水工渡槽课程设计

任务1:槽身横向结构计算任务2:槽身纵向结构计算一、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Bn×Hn=3.0m×2.5m，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γ砼=25kN/m3；水的重度γ水=10kN/m3栏杆自重g1k=0.5kN/m2（折算均布荷载）；人群荷载q1k=2kN/m2；风荷载q2k=0.25kN/m2，施工荷载q3k=4.0kN/m2。（2）荷载分项系数：永久荷载：结构自重荷载分项系数γG=1.05；可变荷载：除满槽时水重及水压力荷载分项系数取γQ=1.10外，其他可变荷载分项系数均取γQ=1.20。3.材料选用C20混凝土，Ⅰ级和Ⅱ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]=l0/5005.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（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图抗裂验算永久荷载标准值gkg1kg2kg3kg6kg7kg8kg9k栏杆自重人行桥荷载底板自重人行道板及栏杆重侧墙自重底板自重永久荷载设计值值g可变荷载标准值qkq1kq2kq`3kq3kq4kq5kq6kq7kq8kq9kq10kq11kq12k人群荷载风荷载施工荷载人行桥上人群荷载正常水位的侧向水压力校核水位的侧向水压力水位为槽身一半时的侧向水压力槽内水重人群荷载槽内水重（设计）槽内水重（校核）可变荷载设计值q各种可能的荷载任务1:槽身横向结构计算（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3）荷载计算板自重及栏杆重：标准值g3k=γ砼b＋g1kb=25×1×0.09＋0.5×1=2.75kN/m设计值g3=γGg3k=1.05×2.75=2.89kN/m人群荷载：标准值q3k=q1kb=2×1=2kN/m设计值q3=γQq3k=1.2×2=2.4kN/m4）内力计算取l0=1.1l=1.1×0.8=0.88mM=(g3＋q3)l02/2=[(2.89＋2.4)×0.882/2]=1.84kN·m5）配筋计算（按单筋设计）C20混凝土，fc=9.6N/mm2,Ⅰ级钢筋，fy=210N/mm2，取as=30mm,h0=h－as=100－30=70mm＞ρminbh0=0.0015×1000×70=105mm2选配Φ12@300（实配钢筋面积As=377mm2）20csbhfKMbs85.00462.00451.021121120mm154210700462.0100010ycsfhbfA荷载列表g1k---栏杆自重g1q2k---人群荷载q2g3k---人行桥标准荷载g3q3----人行桥人群荷载q3…….（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=98mm）；侧墙底部厚度为h下=300mm（要求不小于150mm）；纵向取单位宽度b=1000mm。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L=H2x=1m22113）荷载计算（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，故这里忽略风荷载的影响）侧向水压力：(正常水深)标准值q4k=γ水bH1设计值q4=γQq4k(满槽水深)标准值q5k=γ水bH2设计值q5=γQq5k人行桥传来弯矩M桥H12.1QH21.1Q1-1断面：4）正截面承载力计算桥MHqM2141612-2断面：2112桥MHqM252261桥水MxHMQ312)(61桥水MxHMQ322)(611-1截面配筋计算取as=30mm，h0=h－as=300－30=270mm20c1sbhfKMs211y0csfhbfA＜0.85ξb＞ρminbh0实配钢筋：注意内侧受拉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，2–2截面距底部距离为1m，可以得出2–2截面处的侧墙厚度为260mm。取as=30mm，h0=h－as=300－30=270mm20c2sbhfKMs211＜0.85ξb=0.468y0csfhbfAρminbh0截面厚度h（mm）弯矩M（kN·m）计算钢筋面积（mm2）实配钢筋面积（mm2）1–13002–2260计算结果见表1。表1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。按荷载标准值计算的弯矩值：2/)(6/20k1k322k5klqgHqM查表得：混凝土拉应力限制系数αct=0.85，HRB335级钢筋的弹性模量，C20混凝土的弹性模量受拉钢筋的配筋率：ρ=As/（bh0）钢筋与混凝土的弹性模量之比：αE=Es/Ecy0=（0.5+0.425αEρ）hI0=（0.0833+0.19αEρ）bh3W0=I0/（h–y0）Mk＜γmαctftkW0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：①两端最大负弯矩（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；②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图5所示，图中，B=3＋0.3=3.3m底板计算简图3）内力计算和配筋计算支座截面：2/25HqNA2/6/225hNMHqMAA桥支座截面配筋计算：取a=a′=30mm，h0=h–a=300–30=270mme0=MA/NA判断大小偏心受拉构件若为大偏心受拉，则计算详见P114或参见例6-3,否则为小偏心受拉，详见）113例6-2可以只计算校核水深情况。跨中截面内力计算：底板自重标准值g6k=γ砼bh计算值g6侧向水压力标准值q6k=γ水bH3计算值q6=1.2q4k槽内水重标准值q7k=γ水bH3计算值q7=1.2q5k跨中内力计算值为：Nc=q6H3/2跨中截面配筋计算：e0=Mc/Nc＞h/2–a属于大偏心受拉构件，否则为小偏心受拉。2/6/8/)(203236266clgHqBqgM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（上表面）跨中（下表面）表2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，应进行抗裂验算。①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。0m0000tkctmkWAeAWfN混凝土拉应力限制系数αct=0.85。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：2/kkHqN4321kkkkkMMMMM满槽水深对应的情况Mk1------满槽水深产生的弯矩Mk2------人行桥及人群荷载产生的弯矩Mk3------NK产生的弯矩Mk4------水重及底板自重产生的弯矩e0=Mk/Nk判断大小偏心受拉构件0m0000tkctmkWAeWAfN底板支座临水面满足抗裂要求。②底板跨中截面：跨中的轴向力和弯矩为：Nck=qkH/2kckckcgMMMM321ck（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）Mck1------水重及底板重产生的弯矩Mck2------水平水压力产生的弯矩Mck3------无人群荷载时桥产生的弯矩e0=Mk/Nk判断大小偏心受拉构件0m0000tkctmkWAeWAfN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计算跨度l0=1.05ln（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k7g人行道板及栏杆自重计算值g7侧墙自重标准值g8k侧墙自重计算值g8底板自重标准值g9k底板自重计算值g9可变荷载：人群荷载标准值q10k人群荷载计算值q10槽内水重标准值q11k（正常水深）q12k（满槽水深）槽内水重计算值q11（正常水深）q12（满槽水深）3.内力计算跨中弯矩计算值8/)(20lqgMii支座边缘剪力计算值：2/)(nlqgVii（4）正截面承载力计算取as=100mm，h0=h－as=2950－100=2850mm20csbhfKMs211＜0.85ξby0csfhbfA（5）斜截面受剪承载力计算KV与0.7ftbh0与0.2fcbh0比较。按斜截面受剪承载力计算步骤计算。。是否需要弯起钢筋。0svyv0tcs25.17.0hsAfbhfV（6）变形验算（1）内力组合值一个侧墙受到的弯矩为：=1131.7kN·m8/)(20ikikklqgM（2）刚度计算钢筋的弹性模量Es=2.0×105N/mm2，混凝土的弹性模量Ec=3.00×104N/mm2。αE=6.67，ρ=As/（bh0）=1884/（200×2850）=0.00333E019.00833.0bhIBs=0.85EcI0B=0.65Bs（3）挠度计算BlMf20k485＜[f]=l0/500挠度满足要求。（8）绘制MR图1）计算外荷载产生的弯矩图M：)1(295.09.0lxxqlMx其中：q=g7＋g8＋g9＋q10＋q12=73.1kN/m，l=11.3mx（m）01.534.55.65Mx（kN·m）0537.3910.11118.41166.8=1244.0kN·m＞M=1166.8kN·m)2003.14218843002850(188430025.11)2(1csy0syRbfAfhAfKM2）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。m.kN3.537)3.115.11(25.13.111.73)1(2111lxplxM)2003.14212563002850(125630025.11)2(1c1y01sy1RbfAfhAfKMs=839.2kN·m＞M1=537.3kN·m正截面受弯承载力满足要求。渡槽配筋图如图5–8所示。