水工渡槽课程设计

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1、任务1: 槽身横向结构计算,任务2: 槽身纵向结构计算,一、设计资料,1.基本资料,某灌溉渠道上有一钢筋混凝土排架式渡槽，属4级建筑物。渡槽排架为单层门形刚架，立柱高度为5m，立柱基础采用条形基础；渡槽槽深为等跨简支矩形槽，跨长L=12m，槽内净尺寸BnHn=3.0m2.5m，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1.2m高栏杆。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（设计时忽略其影响）结构布置图如图1所示。,2.荷 载,（1）荷载标准值：钢筋混凝土重度砼=25kN/m3；水的重度水=10 kN/m3 栏杆自重g1k=0.5

2、kN/m2（折算均布荷载）；人群荷载q1k=2 kN/m2；风荷载q2k=0.25 kN/m2，施工荷载q3k=4.0 kN/m2。 （2）荷载分项系数：永久荷载：结构自重荷载分项系数G=1.05；可变荷载：除满槽时水重及水压力荷载分项系数取Q=1.10外，其他可变荷载分项系数均取Q=1.20。,3.材 料,选用C20混凝土，级和级钢筋。,4.使用要求,（1）槽身横向临水面和纵向进行抗裂验算 （2）槽身纵向挠度允许值： f = l0 /500,5.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、挠度以及构造要求配筋。 （2）绘制槽身及排架配筋图，并编制钢筋表 6.设计成果 （1）

3、设计计算书一份，包括设计所依据的基本资料、计算 图表、计算过程和结果。 要求内容完整、数据准确、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，要求布局适当、图面整洁、字体规范。,设 计 步 骤,槽身横向计算,人行桥设计,侧 墙 设 计,底 板 设 计,槽身纵向设计,尺寸拟定,计算简图,荷载计算,内力计算,配筋计算,尺寸拟定,计算简图,荷载计算,正截面承载力计算,抗裂验算,尺寸拟定,计算简图,内力计算,配筋计算,计算简图,荷载计算,内力计算,正截面受弯承载力计算,斜截面受剪承载力计算,抗裂、变形验算,绘制MR图,抗裂验算,各种可能的荷载,任务1:槽身横向结构计算,（1）人

4、行桥设计,按受弯构件计算,1）尺寸拟定,取h外=80mm，h内=100mm。,2）计算简图,3）荷载计算 板自重及栏杆重： 标准值 g3k=砼bg1kb=2510.09 0.51=2.75 kN/m 设计值 g3=G g3k=1.052.75=2.89 kN/m 人群荷载： 标准值 q3k=q1kb=21=2 kN/m 设计值 q3=Q q3k=1.22=2.4 kN/m 4）内力计算 取l0=1.1l=1.10.8=0.88m M= (g3q3)l02/2=(2.892.4) 0.882/2=1.84 kNm,5）配筋计算（按单筋设计） C20混凝土，fc=9.6N/mm2,级钢筋，fy=2

5、10N/mm2， 取as=30mm,h0=has=10030=70mm minbh0=0.0015100070=105mm2 选配12300（实配钢筋面积As=377mm2）,荷载列表,g1k-栏杆自重 g1 q2k-人群荷载 q2 g3k-人行桥标准荷载 g3 q3-人行桥人群荷载 q3 .,（2）侧墙设计,按受弯构件计算,1）尺寸拟定 取侧墙顶部厚度为h上=200mm（按规范要求 不小于80mm和l/30 =2950/30 = 98 mm）； 侧墙底部厚度为h下=300mm（要求不小于150mm）；纵向取单位宽度b=1000 mm。 2）计算简图：按固接于底板上的悬臂板计算见图4。 当侧墙

6、较高时，弯矩M变化较大，为了节约材料，取墙底1-1断面及其上x=1m处2-2截面来进行计算。,图示,L=H2,x=1m,2,2,1,1,3）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） 侧向水压力： (正常水深) 标准值 q4k=水bH1 设计值 q4= Qq4k (满槽水深) 标准值 q5k=水bH2 设计值 q5= Qq5k 人行桥传来弯矩 M桥,H1,H2,1-1断面：,4）正截面承载力计算,2-2断面：,2,1,1,2,1-1截面配筋计算 取as=30mm，h0=has=30030=270mm,0.85b,minbh0,实配钢筋：

7、注意内侧受拉,2-2截面配筋计算 因侧墙顶部厚度为200mm，侧墙底部厚度为300mm，侧墙高度为2.5m，22截面距底部距离为1m，可以得出22截面处的侧墙厚度为260mm。取as=30mm，h0=has=30030=270mm,0.85b=0.468,minbh0,计算结果见表1。 表1 侧墙横向配筋计算,5）抗裂验算,侧墙内侧受拉且处于临水面，应进行抗裂验算。 按荷载标准值计算的弯矩值：,查表得：混凝土拉应力限制系数ct=0.85，HRB335级钢筋的弹性模量 ，C20混凝土的弹性模量 受拉钢筋的配筋率：=As/（bh0） 钢筋与混凝土的弹性模量之比： E=Es/Ec,y0=（0.5+0

8、.425E ）h I0=（0.0833+0.19E）bh3 W0=I0/（hy0） Mk mctftkW0 满足抗裂要求。,（3）底板设计,底板为一偏心受拉构件，应按下列两种情况进行配筋计算： 两端最大负弯矩（发生在最大水深且人行桥上有人群荷载时）及相应的拉力N； 跨中最大正弯矩（发生在水深为槽宽的一半，即H3= B/2=3.3/2=1.65m，且人行桥上无人群荷载时）及相应的拉力N。 1）尺寸拟定 底板厚度应为侧墙厚度的（2/3-1）倍，取底板厚度 h=300mm，宽度取单位宽度b=1000mm。 2）计算简图 计算简图见图5所示，图中，B=30.3=3.3m,底板计算简图,3）内力计算和配

9、筋计算 支座截面：,支座截面配筋计算： 取a=a =30mm，h0=ha=30030=270mm e0=MA/NA 判断大小偏心受拉构件 若为大偏心受拉，则计算详见P114或参见例6-3,否则为小偏心受拉，详见）113例6-2,可以只计算校核水深情况。,跨中截面内力计算：,底板自重 标准值 g6k=砼bh 计算值 g6 侧向水压力 标准值 q6k=水bH3 计算值 q6=1.2q4k 槽内水重 标准值 q7k=水bH3 计算值 q7=1.2q5k,跨中内力计算值为： Nc=q6H3/2,跨中截面配筋计算： e0=Mc /Nch/2a 属于大偏心受拉构件，否则为小偏心受拉。,表2 底板支座与跨中

10、计算钢筋面积与实际配筋面积,4）抗裂验算,底板上部支托边临水面受拉，应进行抗裂验算。,底板支座截面 取底板支座补角边缘截面（x=0.15+0.2=0.35m）作为计算截面，并按满槽水深加人群荷载的组合按下式进行抗裂验算。,混凝土拉应力限制系数ct =0.85。,底板与侧墙补角边缘到侧墙中心的距离x=0.35m。此截面的轴向力及弯矩为：,满槽水深对应的情况,Mk1-满槽水深产生的弯矩,Mk2-人行桥及人群荷载产生的弯矩,Mk3- NK产生的弯矩,Mk4-水重及底板自重产生的弯矩,e0=Mk/Nk 判断大小偏心受拉构件,底板支座临水面满足抗裂要求。,底板跨中截面：,跨中的轴向力和弯矩为： Nck=

11、qk H /2,（发生在水深为槽宽的一半，即H3=B/2=3.3/2=1.65m，且人行桥上无人群荷载时）,Mck1-水重及底板重产生的弯矩,Mck2-水平 水压力产生的弯矩,Mck3- 无人群荷载时桥产生的弯矩,e0=Mk/Nk 判断大小偏心受拉构件,满足抗裂要求。如果不满足抗裂要求，则需要进行裂缝宽度验算。,任务2:槽身纵向结构计算,侧墙作为简支梁，设计时忽略人行桥板截面的影响而按单筋矩形截面计算。,（1）计算简图,梁按侧墙平均厚度计算，即 b 计算跨度 l0=1.05ln,（2）荷载（每个侧墙承受总荷载的一半） 人行道板及栏杆自重标准值,人行道板及栏杆自重计算值 g7 侧墙自重标准值 g

12、8k 侧墙自重计算值 g8 底板自重标准值 g9k 底板自重计算值 g9,可变荷载： 人群荷载标准值 q10k 人群荷载计算值 q10 槽内水重标准值 q11k（正常水深） q12k（满槽水深） 槽内水重计算值 q11 （正常水深） q12 （满槽水深）,3.内力计算 跨中弯矩计算值,支座边缘剪力计算值：,（4）正截面承载力计算,取as=100mm，h0=has=2950100=2850mm,0.85b,（5）斜截面受剪承载力计算,KV 与0.7ftbh0与0.2 fcbh0比较。 按斜截面受剪承载力计算步骤计算。,是否需要弯起钢筋。,（6）变形验算,（1）内力组合值,一个侧墙受到的弯矩为：

13、=1131.7kNm,（2）刚度计算 钢筋的弹性模量Es=2.0105N/mm2，混凝土的弹性模量Ec=3.00104N/mm2。 E=6.67，=As/（bh0）=1884/（2002850）=0.0033,Bs= 0.85EcI0 B=0.65Bs,（3）挠度计算, f = l0/500 挠度满足要求。,（8）绘制MR图,1）计算外荷载产生的弯矩图M：,其中：q=g7g8g9q10q12=73.1 kN/m，l=11.3m,=1244.0 kNm M=1166.8 kNm,2）跨中正截面承载力复核,（3）弯起钢筋弯起点位置，x=1.5m，即弯起钢筋弯起点 到计算跨度原点的距离，到渡槽端部的距离为 x=1.5+0.33=1.83m。,=839.2kNmM1=537.3kNm 正截面受弯承载力满足要求。 渡槽配筋图如图58所示。,