渡槽課程設(shè)計(jì)計(jì)算書

渡槽設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)資料槽身為等跨簡支矩形槽，跨長15m.槽內(nèi)徑尺寸：b×h=m×流量：Q=10m3/s,設(shè)計(jì)水深：hd=加大水深：hc=槽頂外側(cè)設(shè)寬人行道，人行道外側(cè)設(shè)高欄桿排架為單層門型鋼架，立柱高度本跨可按計(jì)算建筑材料參數(shù)值：本設(shè)計(jì)受力筋采用HRB400（）箍筋采用HPB300（Φ），其中HRB400鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fy=fy'=360N/mm2,彈性模量ES=×105N/mm2.HRB300鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fy混凝土強(qiáng)度等級(jí)軸心抗壓軸心抗拉彈性模量Ec原則值fck設(shè)計(jì)值fc原則值fck設(shè)計(jì)值fcC25×104使用規(guī)定：wlim=flim=l采用水工混凝土構(gòu)造設(shè)計(jì)規(guī)范SL-191-荷載鋼筋混凝土重度：25KN/m3人行道人群荷載：KN/m2欄桿重：KN/m施工荷載：4KN/m2基本風(fēng)壓：w0=KN/m2地基承載力特性值：fak=200KN/m2基礎(chǔ)埋深：抗震設(shè)計(jì)基本烈度：6度設(shè)計(jì)規(guī)定設(shè)計(jì)計(jì)算書一份，涉及計(jì)算根據(jù)資料、計(jì)算簡圖、計(jì)算過程、計(jì)算的最后成果。圖紙一份，涉及槽身（1#圖，594mm×841mm）、排架和基礎(chǔ)（2#圖420mm×594mm）各一張渡槽計(jì)算書水力計(jì)算及尺寸擬定渠道斷面水力計(jì)算由已知資料可知此渡槽設(shè)計(jì)流量Q設(shè)=10m3/s渠道斷面取m=1，n=。按照明渠均勻流計(jì)算，根據(jù)公式式中Q——為渡槽的過水流量（m3/s）A——過水?dāng)嗝婷娣e（m2）C——謝才系數(shù)R——水力半徑（m）X——濕周（m）i-為槽底比降n-為槽身糙率，鋼筋混凝土槽身可取n=A=b×h=2×3=6m2X=b+2h=3+2×2=7mR=AX=6C=0.87516I=Q2A2設(shè)計(jì)水深的流速V=QA=CRi對(duì)于混凝土；Q=1m/s~10m/s時(shí)，不沖刷流速V’=8m/s不淤積流速V′=m/s~m/s綜上V〞<V<Vˊ流速滿足規(guī)定。安全加高Δh=,則Q加大=VBHC=m3/s加大流量系數(shù)為符合規(guī)范，故滿足設(shè)計(jì)規(guī)定。

槽身設(shè)計(jì)參考已建工程，初定槽身構(gòu)造尺寸以下所示，，每跨長度選定15m，支撐構(gòu)造選用簡支梁式，按簡支梁構(gòu)造進(jìn)行計(jì)算。本設(shè)計(jì)中槽身橫斷面采用的是矩形取側(cè)墻厚度t上=200mm和t下350mm，側(cè)墻高為H=，底板地面高于側(cè)墻底緣，以減少底板的拉應(yīng)力，底板厚度為30mm，側(cè)墻和底板的連接處加設(shè)角度為的貼角。根據(jù)前面計(jì)算成果，槽內(nèi)凈寬B=，高H=。具體構(gòu)造尺寸如圖所示。槽身橫斷面圖槽身縱斷面圖槽身構(gòu)造尺寸圖（單位：mm）荷載計(jì)算該渡槽級(jí)別為2級(jí)，構(gòu)造安全級(jí)別為Ⅱ級(jí)水工建筑物，采用C25混凝土。構(gòu)造重要系數(shù)，設(shè)計(jì)狀況系數(shù)，承載能力極限狀態(tài)使得構(gòu)造系數(shù)，永久荷載分項(xiàng)系數(shù)，可變荷載分項(xiàng)系數(shù)?？v向計(jì)算中的荷載普通按均布荷載考慮，涉及槽身重力（拉桿等是少量集中荷載也換算為均布荷載）、槽中水體的重力及人群荷載，其中槽身自重為永久荷載，水重、人群荷載為可變荷載。槽身荷載計(jì)算：（單位：G－KN；g－KN/m）荷載類型原則值設(shè)計(jì)值計(jì)算式大小大小1、側(cè)墻重(一側(cè))垂直方向2、人行板重（一側(cè)）垂直流方向.5/沿水流方向3、底板重垂直流方向沿水流方向4、人群重（一側(cè)）3垂直流方向3沿水流方向35、欄桿重（一側(cè)）垂直流方向沿水流方向6、校核水重垂直流方向沿水流方向7、設(shè)計(jì)水重垂直流方向沿水流方向8、施工荷載2024垂直流方向4沿水流方向2024渡槽橫向計(jì)算（單寬1m）人行板計(jì)算橫向抗彎計(jì)算：計(jì)算簡圖以下施工狀況為最不利工況，人行懸臂板當(dāng)作一端固定懸臂梁，初估為單筋截面，c=25mma=30mmh0=h-a=125-30=95mmMαξ=1-Aρ=Asbh0=2851000×95=0.3%>0.2%選配8@150橫向受剪承載力計(jì)算：V=G51+g21+q41+q81截面尺寸驗(yàn)算hw=h0=95mmhw/b=<×<×××截面尺寸滿足規(guī)定截面抗剪腹筋計(jì)算：VC==×.××=>故無需按計(jì)算擬定腹筋。側(cè)墻計(jì)算將側(cè)墻簡化為一端固支懸臂梁，由于單寬截面風(fēng)荷載較小，忽視不計(jì)，如圖校核水深時(shí)為最不利狀況，初估為單筋截面c=25mm,a=30mm,h0=h-a=270-30=240mmMαξ=1-Aρ=Asbh0=5791000×240=沿墻方向配備Φ8@200構(gòu)造筋抗裂驗(yàn)算：受彎構(gòu)件正截面在即將開裂的瞬間，受拉區(qū)邊沿的應(yīng)變達(dá)成混凝土的極限拉伸值，最大拉應(yīng)力達(dá)成混凝土軸心抗拉強(qiáng)度。鋼筋混凝土構(gòu)件的抗裂驗(yàn)算公式以下：式中——由荷載原則值按荷載效應(yīng)組累計(jì)算的彎矩值。αct——混凝土拉應(yīng)力限制系數(shù)，對(duì)原則荷載效應(yīng)組合，αct取為——混凝土軸心抗拉強(qiáng)度原則值；鋼筋ftk=N/mm2——換算截面面積，，其中為剛彈性模量與混凝土彈性模量之比，既；為鋼筋截面面積，由承載力計(jì)算擬定；為混凝土截面面積。W0——換算截面對(duì)受拉邊沿的彈性抵抗距；——換算截面重心軸至受壓邊沿的距離；——換算截面對(duì)其重心軸的慣性距；混凝土的標(biāo)號(hào)為,鋼筋為HRB400，則，。αE=ES/Ec=×105/ρ=AS/bhy0=+αEρ)h=+×××270=137mmI0=+αEρ)bh3=+×××1000×2703=1704×106mm4根據(jù)《水工混凝土構(gòu)造設(shè)計(jì)規(guī)范》，選用值γm。γm=，在γm值附表中指出，根據(jù)h值的不同應(yīng)對(duì)γm值進(jìn)行修正。修正系數(shù)取,γm=MK=需進(jìn)行槽身橫向限裂驗(yàn)算。原則荷載效應(yīng)彎矩值MK=M/γQ=對(duì)于受彎構(gòu)件鋼筋應(yīng)力：σss=Ms0.87有效配筋率計(jì)算：ρte=AsAte=Wmax=α（30+c+dρ=×253.22.0*105（25+30+底板計(jì)算 底板配筋計(jì)算：最不利工況為半槽水深時(shí)，a=a′=30mmN= ×1.2×=××9.8×1×3.3522-16水H3×1.2×+(g=+×××3.35××××判斷大小偏心e0=M/N==>=屬于大偏壓構(gòu)件，e′=′+e0=

按最小配筋率配，選配AS′為12@200（565mm2）闡明按所選ASˊ進(jìn)行計(jì)算就不需要混凝土承當(dāng)任何內(nèi)力了，這意味著事實(shí)上ASˊ的應(yīng)力不會(huì)達(dá)成屈服強(qiáng)度，因此按x<2aˊ計(jì)算AS<ρminbh0

故配筋12@200（565mm2）底板限裂計(jì)算：原則荷載效應(yīng)彎矩值MK=M/γQ=es=+a+e0=++=對(duì)于偏拉構(gòu)件鋼筋應(yīng)力：σsK=Nk(1+1.1es/h有效配筋率計(jì)算：ρte=AsAte=Wmax=α（30+c+dρte）=×2132.0*105（25+30+×渡槽縱向縱向承載力計(jì)算時(shí)可取矩形截面簡支梁計(jì)算，取對(duì)稱構(gòu)造計(jì)算，荷載全取荷載的二分之一，滿槽水時(shí)為最不利工況，如圖所示

縱向橫截面簡化圖縱向縱截面簡化圖

L=15m,每邊支座寬取50cm，Ln=15-2×=14m,L0=×Ln=縱向抗彎計(jì)算：a取70mm,則h0=h-a=2800-70=2730mmM=（g1+g22+g底板/2+q42+g52+q62/2）l02/8=++×25×××+3++2)×=αs=KMfcbh02=1.2×2150.4×106側(cè)墻配420+225（As=2238mm2）,構(gòu)造鋼筋配縱向受剪承載力計(jì)算：V=（g1+g22+g底板/2+q42+g52+q62/2）ln=557KN截面尺寸驗(yàn)算hw=h0=2730mmhw/b=>×<×××截面尺寸滿足規(guī)定截面抗剪腹筋計(jì)算：VC==×××<KV由于KV-VC=ASbfysin45°即ASb=（KV-VC）/(fysin45°)=×1000/(3602/2為了改善抗剪，由縱筋彎起225（982mm2）滿足設(shè)計(jì)第一排彎起鋼筋的起彎點(diǎn)離支座邊沿的距離為s1+h-a-a′,其中s1=100mm<smax,a′=35mm,a=70mm,s1+h-a-a′=100+2800-70-35=2795mm該截面上的剪力設(shè)計(jì)值V=×=<(Vsb+VC)/K=585KN不需要彎起第二排?？v向限裂計(jì)算：原則荷載效應(yīng)彎矩值MK=M/γQ=σsk=Ms0.87有效配筋率計(jì)算：ρte=AsAte=Wmax=α（30+c+dρ=×337.82.0*105（25+30+構(gòu)件變形計(jì)算：抗彎剛度Bs=+αeρ)Ecbh03其中αE=ES/Ec=×105/ρ=AS/bhBs=+×××2.8××××1015抗彎剛度：B=Bs=×10l0為梁的計(jì)算跨度，帶入數(shù)據(jù)得：f=5×2150.4×106×147002排架設(shè)計(jì)排架形式及尺寸的選擇采用C25混凝土，H=5m，B=，排架短邊h1=，長邊b1=，h橫梁梁高h(yuǎn)2=，梁寬b2排架布置圖排架荷載計(jì)算、槽殼自重q槽=×2+×2+×25×××+3×2+×2=kNm，G槽殼=滿槽水重滿槽水深時(shí)值水重設(shè)計(jì)值（h=）GW2‘=×排架自重經(jīng)計(jì)算排架的自重G排架=（×××25×2+×××25+×××25×2）×=風(fēng)荷載計(jì)算A、作用于槽身的橫向風(fēng)壓力作用于槽身的風(fēng)荷載強(qiáng)度原則值按下列公式（4-4）計(jì)算：WZk=β式中：W0--為基本風(fēng)壓值，根據(jù)資料取35kg/m2（即m2）；μs--為風(fēng)載體形系數(shù)，本渡槽為矩形槽身，H/B=4=，根據(jù)《渡槽》①中的表1-6可查得空槽時(shí)取，滿槽時(shí)??；μz--為風(fēng)壓高度系數(shù)，由于槽身的迎風(fēng)面距地面約5m，參考《渡槽》中的表1-5可近似取其值為μt--為地形、地理?xiàng)l件系數(shù)，此處取,；βz--為風(fēng)振系數(shù)，其值由自振周期T1決定，T1由下式（4-5）計(jì)算：T1=H式中：H--為槽身重心至地面高度（m）M--為擱置于排架頂部的槽身質(zhì)量(空槽狀況)或槽身及槽中滿槽水的總質(zhì)量（kg），此處βz取E--為排架材料的彈性模量（N/m2），近似取C25混凝土的彈性模量×1010N/m2；J--為排架橫截面的慣性矩（m4）4；A--為排架的橫截面面積（m2）；ρ--為排架材料的密度（kg/m3），取鋼筋混凝土密度×103kg/m3；由此可計(jì)算出自振周期：將上述各參數(shù)的取值代入公式（4-4）可計(jì)算得：WZ=××××=kN/m由于風(fēng)荷載為活荷載，則槽身風(fēng)荷載強(qiáng)度設(shè)計(jì)值：WZ=γdWZ已知槽身高，一節(jié)槽身長15m（涉及兩端伸縮縫長度），則作用于槽身上的橫向風(fēng)壓力設(shè)計(jì)值為：PZ=×15×=kN能夠近似的看作是通過摩阻作用傳至立柱頂端的槽身橫向風(fēng)壓PB、作用于排架的橫向風(fēng)壓力可忽視不計(jì)C、槽身在風(fēng)荷載PZ的作用下傳遞給排架的鉛直力P’忽視不計(jì)作用排架節(jié)點(diǎn)上的荷載計(jì)算工況的擬定A、滿槽水加橫向風(fēng)壓力B、空槽加橫向風(fēng)壓力內(nèi)力計(jì)算因鉛直向節(jié)點(diǎn)荷載只使立柱產(chǎn)生軸向力，水平向節(jié)點(diǎn)荷載是反對(duì)稱的，而構(gòu)造是對(duì)稱的，故可取二分之一按圖4—2，用“無剪力分派法”計(jì)算排架的內(nèi)力。排架內(nèi)力計(jì)算簡圖排架的內(nèi)力計(jì)算滿槽水加橫向風(fēng)壓力根據(jù)前面的荷載計(jì)算，可用構(gòu)造力學(xué)求解器求得排架的多種內(nèi)力。對(duì)于立柱抗拉剛度EA1=×1010××=×1010N；抗彎剛度EI1=×1010××12=×107；對(duì)于橫梁有抗拉剛度EA2=×1010××=×1010N；抗彎剛度EI2=×1010××12=×107。內(nèi)力計(jì)算成果以下圖所示：單位（M:N:KN）（1）排架彎矩圖（滿槽）（2）排架軸力圖（滿槽）

（3）排架剪力圖（滿槽）

排架內(nèi)力計(jì)算圖（滿槽）空槽加橫向風(fēng)壓力空槽加橫向風(fēng)壓力時(shí)的內(nèi)力計(jì)算同滿槽時(shí)的計(jì)算辦法同樣，只是槽身傳到立柱頂部的集中力減小，計(jì)算成果以下圖所示：

（1）排架彎矩圖（空槽）（2）排架剪力圖（空槽）（3）排架軸力圖（空槽）排架內(nèi)力計(jì)算圖（空槽）排架配筋計(jì)算立柱的配筋計(jì)算正截面：立柱尺寸h=300mm，b=500mm，選用HRB400鋼筋，ft=360N/mm2由于渡槽的環(huán)境類別為二類，可取混凝土保護(hù)層厚度c=c′=35mm，預(yù)估鋼筋鋼筋布置一排，因此受力鋼筋合力作用點(diǎn)到梁受拉邊沿的距離a=a′=40mm；將立柱視為一端固定一端為不移動(dòng)的鉸接，則計(jì)算長度l0==×5=，計(jì)算高度h0=h-a=300-40=260立柱順槽向配筋初始偏心距ee0=M/N==>h0偏心距增大系數(shù)由于l0/h==＞8，故應(yīng)考慮縱向彎曲影響。ε1=0.5fcε2=l0取由此可計(jì)算得偏心距增大系數(shù)η=1+1=1+（3.5*1000260ηe0=×=56mm<h0=×260=故按小偏心受壓構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算。由于風(fēng)荷載方向的不擬定性，立柱采用對(duì)稱配筋即鋼筋面積As、ξbe=ηe0+h2-a=56+300/2-40=ξ=KN-ξbfcAs=As=1.2*1790.71*103*166-0.8261-0.5*0.826選配416+420鋼筋（As=2060mm2），ρ=Asbh0=2042500*260=％＞ρ斜截面：驗(yàn)算截面尺寸：1K（fch0）=11.2×（××500×260）=＞由于立柱受壓，故應(yīng)配備箍筋，選配Φ8@250的箍筋。橫梁的配筋計(jì)算橫梁按受彎構(gòu)件進(jìn)行配筋計(jì)算：正截面：由于渡槽的環(huán)境類別為二類，可取混凝土保護(hù)層厚度c=35mm，預(yù)估鋼筋布置一排，取a=40mm；因此截面的有效高度h0=400-40=360截面抵抗拒系數(shù)：αs=KMbhξ=1-1-2αs=＜ξ縱向受力鋼筋面積：As=ξfcfybh0=×11.9360×3配筋率：ρ=Asbh0=793300*360=選配614（As=923mm2斜截面：支座邊最大剪力設(shè)計(jì)值1KVc=1K（fth0）=11.2×（××300×360故斜截面抗剪滿足規(guī)定,只需按構(gòu)造規(guī)定配備Φ8@200的箍筋。排架的縱向計(jì)算排架一端槽身已就位，另一端尚未吊裝的狀況（無水）半節(jié)槽身重N0/2=2=，考慮到施工荷載，取動(dòng)力系數(shù)n=，則該狀況下的荷載N=×=，偏心距e0=250mm偏心距增大系數(shù)由于l0/h==7<8η=ηe0=×250=250mm＞h0=×460=故按大偏心受壓構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算。配筋計(jì)算由于施工次序的不擬定性，立柱采用對(duì)稱配筋，則截面受壓高度：x=KNfcb=1.2*628.9*1000故屬于大偏心受壓構(gòu)件，且x=>2a=2×40=80mm。鋼筋面積As、ξbe=ηe0+h2-a=250+500/2-40=As==1.2*628.9*10故按最小配筋率配筋，As=％×500×300=300故原立柱的配筋能滿足規(guī)定。無水平風(fēng)向荷載作用，僅渡槽最大垂直荷載作用下，立柱為軸心受壓狀態(tài)。此時(shí)按軸心受壓長住進(jìn)行承載力復(fù)核，l0/b=7，根據(jù)《水工混凝土構(gòu)造》中查得軸心受壓柱穩(wěn)定系數(shù)φ=，則有：1KN=1Kφ（fcA+fy‘As’）=11.2最大垂直荷載N=kN，故原配筋滿足規(guī)定。牛腿的抗剪復(fù)核：F取β=，ftk=Fhkb=300mm，a=-500×1/3+250+20=（mm），h0=500-3