渡槽结构计算书.doc

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1、目 录1. 工程概况12槽身纵向内力计算及配筋计算2(1)荷载计算2(2)内力计算3(3)正截面的配筋计算4(4)斜截面强度计算6(5)槽身纵向抗裂验算73槽身横向内力计算及配筋计算8(1)底板的结构计算10(2)渡槽上顶边及悬挑部分的结构计算11(3)侧墙的结构计算12(4)基地正应力验算19 1. 工程概况重建渡槽带桥,原渡槽后溢洪道断面下挖,以满足校核标准泄洪规定。目前,东方红干渠已整修改造完毕,东方红干渠设计成果显示,该渡槽上游侧渠底设计高程为165.50m,下游侧渠底设计高程为165.40m。本次设计将现状渡槽拆除,按照上述干渠设计底高程,结合溢洪道现状布置及底宽,在原渡槽位重建渡槽

2、带桥,上部桥梁按照四级道路标准,荷载标准为公路-级折减,建筑材料均采用钢筋砼,桥面总宽5m。现状渡槽拆除后,为满足东方红干渠的过流规定及溢洪道交通规定,需重建跨溢洪道渡槽带桥。新建渡槽带桥轴线布置于溢洪道桩号0+95.25,同现状渡槽桩号,下底面高程为165.20m,满足校核水位+0.5m超高规定,桥面高程167.40m,设计为现浇结合预制混凝土结构,根据溢洪道设计断面,拟定渡槽带桥总长51m,8.5m6跨。上部结构设计如下:渡槽过水断面尺寸为2.71.6m,同干渠尺寸,采用C25钢筋砼,底及侧壁厚20cm,顶壁厚30cm,筒型结构,顶部两侧壁水平挑出1.25m,并在顺行车方向每隔2m设立一加

3、劲肋,维持悬挑板侧向稳定,桥面总宽5m,路面净宽4.4m,设计荷载标准为公路-级折减,两侧设预制C20钢筋砼栏杆,基础宽0.5m。下部结构设计如下:下部采用C30钢筋混凝土双柱排架结构,并设立横梁,由于地基为砂岩,基础采用人工挖孔端承桩,尺寸为1.21.2m,基础进一步岩层弱风化层1.0m,盖梁尺寸为41.61.2m。2槽身纵向内力计算及配筋计算根据支承形式,跨宽比及跨高比的大小以及槽身横断面形式等的不同,槽身应力状态与计算方法也不同,对于梁式渡槽的槽身,跨宽比、跨高比一般都比较大,故可以按梁理论计算。槽身纵向一般按满槽水。图21 槽身横断面型式(单位:mm)(1)荷载计算根据规划方案中拟定,

4、渡槽的设计标准为4级,所以渡槽的安全级别级,则安全系数为0=0.9,混凝土重度为=25kN/m3,正常运营期为持久状况,其设计状况系数为=1.0,荷载分项系数为:永久荷载分项系数G=1.05,可变荷载分项系数Q=1.20,结构系数为d=1.2。纵向计算中的荷载一般按匀布荷载考虑,涉及槽身重力(栏杆等小量集中荷载也换算为匀布的)、槽中水体的重力、车道荷载及人群荷载。其中槽身自重、水重为永久荷载,而车道荷载、人群荷载为可变荷载。槽身自重:标准值:g1k=0V1=0.925(0.35+0.222+0.22.5+0.20.3+0.10.1+20.40.2+0.0252+0.1022)=72.09(kN

5、/m) 设计值: g1=G。g1k=1.0572.09=75.69(kN/m)水重: 标准值: g2k=0V2=0.99.81(1.62.7-0.10.1-0.40.2)=37.35(kN/m) 设计值: g2=G。g2k=1.0537.35=39.22(kN/m)车辆荷载:集中荷载标准值: pk=1402=280 kN 设计值: p=1.2280=336 kN 人群荷载:标准值: qk=3.0(kN/m) 设计值: q=1.23=3.6(kN/m)(2)内力计算可按梁理论计算,沿渡槽水流方向按简支或双悬臂梁计算应力及内力: 图22 槽身纵向计算简图(单位:cm)计算长度l=ln+a=6.9+

6、0.8=7.7(m) l=1.05ln=1.056.9=7.245(m) 所以计算长度取为7.25m跨中弯矩设计值为 M=0(g1+g1+q)l2 +pl =0.91.0118.67.252+3367.25=1898.5(kN.m)跨端剪力设计值 Qmax=(q+g1+g2)l+1.2P =0.91.0118.67.25+1.2336=797.42(kN)(3)正截面的配筋计算对于简支梁式槽身的跨中部分底板处在受拉区,故在强度计算中不考虑底板的作用,但在抗裂验算中,只要底板与侧墙的接合能保证整体受力,就必须按翼缘宽度的规定计入部分或所有底板的作用。不考虑底板与牛腿的抗弯作用,将渡槽简化为h=2

7、.3m、b=0.4m的矩形梁进行配筋。考虑双筋,a=0.08,h0=2.3-0.08=2.22(m),rd=1.2。 (21) fcbx=fyAS (22) 式中 M弯矩设计值,按承载能力极限状态荷载效应组合计算,并考虑结构重要性系数0及设计状况系数在内; Mu截面极限弯矩值; d结构系数,d=1.20; fc混凝土轴心抗压强度设计值,混凝土选用C25,则fc=12.5N/mm; b矩形截面宽度; x混凝土受压区计算高度; h0截面有效高度; fy钢筋抗拉强度设计值; As受拉区纵向钢筋截面面积; 将=x/h0代入式(24)、(25),并令s=(1-0.5),则有 (23)fcbh0=fyAs

8、 (24) b (25) 根据以上各式,计算侧墙的钢筋面积如下:=0.0942%min=0.15%选420+625 AS=1257+2945=4202(mm2)(4)斜截面强度计算已知v=797.42kN,=5.55=4,=6=2291.75(KN)v=797.42KN按受力计算不需要配置腹筋,考虑到侧墙的竖向受力筋可以起到腹筋作用,但为固定纵向受力筋位置,仍在两侧配置8150的封闭箍筋。同时沿墙高布置10150的纵向钢筋。(5)槽身纵向抗裂验算受弯构件正截面在即将开裂的瞬间,受拉区边沿的应变达成混凝土的极限拉伸值max,最大拉应力达成混凝土抗拉强度ft。钢筋混凝土构件的抗裂验算公式如下:Ms

9、mctftkW0 (27) MLMctftkW0 (28)式中 ct混凝土拉应力极限系数,对荷载效应的短期组合ct取为0.85;对荷载效应的长期组合,ct取为0.70; W0换算截面A0对受拉边沿的弹性抵抗距; y0换算截面重心轴至受压边沿的距离; I0换算截面对其重心轴的惯性距; ftk混凝土轴心抗拉强度标准值。 混凝土的标号为C25,钢筋为级钢,则Ec=2.8104N/mm2,Es=2.0105N/mm2。根据水工混凝土结构设计规范,选取m值。由bf/b2,hf/h0.2,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。短期组合的跨中弯矩值 +pl =0.91.0118

10、.67.252+3367.25=1898.5(kN.m)Ms长期组合的跨中弯矩值(人群荷载的准永久系数=0)0.9118.67.252 =858.67(kN.m)Ml综合上述计算可知,槽身纵向符合抗裂规定。3槽身横向内力计算及配筋计算由于在设计中选用了加肋的矩形槽,所以横向计算时沿槽长取肋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,两侧尚有剪力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。图31 槽身横向计算计算简图侧墙与底板均按四边固定支承板设计,计

11、算条件为满槽水。图31中l1为肋间距,q1为作用于侧墙底部的水压力,q2为底板的重力与按满槽水计算的槽内水压力之和,根据条件可得 (31) (32) 以上各式中 水的重度;h钢筋混凝土的重度;底板厚度。图:结构弯距图图:结构剪力图结构计算成果表AB跨中BABC跨中CBCD跨中DCDA跨中AD弯距(KN.m)-14.9312.650.280.282.232.92-5.8618.05107.87-23.99-0.1-14.93剪力KN36.83033.678.546.1-15.46136.569.49143.29-3.08-6.1-8.54底板的结构计算按照底板中部弯矩配筋,采用c25砼,fcm=

12、12.5N/mm根据水工钢筋混凝土结构,板厚200mm,受力钢筋间距取为100mm,具体配筋计算如下:a= a=30mm,h0=200-30=170mm,取单宽计算b=1000mm选用级钢筋,则fC=210N/mm2,计算弯矩最大位置的配筋量:Mx=14.93kN.m,N=36.83KN时, fcbh0=fyAs b 根据以上各式,计算底板的钢筋面积如下:=0.057 %min=0.15%选10125 AS=628(mm2)渡槽上顶边及悬挑部分的结构计算渡槽顶部两侧壁水平挑出1.25m,并在顺行车方向每个两米设立一加劲肋,维持悬挑板侧向稳定,顶壁厚30cm。按照悬臂根部最大弯矩计算配筋,采用c25砼,fcm=12.5N/mm根据水工钢筋混凝土结构

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