混凝土結(jié)構(gòu)渡槽槽身縱向結(jié)構(gòu)設(shè)計

關(guān)于混凝土結(jié)構(gòu)渡槽槽身縱向結(jié)構(gòu)設(shè)計第1頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月一、設(shè)計資料1.基本資料

某灌溉渠道上有一鋼筋混凝土排架式渡槽，屬4級建筑物。渡槽排架為單層門形剛架，立柱高度為5m，立柱基礎(chǔ)采用條形基礎(chǔ)；渡槽槽深為等跨簡支矩形槽，跨長L=12m，槽內(nèi)凈尺寸Bn×Hn=3.0m×2.5m，設(shè)計水深H1=2.0m，最大水深H2=2.5m；槽頂外側(cè)設(shè)1m寬人行橋，人行道外側(cè)設(shè)1.2m高欄桿。為減小應(yīng)力集中，在槽身內(nèi)轉(zhuǎn)角處及排架立柱與橫梁連接處加設(shè)補角（設(shè)計時忽略其影響）結(jié)構(gòu)布置圖如圖1所示。第2頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月第3頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月2.荷載

（1）荷載標準值：鋼筋混凝土重度γ砼=25kN/m3；水的重度γ水=10kN/m3

欄桿自重g1k=0.5kN/m2（折算均布荷載）；人群荷載q1k=2kN/m2；風荷載q2k=0.25kN/m2，施工荷載q3k=4.0kN/m2。（2）荷載分項系數(shù)：永久荷載：結(jié)構(gòu)自重荷載分項系數(shù)γG=1.05；可變荷載：除滿槽時水重及水壓力荷載分項系數(shù)取γQ=1.10外，其他可變荷載分項系數(shù)均取γQ=1.20。第4頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月3.材料

選用C20混凝土，Ⅰ級和Ⅱ級鋼筋。4.使用要求（1）槽身橫向臨水面和縱向進行抗裂驗算（2）槽身縱向撓度允許值：[f]=l0/500第5頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月5.設(shè)計內(nèi)容（1）對渡槽槽身進行橫向和縱向計算，按照強度、裂縫、撓度以及構(gòu)造要求配筋。（2）繪制槽身及排架配筋圖，并編制鋼筋表

6.設(shè)計成果（1）設(shè)計計算書一份，包括設(shè)計所依據(jù)的基本資料、計算圖表、計算過程和結(jié)果。要求內(nèi)容完整、數(shù)據(jù)準確、書寫整潔。（2）槽身及排架配筋圖，包括結(jié)構(gòu)輪廓尺寸、配筋圖、鋼筋表，要求布局適當、圖面整潔、字體規(guī)范。第6頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月設(shè)計步驟槽身橫向計算人行橋設(shè)計側(cè)墻設(shè)計底板設(shè)計槽身縱向設(shè)計尺寸擬定計算簡圖荷載計算內(nèi)力計算配筋計算尺寸擬定計算簡圖荷載計算正截面承載力計算抗裂驗算尺寸擬定計算簡圖內(nèi)力計算配筋計算計算簡圖荷載計算內(nèi)力計算正截面受彎承載力計算斜截面受剪承載力計算抗裂、變形驗算繪制MR圖抗裂驗算第7頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月任務(wù)1:槽身橫向結(jié)構(gòu)計算第8頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）人行橋設(shè)計按受彎構(gòu)件計算1）尺寸擬定取h外=80mm，h內(nèi)=100mm。2）計算簡圖

第9頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月3）荷載計算板自重及欄桿重：標準值

g3k=γ砼b＋g1kb=25×1×0.09＋

0.5×1=2.75kN/m

設(shè)計值

g3=γGg3k=1.05×2.75=2.89kN/m

人群荷載：標準值

q3k=q1kb=2×1=2kN/m

設(shè)計值

q3=γQq3k=1.2×2=2.4kN/m4）內(nèi)力計算取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第10頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月5）配筋計算（按單筋設(shè)計）

C20混凝土，fc=10N/mm2,Ⅰ級鋼筋，fy=210N/mm2，取as=30mm,h0=h－as=100－30=70mm

＞ρminbh0=0.0015×1000×70=105mm2

選配Φ12@300（實配鋼筋面積As=377mm2）

第11頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）側(cè)墻設(shè)計按受彎構(gòu)件計算1）尺寸擬定取側(cè)墻頂部厚度為h上=200mm（按規(guī)范要求不小于80mm和l/30=2950/30=98mm）；側(cè)墻底部厚度為h下=300mm（要求不小于150mm）；縱向取單位寬度b=1000mm。2）計算簡圖：按固接于底板上的懸臂板計算見圖4。當側(cè)墻較高時，彎矩M變化較大，為了節(jié)約材料，取墻底1-1斷面及其上x=1m處2-2截面來進行計算。圖示第12頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月返回第13頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月3）荷載計算（因風荷載所引起的內(nèi)力較側(cè)向水壓力、人群荷載等引起的內(nèi)力小得多，故這里忽略風荷載的影響）側(cè)向水壓力：

持久狀況(正常水深)

標準值

q4k=γ水bH1=10×1×2=20kN/m

設(shè)計值

q4=γQq4k=1.2×20=24kN/m

短暫狀況(滿槽水深)

標準值

q5k=γ水bH2=10×1×2.5=25kN/m

設(shè)計值

q5=γQq5k=1.1×25=27.5kN/m人行橋傳來彎矩

M橋=1.84kN·m第14頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月

1-1斷面：4）正截面承載力計算=27.34+1.96=29.30kN·m2-2斷面：=5.91+1.96=7.87kN·m第15頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月

1-1截面配筋計算取as=30mm，h0=h－as=300－30=270mm＜0.85ξb=0.468mm2＞ρminbh0=0.0015×1000×270=405mm2

選配鋼筋12@150（實配鋼筋面積As=754mm2）（內(nèi)側(cè)受拉）。第16頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月2-2截面配筋計算

因側(cè)墻頂部厚度為200mm，側(cè)墻底部厚度為300mm，側(cè)墻高度為2.5m，2–2截面距底部距離為1m，可以得出2–2截面處的側(cè)墻厚度為260mm。取as=30mm，h0=h－as=300－30=270mm

＜ρminbh0=0.0015×1000×230=345mm2

選配鋼筋實配鋼筋選配Φ12@300（實配鋼筋面積As=377mm2）

＜0.85ξb=0.468第17頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月截面厚度h（mm）彎矩M（kN·m）計算鋼筋面積（mm2）實配鋼筋面積（mm2）1–130029.3463?12@150（As=754）2–22607.87143?12@300（As=377）計算結(jié)果見表5–1。

表5–1側(cè)墻橫向配筋計算第18頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月

5）抗裂驗算側(cè)墻內(nèi)側(cè)受拉且處于臨水面，應(yīng)進行抗裂驗算。按荷載標準值計算的彎矩值：

=26.04+1.84=27.88kN·m

查表得：混凝土拉應(yīng)力限制系數(shù)αct=0.85，HRB335級鋼筋的彈性模量Es=2.0×105N/mm2，C30混凝土的彈性模量Ec=3.00×104N/mm2。受拉鋼筋的配筋率：ρ=As/（bh0）=

754/（1000×270）=0.0028鋼筋與混凝土的彈性模量之比：

αE=Es/Ec=2.0×105/（3.00×104）=6.67第19頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月

y0=（0.5+0.425αE

ρ）h=（0.5+0.425×6.67×0.0028）

×300=152.4mmI0=（0.0833+0.19αEρ）bh3=（0.0833+0.19×6.67×0.0028）×1000×30032.34×109mm4W0=I0/（h–y0）=2.34×109/（300–152.4）=1.59×107mm3Mk=27.88kN·m＜γmαctftkW0=1.55×0.85×2.01×1.59×107=42.1kN·m滿足抗裂要求。第20頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）底板設(shè)計

底板為一偏心受拉構(gòu)件，應(yīng)按下列兩種情況進行配筋計算：

①兩端最大負彎矩（發(fā)生在最大水深且人行橋上有人群荷載時）及相應(yīng)的拉力N；

②跨中最大正彎矩（發(fā)生在水深為槽寬的一半，即H3=B/2=3.3/2=1.65m，且人行橋上無人群荷載時）及相應(yīng)的拉力N。

1）尺寸擬定底板厚度應(yīng)為側(cè)墻厚度的（2/3-1）倍，取底板厚度

h=300mm，寬度取單位寬度b=1000mm。

2）計算簡圖計算簡圖見圖5所示，圖中，B=3＋0.3=3.3m第21頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月底板計算簡圖

第22頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月

3）內(nèi)力計算和配筋計算支座截面：

支座截面配筋計算：取a=a′=30mm，h0=h–a=300–30=270mm

e0=MA/NA=34.22/32.81=1.04m＞h/2–a=0.3/2–0.03=0.12m屬于大偏心受拉構(gòu)件

e=e0–h/2+a=1040–300/2+30=920mm設(shè)x=0.85ξbh0，對HRB335級鋼筋，αsmax=0.358，則第23頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月

配筋計算：取as=30mm，h0=h－as=300－30=270mm取As′=ρminbh0=0.0015×1000×270=405mm2

，實配鋼筋14@300（實際鋼筋面積As′=513mm2），則x=ξh0=0.0011×270=0.3mm＜2a′=60mm

e′=h/2–a+e0=300/2–30+1040=1160mm第24頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月＞0.0015×1000×270=405mm2選配鋼筋12/14@150（實際鋼筋面積As=890mm2）（上表面受拉）。第25頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月跨中截面內(nèi)力計算：底板自重標準值g4k=γ砼bh=25×1×0.3=7.5kN/m

計算值g4=g4k=7.5kN/m側(cè)向水壓力標準值q4k=γ水bH3=10×1×1.65=16.5kN/m

計算值q4=1.15q4k=1.15×16.5=18.98kN/m槽內(nèi)水重標準值q5k=γ水bH3=10×1×1.65=16.5kN/m

計算值q5=1.15q5k=1.15×16.5=18.98kN/m第26頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月跨中內(nèi)力計算值為：

Nc=q4H3/2=18.98×1.65/2=15.66kN=36.05–8.61–1.06=26.83kN·m跨中截面配筋計算：e0=Mc/Nc=26.83/15.66=1.71m＞h/2–a=0.3/2–0.03=0.12m屬于大偏心受拉構(gòu)件

e=e0–h/2+a=1710–300/2+30=1590mm第27頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月取As′=ρminbh0=0.0015×1000×270=405mm2

，實配鋼筋14@300（實際鋼筋面積As′=513mm2）。即：x＜2a′=60mm

e′=h/2–a+e0=300/2–30+1710=1830mm＞0.0015×1000×270=405mm2選配鋼筋12/14@150（實際鋼筋面積As=890mm2）（下面受拉）。結(jié)果見表5–2。第28頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月

截面位置計算鋼筋面積（mm2）

實配鋼筋面積（mm2）受拉鋼筋受壓鋼筋受拉鋼筋受壓鋼筋

支

座661（上表面）＜0?12/14@150（890）14@300（513）跨

中498（下表面）＜0?12/14@150（890）14@300（513）表5–2底板支座與跨中計算鋼筋面積與實際配筋面積第29頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月4）抗裂驗算底板上部支托邊臨水面受拉，應(yīng)進行裂縫寬度驗算。①底板支座截面取底板支座補角邊緣截面（x=0.15+0.2=0.35m）作為計算截面，并按滿槽水深加人群荷載的組合按下式進行抗裂驗算?；炷晾瓚?yīng)力限制系數(shù)αct=0.85。A0=Ac+αEAs+αEAs′=1000×300+6.67×890+6.67×513=3.09×105第30頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月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第31頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月

底板與側(cè)墻補角邊緣到側(cè)墻中心的距離x=0.35m。此截面的軸向力及彎矩為：=26.04+1.84+4.69–16.78=15.79kN·me0=Mk/Nk=15.79/31.25=0.505m=505mm＞h/2–a=300/2–30=120mm屬于大偏心受拉構(gòu)件底板支座臨水面滿足抗裂要求。第32頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月

②底板跨中截面：跨中的軸向力和彎矩為：Nck=q4kH3/2=16.5×1.65/2=13.61kN=32.67-7.49-1.06=24.12kN·me0=Mk/Nk=24.12/13.61=1.77m=1770mm＞h/2–a=300/2–30=120mm屬于大偏心受拉構(gòu)件

滿足抗裂要求。如果不滿足抗裂要求，則需要進行裂縫寬度驗算。第33頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月任務(wù)2:槽身縱向結(jié)構(gòu)計算側(cè)墻作為簡支梁，設(shè)計時忽略人行橋板截面的影響而按單筋矩形截面計算。（1）計算簡圖

梁按側(cè)墻平均厚度計算，即

b=（h1＋h2）/2=（0.2＋0.3）/2=0.25m

計算跨度l0=1.05ln=1.05×10.8=11.3m

（ln=lc－a=12－1.2=10.8m）第34頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）荷載（每個側(cè)墻承受總荷載的一半）人行道板及欄桿自重標準值

人行道板及欄桿自重計算值g5=g5k=2.3kN/m側(cè)墻自重標準值g6k=γ砼bH2=25×0.25×2.5=15.6kN/m側(cè)墻自重計算值g6=g6k=15.6kN/m底板自重標準值g7k=γ砼Bh3/2=25×3.6×0.3/2=13.5kN/m底板自重計算值g7=g7k=13.5kN/m第35頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月可變荷載：人群荷載標準值q1k=2.0kN/m人群荷載計算值q1=2.3kN/m槽內(nèi)水重標準值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（滿槽水深）槽內(nèi)水重計算值

q6=1.15q6k=1.15×30=34.5kN/m（正常水深）

q7=1.05q7k=1.05×37.5=39.4kN/m（滿槽水深）第36頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月3.內(nèi)力計算跨中彎矩計算值支座邊緣剪力計算值：第37頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）正截面承載力計算

取as=100mm，h0=h－as=2950－100=2850mm選配鋼筋620（實際鋼筋面積為1884mm2）＜0.85ξb=0.468第38頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月（5）斜截面受剪承載力計算

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

需進行斜截面承載力計算。選配單肢箍筋Φ8@200，查表得Asv=50.3mm2，則

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

按計算不需要設(shè)置彎起鋼筋，為安全起見按構(gòu)造每端彎起220的縱筋。第39頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月鋼筋的彈性模量Es=2.0×105N/mm2，混凝土的彈性模量

Ec=3.00×104N/mm2，按倒T形截面進行驗算，如圖5–7所示。

（6）抗裂驗算第40頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月

第41頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月

W0=I0/（h–y0）=1.8×1012/（2950–2073.8）=2.05×109mm3根據(jù)《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》選取γm值。查得γm=1.55，根據(jù)h值的不同應(yīng)對γm值進行修正。側(cè)墻承受荷載標準值產(chǎn)生的彎矩為：=226