渡槽设计-钢筋混凝土结构课程设计

钢筋混凝土结构课程设计

设计题目：渡槽（三）

姓名：____________________

学号：____________________

年级专业：水利水电工程

指导老师：____________________

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目录

目录....................................................................0

摘要.....................................................................1

第一章设计基础资料.....................................................3

第二章渡槽计算.........................................................4

1.拟定渡槽尺寸....................................................4

2.槽身纵向计算....................................................5

1）内力计算：...................................................5

2）配筋计算：...................................................6

3.槽身横向计算....................................................8

1）框架内力计算.................................................8

2）人行道板.....................................................9

3）侧墙的配筋计算..............................................10

4）底板计算....................................................11

5）横杆计算....................................................13

6）人行道板计算................................................15

第三章刚架计算........................................................16

1.刚架纵向计算...................................................16

2.刚架横向计算..................................................20

3.刚架横向内力计算...............................................20

4.刚架横向配筋计算...............................................21

①立柱配筋计算...............................................21

②横梁的配筋计算：...........................................22

第四章牛腿配筋计算....................................................24

摘要

渡槽是输送渠道水流跨越河渠，道路，山谷等的架空输水建筑物，是

罐区水工建筑物中应用最广的建筑物之一，除用于输送渠水外还可以排洪

和导流等之用。现支架钢筋混凝土矩形渡槽是渡槽的一种，由于它具有设

计和施工上比较简单，架模容易，不易漏水等特点，因此广泛应用于丘陵

罐区。许多水利工程、引水工程等大量地使用着渡槽，创造出很多富有特

色的新式渡槽、现代化渡槽。为了摆脱这种困境，引水灌溉就成为一项突

出的民生工程。随着大型灌区工程的发展，各种轻型结构渡槽、大跨度拱

式渡槽被广泛应用，预制装配式施工方法也得到推广。结构形式优选理论、

新型材料、电子计算机技术及先进施工技术等已开始应用。

关键词：渡槽；钢筋混凝土；排洪；灌溉

Abstract

Theaqueductisconveyingchannelflowacrosstheriver,theoverheadroad,

valleywaterbuilding,isoneofthemostwidelyusedbuildingtankhydraulic

buildings,exceptfortransportingwaterdiversionanddrainagecanalsobeused.

Presently,thereinforcedconcreterectangularaqueductisakindofaqueduct.It

iswidelyusedinhillystorageareabecauseofitssimpledesignand

construction,easyconstructionanddifficultwaterleakage.Manywater

conservancyprojects,waterdiversionprojectsandotherlargeuseaqueduct,and

createdalotofcharacteristicsofthenewaqueduct,modernaqueduct.Inorder

togetridofthispredicament,waterdiversionirrigationhasbecomea

prominentlivelihoodproject.Withthedevelopmentoflarge-scaleirrigation

projects,variouslightstructureaqueduct,largespanarchaqueductiswidely

applied,prefabricatedconstructionmethodhasbeenpopularized.Structural

formoptimizationtheory,newmaterials,electroniccomputertechnologyand

advancedconstructiontechnologyhavealreadybeguntobeapplied.

Keyword：aqueduct；Reinforcedconcrete；Flood；irrigation

第一章设计基础资料

1.1根据初步设计成果，提出设计资料及有关数据如下：

1.该输水渡槽跨越142m长的低洼地带见下图，需修建通过15nl7s设计流量及16n?/s

校核流量，渡槽无通航要求。经水力计算结果，槽身最大设计水深H=2.75m,校核

水深为2.90%支承结构采用刚架，槽身及刚架均采用整体吊装的预制装配结构。

设计一节槽身及一个最大高度的刚架。

建筑物等级4级。

2.建筑材料：

混凝土强度等级：槽身及刚架采用C20级；基础采用C15级;基础垫层为C10级。

刚筋混泥土槽身及刚架受力筋为HRB335；分布筋、箍筋、基础钢筋HPB235。

3.荷载

洼地高2.2m

钢筋混凝土重力密度25KN/m3;

人行道人群荷载3KN/m2

施工荷载5KN//n2

渡槽所在地区基本风压0.35KN//H2

地基允许承载力200KN/〃p

基础埋置深度1.3mo

栏杆重1.5KN/m2

4.使用要求：

槽身横向计算迎水面裂缝宽度允许值[Ws„J=0.3mm,[WLnrtX]=0.3mm0

槽身纵向计算底板有抗裂要求。槽身纵向允许挠度

[fs]=lo/5OO,[f-]=l0/550o

钢筋槽身、纵梁级刚架受力筋为n级；分布筋、箍筋及基础钢筋为I级;

支座钢垫板用厚度为6nlm的I级钢板。（7）附图：高程单位（m）

5.附图

6.设计要求

在规定时间内，独立完成下列成果：

（1）设计计算书一份。包括：设计题目、设计资料、结构布置及说明、槽身过水

能力计算、槽身、刚架及基础的结构配筋计算（除必要的计算草图）。在全过程需详细

的设计说明对计算书中没有表达完全部分的说明。

（2）施工详图不少于2张（A2图纸），至少一张手工绘制图纸。一张用AutoCAD

绘制。包括：槽身、刚架基础配筋图、钢筋表及必要说明。图纸要求布局合理，线条粗

细清晰，尺寸、符号标注齐全，符合制图标准要求。

第二章渡槽计算

1.拟定渡槽尺寸

初步选取每节槽身长度14.2m,槽身底坡,=焉，取该渡槽槽壁糟率n=0.013,设

底宽b=2.5m,

①按设计水深h=2.75m

过水面积：A=/7x/z=2.5x2.75=6.875机2

湿周：/=6+2〃=2.5+2x2.75=8〃?

水力半径：/?=-=^―=0.86/7?

Z8

11111

谢才系数。=一乂/=----x0.866=75m2/$

n0.013

Q=ACjRi=6.875x75xJo.86x—

流量:=15.1"J/s2166'/$满足设计要求

VKXX）

②按校核水深h=2.9m

过水面积：A=Z?x/?=2.5x2.9=7.25m2

湿周：/=〃+2/z=2.5+2x2.9=8.3，〃

水力半径：/?=—=—=0.873/K

Z8.3

11111

谢才系数C=—R6=0.8736=75.2w2/s

〃0.013

Q=AC屈=7.25x75.2xJo.873x—

流量:=16.1/n5/sN16〃7'/s满足校核要求

V1000

2.槽身纵向计算

纵向受拉钢筋配筋计算（满槽水+人群荷载）

1）内力计算：

（1）半边槽身面积：

S=0.8x0.1+0.3x1.15x2+0.4x0.4x2+^Q，3+Q，4^x0JX2

2

+2.8x（）.3+0.08+0.345+0.16+0.07+0.84+0.16+0.345=2M

半边槽身每米长度承受人群荷载设计值:

qk=7。x纵2=1.2x3x1x1=3.6KNIm

半边槽身每米长度的自重值

g横杆=0.3xx0.1x25=G.9KN/m

&=%(SxAx7rc+g横杆)=1.05x(2x25+1.5)=54.075KN/m

满槽水时半边槽身每米长度承受水重设计值(忽略托乘长度)

q水=/02X/2=/Q2XVX/W=1.1x0.5x3x2.9x1x10=47.85KN/6

总的均布荷载：/?=54.075+47.85=101.925^V/m

槽身跨度取7m

(2)槽身纵向受力时，按简支梁处理

计算跨度：

/0=(14200-200-300x2-50)4-2=6675mm

(3)跨中截面弯矩设计值(四级建筑物k=l.15)

M=Xrx-1xpx)/?=11.15x-xl01.925x6.67572=652.816/C^-/;z

870f8

2)配筋计算：

因为：£=11.9N/2,/；=3(X)N/2

①承载力计算中，不考虑混凝土承受拉力，故把侧墙看做T型梁：

,…r400+500―、

b=3(X)mm,n=--------=450mm

ff2

H选为校核水深，钢筋需排成两排取d=90iinii,%=h-a=3700-90=3610”〃〃,确定

bf,hf-450/w/z,—=L-0.124>0.1»为独立t型梁:故,bf=卜==4647/zzw,

ffh。3610f33

4=〃+12%=300+12x450=57007〃〃上述两值均大于翼缘实有宽度，取乙=400/加

第一类T型截面按宽度为400mm的单筋矩形截面计算,

KM338x1()6

a'==0.054

7^11.9X400X36K)2

J=1-=().056v0.85抵=0.468

f闽h°11.9x0.056x400x3610

=3207mm2

Asfy300

_A_3207=。・3%>。讪=。.2%，满足要求，

'一苑—300x3610

故可置；6A18,6A20(4i：=3411W)

③抗裂验算：

殍+伤+〃)"+。/也

y0=-厂---产--------=1826mm

bh+\bf-协/+4A

，o=+a«4(%-y：)=5.2X1o''mm4

%=——--=277

查附录表3得截面抵抗矩塑性系数七=1.5

考虑截面高度的影响对乙值进行修正，得:

%=(0.7+^-]xl.5=1.2,

mI3(XX)J

在荷载效应标准组合下：%=0.85

a

Ym(lftk%=1.5x0.85x1.78x227.5=516.311KN•m<652.816KN•m

故槽身抗裂满足要求。

④槽身挠度验算：

荷载标准值在槽身纵向跨中产生的弯矩值：

M=294KNm

槽身纵向抗弯刚度:

162

Bx=O.85Er/o=1.24xlO^-nun

8so.65纥=8.06xl0,5N/nm2

f=1x哈=().13mm<[fL]=%)。=11.76加

故槽身纵向挠度验算满足要求。

槽身纵向斜截面受剪承载力计算

75.3KN/H

301.51KN

301.S1KN

301.51KN

八max=1•15X301.51=346.7KN

0.7£叫=0.7x1.27x300x3610=9628KN

应为八max〈962.8KV

所以满足抗剪要求，故不需要由计算配置抗剪腹筋，抗剪腹筋，架立筋，腰筋按构

造要求配筋。

3.槽身横向计算

1）框架内力计算

沿槽身纵向取单位长度脱离体进行计算。侧墙与底板为整体连接，交接处为刚性节

点。横杆与侧墙也是整体连接，但因横杆刚度远比侧墙刚度小，故可假设与侧墙较接。

作用在矩形槽身上的荷载有①槽身结构自重,包括人行道板自重底板自重&,侧墙自

重可略去不计；②人行道板上的人群荷载gk；③槽内侧向水压力及水重yH,H为最大水

深，水位可近似取至横杆中心线处。

P1为人行道板、横杆、人群荷载传给侧墙顶的集中力的

设计值。

2)人行道板

计算宽度：b=1420/皿7

计算跨度：4=1/

荷载：板自重，人群荷载

板自重的标准值：=ybh=25x1.42x0.2=7.10叱

设计值：g=ycgx=1.05x7.10=7.455叱

人群荷载标准值：qk==3.0x1.42=4.26叱

设计值：Q=YQQK=1.2x4.26=5.112%

2

人行道板控制截面积ftW矩一尸=：(g+1x(7.455+5.112)x1.0=6.2835AW

剪力：F〃=(q+=(7.455+5.112)x1.0=12.5678V

3）侧墙的配筋计算

①环境类别为第三类，取c=30mm,a=40mm,则:

!\}=h-a=300-40=260〃〃〃,

hw=%=260，〃加

A普…

A：VIlldA=1.15x53=60.95^

0.25=0.25x11.9x1000x260=7735KN>/CViniix=60.95KN

故截面尺寸满足抗剪要求。

②计算受弯钢筋:

1.15x24.36x10-Q35

2

sfebh^11.9xl000x260

1==0.036

0=映X0-036X260=巾.28〃小

A=

A300

选取4A12(%=452/WM),A12@200(&=565痴)

③跨中最大正弯矩截面配筋

背水面按二类环境，取

C=25mm,

a=35〃〃〃

%=〃一〃=300-35=265nvn

则

KM1.15xll.8xl06八…

a=-----=----------------=0016

sf<.b底11.9xl000x2652,

百二1一J1-24=0.016<0.85刍=0.468

,fb^i11.9x1000x0.016x265必。「u2

A=匕3}=--------------------=168.2加，广2<24/z产397.5〃"，厂

所以取4二夕而般％=397.5/ww2

选取A12@280(4=4O4/WJ7?2)

侧墙底部迎水面限裂验算：

AA

有效配筋率：4，=丛=々=0.7

42ab

(7.=—————=126.7N/nun2

成0.87%A,

311ax=30+c+0.07—=0.2\mm<[6>]=0.25mm

Es\P.e)maK

满足限裂要求。

4)底板计算

①按端部截面配筋，

背水面a=35nm,c=25mm

迎水面a=40mm,c=30mm

!\}=h-a=260mmM=24.36A7V•tn

h-a=265mmN=53KNm

M=24.36

=460〃?〃z

AF-53

由于N作用于纵向钢筋范围之外，属于大偏拉构件，

e=e--+a=460--+40=350mm

n°22

._KN-fab^_1.15x53x103x350-().358x1000x2602

ecsb=-42.493mm<0

5=N…厂300x(260-35)

所以取4=夕而弛％=鬻xl000x260=390/W

选配A12@280

因为人实=404//W772/m>“n湎％=390mm2

所以应该按最小配筋率配筋

选取A12@2804丈=404/7〃/

AA

②底板端部限裂验算：夕你=2=3=0.505

42ab

=牛(1+1.1充=325.4N/mm2

=3O+C+O.O7—=0.19mm

Pu.)

因为=所以满足抗裂要求。

③最大弯矩抗剪要求

取a=35mm，

h{}=h-a=265nvn

hw=%=265mm

则：AL=0.265/n/n,且0.265v4,满足要求

b=1000

KVIlli*A=1.15x47=54.05AN

().25/=0.25xll.9xKXX)x265=788.4KN

因为788.4KN>54.()5KN；故截面尺寸满足抗剪要求。

④配筋：

KM1.15x12x1()6八,s

a—-----=----------------=002

s九岷11.9xl000x2652

^=1-71Z2^=0.02

0.85抵=0.468*=0.02

空的U.9xK)00x()g265,_

4===2102332

A300

Qmin〃'o=397.5mm2AA=210.233/W7?2

故按最小配筋率配筋，选取A12@280（&j：=404"7打2）

斜截面受剪承载力计算:

KVns=54.05版

0.7/她)=0.7x1.27x1000x265=235.585KN

因为235.585/W>54.05/W；故不需要由计算确定抗剪腹筋。

5）横杆计算

①截面尺寸抗剪计算与配筋

取横杆间距s=2.5m,

a=40〃〃〃，

a=3577?/??,

M=4.5KNm

N=RxS=3S25KN

M4.5-

——=-----=117.64〃〃〃

N38.25

也!_40=W

°22

因为横杆为大偏拉,

.h，300__一八___

e=——a+%=----35+110=225mm

2°2

e=/—g=117.64-150+40=7.64/77/77

._KN,「f’ch忘_1.15x35.19xltfX7.64-11.9X0.358X300X2602_

Ac=---.7—=--------------------------------------------------=-1Z/>3/

A")300x225

因为人＜0,最小配筋率配筋

0mi，%)=———x300x260=111mm

m,n十10000

所以选配2A10(4丈=157〃加)

KN,一£4(%-a)_1.15x35.19x1()3x7.64-30()x157x(260-35)

=-0.042/77/7?

11.9x300x2602

因为a,v0,最小配筋率配筋

从C=——x300x260=117mm2

m，n1000()

所以选配2A10(4丈=157〃〃/)

0.7于叫=69.342KN>kvmax=405KN

满足截面尺寸抗剪要求。

②跨中最大弯矩配筋计算

a=35mm,a=40mm,M=12KN-in

M1.2…r

%=——=------=31.57mm

°N38.25

因为/<亨-。=1,故为小偏心受拉

,h.

e=%t----a=31.37+150-40=141.37mm

°2

(?=——a—e=150—35—31.37—93.63〃"〃

20()

4KN,1.15x35.19x10-X14L37

A.=-7-Q=----------7---------r-----=

300x(260-40)

22

As=86.68/ww</?inin/?/?0=117ttvn

KNe3

T1.15X35.19X10X86.68=53.148W

300x(260-40)

A<Pmin^）=U7/W«2

故按最小配筋率配筋

最小配筋为：PmiMo=117〃〃〃2

4选取2A10（A实=157皿/）

4选取2人10（4实=157切环）

6）人行道板计算

取，ln=1.5〃？，%=100〃〃〃,a=0.1m

ln+a=\.6m,/„+/?=1.6m,/0=1.6m

板自重：处=0.8x0.1x25=2KN/〃?

人群荷载：qk=3KNIm

跨中弯矩：M=-(1.05^4-1.2%)/；=，x(1.05x2+1.2x3)x16=1.824KN•m

88

配筋计算:

取,C=25twn,〃=8(XM?〃z

则:a=c+—=35mm,h=h-a=65nvn

2n

^M=1.15xl.824xlQ^0052

s工岷11.9x800x652

J=2%=0.053

满足0.054<0.85^=0.468

_f<b飙_11.9x800x0.053x65

A.=—=111Atnm2

A3(X)

故可以选配：2AIO（A»=157〃7>）,分布钢筋选择A6@250

第三章刚架计算

1.刚架纵向计算

刚架纵向计算取单根立柱，按柱顶和柱底两个截面进行。分为正常运行和施工时两种情

况进行配筋计算。考虑纵向弯曲影响，立柱视为下端固定，上端槽身对立柱有一定支承

作用，因此立柱的计算长度4取0.71=0.7X15.25=10.675m.

支撑刚架采用三层单刚架。高度为15.25m,两立柱中心

距为2.8m。刚架立柱纵向、横向尺寸如左图所示。为加大槽身和刚架顶部的支承面积,

刚架顶部沿纵向设有牛腿，尺寸如图所示。横梁与立柱连接处设有100mmX100mm托承

以改善交角处的应力状态。

龈itt

(1)正常运行时，左右跨槽身传来的垂直力相等，按轴心受压构件计算(边刚架除外)O

①柱顶截面配筋计算：

承受轴向压力设计值为N=M=pxl=80.08x6=480.48^

立柱截面形状为300X500的矩形，长细比,二35.6>8

考虑纵向弯曲的影响，查表得9=0.42

，_KN-⑸A_1.15-480.53x10?一。42x11.9x300x500

$—方;-0.42x300<

说明柱顶截面的受压筋将不能达到屈服，按构造配筋即可。

取4=夕minA=900,77/772

故选配4Al8（A：=1017〃掰J）

②柱底截面配筋计算：

柱底承受的轴向压力除槽身传下来的荷载外，还有刚架自重。

Pl、P2、P3为刚架自重化成的节点力,

1.55x0.5+2.15x0.3+(0.3+0.4)x/x0.5x25=18.2KN

Pi

p2=().3x5+1.15x0.5+(().7+().5)x/x25x().5=28.9KN

生=0.3x5.175+1.15x0.5+(0.7+0.5)x—x0.5x25=27.3KN

承受轴向压力设计值为:

N=2+1.05x6+1.05x6+1.05x4=558.985KN

,_KN-(pfA_1.15x558.985-0.42x11.9x300x500

A=---：-c--------------------------=-848.152mm

*0.42x300

A<0,说明柱顶截面的受压筋将不能达到屈服，按构造配筋即可。

选配4A配（4=1017储/）

（2）施工过程中，当一跨槽身吊装完毕，而临跨尚未吊装的情况下，刚架顶作用一偏

心荷载，应按偏心受压构件计算。由于左右跨槽身都有可能先吊装，故采用对称配筋。

①柱顶截面配筋计算:

承受压力设计值为N=+吟以240.24"

刚架顶部反力为三角形分：

22

偏心距e=-a=-X700=466.67mm

033

由。x〃=300x500=15(X)OQ%〃2a=a=3()mm,%=/?-30:500—30=470〃〃〃

—==15.7mm,e=466.61mini>15.7mm

30300

故按实际偏心距计算。

匕0.5/40.5x11.9x300x500℃

Si==~3.23

1KN1.15x240.024xlO3

因为&>1,取自=1

e.=1.15-0.01^=1.15-0.01x^^=0.94

h500

77=1+--(k累253

1400%

%

r/e。=1.3x466.67=606.7mm

〃e()>0.3%=0.3x470=141〃〃〃

故按大偏心受压构件计算。

%=以1-0.5盘)=0.4

h

e=j]e^+--a=826.7〃wz

32

4.KNe-a.fbli1.15x240.27x10x826.7-0.4xll.9x300x470，

4=----_也J气”=--------------------------------------------=-659.24/w7?-

n300x(470-30);

4<o,按最小配筋率配筋

4=Pmi,/=900〃〃"

选酉己4A18（A实=1017〃〃/）

分窕+/；A-KN11.9x300x0.16x470+300x9007.15x240.27x103=873.8W

4=

fy300

4,<pminA=900〃〃〃2,故也按最小配筋率配筋o

选酉己4A18（A州=1017〃〃/）

②柱底截面配筋计算:

bxh=300x500=15000（＞〃62,a=a=30mm,%-30=470mm

N

承受压力设计值为N=]■+1.05xR+1.05x%+1.05x6=309.805KN

…22

偏心距％==耳x700=466.67m/??

/?470,尸r…/r

—n=---=15.7/n/nv%=466.67nun

3030

故按实际偏心距计算。

z0.5f.A0.5x11.9x300x500…

；=3.23

1KN1.15x240.27xl03

当>1,故取。=1

-吟符二094

1

7=1+1400暴产“3

%

故按大偏心受压构件计算。

e=ne.+--a=l.3x466.67+--30=826.67\mm

°22

._KNe-a/cbk_1.15x240.27xl03x826.671-0.4x11.9x300x4702

:=一659.298〃z〃/

A==300x（470-30）

4<o,故按最小配筋率配筋

4=PmiM=秋〃?〃/

选配4Al8(4买=1017〃病)

,工力纨+f'A-KNn.9x30()x().16x470+300x900-1.15x240.27xIO3

873.8〃"〃2

fy300

4<P,ni./=9(X)^

故按最小配筋率配筋，选配4Al8(4丈=1017mm2)

2,刚架横向计算

P为满槽水、有人群荷载时槽身传给刚架的荷载,

〃=433.45KN

P'为作用于槽身的水平风压力4通过槽身支座，转化为作用

于立柱顶的一拉一压垂直轴向力。

I22

P=—=6.4KN

B

7；="+丁=0.35x7x3.7+0.35x2.75x0.5=9.55KN

T2=0.35x5x0.5=0.875KN

7；=0.35x5x0.5=0.875KN

其余荷载同槽身纵向计算。

3.刚架横向内力计算

刚架所受外荷载中，垂直的节点荷载只使立柱产生轴力，对刚架不产生弯矩和剪力；

刚架所受的剪力和轴力主要由水平风荷载产生。将水平节点荷载分解为正对称和反对

称，对称荷载只引起横梁轴力，反对称荷载使整个刚架产生弯矩、剪力及轴力。按“无

剪力分配法”计算。

4.刚架横向配筋计算

①立柱配筋计算

由刚架内力图可知，立柱控制配筋的截面为柱底截面，弯矩M=81.7kN-m,剪力为

52.IkN,轴力为496.5kN。

由于风向不定，采用对称配筋。bXh=500mmX400mm,取

a=a=30mm，瓜=h-a=400-30=370zm?

计算一F.立柱时，按两端接点为不移动较支座考虑

其计算长度：/。=1/=5机

行黑=磔＞8,所以需要考虑纵向弯曲的影响。

M81.7

x10'=164.6

~N496.5

%

=9ve0

30

故按实际偏心距e0=164.6mm计算。

。二与圣=2.1,统＞1,取自=1,2＜15,取$=1

KNh

"=1+—佟］罚2=125

1400%⑴

%）

=1.25x164.6=205.75mm,

0.3%=0.3x370=111nvn

〃e（）＞0.3%=111nvn

故按大偏心受压构件计算。

"-^-=0.26

/=物1=96.2"〃，,2a=60〃〃〃，Z>2。

«=^(1-0.5^)=0336

e—v+2々=375.75如〃

KNe-f<a•_1.15x496.5x1()3乂375.75-0.4x11.9x500x4002

4=4==-l629.962/W

300x(370-30)

4<0,故按最小配筋去配筋

As=4=0minM)=370〃"7?

选取4Al2(4=452〃〃/)

剪力较小，不进行抗剪计算。

②横梁的配筋计算:

由内力计算图可知，横梁控制配筋的截而为横梁1利横梁2,1承受最大的轴向压

力，2承受最大的弯矩和剪力。同样由于风压力来自左右两个方向，横梁的配筋也采用

对称配筋。

己知：b=400f?im，h=5OO〃〃7?,%=h-a=470mm

a.横梁1配筋计算（按偏压构件计算）

梁端截面：M=65.4KNm,N=40.6KNm

偏心距

M65.4si

—=----x10=161\mm

N40.6

—=12