混凝土结构：4-2 渡槽槽身纵向结构设计.ppt

任任务1:槽身横向槽身横向结构构计算算任任务2:槽身槽身纵向向结构构计算算一、一、设计资料料 1.基本基本资料料 某灌某灌溉渠道上有一渠道上有一钢筋混凝土排架式渡槽，属筋混凝土排架式渡槽，属4级建筑物。建筑物。渡槽排架渡槽排架为单层门形形刚架，立柱高度架，立柱高度为5m，立柱基，立柱基础采用条采用条形基形基础；渡槽槽深；渡槽槽深为等跨等跨简支矩形槽，跨支矩形槽，跨长L=12m，槽内，槽内净尺尺寸寸BnHn=3.0m2.5m，设计水深水深H1=2.0m，最大水深，最大水深H2=2.5m；槽；槽顶外外侧设1m宽人行人行桥，人行道外，人行道外侧设1.2m高高栏杆。杆。为减减小小应力集中，在槽身内力集中，在槽身内转角角处及排架立柱与横梁及排架立柱与横梁连接接处加加设补角（角（设计时忽略其影响）忽略其影响）结构布置构布置图如如图1所示。所示。2.荷荷 载 （1）荷荷载标准准值：钢筋混凝土重度筋混凝土重度砼=25kN/m3；水的重；水的重度度水水=10 kN/m3 栏杆自重杆自重g1k=0.5 kN/m2（折算均布荷（折算均布荷载）；）；人群荷人群荷载q1k=2 kN/m2；风荷荷载q2k=0.25 kN/m2，施工荷，施工荷载q3k=4.0 kN/m2。（2）荷荷载分分项系数系数：永久荷永久荷载：结构自重荷构自重荷载分分项系数系数G=1.05；可可变荷荷载：除：除满槽槽时水重及水水重及水压力荷力荷载分分项系数取系数取Q=1.10外，其他可外，其他可变荷荷载分分项系数均取系数均取Q=1.20。3.材材 料料 选用用C20混凝土，混凝土，级和和级钢筋。筋。4.使用要求使用要求（1）槽身横向）槽身横向临水面和水面和纵向向进行抗裂行抗裂验算算（2）槽身）槽身纵向向挠度允度允许值：f =l0/500 5.设计内容内容 （1）对渡槽槽身渡槽槽身进行横向和行横向和纵向向计算，按照算，按照强度、裂度、裂缝、挠度以及构造要求配筋。度以及构造要求配筋。（2）绘制槽身及排架配筋制槽身及排架配筋图，并，并编制制钢筋表筋表 6.设计成果成果 （1）设计计算算书一份，包括一份，包括设计所依据的基本所依据的基本资料、料、计算算 图表、表、计算算过程和程和结果。果。要求内容完整、数据准确、要求内容完整、数据准确、书写整写整洁。（2）槽身及排架配筋）槽身及排架配筋图，包括，包括结构构轮廓尺寸、配筋廓尺寸、配筋图、钢筋表，要求布局适当、筋表，要求布局适当、图面整面整洁、字体、字体规范。范。设 计 步步 骤 槽身横向槽身横向计算算 人行人行桥设计 侧 墙 设 计 底底 板板 设 计 槽身槽身纵向向设计 尺寸尺寸拟定定 计算算简图 荷荷载计算算 内力内力计算算 配筋配筋计算算 尺寸尺寸拟定定 计算算简图 荷荷载计算算 正截面承正截面承载力力计算算 抗裂抗裂验算算 尺寸尺寸拟定定 计算算简图 内力内力计算算配筋配筋计算算 计算算简图 荷荷载计算算 内力内力计算算 正截面受弯承正截面受弯承载力力计算算 斜截面受剪承斜截面受剪承载力力计算算 抗裂、抗裂、变形形验算算 绘制制MR图 抗裂抗裂验算算 任任务1:槽身横向槽身横向结构构计算算（1）人行）人行桥设计 按受弯构件按受弯构件计算算 1）尺寸）尺寸拟定定 取取h外外=80mm，h内内=100mm。2）计算算简图 3）荷）荷载计算算 板自重及板自重及栏杆重：杆重：标准准值 g3k=砼bg1kb=2510.09 0.51=2.75 kN/m 设计值 g3=G g3k=1.052.75=2.89 kN/m 人群荷人群荷载：标准准值 q3k=q1kb=21=2 kN/m 设计值 q3=Q q3k=1.22=2.4 kN/m 4）内力）内力计算算 取取l0=1.1l=1.10.8=0.88m M=0(g3q3)l02/2=0.91.0(2.892.4)0.882/2=1.84 kNm 5）配筋）配筋计算（算（按按单筋筋设计）C20混凝土，混凝土，fc=10N/mm2,级钢筋，筋，fy=210N/mm2，取取as=30mm,h0=has=10030=70mm minbh0=0.0015100070=105mm2 选配配12300（实配配钢筋面筋面积As=377mm2）（2）侧墙设计 按受弯构件按受弯构件计算算 1）尺寸）尺寸拟定定 取取侧墙顶部厚度部厚度为h上上=200mm（按（按规范要求范要求 不小于不小于80mm和和l/30=2950/30=98 mm）；）；侧墙底部厚度底部厚度为h下下=300mm（要求（要求不小于不小于150mm）；）；纵向向取取单位位宽度度b=1000 mm。2）计算算简图：按固接于底板上的按固接于底板上的悬臂板臂板计算算见图4。当当侧墙较高高时，弯矩，弯矩M变化化较大，大，为了了节约材料，取材料，取墙底底1-1断面及其上断面及其上x=1m处2-2截面来截面来进行行计算。算。图示示返回返回 3）荷）荷载计算算 （因（因风荷荷载所引起的内力所引起的内力较侧向水向水压力、人群荷力、人群荷载等引起等引起的内力小得多，故的内力小得多，故这里忽略里忽略风荷荷载的影响）的影响）侧向水向水压力：力：持久状况持久状况(正常水深正常水深)标准准值 q4k=水水bH1=1012=20 kN/m 设计值 q4=Qq4k=1.220=24 kN/m 短短暂状况状况(满槽水深槽水深)标准准值 q5k=水水bH2=1012.5=25 kN/m 设计值 q5=Qq5k=1.125=27.5 kN/m人行人行桥传来弯矩来弯矩 M桥=1.84 kNm 1-1断面断面：4）正截面承）正截面承载力力计算算=27.34+1.96=29.30kNm2-2断面断面：=5.91+1.96=7.87 kNm 1-1截面配筋截面配筋计算算 取取as=30mm，h0=has=30030=270mm0.85b=0.468mm2minbh0=0.00151000270=405 mm2 选配配钢筋筋12150（实配配钢筋面筋面积As=754mm2）（内）（内侧受拉）受拉）。2-2截面配筋截面配筋计算算 因因侧墙顶部厚度部厚度为200mm，侧墙底部厚度底部厚度为300mm，侧墙高度高度为2.5m，22截面距底部距离截面距底部距离为1m，可以得出，可以得出22截截面面处的的侧墙厚度厚度为260mm。取。取as=30mm，h0=has=30030=270mm minbh0=0.00151000230=345 mm2 选配配钢筋筋实配配钢筋筋 选配配12300（实配配钢筋面筋面积As=377mm2）0.85b=0.468 截截面面厚度厚度h（mm）弯矩弯矩M（kNm）计计算算钢钢筋面筋面积积（mm2）实实配配钢钢筋筋面面积积（mm2）1130029.346312150（As=754）222607.8714312300（As=377）计算算结果果见表表51。表表51 侧墙横向配筋横向配筋计算算 5）抗裂）抗裂验算算侧墙内内侧受拉且受拉且处于于临水面，水面，应进行抗裂行抗裂验算。算。按荷按荷载标准准值计算的弯矩算的弯矩值：=26.04+1.84=27.88kNm 查表得：混凝土拉表得：混凝土拉应力限制系数力限制系数ct=0.85，HRB335级钢筋的筋的弹性模量性模量Es=2.0105N/mm2，C30混凝土的混凝土的弹性模量性模量Ec=3.00104N/mm2。受拉受拉钢筋的配筋率：筋的配筋率：=As/（bh0）=754/（1000270）=0.0028钢筋与混凝土的筋与混凝土的弹性模量之比：性模量之比：E=Es/Ec=2.0105/（3.00104）=6.67 y0=（0.5+0.425E）h=（0.5+0.4256.670.0028）300=152.4mmI0=（0.0833+0.19E）bh3=（0.0833+0.196.670.0028）10003003 2.34109mm4W0=I0/（hy0）=2.34109/（300152.4）=1.59107mm3 Mk=27.88 kNmmctftkW0=1.550.852.011.59107=42.1kNm满足抗裂要求。足抗裂要求。（3）底板）底板设计 底板底板为一一偏心受拉构件偏心受拉构件，应按下列两种情况按下列两种情况进行配筋行配筋计算：算：两端最大两端最大负弯矩弯矩（发生在最大水深且人行生在最大水深且人行桥上有人群荷上有人群荷载时）及相）及相应的拉力的拉力N；跨中最大正弯矩跨中最大正弯矩（发生在水深生在水深为槽槽宽的一半的一半，即，即H3=B/2=3.3/2=1.65m，且人行，且人行桥上无人群荷上无人群荷载时）及相）及相应的拉力的拉力N。1）尺寸）尺寸拟定定 底板厚度底板厚度应为侧墙厚度的（厚度的（2/3-1）倍，取底板厚度）倍，取底板厚度 h=300mm，宽度取度取单位位宽度度b=1000mm。2）计算算简图 计算算简图见图5所示，所示，图中，中，B=30.3=3.3m底板底板计算算简图 3）内力）内力计算和配筋算和配筋计算算 支座截面：支座截面：支座截面配筋支座截面配筋计算：算：取取a=a=30mm，h0=ha=30030=270mm e0=MA/NA=34.22/32.81=1.04 mh/2a=0.3/20.03=0.12m 属于大偏心受拉构件属于大偏心受拉构件 e=e0h/2+a=1040300/2+30=920mm设x=0.85bh0，对HRB335级钢筋，筋，smax=0.358，则 配筋配筋计算：算：取取as=30mm，h0=has=30030=270mm取取As=minbh0=0.00151000270=405mm2，实配配钢筋筋 14300（实际钢筋面筋面积As=513mm2），），则 x=h0=0.0011270=0.3mm2a=60 mm e=h/2a+e0=300/230+1040=1160 mm 0.00151000270=405mm2选配配钢筋筋12/14150（实际钢筋面筋面积As=890 mm2）（上表）（上表面受拉）。面受拉）。跨中截面内力跨中截面内力计算：算：底板自重底板自重 标准准值 g4k=砼bh=2510.3=7.5 kN/m 计算算值 g4=g4k=7.5 kN/m侧向水向水压力力 标准准值 q4k=水水bH3=1011.65=16.5 kN/m 计算算值 q4=1.15q4k=1.1516.5=18.98 kN/m槽内水重槽内水重 标准准值 q5k=水水bH3=1011.65=16.5 kN/m 计算算值 q5=1.15q5k=1.1516.5=18.98 kN/m跨中内力跨中内力计算算值为：Nc=q4H3/2=18.981.65/2=15.66kN=36.058.611.06=26.83kNm跨中截面配筋跨中截面配筋计算：算：e0=Mc/Nc=26.83/15.66=1.71mh/2a=0.3/20.03=0.12m 属于大偏心受拉构件属于大偏心受拉构件 e=e0h/2+a=1710300/2+30=1590mm取取As=minbh0=0.00151000270=405mm2，实配配钢筋筋14300（实际钢筋面筋面积As=513mm2）。）。即即：x2a=60 mm e=h/2a+e0=300/230+1710=1830 mm 0.00151000270=405 mm2选配配钢筋筋 12/14150（实际钢筋面筋面积As=890mm2）（下面受）（下面受拉）。拉）。结果果见表表52。截面位置截面位置计算钢筋面积（计算钢筋面积（mm2）实配钢筋面积（实配钢筋面积（mm2）受拉钢筋受拉钢筋受压钢筋受压钢筋受拉钢筋受拉钢筋受压钢筋受压钢筋 支支 座座661（上表面）（上表面）012/14150（890）14300（513）跨跨 中中498（下表面）（下表面）012/14150（890）14300（513）表表52 底板支座与跨中底板支座与跨中计算算钢筋面筋面积与与实际配筋面配筋面积4）抗裂）抗裂验算算 底板上部支托底板上部支托边临水面受拉，水面受拉，应进行裂行裂缝宽度度验算。算。底板支座截面底板支座截面取底板支座取底板支座补角角边缘截面（截面（x=0.15+0.2=0.35m）作）作为计算截算截面，并按面，并按满槽水深加人群荷槽水深加人群荷载的的组合按下式合按下式进行抗裂行抗裂验算。算。混凝土拉混凝土拉应力限制系数力限制系数ct=0.85。A0=Ac+EAs+EAs=1000300+6.67890+6.67513=3.09105I0=Ic+Ac（y0yc）+EAs（h0y0）2+EAs（y0a）=10003003/12+1000300(151.2-150)2+6.67890(270-151.2)2+6.67513(151.2-30)2=2.25109+0.43106+0.08109+0.05109=2.38109mm4 W0=I0/（h-y0）=2.38109/（300-151.2）=1.6107mm3 底板与底板与侧墙补角角边缘到到侧墙中心的距离中心的距离x=0.35m。此截。此截面的面的轴向力及弯矩向力及弯矩为：=26.04+1.84+4.6916.78=15.79kNm e0=Mk/Nk=15.79/31.25=0.505m =505mmh/2a=300/230=120mm 属于大偏心受拉构件属于大偏心受拉构件 底板支座底板支座临水面水面满足抗裂要求。足抗裂要求。底板跨中截面：底板跨中截面：跨中的跨中的轴向力和弯矩向力和弯矩为：Nck=q4kH3/2=16.51.65/2=13.61kN=32.67-7.49-1.06=24.12kNme0=Mk/Nk=24.12/13.61=1.77m=1770mmh/2a=300/230=120mm 属于大偏心受拉构件属于大偏心受拉构件 满足抗裂要求。如果不足抗裂要求。如果不满足抗裂要求，足抗裂要求，则需要需要进行裂行裂缝宽度度验算。算。任任务2:槽身槽身纵向向结构构计算算侧墙作作为简支梁支梁，设计时忽略忽略人行人行桥板截面板截面的影响而按的影响而按单筋矩形截面筋矩形截面计算。算。梁按梁按侧墙平均厚度平均厚度计算，即算，即 b=（h1h2）/2=（0.20.3）/2=0.25m 计算跨度算跨度 l0=1.05ln=1.0510.8=11.3m （ln=lca=121.2=10.8m）（2）荷）荷载（每个（每个侧墙承受承受总荷荷载的一半）的一半）人行道板及人行道板及栏杆自重杆自重标准准值 人行道板及人行道板及栏杆自重杆自重计算算值 g5=g5k=2.3kN/m侧墙自重自重标准准值 g6k=砼bH2=250.252.5=15.6kN/m侧墙自重自重计算算值 g6=g6k=15.6 kN/m底板自重底板自重标准准值 g7k=砼Bh3/2=253.60.3/2=13.5kN/m底板自重底板自重计算算值 g7=g7k=13.5 kN/m可可变荷荷载：人群荷人群荷载标准准值 q1k=2.0kN/m人群荷人群荷载计算算值 q1=2.3kN/m槽内水重槽内水重标准准值 q6k=水水BnH1/2=1032/2=30kN/m （正（正常水深）常水深）q7k=水水BnH2/2=1032.5/2=37.5kN/m （满槽水深）槽水深）槽内水重槽内水重计算算值 q6=1.15q6k=1.1530=34.5 kN/m （正常水深）（正常水深）q7=1.05q7k=1.0537.5=39.4 kN/m （满槽水深）槽水深）3.内力内力计算算 跨中弯矩跨中弯矩计算算值支座支座边缘剪力剪力计算算值：取取as=100mm，h0=has=2950100=2850mm选配配钢筋筋6 20（实际钢筋面筋面积为1884 mm2）0.85b=0.468 KV=1.25394.8=493.5kN 0.7ftbh0=0.71.12002850=438.9 kN 0.2 fcbh0=0.29.62002850=1094 kN 需需进行斜截面承行斜截面承载力力计算。算。选配配单肢箍筋肢箍筋8200，查表得表得Asv=50.3mm2，则 =438.9+188.2=627.1kN KV=1.25394.8=493.5kN 按按计算不需要算不需要设置弯起置弯起钢筋，筋，为安全起安全起见按构造每端弯按构造每端弯起起2 20的的纵筋。筋。钢筋的筋的弹性模量性模量Es=2.0105N/mm2，混凝土的混凝土的弹性模量性模量 Ec=3.00104N/mm2，按倒按倒T形截面形截面进行行验算，如算，如图57所示。所示。W0=I0/（hy0）=1.81012/（29502073.8）=2.05109mm3根据根据水工混凝土水工混凝土结构构设计规范范选取取m值。查得得m=1.55，根据，根据h值的不同的不同应对m值进行修正。行修正。侧墙承受荷承受荷载标准准值产生的弯矩生的弯矩为：=2263.4kNmMk=2263.4kNmmctftkW0=1.240.852.012.05109=4343kNm（1）内力）内力组合合值一个一个侧墙受到的弯矩受到的弯矩为：=1131.7kNm（2）刚度度计算算钢筋的筋的弹性模量性模量Es=2.0105N/mm2，混凝土的混凝土的弹性模量性模量Ec=3.00104N/mm2。E=6.67，=As/（bh0）=1884/（2002850）=0.0033 Bs=0.85EcI0=0.853.001044.491011=1.141016 B=0.65Bs=0.651.141016=7.41015（3）挠度度计算算 =2.0mm f =l0/500=11300/500=22.6mm挠度度满足要求。足要求。1）计算外荷算外荷载产生的弯矩生的弯矩图M：其中：其中：q=g7g8g9q10q12=73.1 kN/m，l=11.3mx（m）01.534.55.65Mx（kNm）0537.3910.11118.41166.8=1244.0 kNm M=1166.8 kNm 2）跨中正截面承）跨中正截面承载力复核力复核 （3）弯起）弯起钢筋弯起点位置，筋弯起点位置，x=1.5m，即弯起，即弯起钢筋弯起点筋弯起点到到计算跨度原点的距离，到渡槽端部的距离算跨度原点的距离，到渡槽端部的距离为x=1.5+0.33=1.83m。=839.2kNmM1=537.3kNm正截面受弯承正截面受弯承载力力满足要求。足要求。渡槽配筋渡槽配筋图如如图58所示。所示。