渡槽结构计算书.docx
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渡槽结构计算书
（
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要求。
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带桥，上部桥梁按照四级道路标准，荷载标准为公路-Ⅱ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要求及溢洪道交通要求，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+，同现状渡槽桩号，下底面高程为165.20m，满足校核水位+0.5m超高要求，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，确定渡槽带桥总长51m，8.5m×6跨。
上部结构设计如下：
渡槽过水断面尺寸为×1.6m，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设置一加劲肋，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-Ⅱ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，并设置横梁，
由于地基为砂岩，基础采用人工挖孔端承桩，尺寸为×1.2m，基础深入岩层弱风化层1.0m，盖梁尺寸为4××1.2m。
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2—1槽身横断面型式（单位：
mm）
（1）荷载计算
根据规划方案中拟定，渡槽的设计标准为4级，所以渡槽的安全级别Ⅲ级，则安全系数为γ0=，混凝土重度为γ=25kN/m3，正常运行期为持久状况，其设计状况系数为ψ=，荷载分项系数为：
永久荷载分项系数γG=，可变荷载分项系数γQ=，结构系数为γd=。
纵向计算中的荷载一般按匀布荷载考虑，包括槽身重力（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=γ0ψγV1=×25××5+×2×2+×+×+×+×+×2+×2）=（kN/m）
设计值：
g1=γG。
g1k=×=（kN/m）
水重：
标准值：
g2k=γ0ψγV2=××（×）=（kN/m）
设计值：
g2=γG。
g2k=×=（kN/m）
车辆荷载：
集中荷载标准值：
pk=140×2=280kN
设计值：
p=×280=336kN
人群荷载：
标准值：
qk=（kN/m）
设计值：
q=×3=（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2—2槽身纵向计算简图（单位：
cm）
计算长度l=ln+a=+=（m）
l==×=（m）
所以计算长度取为7.25m
跨中弯矩设计值为M=γ0ψ×（g1+g1+q）l2+
pl
=××
××+
×336×
=（）
跨端剪力设计值Qmax=γψ×
（q+g1+g2）l+
=××
××+×336=（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于受拉区，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全部底板的作用。
不考虑底板与牛腿的抗弯作用，将渡槽简化为h=2.3m、b=0.4m的矩形梁进行配筋。
考虑双筋，a=，h0=（m），rd=。
（2—1）
fcbx=fyAS（2—2）
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γ0及设计状况系数ψ在内；
Mu——截面极限弯矩值；
γd————结构系数，γd=；
fc——混凝土轴心抗压强度设计值，混凝土选用C25，则fc=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ξ=x/h0代入式（2—4）、（2—5），并令αs=ξ（ξ），则有
（2—3）
fcξbh0=fyAs（2—4）
ξ≤ξb（2—5）
根据以上各式，计算侧墙的钢筋面积如下：
=
=
%＞ρmin=%
选4φ20+6φ25AS=1257+2945=4202（mm2）
（4）斜截面强度计算
已知v=，
=
=4，
=6
=（KN）>v=
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φ8@150的封闭箍筋。
同时沿墙高布置φ10@150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，受拉区边缘的应变达到混凝土的极限拉伸值εmax，最大拉应力达到混凝土抗拉强度ft。
钢筋混凝土构件的抗裂验算公式如下：
Ms≤γmαctftkW0（2—7）
ML≤γMαctftkW0（2—8）
式中αct——混凝土拉应力极限系数，对荷载效应的短期组合αct取为；对荷载效应的长期组合，αct取为；
W0——换算截面A0对受拉边缘的弹性抵抗距；
y0——换算截面重心轴至受压边缘的距离；
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Ⅱ级钢，则Ec=×104N/mm2，
Es=×105N/mm2。
根据《水工混凝土结构设计规范》，选取γm值。
由bf/b＞2，hf/h＜，查得γm=，在γm值附表中指出，根据h值的不同应对γm值进行修正。
短期组合的跨中弯矩值
+
pl
=××
××+
×336×
=（）
＞Ms
长期组合的跨中弯矩值（人群荷载的准永久系数ρ=0）
＝×
××
=（）
＞Ml
综合上述计算可知，槽身纵向符合抗裂要求。
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，，两侧还有剪力Q1及Q2，其差值ΔQ与荷载q维持平衡。
ΔQ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3—1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，计算条件为满槽水。
图3—1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
（3—1）
（3—2）
以上各式中γ——水的重度；
γh——钢筋混凝土的重度；
δ——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
BA
BC
跨中
CB
CD
跨中
DC
DA
跨中
AD
弯距（）
剪力KN
0
⑴底板的结构计算
按照底板中部弯矩配筋，采用c25砼，fcm=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Ⅰ级钢筋，则fC=210N/mm2，计算弯矩最大位置的配筋量：
Mx=，N=时，
fcξbh0=fyAs
ξ≤ξb
根据以上各式，计算底板的钢筋面积如下：
=
=
%＞ρmin=%
选Φ10@125AS=628（mm2）
⑵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置一加劲肋，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=mm根据《水工钢筋混凝土结构》，板厚300mm，受力钢筋间距取为100mm，具体配筋计算如下：
a=a’=30mm，h0=300-40=260mm，取单宽计算b=1000mm
选用Ⅱ级钢筋，则fC=310N/mm2，计算弯矩最大位置的配筋量：
Mx=，N=时，
fcξbh0=fyAs
ξ≤ξb
根据以上各式，计算钢筋面积如下：
=
=
%＞ρmin=%
选φ20@140AS=2244（mm2）
（3）侧墙的结构计算
由于侧墙的受力为不均匀荷载，故按最大值的匀布荷载进行配筋，其结果更安全。
1侧墙与肋所构成的T形梁的配筋计算
由于侧墙与肋所构成的T形截面梁，翼缘受拉不考虑其抗弯作用，故可简化成矩形进行配筋计算。
不考虑纵向弯矩的影响。
内力组合：
Mmax=，N=
计算η值：
故取偏心距为实际值e0=58.3mm。
，取ζ1=
∴
判断大小偏心，因为ηe0=×=60mm<=×810=243mm
所以，按小偏心受压构件计算。
按最小配筋率计算AS，ρmin=%，所以
AS=ρminbh0=%×200×810=324（mm2）
选用2φ16，AS=402mm2
选用2φ10，AS＇=157mm2
斜截面受剪承载力计算：
故截面尺寸满足抗剪要求。
故可不进行斜截面受剪承载力计算，而按构造要求配置箍筋选φ6@200钢筋
抗裂验算：
一般情况需按荷载效应的短期组合及长期组合分别验算，本设计因为是粗略计算，且可变荷载非常小，故只按荷载效应的长期组合进行抗裂验算。
抗裂演算的对象为T形截面梁。
基本数据：
ES=×105N/mm2，Ec=×104N/mm2，ftk=mm2,γd=，αst=。
具体计算如下：
换算截面面积
A0=bh+（bf-b）bf+αEAs+αEAs＇
=200×850+（2000-200）×200+
×（226+402）
=（mm2）
换算截面的重心至受拉边缘的距离
+
=087（mm4）
换算截面对其重心的惯性矩
经过以上的验算可知，侧墙肋的配筋满足抗裂要求。
2底板与肋所构成的T形截面梁的结构计算
根据底板的内力图，选取两组内力按偏心受拉构件进行结构计算。
第一组内力组合：
M=，N=
由于底板与肋所构成的T形截面梁，翼缘受拉不起抵抗弯矩的作用，故可简化成矩形截面进行配筋计算。
l0/h=2300÷400=<8，故不需考虑纵向弯曲的影响。
，故取偏心距e0=704mm
取ζ1=。
判断大小偏心，因为ηe0=×1304=（mm），所以按大偏心受拉构件计算配筋。
计算As＇及As：
对于Ⅱ级钢筋，αsb=
选用2φ10，As=157mm2。
（偏心受拉构件根据《水工钢筋混凝土结构》不需考虑ρmin的限制。
%＞ρmin=%
选用2φ8，AS=101（mm2）
第二组内力组合：
M=，N=
在此组内力组合作用下，肋的外侧受拉，所以必须通过配筋计算来保证肋外侧的受拉强度。
计算截面为T形，受拉翼缘宽度bf＇=2000mm，高度hf＇=200mm，肋宽b=200mm，肋高h=400mm。
，故按大偏心计算。
重心轴到受拉边缘的距离为
对于Ⅱ级钢筋，αst=
故按第一组内力组合求得的As=101mm2满足第二组内力组合的配筋要求，所以As＇=157mm2。
同理可得，第一组内力组合的As＇=157mm2亦满足第二组内力组合As的要求。
抗裂验算：
已知：
Es=×105N/mm2，Es=×104N/mm2，ftk=mm2，γm=，αct=，则
换算截面面积A0=bh+（bf-b）hf+αEAs+αEAs＇
=200×400+（2000-200）×200+
×（157+101）
=（mm2）
换算截面的重心到受压边缘的距离
换算截面对其重心的惯性矩
经过上述计算可验证所配钢筋混凝土截面满足抗裂要求。
⑷基地正应力验算
按材料力学偏心受压公式，上下边缘正应力σyu、σyd为
（4—3）
式中
ΣW——单位宽度上全部荷载的铅直力总和；
ΣM——单位宽度上计算截面上全部荷载对于计算截面形心的力矩总和，以使上游面产生正压应力为正；
L——计算截面沿渡槽方向的长度。
取边墩与土基相接触的截面为计算对象：
L=3.2m
ΣW=G1+G2+G3=×+×+25×（4××+×××2+×1×=2216（kN）
ΣM=××25×（）+×××25×（+1/3）+×+××18×（+3）+×××（）×11+××18×（）+×（+3）××（）×（+3）
××（）××××（×2/）
=920（kNm）
为了保证渡槽工程的安全和正常运用，基地压应力及其分布必须满足：
σmax≤[σ]，σmin≥0。
由于地基土的允许压应力为[σ]=350kN/m2>σ，综合以上计算，基础满足要求。
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