渡槽設(shè)計【說明書+CAD】
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** 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院
畢業(yè)設(shè)計資料
學(xué)生姓名： *** 學(xué) 號：40
專 業(yè)： 水利水電工程建筑
設(shè)計題目： 渡 槽
指導(dǎo)教師： ** **
材料目錄
序號
名 稱
數(shù)量
備 注
1
渡槽布置圖
1
2
排架及基礎(chǔ)配筋圖
1
3
槽身配筋圖
1
4
設(shè)計說明書
1
2005年6月
摘 要
**水庫灌區(qū)引水干渠控制灌區(qū)農(nóng)田面積4330hm2，經(jīng)黃家溝時經(jīng)比較采用渡槽方案，工程為III等工程，主要建筑物為3級。
修筑的渡槽采用矩形梁式渡槽，槽底寬為2.0m，側(cè)墻高1.71m，設(shè)有間距為2.0m高為0.1m的拉桿，考慮到交通要求，還設(shè)有0.85m寬的人行板。黃家溝頂寬約有120m，溝深約為8m，屬狹長V形斷面，無常流水，溝內(nèi)有良田，可種植經(jīng)濟作物。耕作深度1.0m。本設(shè)計布置等跨的間距為8m的單排架共13跨，與漸變段連接處采用漿砌石槽臺。排架與地基的連接采用整體基礎(chǔ)。槽身、排架以及基礎(chǔ)采用預(yù)制吊裝形式，為使預(yù)制時簡單、方便，將排架分為三組。
細部結(jié)構(gòu)中本設(shè)計采用瀝青填料式止水；支座采用一端固定，一端活動的形式。
關(guān) 鍵 詞
渡槽；拉桿；排架
編者
2005年6月
第一章 設(shè)計基本資料 …………………………………………………………………… 1
1、工程概況及簡介 …………………………………………………………………… 1
1.1、工程概況……………………………………………………………………… 1
1.2、設(shè)計要求 …………………………………………………………………… 2
1.3、主要參考書 ………………………………………………………………… 2
第二章 渡槽總體布置……………………………………………………………………… 3
1、槽址選擇 …………………………………………………………………………… 3
2、結(jié)構(gòu)選型 …………………………………………………………………………… 3
2.1、槽身的選擇 ………………………………………………………………… 3
2.2、支承選擇 …………………………………………………………………… 3
3、平面總體布置 ……………………………………………………………………… 3
第三章 水力計算…………………………………………………………………………… 4
1、槽身過水?dāng)嗝娉叽鐢M定 …………………………………………………………… 4
1.1、尺寸擬定…………………………………………………………………………… 4
1.2、輸水水頭高 ……………………………………………………………………… 4
2、渡槽進出口的底部高程確定 ……………………………………………………… 5
3、進出口漸變段 ……………………………………………………………………… 6
第四章 槽身設(shè)計…………………………………………………………………………… 7
1、槽身斷面尺寸擬定 ………………………………………………………………… 7
1.1、尺寸擬定 …………………………………………………………………… 7
2、荷載及荷載組合 …………………………………………………………………… 7
2.1、荷載計算 …………………………………………………………………… 7
3、橫向結(jié)構(gòu)計算 ……………………………………………………………………… 8
3.1、受力情況分析 ……………………………………………………………… 8
3.2、拉桿軸向力計算 …………………………………………………………… 9
3.3、側(cè)墻內(nèi)力計算 ………………………………………………………………10
3.4、底板內(nèi)力計算 ………………………………………………………………11
3.5、橫向配筋計算 ………………………………………………………………12
3.6、拉桿斜截面計算 ……………………………………………………………16
4、槽身縱向結(jié)構(gòu)計算 …………………………………………………………………16
4.1、荷載計算 ……………………………………………………………………17
4.2、計算縱向配筋 ………………………………………………………………17
4.3、斜截面強度計算 ……………………………………………………………17
5、抗裂計算 ……………………………………………………………………………18
5.1、縱向抗裂計算 ………………………………………………………………18
5.2、橫向抗裂計算 ………………………………………………………………19
6、吊裝計算 ……………………………………………………………………………22
6.1、吊裝驗算 ……………………………………………………………………22
第五章 排架計算 ………………………………………………………………………… 24
1、排架布置 ……………………………………………………………………………24
2、排架尺寸擬定 ………………………………………………………………………24
2.1、排架高度計算 ………………………………………………………………24
2.2、排架分組計算 ………………………………………………………………24
2.3、排架分組及尺寸擬定…………………………………………………………25
2.4、尺寸擬定 ……………………………………………………………………25
3、荷載計算 ……………………………………………………………………………26
3.1、水平荷載 ……………………………………………………………………26
3.2、垂直荷載(傳給每各立柱的荷載) …………………………………………27
4、排架橫向計算 ………………………………………………………………………29
4.1、求排架彎矩M ………………………………………………………………29
4.2、軸向力計算 …………………………………………………………………30
4.3、排架的配筋計算 ……………………………………………………………31
4.3、橫梁配筋 ……………………………………………………………………32
4.4、排架的縱向計算 ……………………………………………………………33
4.5、排架吊裝驗算 ………………………………………………………………35
4.6、牛腿設(shè)計計算 ………………………………………………………………36
第 六 章 基礎(chǔ)計算 ……………………………………………………………………… 38
1、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)尺寸擬定 …………………………………………………………………38
1.1、排架基礎(chǔ)尺寸擬定 …………………………………………………………38
2、基礎(chǔ)的荷載組合 ……………………………………………………………………38
3、基礎(chǔ)應(yīng)力計算 ………………………………………………………………………39
4、基礎(chǔ)配筋計算 ………………………………………………………………………39
第七章 穩(wěn)定計算 ………………………………………………………………………… 40
1、槽身穩(wěn)定計算 ………………………………………………………………………40
2、渡槽整體沿基礎(chǔ)底面抗滑穩(wěn)定驗算 ………………………………………………40
3、渡槽整體抗傾穩(wěn)定計算 ……………………………………………………………41
4、地基穩(wěn)定性驗算 ……………………………………………………………………41
第八章 細部結(jié)構(gòu)…………………………………………………………………………… 43
1、伸縮縫及止水……………………………………………………………………… 43
2、支座………………………………………………………………………………… 43
3、兩岸連接…………………………………………………………………………… 43
3
第一章 設(shè)計基本資料 …………………………………………………………………… 1
1、工程概況及簡介 …………………………………………………………………… 1
1.1、工程概況……………………………………………………………………… 1
1.2、設(shè)計要求 …………………………………………………………………… 2
1.3、主要參考書 ………………………………………………………………… 2
第二章 渡槽總體布置……………………………………………………………………… 3
1、槽址選擇 …………………………………………………………………………… 3
2、結(jié)構(gòu)選型 …………………………………………………………………………… 3
2.1、槽身的選擇 ………………………………………………………………… 3
2.2、支承選擇 …………………………………………………………………… 3
3、平面總體布置 ……………………………………………………………………… 3
第三章 水力計算…………………………………………………………………………… 4
1、槽身過水?dāng)嗝娉叽鐢M定 …………………………………………………………… 4
1.1、尺寸擬定…………………………………………………………………………… 4
1.2、輸水水頭高 ……………………………………………………………………… 4
2、渡槽進出口的底部高程確定 ……………………………………………………… 5
3、進出口漸變段 ……………………………………………………………………… 6
第四章 槽身設(shè)計…………………………………………………………………………… 7
1、槽身斷面尺寸擬定 ………………………………………………………………… 7
1.1、尺寸擬定 …………………………………………………………………… 7
2、荷載及荷載組合 …………………………………………………………………… 7
2.1、荷載計算 …………………………………………………………………… 7
3、橫向結(jié)構(gòu)計算 ……………………………………………………………………… 8
3.1、受力情況分析 ……………………………………………………………… 8
3.2、拉桿軸向力計算 …………………………………………………………… 9
3.3、側(cè)墻內(nèi)力計算 ………………………………………………………………10
3.4、底板內(nèi)力計算 ………………………………………………………………11
3.5、橫向配筋計算 ………………………………………………………………12
3.6、拉桿斜截面計算 ……………………………………………………………16
4、槽身縱向結(jié)構(gòu)計算 …………………………………………………………………16
4.1、荷載計算 ……………………………………………………………………17
4.2、計算縱向配筋 ………………………………………………………………17
4.3、斜截面強度計算 ……………………………………………………………17
5、抗裂計算 ……………………………………………………………………………18
5.1、縱向抗裂計算 ………………………………………………………………18
5.2、橫向抗裂計算 ………………………………………………………………19
6、吊裝計算 ……………………………………………………………………………22
6.1、吊裝驗算 ……………………………………………………………………22
第五章 排架計算 ………………………………………………………………………… 24
1、排架布置 ……………………………………………………………………………24
2、排架尺寸擬定 ………………………………………………………………………24
2.1、排架高度計算 ………………………………………………………………24
2.2、排架分組計算 ………………………………………………………………24
2.3、排架分組及尺寸擬定…………………………………………………………25
2.4、尺寸擬定 ……………………………………………………………………25
3、荷載計算 ……………………………………………………………………………26
3.1、水平荷載 ……………………………………………………………………26
3.2、垂直荷載(傳給每各立柱的荷載) …………………………………………27
4、排架橫向計算 ………………………………………………………………………29
4.1、求排架彎矩M ………………………………………………………………29
4.2、軸向力計算 …………………………………………………………………30
4.3、排架的配筋計算 ……………………………………………………………31
4.3、橫梁配筋 ……………………………………………………………………32
4.4、排架的縱向計算 ……………………………………………………………33
4.5、排架吊裝驗算 ………………………………………………………………35
4.6、牛腿設(shè)計計算 ………………………………………………………………36
第 六 章 基礎(chǔ)計算 ……………………………………………………………………… 38
1、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)尺寸擬定 …………………………………………………………………38
1.1、排架基礎(chǔ)尺寸擬定 …………………………………………………………38
2、基礎(chǔ)的荷載組合 ……………………………………………………………………38
3、基礎(chǔ)應(yīng)力計算 ………………………………………………………………………39
4、基礎(chǔ)配筋計算 ………………………………………………………………………39
第七章 穩(wěn)定計算 ………………………………………………………………………… 40
1、槽身穩(wěn)定計算 ………………………………………………………………………40
2、渡槽整體沿基礎(chǔ)底面抗滑穩(wěn)定驗算 ………………………………………………40
3、渡槽整體抗傾穩(wěn)定計算 ……………………………………………………………41
4、地基穩(wěn)定性驗算 ……………………………………………………………………41
第八章 細部結(jié)構(gòu)…………………………………………………………………………… 43
1、伸縮縫及止水……………………………………………………………………… 43
2、支座………………………………………………………………………………… 43
3、兩岸連接…………………………………………………………………………… 43
第一章 設(shè)計基本資料
1、工程概況及簡介
1.1、工程概況：
某縣佛嶺水庫灌區(qū)引水干渠經(jīng)黃家溝時需修建一座輸水建筑物，經(jīng)過填方渠道、倒虹吸和渡槽三種方案比較。決定修建渡槽。干渠控制灌區(qū)農(nóng)田面積6.5萬畝，工程為Ⅲ等工程，主要建筑為3級。
1.1.1、地形：
黃家溝頂寬約110m，溝深約8米。屬狹長V型斷面。無常年流水，溝內(nèi)種植有經(jīng)濟作物。耕作深度為1.0m。
1.1.2、地質(zhì)：
溝內(nèi)周口店期黃土層，干重度為13－14KN/m3。Φ＝21。，C＝24KPa，地基承載力[R]＝290Kpa，基礎(chǔ)與地基摩擦系數(shù)f＝0.31。
1.1.3、上、下游渠道資料：
上游渠底高程為m，Q設(shè)＝4.4m3/s，k加大＝0.25，Q加大＝5.5 m3/s，i＝1/3500，渡槽上、下游渠道，渠底寬2.5m，糙率n＝0.017。內(nèi)、外邊坡分別為1:10和1:15，該渡槽規(guī)劃時允許水頭損失為0.25m，水力要素如表1－1。渡槽糙率為0.015。
表1－1 上、下游渠道過水?dāng)嗝嫠σ兀?
流量
（m3/s）
縱坡
i
底寬
b
（m）
流量v
（m3/s）
堤高H
（m）
邊坡
糙率
n
水深
h
（m）
超高△H
（m）
渠口寬
b
（m）
Q設(shè)＝4.4
1/3500
2.5
0.86
1.83
1:1
1:1.5
0.017
1.33
0.5
6.16
Q加大＝5.5
1/3500
2.5
0.12
2.00
1:1
1:1.5
0.017
1.50
0.5
6.50
1.1.4、建筑材料及安全系數(shù)：
該工程主要的建筑材料為水泥、混凝土、鋼筋等?；炷林囟萺c＝24KN / m3，溫度膨脹系數(shù)dc＝1.0×10－51/℃,混凝土其他特性性能指標(biāo)見表1－2。采用Ⅰ和Ⅱ級鋼筋，Ⅰ級鋼筋強度設(shè)計值fy=fy’=210N/mm2。強度模量Es＝2.1×105N/ mm2, Ⅱ級鋼筋強度設(shè)計值fy=fy’=310N/mm2,強度模量Es＝2.1×105N/mm2。
鋼筋混凝土重度r＝35KN/ m3。構(gòu)件裂縫寬度允許值，短期組合[Wmax]＝0.3mm，長期組合[Wmin]＝0.25mm。
表1－2 混凝土特性指標(biāo)：（單位N/ mm2）
混凝土強度等級
軸心抗壓
軸心抗拉
彈性模量Ec
標(biāo)準(zhǔn)值fck
設(shè)計值fc
標(biāo)準(zhǔn)值fck
設(shè)計值fc
C20
13.5
10.0
1.50
1.10
2.55×104
C25
17.0
12.5
1.75
1.30
2.8×104
漿砌采用M15砂漿砌塊石。
1.1.5、工程回填土及地基力學(xué)特性根據(jù)有關(guān)實驗報告結(jié)果如下：
rc＝16KN / m3；Φ＝20.8。；C＝23Kpa，修正后地基承載力特性值fa=290Kpa。基礎(chǔ)與地基摩擦系數(shù)f＝0.35，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)[K]＝1.5。
根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定》以及灌區(qū)規(guī)劃要求，確定該渡槽為三級永久建筑物，結(jié)構(gòu)安全級別為Ⅱ級。機構(gòu)重要性系數(shù)為r0＝1，短暫設(shè)計狀況系數(shù)ψ＝0.95，偶然狀況系數(shù)ψ＝0.85，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)系數(shù)rd＝1.2。
其他荷載：
人群荷載：2.0kN/ m2(人行橋上的活荷載)
基本荷載：0.35kN/ m2(風(fēng)壓)
氣象：
最高日平均氣溫30℃，最低日平均氣溫0℃，不考慮凍土深度。
施工條件：
采用裝載式鋼筋混凝土渡槽，預(yù)制吊裝。
1.2、設(shè)計要求：
按初步設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，局部可深入考慮。
進行渡槽總體布置，包括槽身、支撐、基礎(chǔ)等機構(gòu)型式的選擇。
水力計算
槽身設(shè)計
支承機構(gòu)設(shè)計
基礎(chǔ)設(shè)計
細部構(gòu)造設(shè)計
1.3、主要參考書：
《水工設(shè)計手冊》
《渡槽》
《設(shè)計圖集》
《建筑結(jié)構(gòu)》
《工程力學(xué)》
《水力學(xué)》
《土力學(xué)》
《工程制圖》
《水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)》
第二章 渡槽總體布置
渡槽總體布置的主要內(nèi)容包括槽址選擇、形式選擇、進出口布置、基礎(chǔ)布置。
渡槽總體布置基本要求：
1、流量、水位滿足灌區(qū)要求;
2、槽身長度短，基礎(chǔ)、岸坡穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)選型合理；進出口順直通暢，避免填方接頭；少占農(nóng)田、交通方便、就地取材等。
1、槽址選擇
1.1、注意問題：
1、槽身長度短、基礎(chǔ)低，降低功工程造價。
2、軸線短、順直、進出口避免急轉(zhuǎn)彎，布置在挖方處。
3、渡槽軸線盡量和河道正交。
4、少占耕地、少拆民房。
1.2、在選擇槽址時，除應(yīng)滿足以上總體布置的要求外，還應(yīng)考慮槽址附近是否有寬敞、平坦的施工場地，同時應(yīng)滿足槽下的交通要求。綜合考慮各方面因素，在平面圖上確定槽址位置，畫出該斷面圖。
2、結(jié)構(gòu)選型
2.1、槽身的選擇：
槽身的橫斷面型式有矩、U形、圓形和拋物線形，其中常用的是矩形和U形。本設(shè)計中Q設(shè)＝4.4 m3/s，屬中小流量。渡槽長度為中型渡槽。矩形渡槽具有抗凍、耐久性好的特點，施工方便，故選用矩形渡槽。又因黃家溝無常年流水，故可設(shè)拉桿以減少側(cè)墻厚度。
2.2、支承選擇：
該渡槽地址處溝深約8米，跨度較大（約110m），宜用梁式渡槽。
綜合分析：選用簡式梁型式，雖彎距較大，但施工方便。
3、平面總體布置
本設(shè)計布置等跨間距為8m的單排架共13跨，矩形渡槽采用簡支，上下游漸變段各8m與梯形混凝土渠首相連。渡槽全長120m，槽上根據(jù)交通要求設(shè)人行橋，凈寬0.85m。拱墩臺及排架基礎(chǔ)墩均采用漿砌石護坡。總體布置圖見圖2－1所示。
9
第三章 水力計算
1、槽身過水?dāng)嗝娉叽鐢M定
1.1、尺寸擬定：
選定縱坡i＝1/600，底寬B＝2.0m。糙率n＝0.014，Q設(shè)＝4.4 m3/s，Q加＝5.5 m3/s。因槽長大于15－20倍槽內(nèi)水深，故按明渠均勻流計算。計算結(jié)果：Q設(shè)＝4.4 m3/s時，h設(shè)＝1.15 m；Q加＝5.5 m3/s時，h加＝1.36 m。B/h分別為1.74和1.47，根據(jù)工程特殊情況，側(cè)墻加厚，寬深比適當(dāng)提高滿足要求。
超高：h/12+5=115/12+5=14.6(cm)<136-115＝21(cm)，故H＝1.36+0.1=1.46(cm)(考慮拉桿高)。
1.2、輸水水頭高：
通過渡槽的輸水水頭損失，包括進出口水頭損失、槽身沿程水頭損失與進出口水面回升三方面，詳見圖3－1所示。
1.2.1、 進出口水頭損失Z：
水流過渠道漸變段進入槽身時，流速增大，水面發(fā)生降落。工程中常近似按淹沒寬頂堰計算：
（3－1）
式中 K1－進口段按局部水頭損失系數(shù)，與漸變段形式有關(guān)，扭曲面為0.1，八字面為0.2，圓弧直墻為0.2，急變形式為0.4；
V、V0＝槽身與上下游渠道的流速，m/s；
G－重力加速度，取9.8m/s2.
具體計算見表3－1所示。
1.2.2、 槽身沿程水頭損失Z1：
水流經(jīng)過全槽后水面發(fā)生降落，按明渠均勻流計算：
Z1＝IL （3－2）
L－槽身長度，L＝13*8＝104（m）;
I－槽身坡降，要經(jīng)方案比較，使水頭損失滿足規(guī)劃要求，并注意到前面已假定了i＝1、600，比較時可取1/500、1/700、1/650。詳見表3－1。
1.2.3、 出口水面回升：
水流經(jīng)槽身、渠道出口漸變段進入下游渠道因流速減少，部分動能轉(zhuǎn)化為勢能，水面回升：
（3－3）
K2－出口局部水頭損失系數(shù)，取0.2：
V－槽身流速，m/s：
V1－下游渠道流速，m/s。
1.2.4、總水頭損失：
△Z＝Z+ Z1- Z2 (3－4)
規(guī)劃中允許水頭損失為0.2m，計算值應(yīng)等于或略小于此值，具體計算見表3－1。
表3－1 輸水水頭損失計算：
計算
情況
i
h
W
(m)
X
(m)
R
(m)
Q
(m3/s)
V
(m/s)
Z
(m)
Z1
(m)
Z2
(m)
△Z
(m)
設(shè)計
1/550
1.14
2.28
4.48
0.509
4.4
1.93
0.168
0.189
0.114
0.243
校核
1/550
1.32
2.64
4.64
0.568
5.5
2.08
0.192
0.189
0.142
0.239
設(shè)計
1/600
1.15
2.3
4.3
0.698
4.4
1.91
0.163
0.173
0.119
0.217
校核
1/600
1.36
2.72
4.72
0.576
5.5
2.02
0.182
00173
0.132
0.223
設(shè)計
1/650
1.18
2.36
4.36
0.541
4.4
1.86
0.153
0.16
0.111
0.202
校核
1/650
1.41
2.82
4.82
0.585
5.5
1.95
0.166
0.16
0.121
0.205
設(shè)計
1/700
1.22
2.4
4.4
0.549
4.4
1.81
0.142
0.149
0.104
0.187
校核
1/700
1.44
2.88
4.88
0.59
5.5
1.91
0.157
0.149
0.114
0.192
注：本設(shè)計進出口采用扭曲面式翼墻，在計算Z時，取0.1。
表3－1中已完成計算，通過計算，用允許水頭損失作為一個重要指標(biāo)，當(dāng)i＝1/600，△Z＝0.217小于規(guī)劃允許的水頭損失0.25m，所以初步選定的斷面尺寸符合規(guī)劃要求。
2、渡槽進出口的底部高程確定
為了時渡槽與上下游渠道高程水面平順連接，合理利用水頭損失而不影響過水能力，渡槽進出口渠底的降低要與水流情況相適應(yīng)。
進口抬高值：
y1＝h1-Z- h2＝1.33-0.163-1.15=0.017(m)
出口降低值：
y2＝h3-Z2- h2＝1.33-0.119-1.15＝0.061(m)
進口槽底高程：
▽1＝▽3＋y1＝550.1+0.017＝550.12（m）
出口槽底高程：
▽2＝▽1－Z1＝550.12-0.173＝549.95（m）
出口槽底高程：
▽4＝▽2－y2＝549.95-0.061＝549.89（m）
具體計算結(jié)果見圖3－1。
圖3－1 渡槽水力計算圖：
3、進出口漸變段
水流通過渡槽，由于槽身寬與渠寬不一致，為了使水流能平順過渡，渡槽進出口常采用漸變段銜接。本設(shè)計中采用扭面，參照武漢水利電力學(xué)院主編的《水工建筑物》計算漸變段長度：
進口段：L1>4h＝4×1.33＝5.32（m），取8m。
出口段：L2>6h＝6×1.33＝9.98（m），取8m。
第四章 槽身設(shè)計
1、槽身斷面尺寸擬定
1.1、尺寸擬定：
根據(jù)前面計算結(jié)果，槽內(nèi)凈寬B＝2.0m，高H＝1.46m（拉桿0.1m），其他尺寸按下面計算確定。
該渡槽無通航要求，槽頂設(shè)拉桿，間距2m，側(cè)墻厚度t按經(jīng)驗數(shù)據(jù)t/h=1/12～1/16確定。H為側(cè)墻高1.46m，t＝（1/12～1/16），H＝0.12～0.09m。取t＝15cm。渡槽要滿足行人要求，故在拉桿上設(shè)置人行板，板寬取85cm，厚10cm，底板厚15cm，砌其斷面尺寸如圖4－1所示。
圖4－1 槽身斷面圖：（單位：cm）
2、荷載及荷載組合
2.1、荷載計算：
2.1.1、永久荷載設(shè)計值：
永久荷載分項系數(shù)rG×永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值Gk（其中rG＝1.05）
2.1.2、可變荷載設(shè)計值：
可變荷載分項系數(shù)rQ×可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值Qk（其中rQ＝1.2）
按沿水流方向與垂直水流方向取單位長度來計算。計算結(jié)果見表4－1。
槽身是一種空間薄壁結(jié)構(gòu)，受力較復(fù)雜，在實際工程中，近似的分為縱向及橫向兩部分進行平面結(jié)構(gòu)計算。
表4－1 槽身荷載計算：（單位：G－KN；g－KN/m）
荷載種類
標(biāo)準(zhǔn)值
設(shè)計值
計算式
大小
計算式
大小
1、側(cè)墻重
G1k＝25×0.15×1.71
6.413
G1＝1.05×6.413
6.734
附表4－1 槽身荷載計算：
沿水流方向
Q 11k＝6.413
6.413
Q1k＝1.05×6.413
6.734
垂直水流方向
Q12k＝6.413/0.15
42.75
Q12＝1.05×42.75
44.89
2、拉桿重
G2k＝25×（0.12×2＋0.12）
0.75
G2＝1.05×0.75
0.79
沿水流方向
Q21k＝0.75×(5/8)
0.47
Q21＝0.47×1.05
0.49
垂直水流方向
Q22k＝0.47/2
0.24
Q22＝1.05×0.24
0.25
3、人行板重
G3k＝25×0.85×0.1
2.13
G3＝1.05×2.13
2.24
沿水流方向
Q31k＝2.13
2.13
Q31＝1.05×2.13
2.24
垂直水流方向
Q32k＝2.13/0.85
2.51
Q32＝1.05×2.51
2.64
4、底板重
G4k＝25×（2×0.15＋0.152＋0.3×0.1）
8.81
G4＝1.05×8.81
9.25
沿水流方向
Q41k＝8.81
8.81
Q41＝1.05×8.81
9.25
垂直水流方向
Q42k＝8.81/2
4.405
Q42＝1.05×4.405
4.621
5、設(shè)計水重
G5k＝9.8×（1.15×2- 0.152）
22.32
G5＝1.05×22.32
23.435
沿水流方向
Q51k＝22.32
22.32
Q51＝1.05×22.32
23.435
垂直水流方向
Q52k＝22.32/2
11.16
Q52＝1.05×22.32
23.435
6、校核水重
G6k＝9.8×（1.36×2－0.152）
26.44
Q6＝1.05×26.44
27.76
沿水流方向
Q61k＝26.44
26.44
Q61＝1.05×26.44
27.76
垂直水流方向
Q62k＝26.44/2
13.22
Q62＝1.05×13.22
13.88
7、人群重
G7k＝2.0×0.81
1.62
G7＝1.2×1.62
1.94
沿水流方向
Q71·k＝1.62
1.62
Q71＝1.2×1.62
1.94
垂直水流方向
Q72k＝1.62/0.85
1.91
Q72＝1.2×1.91
2.29
8、欄桿重
G8k＝1.8
1.8
G8＝1.05×1.8
1.89
沿水流方向
Q81k＝1.8
1.8
Q81＝1.05×1.8
1.89
垂直水流方向
Q82k＝1.8/0.85
2.12
Q82＝1.05×2.12
2.22
3、橫向結(jié)構(gòu)計算
3.1、受力情況分析：
由于槽身在欄桿之間的斷面核設(shè)置欄桿處的斷面變位相差甚微，故仍可沿槽身縱向取1.0m常的脫離體，按平面問題進行橫向計算。
作用在脫離體上的荷載兩側(cè)的剪力差（△Q＝Q2－Q1）繼續(xù)平衡，側(cè)墻與底板交結(jié)處可視為鉸接，沿中心線切口處可視為上下移動的雙鏈桿支座，計算簡圖如4－2所示。
由于側(cè)墻與底板等厚，接B/H＝（2.0+0.3）/1.46=1.58，在1.25～1.67之間，槽內(nèi)水位取至拉桿中心作為控制條件，槽頂荷載產(chǎn)生集中力P0和力矩M0。
按標(biāo)準(zhǔn)荷載計算分別為：
Pk0＝1/2×（Q21k+Q31k+Q71k＋Q81k）＝1/2×（0.47+2.13+1.62+1.8）＝3.01（KN）
Mk0＝1/2×3.01×（2.0/2+0.15/2）=1.62(KN.m)
按設(shè)計荷載計算分別為：
P0＝1/2×（Q21+Q31+Q71＋Q81）＝1/2×（0.49+2.24+1.94+1.89）＝3.28（KN）
M0＝1/2×3.28×（2.0/2+0.15/2）=1.73(KN.m)
圖4－2槽身橫向計算簡圖：
3.2、拉桿軸向力計算：
簡化后結(jié)構(gòu)為一次超靜定結(jié)構(gòu)，因力法計算拉桿拉為X1，亦可按下式直接計算，按標(biāo)準(zhǔn)荷載計算分別為：
（4－1）
式中 Xk1－單位槽長拉桿軸向拉力，KN；
H－拉桿中心線至底板距離，H＝1.51m；
Qk1－側(cè)墻底部靜水壓強，KPa；
L－兩側(cè)墻中心線間距之半，L＝（2.0+0.15）/2=1.075(m)；
Qk2－底板上均勻荷載強度，KN/m。
Qk2＝rct＋rH＝25×0.15+9.8×1.51＝18.55（KN/m）
Iab、Iad－底板和側(cè)墻壁截面慣性矩，m4；
Iab＝t3/12 Iad＝δ3/12 t=δ Iab＝Iad
=2.081(KN/m)
Xk1s＝Xk1×S＝2.081×2＝4.162（KN）
X1s－拉桿間距為s時，一根拉桿的軸向拉力。
按設(shè)計荷載計算為：
（4－2）
Q1＝rq·r·H＝1.1×9.8×1.51＝16.278（KN/m）
Q2＝rg（rct＋rqH）＝1.05×25×0.15＋14.798×1.1＝20.215（KN/m）
＝2.638（KN/m）
X1s＝X1·S＝2.638×2＝5.277（KN）
3.3、側(cè)墻內(nèi)力計算：
3.3.1、側(cè)墻彎距。由拉桿中心線到側(cè)墻計算截面的距離為y的彎距。
按標(biāo)準(zhǔn)荷載計算為：
Mky＝Xk1y＋1.62－1/6r·y3＝2.081y＋1.62－1/6×9.81y3 （4－3）
當(dāng)y＝0時，Mk側(cè)1＝1.62（KN·m）
當(dāng)y＝0.5時，Mk側(cè)2＝2.456（KN·m）
當(dāng)y＝1.0時，Mk側(cè)3＝2.068（KN·m）
當(dāng)y＝1.51時，Mk側(cè)4＝2.081×1.51+1.62－1/6×9.81×1.513＝－0.861（KN·m）
當(dāng)y＝y(tǒng)m＝＝＝0.652（m）時，彎距最大為：
Mk側(cè)m＝2.081×0.652+1.62－1/2×9.81×0.6523＝2.524（KN·m）
表4－2 標(biāo)準(zhǔn)荷載彎距計算表：
Yx
0
0.5
0.652
1.0
1.51
Mkx
1.62
2.456
2.524
2.068
－0.861
按設(shè)計荷載計算為：
My＝X1·y＋1.73－1/6rG·ry3＝2.638y＋1.73－1/6×1.05×9.8y3 （4－4）
表4－3 設(shè)計荷載彎距計算表：
My
0
0.5
1.0
0.716
1.51
M側(cè)y
1.73
2.835
2.653
2.989
－0.191
3.3.2、側(cè)墻軸力Ny。軸力Ny只近似考慮側(cè)墻截面承受剪力△Q。
標(biāo)準(zhǔn)荷載計算：
Nky＝ （4－5）
式中 △Q－作用在槽身截面上的計算剪力。其值等于1.0m槽身常的總荷載，及縱向計算中的均布荷載q。
△Qk＝Q11k＋Q21k+ Q31k＋Q41k＋Q61k＋Q71k＋Q8k （4－6）
＝6.413+0.47+2.31+8.81+26.44+1.62+1.8＝47.863（KN）
當(dāng)y＝0時，N1＝－Pk0＝－3.01(KN)
當(dāng)y＝1.51時，N2＝ －3.01＝15.259（KN）（拉）
令 Ny‘＝
－41.71y2＋62.97y－3.75＝0
y1＝1.45 y2＝0.062
當(dāng)y＝1.45時，N3＝15.37（KN）（拉）
當(dāng)y＝0.062時，N4＝－3.17（KN）（壓）
當(dāng)按設(shè)計荷載計算時：
Nky＝ （4－7）
式中 △Q－作用愛槽身截面上的計算簡歷，其值等于1.0m槽身長的總荷載，即縱向計算中的均布荷載。
△Q＝Q11＋Q21+ Q31＋Q41＋Q61＋Q71＋Q8 （4－8）
＝6.734＋0.49+2.24+9.25+27.76+1.94+1.89＝50.304（KN）
當(dāng)y＝0，N1＝－P0＝－3.28（KN）（壓）
當(dāng)y＝1.51時，N2＝
＝15.93（KN）（拉）
令Ny‘＝
－43.83y2＋66.19y－3.94＝0
y1＝1.45 y2＝0.062
當(dāng)y＝1.45時，N3＝16.04（KN）（拉）
當(dāng)y＝0.062時，N4＝－3.4（KN）（壓）
表4－4 軸力計算表：
Y
0
0.062
1.45
1.51
單位：KN
Ny
－3.28
－3.4
16.04
15.93
3.4、底板內(nèi)力計算：
3.4.1、底板彎距。離側(cè)墻中心線X處的底板彎距計算，為底板荷載計算。
標(biāo)準(zhǔn)荷載計算為：
（4－8）
=－9.274X2＋18.084X－0.861
令X＝0，底板斷臂彎距M底1＝－0.861（KN·m）
令X=L =1.075，M底2＝7.862（KN·m）
設(shè)計荷載計算為：
＝－9.783X2——18.989X－0.191
令X＝0，M底1＝－0.191（KN·m）
令X＝L＝1.075，M底2＝8.969（KN·m）
令X＝0.5，M底3＝6.869（KN·m）
令X＝1，M底4＝9.06（KN·m）
表4－5 底板彎距計算表：
X
0
0.5
1
1.075
Mx
－0.191
6.869
9.06
8.969
3.4.2、底板軸力。底板軸力等于側(cè)墻底端的剪力，為底板軸力計算。
標(biāo)準(zhǔn)荷載計算為：
NkA＝NkB＝1/2rh2－Xk1＝1/2×9.8×1.512－2.08＝9.09（KN）(拉)
設(shè)計荷載計算為：
NA＝NB＝1/2 rG·rh2－X1＝1/2×1.1×9.8×1.512－2.038＝9.652（KN·m）
側(cè)墻、底板彎距軸力圖見附圖一。
3.5、橫向配筋計算：
3.5.1、底板配筋。按底板中部彎距配筋：
采用C20混凝土，fc＝N/mm2，Ⅰ級鋼筋，fy=fy’=210N/mm2，M＝8.969（KN·m）。N＝9.652（KN·m）。
設(shè) a＝a‘＝30，h＝150，h0＝h－a‘＝120（mm）
M＝r0·Ψ·8.969＝1×0.95×8.969＝8.521（KN·m）
N＝r0·Ψ·9.652＝1×0.95×9.652＝9.169（KN·m）
e0＝M/N=8.521/9.169=0.929(m)>h/2-a=45(mm)
故按大偏心受拉構(gòu)件配筋：
εb＝（查表）
e＝e0－h(huán)/2+a=929-150/2+30=884(mm)
=
=－2727.24(mm2) <0
計算表明不需要配筋，但仍應(yīng)按構(gòu)造要求配筋。
ρmin=0.2%
As min’＝0.002×1000×120＝240（mm2)
配置Φ8@200，As ’＝ As min’＝251（mm2)
如不考慮As ’的承壓作用，As ’＝0
由 rd Ne＝
則
ε＝＝1－＝0.07
x＝εh0＝0.07×120＝8.4（mm）<2α’=60(mm)
e ’= e0+h/2－α=929＋150/2－30＝974（mm）
αs ＝＝0.041
ε＝
x＝εh0＝0.042×120＝5.03（mm）<2=60(mm)
仍要按唯一公式進行配筋。As＝567 mm2，選Φ12@200，As＝565 mm2。
3.5.2、側(cè)墻配筋：
對側(cè)墻最大彎距處（y＝0.716m）的配筋，計算如下：
α＝α‘＝30mm，b＝1000mm，h＝150mm，h0＝120mm，fc＝10KN/mm2 fy＝fy’＝210 KN/mm2，rd’＝1，Ψ＝0.95
Mm＝2.989r0·Ψ=2.989×1×0.95＝2.84
＝5.503（KN）
eo＝M/n==0.516(m)>h/2－αs＝45（mm）
按大偏心受拉構(gòu)件計算。
e＝eo－h(huán)/2+α=516－0.5×150＋30＝471(mm)
x=εb·h0＝0.614×120＝73.68（mm）
As’＝
＝
＝－3077.35<0
雖按受力計算不配筋，但仍應(yīng)按構(gòu)造要求配筋。
As min’＝0.002×1000×120＝240（mm2)
選配Φ8@200，As ’＝ As min’＝251（mm2)
進一步計算的：As ＝196.01（mm2)
選配Φ8@200，As ＝201（mm2)
對側(cè)墻拉力最大處（y＝1.45）配筋。
N3＝16.04r0·Ψ＝16.04×1×0.95＝19.24（KN）（拉）
M＝
＝1×0.95×（2.638×1.45＋1.73－1/6×1.1×9.8×1.453）
＝0.074（KN·m）
e0＝M/N=0.074/15.24=0.05(m)ρmin=0.2%
As＝ρb h0＝0.36%×850×75＝230（mm2)
3.5.4、拉桿的配筋：
人行板作用與拉桿的荷載Q板1＝7.15KN/m，其對跨中彎距等效荷載：
Q板1＝（2α－α2）Q板1，α＝0.85/2=0.425
Q板1＝(2×0.425－0.4252)×7.15＝4.79（KN/m）
8米長一跨渡槽共5根拉桿，作用在每根拉桿上的荷載為：
＝8.06（KN/m）
跨中彎距：
M＝1×0.95×1/8×8.06×22＝3.83 （KN/m）
支座剪力：
Q＝1×0.95×0.5×8.06×2＝7.657（KN）
Nc＝5.277（KN）（拉）
取α＝α‘＝25mm，h0＝h‘－α’＝75mm，b＝150mm，
e0＝M/N=3.83/5.277=0.726(m)>0.5h－α＝25（mm）。
按偏心受拉構(gòu)件計算：
e＝eo－0.5h＋α＝726－0.5×100＋25＝701（mm）
＝
＝81（mm2)
選配2Φ8，As’＝101mm2，則
αs＝
＝
＝0.4
則As＝
選3Φ8，As＝462(mm2)
表4－7 人行板、拉桿配筋表：
區(qū)域
人行板
拉桿
受壓As’
無
2Φ8，As’＝101mm2
受拉As
Φ8@200，As＝251mm2
3Φ8，As＝462mm2
3.6、拉桿斜截面計算：
故截面尺寸滿足抗剪條件。
Vc＝0.07fcbh0＝0.07×10×150×75＝7.875（KN）V=189.67KN
截面尺寸滿足截面限制條件
0.07 fcbh0＝0.07×10×300×1630＝342.3> rdV=227.6(KN)
按受拉計算不要求配置腹筋，考慮到側(cè)墻的豎向受力筋可以起到腹筋作用，單為固
定縱向受力筋位置，仍在兩側(cè)布置Φ8@250的縱向封閉箍筋。同時沿墻高布置Φ8@250的縱向鋼筋，槽身的配置的橫斷面圖見附圖4－4所示。
5、抗裂計算
5.1、縱向抗裂計算：
忽略補角作用，將斷面化為如圖4－5所示。
圖4－5抗裂計算斷面簡圖。（單位：m）
沿槽身縱向的危險斷面是在跨中，按標(biāo)準(zhǔn)荷載計算，通過假定流量時彎距為：
M＝1/8×（6.413×2+0.47+2.13+8.81+26.44+1.62+1.8）×7.352
＝365.3（KN·m）
按標(biāo)準(zhǔn)荷載計算，通過設(shè)計流量時彎距為：
M=1、8×(0.423×2+0.47+2.13+8.81+22.32+1.62+1.81)×7.352
＝337.55（KN·m）
b＝0.3m，bf＝2.3m，h=1.71m，hf=0.15m
h1=1.71-0.1=1.61(m)
可按下式進行抗裂計算;
(4－9)
式中 rm－受彎構(gòu)件塑性影響系數(shù)；
rm＝1.55×（0.7＋300/1710）=1.357
Ml－按標(biāo)準(zhǔn)荷載計算的彎距；
αct－混凝土拉應(yīng)力限制系數(shù)。長期組合為0.7，短期組合為0.85；
W0－換算截面A0對受拉邊緣的彈性抗矩，；
I0－換算截面重心軸慣性矩；
y0－換算截面重心軸至受壓邊緣距離；
ftk－混凝土抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值，C20混凝土抗裂強度標(biāo)準(zhǔn)值ftk＝1.5N/mm2.
I0、y0可按下列公式計算：
A0＝0.3×1.71+2×0.15＝0.813（m2)
＝
＝1.106（m）
I0
＝1/3×0.3×1.1062＋1/3×0.3（1.71－1.106）3
＋1/12（2.3－0.3）×0.15＋（2.3－0.3）×0.15（1.61-1.106-0.15/2）2
=0.206(m4)
(m3)
通過加大流量時，Ms＝365.3（KN·m）
＝1.357×0.85×0.341×1.5×103＝589.99（KN·m）
≥Ms＝365.39(KN·m）
通過設(shè)計流量時，Ml＝337.55（KN·m）
＝1.357×0.7×0.341×1.5×103＝485.87（KN·m）
≥Ml＝337.55(KN·m）
故槽身縱向滿足抗裂要求。
5.2、橫向抗裂計算：
底板抗裂計算：驗算斷面在跨中斷面。按標(biāo)準(zhǔn)荷載計算，考慮鋼筋作用。N＝9.09KN，M＝7.862 KN·m，b＝1000m，h＝150mm。
Nl≤
式中 e0－軸向力偏心距，e0＝M/N；
rm－受彎構(gòu)件的塑性影響系數(shù)；rm＝1.55，因0.7＋300/h =0.7+300/1500>1.1,故Vm＝1.55×1.1＝1.71。
＝
＝1000×150+8.235×（565+251）＝156719.76（m2)
需進行裂縫寬度驗算。
5.2.1、底板裂縫寬度驗算：
①、已知在標(biāo)準(zhǔn)荷載情況下進行驗算。
校核水位：
Ns＝9.09KN，Ms＝7.862 KN·m，e0＝M/N=0.865(m)
e＝eo－h(huán)/2+α=820(mm)。
設(shè)計水位：
Nl＝6.31KN，Ms＝7.566 KN·m，e0＝M/N=1.199(m)
e＝eo－h(huán)/2+α=1154(mm)。
按下列公式計算：
（4－10）
（4－11）
式中 α1－構(gòu)件受力特征系數(shù)（偏心受拉構(gòu)件1.15，受彎構(gòu)件核偏心
受壓構(gòu)件α1＝1.0；
α2－鋼筋表面形狀系數(shù)（變形鋼筋α2＝1.0，表面鋼筋α2＝1.4）；
α3－荷載長期作用系數(shù)（荷載效應(yīng)的短期組合α3＝1.5，荷載效應(yīng)的長期組合α3＝1.6）；
c－縱向受拉鋼筋混凝土保護層厚度，mm；
α－受拉鋼筋直徑，mm；
ρte－縱向受拉鋼筋的有效配筋率，ρte＝As/Ate，當(dāng)ρte<0.03時，取ρte＝0.03；
Ate－Ate＝2αsb。αsc+d/2；
As－受拉區(qū)縱向鋼筋截面面積；
σss、σsl－按荷載效應(yīng)的短期組合及長期組合計算的構(gòu)件縱向受拉鋼筋應(yīng)力。
σss
σsl
（正號：大偏心受拉構(gòu)件；負號：小偏心受拉構(gòu)件）
②進行計算：
已知：α1＝1.15，α2＝1.4，α3＝1.5、1.6，c＝30，αs＝36mm，α＝12
ρte＝As/Ate=As/2αsb=565/2×36×1000＝0.01<0.03，取ρte＝0.03。
σss
σsl
故：
＝1.15×1.4×1.5×(137.02/2.1)×105
×（3×30+0.1×(12/0.03)）
=0.21<(Wvmin )=0.25(mm)
滿足要求。
側(cè)墻抗裂計算可選擇軸力核彎距最大的斷面進行計算。
分短期組合核長期組合：
短期組合彎距最大時：
Mmax＝2.524 KN·m，y＝0.
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編號：20843805
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上傳時間：2021-04-19
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