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1、混凝土结构渡槽槽身纵向结构设计第1页，本讲稿共50页一、设计资料一、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。第2页，本讲稿共50页第3页，本讲稿共50页2.荷 载 （1）荷载标准值：钢筋混凝土重度砼=25kN/m3；水的
2、重度水=10 kN/m3 栏杆自重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。第4页，本讲稿共50页3.材 料 选用选用C20混凝土，混凝土，级和级和级钢筋。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 第5页，本讲稿共50页 5.设计内容 （1）对渡槽槽身进行横向和纵向计算
3、，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）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。第6页，本讲稿共50页设 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
4、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 第7页，本讲稿共50页任务1:槽身横向结构计算 第8页，本讲稿共50页（1）人行桥设计 按受弯构件计算 1）尺寸拟定 取h外=80mm，h内=100mm。2）计算简图 第9页，本讲稿共50页 3）荷载计算）荷载计算 板自重及栏杆重：板自重及栏杆重：标准值标准值 g3k=砼砼bg1kb=2510.09 0.51=2.75 kN/m 设计值设计值 g3=G g3k=1.052.75=2.89 kN/m 人群荷载：人群荷载：标准值标准值 q3k=q1kb=21=2 kN/m 设计值设计值 q3=Q q3k=1.22=2.4 kN/m
5、4）内力计算）内力计算 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第10页，本讲稿共50页 5）配筋计算（）配筋计算（按单筋设计按单筋设计）C20混凝土，混凝土，fc=10N/mm2,级钢筋，级钢筋，fy=210N/mm2，取取as=30mm,h0=has=10030=70mm minbh0=0.0015100070=105mm2 选配选配12300（实配钢筋面积（实配钢筋面积As=377mm2）第11页，本讲稿共50页（2）侧墙设计 按受弯构件计算 1）尺寸拟定）尺寸拟定 取侧墙顶部厚度为取侧墙顶
6、部厚度为h上上=200mm（按规范要求（按规范要求 不小于不小于80mm和和l/30=2950/30=98 mm）；）；侧墙底部厚度为侧墙底部厚度为h下下=300mm（要求（要求不小于不小于150mm）；纵向）；纵向取单位宽度取单位宽度b=1000 mm。2）计算简图：）计算简图：按固接于底板上的悬臂板计算见图按固接于底板上的悬臂板计算见图4。当侧墙较高时，弯矩当侧墙较高时，弯矩M变化较大，为了节约材料，取变化较大，为了节约材料，取墙底墙底1-1断面及其上断面及其上x=1m处处2-2截面来进行计算。截面来进行计算。图示第12页，本讲稿共50页返回第13页，本讲稿共50页 3）荷载计算）荷载计算
7、 （因风荷载所引起的内力较侧向水压力、人群荷载等引起（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，故这里忽略的内力小得多，故这里忽略风荷载风荷载的影响）的影响）侧向水压力：侧向水压力：持久状况持久状况(正常水深正常水深)标准值标准值 q4k=水水bH1=1012=20 kN/m 设计值设计值 q4=Qq4k=1.220=24 kN/m 短暂状况短暂状况(满槽水深满槽水深)标准值标准值 q5k=水水bH2=1012.5=25 kN/m 设计值设计值 q5=Qq5k=1.125=27.5 kN/m人行桥传来弯矩人行桥传来弯矩 M桥桥=1.84 kNm第14页，本讲稿共50页 1-
8、1断面：4）正截面承载力计算=27.34+1.96=29.30kNm2-2断面：=5.91+1.96=7.87 kNm第15页，本讲稿共50页 1-1截面配筋计算截面配筋计算 取取as=30mm，h0=has=30030=270mm0.85b=0.468mm2minbh0=0.00151000270=405 mm2 选配钢筋选配钢筋12150（实配钢筋面积（实配钢筋面积As=754mm2）（内侧受拉）（内侧受拉）。第16页，本讲稿共50页 2-2截面配筋计算截面配筋计算 因侧墙顶部厚度为因侧墙顶部厚度为200mm，侧墙底部厚度为，侧墙底部厚度为300mm，侧，侧墙高度为墙高度为2.5m，22截
9、面距底部距离为截面距底部距离为1m，可以得出，可以得出22截截面处的侧墙厚度为面处的侧墙厚度为260mm。取。取as=30mm，h0=has=30030=270mm minbh0=0.00151000230=345 mm2 选配钢筋实配钢筋选配钢筋实配钢筋 选配选配12300（实配钢筋面积（实配钢筋面积As=377mm2）0.85b=0.468 第17页，本讲稿共50页截面厚度h（mm）弯矩M（kNm）计算钢筋面积（mm2）实配钢筋面积（mm2）1130029.346312150（As=754）222607.8714312300（As=377）计算结果见表计算结果见表51。表表51 侧墙横向配
10、筋计算侧墙横向配筋计算第18页，本讲稿共50页 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：=26.04+1.84=27.88kNm 查表得：混凝土拉应力限制系数查表得：混凝土拉应力限制系数ct=0.85，HRB335级钢级钢筋的弹性模量筋的弹性模量Es=2.0105N/mm2，C30混凝土的弹性模量混凝土的弹性模量Ec=3.00104N/mm2。受拉钢筋的配筋率：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：钢筋与混凝土的弹性模量之比：E=Es/Ec=2.0105/（3.00104）=6.67第1
11、9页，本讲稿共50页 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。满足抗裂要求。第20页，本讲稿共50页（3）底板设计 底板为一底板为一偏心受拉构件偏心受拉构件，应按下列两种情况进行配筋计算：，应按下列两种情况进行配筋计算：两
12、端最大负弯矩两端最大负弯矩（发生在最大水深且人行桥上有人群荷载（发生在最大水深且人行桥上有人群荷载时）及相应的拉力时）及相应的拉力N；跨中最大正弯矩跨中最大正弯矩（发生在水深为（发生在水深为槽宽的一半槽宽的一半，即，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，且人行桥上无人群荷载时）及相应的拉力N。1）尺寸拟定）尺寸拟定 底板厚度应为侧墙厚度的（底板厚度应为侧墙厚度的（2/3-1）倍，取底板厚度）倍，取底板厚度 h=300mm，宽度取单位宽度，宽度取单位宽度b=1000mm。2）计算简图）计算简图 计算简图见图计算简图见图5所示，图中，所示，图中，B=30.3
13、=3.3m第21页，本讲稿共50页底板计算简图 第22页，本讲稿共50页 3）内力计算和配筋计算）内力计算和配筋计算 支座截面：支座截面：支座截面配筋计算：支座截面配筋计算：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设设x=0.85bh0，对，对HRB335级钢筋，级钢筋，smax=0.358，则，则第23页，本讲稿共50页 配筋计算：取as=30mm，h0=has=30030=270mm取
14、取As=minbh0=0.00151000270=405mm2，实配钢筋，实配钢筋14300（实际钢筋面积（实际钢筋面积As=513mm2），则），则 x=h0=0.0011270=0.3mm2a=60 mm e=h/2a+e0=300/230+1040=1160 mm第24页，本讲稿共50页 0.00151000270=405mm2选配钢筋选配钢筋12/14150（实际钢筋面积（实际钢筋面积As=890 mm2）（上表）（上表面受拉）。面受拉）。第25页，本讲稿共50页跨中截面内力计算：底板自重底板自重 标准值标准值 g4k=砼砼bh=2510.3=7.5 kN/m 计算值计算值 g4=g4
15、k=7.5 kN/m侧向水压力侧向水压力 标准值标准值 q4k=水水bH3=1011.65=16.5 kN/m 计算值计算值 q4=1.15q4k=1.1516.5=18.98 kN/m槽内水重槽内水重 标准值标准值 q5k=水水bH3=1011.65=16.5 kN/m 计算值计算值 q5=1.15q5k=1.1516.5=18.98 kN/m第26页，本讲稿共50页跨中内力计算值为：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：跨中截面配筋计算：e0=Mc/Nc=26.83/15.66=1.71m
16、h/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第27页，本讲稿共50页取取As=minbh0=0.00151000270=405mm2，实配钢筋，实配钢筋14300（实际钢筋面积（实际钢筋面积As=513mm2）。）。即：即：x2a=60 mm e=h/2a+e0=300/230+1710=1830 mm 0.00151000270=405 mm2选配钢筋选配钢筋12/14150（实际钢筋面积（实际钢筋面积As=890mm2）（下面）（下面受拉）。结果见表受拉）。结果见表52。第28页，本讲稿共50页
17、截面位置计算钢筋面积（mm2）实配钢筋面积（mm2）受拉钢筋受压钢筋受拉钢筋受压钢筋 支 座661（上表面）012/14150（890）14300（513）跨 中498（下表面）012/14150（890）14300（513）表表52 底板支座与跨中计算钢筋面积与实际配筋面积底板支座与跨中计算钢筋面积与实际配筋面积第29页，本讲稿共50页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。底板支座截面底板支座截面取底板支座补角边缘截面（取底板支座补角边缘截面（x=0.15+0.2=0.35m）作为计算截）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。面，并按满槽水深加人
18、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混凝土拉应力限制系数ct=0.85。A0=Ac+EAs+EAs=1000300+6.67890+6.67513=3.09105第30页，本讲稿共50页I0=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第31页，本讲稿
19、共50页 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属于大偏心受拉构件 底板支座临水面满足抗裂要求。第32页，本讲稿共50页 底板跨中截面：底板跨中截面：跨中的轴向力和弯矩为：跨中的轴向力和弯矩为：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
20、=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。如果不满足抗裂要求，则需要进行裂缝宽度验算。第33页，本讲稿共50页任务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。梁按侧墙梁按侧墙平均厚度平均厚度计算，即计算，即 b=（h1h2）/2=（0.20.3）/2=0.25m 计算跨度计算跨度 l0=1.05ln=1.0510.8=11.3m （ln=lca=121.2=10.8m）第34页，本讲稿共50页（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人行道板及栏杆自重计算值 g5=g
21、5k=2.3kN/m侧墙自重标准值侧墙自重标准值 g6k=砼砼bH2=250.252.5=15.6kN/m侧墙自重计算值侧墙自重计算值 g6=g6k=15.6 kN/m底板自重标准值底板自重标准值 g7k=砼砼Bh3/2=253.60.3/2=13.5kN/m底板自重计算值底板自重计算值 g7=g7k=13.5 kN/m第35页，本讲稿共50页可变荷载：可变荷载：人群荷载标准值人群荷载标准值 q1k=2.0kN/m人群荷载计算值人群荷载计算值 q1=2.3kN/m槽内水重标准值槽内水重标准值 q6k=水水BnH1/2=1032/2=30kN/m （正常（正常水深）水深）q7k=水水BnH2/2
22、=1032.5/2=37.5kN/m （满槽水深）（满槽水深）槽内水重计算值槽内水重计算值 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）（满槽水深）第36页，本讲稿共50页3.内力计算 跨中弯矩计算值支座边缘剪力计算值：第37页，本讲稿共50页 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第38页，本讲稿共50页 KV=1.25394.8=493.5kN 0.7ftbh0=0.71.12002850
23、=438.9 kN 0.2 fcbh0=0.29.62002850=1094 kN 需进行斜截面承载力计算。选配单肢箍筋需进行斜截面承载力计算。选配单肢箍筋8200，查表得，查表得Asv=50.3mm2，则，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按计算不需要设置弯起钢筋，为安全起见按构造每端弯起起2 20的纵筋。的纵筋。第39页，本讲稿共50页 钢筋的弹性模量钢筋的弹性模量Es=2.0105N/mm2，混凝土的弹性模量，混凝土的弹性模量 Ec=3.00104N/mm2，按倒，按倒T形截面进行验算，
24、如图形截面进行验算，如图57所示。所示。第40页，本讲稿共50页 第41页，本讲稿共50页 W0=I0/（hy0）=1.81012/（29502073.8）=2.05109mm3根据根据水工混凝土结构设计规范水工混凝土结构设计规范选取选取m值。查得值。查得m=1.55，根据，根据h值的不同应对值的不同应对m值进行修正。值进行修正。侧墙承受荷载标准值产生的弯矩为：侧墙承受荷载标准值产生的弯矩为：=2263.4kNmMk=2263.4kNmmctftkW0=1.240.852.012.05109=4343kNm第42页，本讲稿共50页（1）内力组合值一个侧墙受到的弯矩为：一个侧墙受到的弯矩为：=1
25、131.7kNm（2）刚度计算）刚度计算钢筋的弹性模量钢筋的弹性模量Es=2.0105N/mm2，混凝土的弹性模量，混凝土的弹性模量Ec=3.00104N/mm2。E=6.67，=As/（bh0）=1884/（2002850）=0.0033 第43页，本讲稿共50页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。第44页，本讲稿共50页1）计算外荷载产生的弯矩图M：其中：q=g7g8g9q10q12=73.1
26、 kN/m，l=11.3mx（m）01.534.55.65Mx（kNm）0537.3910.11118.41166.8=1244.0 kNm M=1166.8 kNm 2）跨中正截面承载力复核 第45页，本讲稿共50页 （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。正截面受弯承载力满足要求。渡槽配筋图如图渡槽配筋图如图58所示。所示。第46页，本讲稿共50页第47页，本讲稿共50页第48页，本讲稿共50页第49页，本讲稿共50页本章结束本章结束,谢谢观看谢谢观看!第50页，本讲稿共50页