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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,项目四:渡槽槽身结构设计,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
2、杆自重g1k=0.5 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（
3、1）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,任务1:槽身横向结构计算,（1）人行桥设计,按受弯
4、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=0(g3q3)l02/2=0.91.0(2.892.4)0.882/2=1.84 kNm,5）配筋计算（按单筋设计）C20混凝土，fc=10N/mm2,级钢筋，fy=210N/mm2
5、，取as=30mm,h0=has=10030=70mm minbh0=0.0015100070=105mm2 选配12300（实配钢筋面积As=377mm2）,（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,返回,3）荷载计算（因风荷载所引起的内力较侧向水
6、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：持久状况(正常水深)标准值 q4k=水bH1=1012=20 kN/m 设计值 q4=Qq4k=1.220=24 kN/m 短暂状况(满槽水深)标准值 q5k=水bH2=1012.5=25 kN/m 设计值 q5=Qq5k=1.125=27.5 kN/m人行桥传来弯矩 M桥=1.84 kNm,1-1断面：,4）正截面承载力计算,=27.34+1.96=29.30kNm,2-2断面：,=5.91+1.96=7.87 kNm,1-1截面配筋计算 取as=30mm，h0=has=30030=270mm0.85b=0.468mm2m
7、inbh0=0.00151000270=405 mm2 选配钢筋12150（实配钢筋面积As=754mm2）（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 minbh0=0.00151000230=345 mm2 选配钢筋实配钢筋 选配12300（实配钢筋面积As=377mm2）,0.85b=0.468,计算结果见表51。表51 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
8、准值计算的弯矩值：,=26.04+1.84=27.88kNm 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Es=2.0105N/mm2，C30混凝土的弹性模量Ec=3.00104N/mm2。受拉钢筋的配筋率：=As/（bh0）=754/（1000270）=0.0028钢筋与混凝土的弹性模量之比：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 2.3410
9、9mm4W0=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。,（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
10、图5所示，图中，B=30.3=3.3m,底板计算简图,3）内力计算和配筋计算 支座截面：,支座截面配筋计算：取a=a=30mm，h0=ha=30030=270mm e0=MA/NA=34.22/32.81=1.04 mh/2a=0.3/20.03=0.12m 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，smax=0.358，则,配筋计算：取as=30mm，h0=has=30030=270mm,取As=minbh0=0.00151000270=405mm2，实配钢筋14300（实际钢筋面积As=513mm2），则,x=h
11、0=0.0011270=0.3mm2a=60 mm e=h/2a+e0=300/230+1040=1160 mm,0.00151000270=405mm2选配钢筋12/14150（实际钢筋面积As=890 mm2）（上表面受拉）。,跨中截面内力计算：,底板自重 标准值 g4k=砼bh=2510.3=7.5 kN/m 计算值 g4=g4k=7.5 kN/m侧向水压力 标准值 q4k=水bH3=1011.65=16.5 kN/m 计算值 q4=1.15q4k=1.1516.5=18.98 kN/m槽内水重 标准值 q5k=水bH3=1011.65=16.5 kN/m 计算值 q5=1.15q5k=
12、1.1516.5=18.98 kN/m,跨中内力计算值为：Nc=q4H3/2=18.981.65/2=15.66kN,=36.058.611.06=26.83kNm跨中截面配筋计算：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 e=e0h/2+a=1710300/2+30=1590mm,取As=minbh0=0.00151000270=405mm2，实配钢筋14300（实际钢筋面积As=513mm2）。,即：x2a=60 mm e=h/2a+e0=300/230+1710=1830 mm,0.00151000270=405 m
13、m2选配钢筋12/14150（实际钢筋面积As=890mm2）（下面受拉）。结果见表52。,表52 底板支座与跨中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，应进行裂缝宽度验算。,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。A0=Ac+EAs+EAs=1000300+6.67890+6.67513=3.09105,I0=Ic+Ac（y0yc）+EAs（h0y0）2+EAs（y0a）=10003003/12+1000300(151.2-150)2+
14、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：,=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,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=q4kH3/
15、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,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=（h1h2）/2=（0.20.3）/2=0.25m 计算跨度 l0=1.05ln=1.0510.8=11.3m（ln=lca=121.2=10.8m）,（2）荷载（每个侧墙承受总荷载的
16、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 g5=g5k=2.3kN/m侧墙自重标准值 g6k=砼bH2=250.252.5=15.6kN/m侧墙自重计算值 g6=g6k=15.6 kN/m底板自重标准值 g7k=砼Bh3/2=253.60.3/2=13.5kN/m底板自重计算值 g7=g7k=13.5 kN/m,可变荷载：人群荷载标准值 q1k=2.0kN/m人群荷载计算值 q1=2.3kN/m槽内水重标准值 q6k=水BnH1/2=1032/2=30kN/m（正常水深）q7k=水BnH2/2=1032.5/2=37.5kN/m（满槽水深）槽内水重计算值 q6=1.15q6k=
17、1.1530=34.5 kN/m（正常水深）q7=1.05q7k=1.0537.5=39.4 kN/m（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,选配钢筋6 20（实际钢筋面积为1884 mm2）,0.85b=0.468,（5）斜截面受剪承载力计算,KV=1.25394.8=493.5kN 0.7ftbh0=0.71.12002850=438.9 kN 0.2 fcbh0=0.29.62002850=1094 kN 需进行斜截面承载力计算。选配单肢箍筋8200，查表得Asv=50.3m
18、m2，则,=438.9+188.2=627.1kN KV=1.25394.8=493.5kN 按计算不需要设置弯起钢筋，为安全起见按构造每端弯起2 20的纵筋。,钢筋的弹性模量Es=2.0105N/mm2，混凝土的弹性模量 Ec=3.00104N/mm2，按倒T形截面进行验算，如图57所示。,（6）抗裂验算,W0=I0/（hy0）=1.81012/（29502073.8）=2.05109mm3根据水工混凝土结构设计规范选取m值。查得m=1.55，根据h值的不同应对m值进行修正。侧墙承受荷载标准值产生的弯矩为：=2263.4kNmMk=2263.4kNmmctftkW0=1.240.852.01
19、2.05109=4343kNm,（7）变形验算,（1）内力组合值,一个侧墙受到的弯矩为：=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=0.853.001044.491011=1.141016 B=0.65Bs=0.651.141016=7.41015,（3）挠度计算,=2.0mm f=l0/500=11300/500=22.6mm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。,本章结束,谢谢观看!,
