资源描述
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=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 /500,5.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,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=2.75 kN/m
设计值 g3=γG g3k=1.05×2.75=2.89 kN/m
人群荷载： 标准值 q3k=q1kb=2×1=2 kN/m
设计值 q3=γQ q3k=1.2×2=2.4 kN/m
4）内力计算
取l0=1.1l=1.1×0.8=0.88m
M= (g3＋q3)l02/2=[(2.89＋2.4)
×0.882/2]=1.84 kN·m,5）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）,荷载列表,g1k---栏杆自重 g1
q2k---人群荷载 q2
g3k---人行桥标准荷载 g3
q3----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 = 98 mm）；
侧墙底部厚度为h下=300mm（要求不小于150mm）；纵向取单位宽度b=1000 mm。
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=H2,x=1m,,,2,2,,1,1,,3）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,H1,,H2,,,1-1断面：,4）正截面承载力计算,,,2-2断面：,,,,,,,,,,,,,,,,2,1,,,1,2,1-1截面配筋计算
取as=30mm，h0=h－as=300－30=270mm,,,,,＜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=270mm,,,＜0.85ξb=0.468,,>ρminbh0,,,,,,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：,,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/Ec,,,,,y0=（0.5+0.425αE ρ）h
I0=（0.0833+0.19αEρ）bh3
W0=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：,,,,支座截面配筋计算：
取a=a′ =30mm，h0=h–a=300–30=270mm
e0=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。,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。,,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：,,,,,,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,,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=qk H /2,,,,,（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,,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,,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,,,,支座边缘剪力计算值：,,,,（4）正截面承载力计算,取as=100mm，h0=h－as=2950－100=2850mm,,,＜0.85ξb,,,（5）斜截面受剪承载力计算,KV 与0.7ftbh0与0.2 fcbh0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。,,,（6）变形验算,（1）内力组合值,一个侧墙受到的弯矩为：
=1131.7kN·m,,（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,,,Bs= 0.85EcI0
B=0.65Bs,（3）挠度计算,,＜[ 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：,,其中：q=g7＋g8＋g9＋q10＋q12=73.1 kN/m，l=11.3m,=1244.0 kN·m ＞ M=1166.8 kN·m,,2）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。,,,=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。,,
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