渡槽箱形梁结构计算书(11.18)

一、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。槽身纵向按正常过水高程计算（本渡槽设计水位高程取60cm ）。

图1—1 槽身横断面型式（单位：mm ）

1、荷载计算

根据设计拟定，渡槽的设计标准为5级，使用年限50年所以渡槽的安全级别Ⅲ级，则安全系数为γ0=0.9（DL-T 5057 -2009规范），C30混凝土重度为γ=25kN/m3（根据水工混凝土结构设计规范DL-T 5057-2009：6.1.7条），正常运行期为持久状况，其设计状况系数为ψ=1.0，荷载分项系数为：永久荷载分项系数γG =1.05，可变荷载分项系数γ

Q

=1.20（《水工建筑物荷载设计规范》（DL 5057 -1997规范）），结构系数为γd =1.2（DL-T

5057 -2009规范）。

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）、槽中水体的重力及人群荷载。其中槽身自重、水重为永久荷载，而人群荷载为可变荷载。

（1）槽身自重：

标准值：G 1k =γ0ψγ（V 1+2V2+V3)=0.9×1×25×(0.15×

2.3+0.7×0.25×2+1.4×0.2)=21.94（kN/m）

设计值：G 1=γG ×g 1k =1.05×21.94=23.04（kN/m）

（a ）面板自重

设计值：g 1=γG γ0ψγV 1=1.05×0.9×1×25×(0.15×2.3)=8.15（kN/m） （b ）腹板自重

设计值：g 2=γG γ0ψγ2V 2=1.05×0.9×1×25×(0.25×0.7) ×2=8.27（kN/m） （c ）底板自重

设计值：g 3=γG γ0ψγV 3=1.05×0.9×1×25×(1.4×0.2)=6.62（kN/m） （2）水重：标准值：G 2k =γ0ψγV 4=0.9×9.81×1×（0.6×0.9）=4.77（kN/m）

设计值：G 2=γG ×g 2k =1.05×4.77=5.01（kN/m）

（3）栏杆荷载：

本设计采用大理石栏杆，大理石的容重γ1=28kN/m3，缘石采用C30 混凝土预制，C25混凝土重度为γ=25kN/m。

标准值：G 3k =γ0ψγ1V 5+γ0ψγV 6=0.9×1×28×2×｛(0.5×0.16×0.16×5÷10)+0.8

×0.16｝+0.9×1×25×2×(0.16×0.3)=8.92（kN/m）

设计值： G3=γG ×g 2k =1.05×8.92=9.37（kN/m）

根据《城市桥梁设计荷载标准》(CJJ77-98) 规范要求：桥上人行道 栏杆时，作用在栏杆扶手上的活载，竖向荷载采用1.2kN/m；水平向外 荷载采用1.0kN/m。两者分别考虑，不得同时作用。 标准值： Q栏杆竖向=1.2（kN/m） 设计值： Q1=1.2×1.2=1.44（kN/m）

（4）人群荷载：

根据《城市桥梁设计荷载标准》(CJJ77-98) 规范要求：梁、桁、拱及其他大跨结构的人群荷载w ，可按下列公式计算，且ω值在任何情况下不得小于2．4kPa 。

当跨径或加载长度l ＜20m 时：

3

ω=4. 5⨯

20-ωp

20

式中：ω—单位面积上的人群荷载（kPa ）； l—加载长度（m ），本设计中跨径为10m ；

ωp —单边人行道宽度(m)；在专用非机动车桥上时宜取1/2桥宽， 当1/2桥宽大于4m 时应按4m 计，本设计宽度为2.3m 。

20-

ω=4. 5⨯

2. 3

=4. 24k P a 20

标准值： Q1k =4.24×1.0=4.24（kN/m） 设计值： Q3=1.2×4.24=5.09（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1—2 槽身纵向计算简图及荷载图（单位：mm ）

计算长度l=ln +a=8.8+0.6=9.4（m ） l=1.05ln =1.05×8.8=9.24(m) 所以计算长度取为9.24m

1

跨中弯矩设计值为 M=×（q 1+q2+G2+G3+Q1+Q3）l 2 图1—3 剪力图及弯矩图

8

1

=×43.95×9.242

8

=469.04（kN.m ）

跨端剪力设计值 V= =

1

（q 1+q2+G2+G3+Q1+Q3）l 2

1

×43.95×9.24=203.05（kN ） 2

3、正截面的配筋计算

将渡槽简化为h=1.05m、b=1.4m的I 形梁进行配筋, 采用C25混凝土及HRB400钢筋。该底板处于露天且长期处于水环境（二类环境条件），根据《水工混凝土结构设计规范28DL-T 5057-2009》规范要求，钢筋混凝土保护层厚度为c=35mm，估计受拉钢筋要排成两层，所以c=70mm,,估计钢筋直径d=20mm，考虑双筋，a=c+1/2d=45mm，h 0=1050-80=970mm，r d =1.2。

h f x ' '

M ≤f c bx (h 0-) +f c (b f -b ) h f (h 0-)

22

'

（2—1）

' '

f A ≤

f ξh b +f (b -b ) h y s c 0c f f （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； γ

————

γ=γd ×γ0×ψ, γ=1.2×0.9×1=1.08；K=1.15（承载力安全系数）

fc ——混凝土轴心抗压强度设计值，混凝土选用C25，则f c =11.9N/mm； b——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，选用HRB4000，则f y =360N/mm²； As ——受拉区纵向钢筋截面面积；

b f ——I 形截面受压区的翼缘计算宽度；

'

h ' f ——I 形截面受压区的翼缘高度。

h ' f 2

KM =1. 15⨯469. 04=539. 40kN ⋅m ≤f c b ' f h ' f (h 0-

) =3674. 42kN ⋅m

按第一种T 形截面计算。

根据以上各式，计算受弯钢筋计算如下：

1. 15⨯469. 04⨯106KM S

=0. 021

f c b f h 011. 9⨯2300⨯970

ξ=1--2αs =0. 02〈0. 85ξb =0. 44

A s =

f c b ' f ξh 0

f y

=

11. 9⨯2300⨯0. 02⨯970

=1474. 94(mm 2）

360

ρ=

A s 1474. 94==0. 11%

受拉钢筋按最小配筋率计算：A S =1400×970×0.002=2716mm2

受拉钢筋选9φ20 ，其实际A S =2827（mm 2），受压钢筋按照构造配置。 4、斜截面承载力及抗扭配筋计算

已知V=203.05kN，

h w h 0. 7===1.4≤4, b b 0. 5

KV =203. 05⨯1. 15=233. 51kN ≤0. 25f c bh 0=0. 25⨯11. 9⨯500⨯970=1442. 88kN 截面尺寸满足抗剪要求。 (a)抗剪腹筋计算

V c =0. 7f t bh 0=0. 7⨯1. 27⨯500⨯970=431. 17kN >KV =233. 51kN , 故不需要进行斜截面抗剪计算，按构造要求配置腹筋。

Smax =400mm²(h=1050mm>800mm) ,s=150mm

配筋率ρy =

A sv 101

==0. 135%>0. 10%bs 500⨯150

(b)抗扭腹筋计算

扭矩设计值：T=M=469.04（kN.m ），

h w h 0. 7===1.4≤4, b b 0. 5

b 25002

(3⨯1050-500) =110. 42⨯106mm 3 腹板W tw =(3h -b ) =

66

1502

翼缘W =(b -b ) =(2300-500) =6. 75⨯106mm 3

66

'

tf

' f

h

' 2f

整个截面受扭塑性抵抗矩为：

W t =W tW +W tf ' =110. 42⨯106+6. 75⨯106=117. 17⨯106mm 3

h w =h 0-h ' f =970-150=820mm

h w 820==1. 64

KV KT 203. 05⨯103539. 40⨯103

+=+=0. 425

6

bh 0W t 500⨯970117. 17⨯10截面尺寸满足要求。

KV KT

+=0. 425

计算，仅需按构造要求配置钢筋。

b cor =b -2c =500-2⨯35=430mm ， h cor =h -2c =1050-2⨯35=980mm u cor =2(b cor +h cor ) =2(430+980) =2820mm

A cor =b cor h cor =430⨯980=421400mm 2 分配I 形截面的扭矩

T w =

W tw 110. 42

T =⨯469. 04=442. 02kN ⋅m W t 117. 17

T f ' =

W tf ' W t

T =

6. 75

⨯469. 04=27. 02kN ⋅m 117. 17

KV =203. 05kN ⋅m ≤0. 35f t h 0b =0. 35⨯1. 27⨯980⨯500=217. 805kN ⋅m 故可不计剪力V 的影响。

KT =539. 40kN ⋅m >0. 175f t W t =0. 175⨯1. 27⨯117. 17=26. 04N ⋅m

故只需按受弯构件的正截面受弯和纯扭构件的受扭分别进行承载力计算。

设ζ=1. 2，

A st 1KT -0. 35f t W t 539. 40⨯106-0. 35⨯1. 27⨯117. 17⨯106

≥==2. 43 s 1. 2f yv A cor 1. 2⨯. 2⨯360⨯421400

按最小配筋率ρsc , min =0. 20%

A st 1ρsv , min b

≥=0. 002⨯500÷2=0. 5mm 2/mm s n

因此，抗扭箍筋应按最小配箍筋率要求配置。选用φ8（A st1=50.3mm²），s=50.3÷0.5=100.6mm,取s=100mm，选用双肢φ8@100抗扭箍筋。

（c ）抗扭纵筋计算

A st 1=ζ

f yv A st 1u cor

f y s

=1. 2⨯

360⨯50. 3⨯2820

=1702. 15mm 2>ρst , min bh =1050mm 2, 满足要

360⨯100

求。顶梁高度较大（h=1050mm,）上层纵筋1/3Ast1=1702.15÷3=567.38mm²，选用4φ14（A=615mm²），中层纵筋1/3Ast1=1702.15÷3=567.38mm²，选用4φ14（A=615mm²），下层纵筋1/3Ast1=1702.15÷3+2716=3283.38mm²，选用11φ20（A=3456.2mm²）

（d ）翼缘抗扭钢筋计算

受压翼缘不计V 的影响，按纯扭计算。

b cor =b ' f -b -2c =2300-500-2⨯35=1730mm ， h cor =h ' f -2c =150-2⨯35=80mm u cor =2(b cor +h cor ) =2(1730+80) =3620mm

A cor =b cor h cor =1730⨯80=138400mm 2

' '

A st 1KT f -0. 35f t W tf 1. 15⨯27. 02⨯106-0. 35⨯1. 27⨯6. 75⨯106

≥==0. 42mm 2/mm 箍筋计算：s 1. 2f yv A cor 1. 2⨯. 2⨯360⨯138400

选用φ8箍筋，则s ≤

50. 3

=119. 76mm , 取s=100mm。 0. 42

ρsv =

nA sv 12⨯50. 3

==0. 201%>ρmin =0. 20%，满足最小配筋率要求。 bs 500⨯100

纵筋计算：A st 1=ζ

f yv A st 1u cor

f y s

=1. 2⨯0. 42⨯

360⨯3620

=1824. 48mm 2

360

ρst =

A sv 1824. 48==0. 36%>ρmin =0. 20%，满足最小配筋率要求。 bh 500⨯150

钢筋选12φ14 ，其实际A S =1846.8（mm 2）

二、槽墩内力计算及配筋计算

1、圆柱形中墩配筋计算

圆形中墩直径d=1200mm,柱高l=6510mm，保护层厚度c=35mm。 (1)圆形槽墩自重：25×0.25×0.6²×π×6.51=183.97kN；

(2)槽墩以上荷载（渡槽荷载及墩座荷载）：439.5+32.886=472.39kN； (3)荷载设计值产生轴向压力N G =183.97+439.5+32.886=656.35kN, (2)l0=0.5l=6510÷2=3255mm,

长细比λ=l/d=3255/1200=2.7

(5)核心面积直径d cor =d-2c=1200-2×35=1130 (6)柱截面面积A=1/4πd ²=1130400mmm²

(7)核心面积A cor =1/4πd cor ²=1002366.5mmm²>2/3A=(753600mmm²)

'

(8)A S ≤

KN -ϕf c A cor 1. 15⨯656. 35⨯1000-1⨯11. 9⨯1002366. 5

==0N ⋅m '

ϕf y 1⨯360

N 不满足要求，圆形墩钢筋柱按照构造法布置。 纵向钢筋配筋率ρmin =0.55%，

则A s ' =ρmin ×A cor =0.0055×1002366.5=5513.01mm², 圆形墩纵向钢筋选取18φ20（A=5655.6mm²），箍筋选用φ8@200。

2、墩基础配筋计算

墩基础尺寸：高1000mm ，宽2200m ，长2200m ，保护层厚度35mm 。 (1)永久荷载标准值产生的轴心压力： N1=656.35-25×0.6²×π×1=628.09kN

(2)荷载设计值计算的基底净反力值（扣除基础自重及其上的水重）

p n =

N 1628. 09==129. 77kPa A 2. 2⨯2. 2

p n 129. 77(a -h c ) 2(2b +b c ) =(2. 2-1. 2) 2⨯(2⨯2. 2+1. 2) =30. 28kN ⋅m 2424

M 1=

基础底板受力钢筋截面面积：

KM 11. 15⨯30. 28⨯106

A s ===111. 37mm 2

0. 9h 0f y 0. 9⨯(1000-35) ⨯360

ρ=

A s 111. 37==0. 005%

按照最小配筋率计算A s =ρmin bh =0. 0015⨯1000⨯2200=3300mm 2 选用22φ14（A

实际

=3385.8mm²），由于基础地面为正方形，底板另外一方向的受力钢

筋截面积相同，其配筋一致。 3、墩帽配筋计算

墩基础尺寸：高600mm ，宽1200m ，长1800m ，保护层厚度35mm 。 (1)永久荷载标准值：

N2=439.5+32.886=472.386kN V=236.19kN

(2)荷载设计值计算的墩帽底净反力值

p n =

N 2472. 386

==218. 70kPa A 1. 8⨯1. 2

p n 218. 70(a -h c ) 2(2b +b c ) =(1. 8-1. 2) 2⨯(2⨯1. 2+1. 2) =11. 81kN ⋅m 2424

M 2=

底板受力钢筋截面面积：

KM 11. 15⨯11. 81⨯106

A s ===74. 19mm 2

0. 9h 0f y 0. 9⨯(600-35) ⨯360

ρ=

A s 74. 19==0. 01%

实际

按照最小配筋率计算A s =ρmin bh =0. 0015⨯600⨯1800=1620mm 2，选用1214（A =1846.8mm²）