照下式计计算：以上两式中，xx为支托边至至支座中心心的距离。经过计算，侧墙墙满足裂缝缝要求。槽身纵向计算侧墙可以作为支支撑在排架架柱上的简简支梁考虑虑，在设计计中，忽略略人行道板板截面的影影响而近似似的按照单单筋矩形截截面计算。（1）、计算简图计算简图如图33—6所示：梁宽b取侧墙平均厚度度计算，即即,计算跨度取（MM计算）或=（V计算）（2）、荷载梁上作用的荷载载主要包括括槽身自重重、槽内水水重及人群群荷载等。由由于结构及及荷载均对对称，故可可取半边槽槽身进行计计算，并认认为每个侧侧墙承受总总荷载的一一半。永久荷载标准值值：人行道板及栏杆杆自重（为人行桥桥悬空长度度）侧墙自重（b为侧墙厚厚度）底板自重（为底板厚厚度）可变荷载标准值值：人群荷载（为人行桥桥悬空长度度）槽内水重（持持久状况）（短短暂状况）（3）、内力计算（取取短暂状况作作为控制内内力）跨中弯矩设计值值：支座边缘剪力设设计值（4）、正截面承载载力计算侧墙底部布置775%=11996选选配8φ18（=20366）底板部位布置225%=6665选配4φ16（=8044）。（5）、斜截面受剪剪承载力计计算由于梁比较高，箍箍筋不能太太细，选用用φ8@2000，即，，满足要要求。，因此选配双肢肢箍筋φ8@2000满足斜截截面受剪承承载力要求求。将跨中纵筋弯起起2φ18（（6）、挠度验算1）、内力组合值值计算（按按持久状况况）：短期效应组合：：长期效应组合：：2）、短期刚度计计算：由于于简支梁式式渡槽的槽槽身底板在在纵向计算算中全处于于受拉区，为为防止开裂裂渗水，可可按抗裂考考虑，故短短期刚度按按下式计算算：3）、长期刚度计计算：短期效应组合：：长期效应组合：：4）、挠度验算：：（7）、绘制抵抗弯弯矩图（MR图）端肋设计为了增强渡槽槽槽身的整体体性和抗扭扭性，应在在渡槽两端端分别设置置加强肋。肋肋宽为2000mm，肋肋厚为3550mm，肋肋中选配2φ12（=226）排架设计排架是槽身下部部支撑结构构，一般由由两根立柱柱和几根横横梁组成单单跨多层框框架结构，当当柱高不大大于5m时，常常采用一根根横梁而组组成的单层层钢架。尺寸初拟立柱尺寸：顺水水方向b=400mmm；横向h=300mmm。横梁尺寸：，立柱与横梁连接接处常设置置补角以改改善应力状状态。补角角尺寸为2200mmm。为加大槽身与立立柱接触面面积，以改改善局部承承压应力状状态，通常常在立柱顶顶端设牛腿腿。悬臂长长c=200mmm，高h=400mmm，倾角为为。排架横向计算（1）、计算简图计算简图如图44-1所示（2）、荷载作用于排架上的的荷载有水水平荷载和和垂直荷载载。=1\*alphhabettica）荷载计算算各荷载设计值计计算如下：：槽身自重：槽内水重：（持持久状况）（短暂状况）人群重：风荷载：槽身风风压由于槽身风压，、在柱顶产生一拉一压轴向力柱身风压排架自重=2\*alphhabetticb）内力计算算因铅直向节点荷荷载只使立立柱产生轴轴向力，水水平向节点点荷载是反反对称的，而而结构是对对称的，用用“无剪力分分配法”计算排架架的内力。抗弯刚度系数：：固端弯矩：计算分配系数：：∴μ1=0.559，μ1=0.411。力矩分配与传递递计算如下下：（3）、配筋计算排架的配配筋计算包包括立柱配配筋计算和和横梁配筋筋计算。排架立柱柱的配筋，按按最不利内内力组合。本本设计按照照大偏心受受压构件计计算。由于于风向的变变化，立柱柱受正负两两个方向的的弯矩，故故应按照对对称配筋计计算。横梁所所受的轴向向压力较小小，在横梁梁配筋计算算时可以忽忽略不计按按照受弯构构件考虑。为为了偏远全全，横梁配配筋同样采采用对称配配筋。=1\*alphhabettica）立柱的配配筋计算：：满槽水加横向荷荷载条件下下，背风面面肢柱承受受的轴向压压力最大，应应分别对横横槽向及顺顺槽向进行行计算。横横槽向按排排架内力计计算成果配配置受力钢钢筋，顺槽槽向按单柱柱并考虑纵纵向弯曲影影响进行承承载能力验验算。立柱的横槽向抗抗弯计算：：Mmax=588.2077kN.mma=35mm，h0=300-335=265（mm）选3φ20，As=9942mmm2。由于风风向是可以以改变的，故故立柱需双双面配筋。立柱的纵槽向抗抗压承载力力计算：Nmax=7811.12kkN因为l0/h=15/00.4=37.55，故纵向向弯曲影响响系数=0.366。选3φ18，AS=763（mm22）横梁的配筋计算算：为施工方便所有有梁的配筋筋情况相同同，按最不不利荷载布布置，计算算得Mmax=442.0445kN..m。取a=35mm，则h0=300-335=265mmm选2φ20，As=6628mmm2。由于横横梁上下均均受弯，故故需在上下下两边缘都都配筋。3、排架纵向计算算排架立柱的纵向向计算可取取单根立柱柱进行，并并且需要考考虑以下两两种情况：：在正常运用情况况时，因左左、右跨槽槽身传来的的垂直荷载载相等，故故对等间距距的排架立立柱按轴心心受压构件件计算（边边排架除外外）。在施工时，当一一跨槽身吊吊装完毕而而临跨尚未未吊装时（装装配式槽身身结构），或或当一跨槽槽身已浇注注完毕而临临跨尚未浇浇注或尚未未拆除手脚脚架时（整整体式槽身身结构），排排架立柱顶顶部作用一一较大的偏偏心荷载，应应按偏心受受压构件计计算。此时时，荷载的的偏心可按按排架立柱柱的反力为为三角形分分布考虑。排架立柱的纵向向计算，一一般以施工工期的内力力为控制内内力进行配配筋计算，然然后根据纵纵、横向配配筋计算结结果，对立立柱进行正正常运用期期间的轴压压承载力校校核。（1）、施工期施工期计算内容容如下。计算简图如图44—2所示荷载及内力计算算。施工期排架立柱柱所受荷载载，包括槽槽身自重、人人群荷载及及施工荷载载，不考虑虑风荷载。偏心压力N的设设计值为（）：柱顶柱底配筋计算。配筋计算一般取取柱顶（牛牛腿下）和和柱底两个个断面按偏偏压构件进进行。由于于左右跨槽槽身的施工工顺序可先先可后，故故立柱纵向向也按对称称配筋。考考虑纵向弯弯曲影响时时，立柱的的计算长度度。b=400mmm，，，取ζ=1.0ηe0=1.19×2666.7==317..26（mm）＞0.3hh0=78mm对称配筋则故3φ12，即As==339mmm2满足要求求。对于柱底：b==400mmm，，，取ζ=1.0ηe0=1.38×1333.3==183..86（mm）＞0.3hh0=78mm对称配筋则故2φ12，即As=226mmm2满足要求求。