PAGE1-矩形渡槽設(shè)計(jì)[本科]

內(nèi)容摘要本次設(shè)計(jì)作為農(nóng)水專業(yè)本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，主要目的在于運(yùn)用所學(xué)的有關(guān)專業(yè)課，專業(yè)基礎(chǔ)知識及基礎(chǔ)課等的理論；了解并初步掌握水利工程的設(shè)計(jì)內(nèi)容，設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)步驟；熟悉水利工程的設(shè)計(jì)規(guī)范；提高編寫設(shè)計(jì)說明書和各種計(jì)算及制圖的能力。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書，說明書分為四章。第一章，基本資料。第二章，整體布置，確定渡槽的線路和槽身總長度，進(jìn)行水利計(jì)算，確定槽底縱坡以及進(jìn)出口高程。第三章，槽身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確定槽身的橫斷面尺寸，進(jìn)行槽身縱橫斷面內(nèi)力計(jì)算及結(jié)構(gòu)計(jì)算。第四章，支承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確定支承結(jié)構(gòu)的尺寸，進(jìn)行支承結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)計(jì)算，渡槽基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)計(jì)算及渡槽整體穩(wěn)定性計(jì)算。AbstractThisdesignisagraduationprojectofundergraduation.Itsmainaimistoapplywhathavebeenlearnedinclass,suchasspecializedcourses,specializedbasiccourses,basiccoursesandsoon,toinitiallymasterthecontentofdesign,themethodsofdesign,thestepsofdesignoftheirrigationproject;tohaveanintimateknowledgeofthedesignstandardoftheirrigationproject;toraisethecapacitytocompilethedesignexpositionandthecapacityofcalculationanddrawing.Accordingtothetask,thedesignexpositionismadeupoffourchapters.Chapteroneisthebasicmaterial.Chaptertwoisassignmentonthewhole,inwhichtheaqueductlineandtotallengtharedecided,andmakethehydraulicdesigntodecidetheslopeofbottomandthealtitudeofexitandentrance.Chapterthreeisthestructuredesignofaqueductbody,inwhichthecrosssectionofaqueductbodyisdecided,andcalculatetheinternalforceandthestructureofcrosssectionandverticalsection.Chapterfouristhestructuredesignofsupportstructure,inwhichthedimensionsofsupportstructurearedecided,andcalculatetheinternalforceandstructureofsupportstructure,andcalculatethestructureofaqueductfoundations,andcheckthestabilityofaqueductonthewhole.目錄TOC\o"1-3"\h\z內(nèi)容摘要 1Abstract 2第一部分設(shè)計(jì)說明書 5第一章基本材料 5第二章整體布置 7第三章槽身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 9第四章支承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 14第一節(jié)支承結(jié)構(gòu)型式及尺寸的擬定 14第二節(jié)槽墩與槽架的結(jié)構(gòu)計(jì)算 15第三節(jié)排架的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu) 18第四節(jié)渡槽的整體穩(wěn)定性驗(yàn)算 19第二部分計(jì)算書 211．槽身的水力設(shè)計(jì) 21(1)擬定槽身的縱坡i、凈寬B0和凈深H0 21(2)渡槽的進(jìn)出口高程計(jì)算 222．槽身縱向內(nèi)力計(jì)算及配筋計(jì)算 24(1)荷載計(jì)算 24(2)內(nèi)力計(jì)算 25(3)正截面的配筋計(jì)算 26(4)槽身縱向抗裂驗(yàn)算 27(5)斜截面抗剪計(jì)算 293．槽身橫向內(nèi)力計(jì)算及配筋計(jì)算 29⑴底板的結(jié)構(gòu)計(jì)算 30⑵側(cè)墻的結(jié)構(gòu)計(jì)算 32⑶肋的結(jié)構(gòu)計(jì)算 334.邊墩的結(jié)構(gòu)計(jì)算 44⑴荷載計(jì)算 44⑵抗滑穩(wěn)定計(jì)算 46⑶抗傾覆穩(wěn)定計(jì)算 46⑷基地正應(yīng)力驗(yàn)算 47⒌單排架的結(jié)構(gòu)計(jì)算 49⑴荷載計(jì)算 49⑵內(nèi)力計(jì)算 51⑶配筋計(jì)算 53⒍排架基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)計(jì)算 57⑴底板尺寸的擬定 57⑵底板的內(nèi)力計(jì)算 60⑶底板的配筋計(jì)算 61⒎渡槽的整體穩(wěn)定性驗(yàn)算 62⑴槽身的整體穩(wěn)定性驗(yàn)算 62⑵渡槽的抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算 63⑶渡槽的抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算 64⑷淺基礎(chǔ)的基底壓應(yīng)力驗(yàn)算 65參考文獻(xiàn) 67第一部分設(shè)計(jì)說明書第一章基本材料龍?zhí)稕_渡槽位于湖北浠水縣白蓮河灌區(qū)西干渠上游處，樁號為：1+800，竣工年限在1961年～1962年，經(jīng)過三十幾年的運(yùn)行，該渡槽均出現(xiàn)嚴(yán)重的老化問題（如裂縫、漏水、混凝土剝落后鋼筋外露），加之灌區(qū)面積增加和流量增大，這些渡槽已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能擔(dān)負(fù)輸水灌溉的任務(wù)，要求重建。另外，由于原渠線是沿山順下，渠線較長，本次重建時(shí)，要求裁彎取直。地形地質(zhì)情況地形情況上游渠道軸線與渡槽軸線交角60度，下游渠道軸線與渡槽軸線交角為40度，其他資料詳見地形圖。地質(zhì)情況白蓮河灌區(qū)地質(zhì)分布為：北部山區(qū)，地質(zhì)為火成巖（花崗巖），風(fēng)化層較厚；中部為丘陵；南部為沖積性平原。河床為砂卵石，覆蓋層厚度為2.0m，兩側(cè)為風(fēng)化的花崗巖，覆蓋層較薄。渡槽軸線的右斷有一平臺，高程為85.00m，黏土厚度為2.50m，擬建一段臺槽。在計(jì)算穩(wěn)定時(shí)選用相應(yīng)的區(qū)域地質(zhì)參考值。上、下游渠道基本資料上游縱坡：1/3000；下游縱坡：1/5000；邊坡：1：1.5；糙率：0.023～0.030；上下游渠底寬度基本相同：b0=5.50m；渠道的設(shè)計(jì)流量與相應(yīng)渡槽的流量相同為：設(shè)計(jì)流量為25m3/s，加大流量為30m渠道內(nèi)水深為相應(yīng)流量下的均勻流水深；渠道堤頂寬度均采用5.0m；上游渠底高程86.00m；下游渠底高程待定。本地區(qū)基本風(fēng)壓為W0=35kgf/m2，最大風(fēng)力為9級，相應(yīng)的風(fēng)速為24m/s。該渡槽橫穿龍?zhí)稕_河，河內(nèi)最大水深達(dá)到4.50m，相應(yīng)高程為65.40m，最大流速達(dá)到5.50m/s。根據(jù)灌區(qū)規(guī)劃要求，渡槽槽身上不設(shè)人行道。施工期最大人群荷載為3.0kN/m2。根據(jù)灌區(qū)規(guī)劃方案中擬定，渡槽設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為3級或查找有關(guān)規(guī)范；在渡槽進(jìn)口上游段處布置檢修閘門；槽身選用簡支矩形、加肋，底板選用梁板結(jié)構(gòu)，槽架可用鋼筋混凝土或重力墩。第二章整體布置1、渡槽的位置選擇渡槽的位置選擇是選定渡槽的中心線及槽身起止點(diǎn)的位置。本設(shè)計(jì)的渡槽的中心線已選定。具體選擇時(shí)可以從以下幾方面考慮：（1）槽址應(yīng)盡量選在地質(zhì)良好、地形有利和便于施工的地方，以便縮短槽身長度、減少工程量、降低墩架高度；（2）槽軸線最好成一直線，進(jìn)口和出口避免急轉(zhuǎn)彎，否則將惡化水流條件，影響正常輸水；（3）跨越河流的渡槽，槽軸線應(yīng)與河道水流方向盡量成正交，槽址應(yīng)位于河床及岸坡穩(wěn)定、水流順直的地段，避免位于河流轉(zhuǎn)彎處；（4）為了在渡槽或上、下游填方渠道發(fā)生事故時(shí)停水檢修，常常在進(jìn)口段或進(jìn)口前的適當(dāng)位置設(shè)置節(jié)制閘，以便與泄水閘聯(lián)合運(yùn)用，使渠水泄入溪谷或河道。2、槽身的水力設(shè)計(jì)（1）擬定槽身縱坡i、凈寬B0和凈深H0。渡槽的下游有一平臺，高程為85.00m，黏土厚度為2.50m，擬建一段臺槽。渡槽的縱坡取為i=1/400。根據(jù)計(jì)算書中的計(jì)算可得B0=3.46m，H0=2.42m。一般情況下，渡槽的槽身總長度常大于進(jìn)口前渠道的20倍。槽中水流按明渠均勻流計(jì)算。圖2—1渡槽水力計(jì)算圖(單位：cm)3．槽身支承結(jié)構(gòu)型式的選擇和布置梁式渡槽的槽身是直接擱置于槽墩或槽架之上的。為適應(yīng)溫度變化及地基不均勻沉陷等原因而引起的變形，必須設(shè)置變形縫將槽身分為獨(dú)立工作的若干節(jié)，并將槽身與進(jìn)出口建筑物分開。變形縫之間的每一節(jié)槽身沿縱向是兩個(gè)支點(diǎn)所以既起輸水作用又起縱向梁作用。根據(jù)支點(diǎn)位置的不同，梁式渡槽有簡支梁式雙懸臂梁式和單懸臂梁式三種型式。單懸臂梁式一般只在雙懸臂梁式向簡支梁式過渡或與進(jìn)出口建筑物連接時(shí)使用。簡支梁式槽身施工吊裝方便，接縫止水構(gòu)造簡單，但跨中彎矩較大，底板受拉對抗裂防滲不利。簡支梁式槽身常用的跨度為8-15m。由于該渡槽槽高較大，本設(shè)計(jì)采用簡支梁式槽身，跨度取為12.5m。梁式渡槽的槽身采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。4．跨度、跨數(shù)及輪廓尺寸的擬定槽身段長度為350米，跨度為12.5米，共28跨。第1、27、28跨為臺槽，臺槽下為重力墩支承，其他各跨均由排架支承，15米以下的高度用單排架，15米以上用雙排架。5．進(jìn)出口段的型式選擇及布置渡槽的進(jìn)出口均需設(shè)置漸變段，漸變段采用扭曲面形式，一般用素混凝土建造。漸變段的長度L通常采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，即Lj≥（4～6）h（2—1）式中Lj——進(jìn)口段取Lj≥4h，出口段取Lj≥6h；h——進(jìn)出口渠道水深。則進(jìn)口漸變段L1≥42.1=8.4m，取L1=8.4m出口漸變段L2≥6×2.85=17.1m，取L2=17.5m第三章槽身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)身槽橫剖面型式及尺寸的擬定槽身橫斷面最常用的是矩形和U形。大流量鋼筋混凝土梁式渡槽多采用斷面根據(jù)灌區(qū)規(guī)劃要求，渡槽無通航要求，且渡槽槽身上不設(shè)人行道，故為了改善槽身的橫向受力條件，沿槽頂每隔2m設(shè)一根拉桿，為了減薄側(cè)墻和底板的厚度槽身每隔2m加設(shè)一根橫肋。槽頂設(shè)人行橋，擱置于拉桿之上，以便檢修。側(cè)墻厚度為20cm，底板厚為20cm，具體形式如下：圖3—1槽身橫斷面型式圖槽身縱向內(nèi)力計(jì)算及配筋計(jì)算圖3—2槽身縱向計(jì)算簡圖根據(jù)支承形式，跨寬比及跨高比的大小以及槽身橫斷面形式等的不同，槽身應(yīng)力狀態(tài)與計(jì)算方法也不同，對于梁式渡槽的槽身，跨寬比一般都大于4.0，跨高比也比較大，故可以按梁理論計(jì)算。計(jì)算簡圖見圖2—2。槽身縱向一般按滿槽水，即水深與拉桿下緣齊平的情況設(shè)計(jì)。縱向計(jì)算中的荷載一般按勻布荷載考慮，包括槽身重力（拉桿等小量集中荷載也換算為勻布的）、槽中水體的重力及人群荷載。其中槽身自重、水重為永久荷載,而人群荷載為可變荷載。根據(jù)梁的支承形式計(jì)算縱向梁內(nèi)力，彎矩及剪力求出后，即可按受彎構(gòu)件進(jìn)行正截面及斜截面強(qiáng)度計(jì)算以及抗裂度驗(yàn)算。經(jīng)計(jì)算（具體計(jì)算過程見《計(jì)算書》2），槽身縱向配筋面積As=4427mm，選用4φ25+4φ28，鋼筋布置見圖2—3。圖3—3槽身縱向配筋圖橫向內(nèi)力計(jì)算及配筋計(jì)算由于在設(shè)計(jì)中選用了有拉桿加肋的矩形槽，所以橫向計(jì)算時(shí)沿槽長取肋間距長度上的槽身進(jìn)行分析。作用于單位長脫離體上的荷載除q（自重力加水的重力）外，，兩側(cè)還有剪力Q1及Q2，其差值ΔQ與荷載q維持平衡。ΔQ在截面上的分布沿高度呈拋物線形，方向向上，它絕大部分分布在兩邊的側(cè)墻截面上。工程設(shè)計(jì)中一般不考慮底板截面上的剪力。側(cè)墻與底板均按四邊固定支承板設(shè)計(jì)，計(jì)算條件為滿槽水，則其荷載為滿槽水時(shí)的水壓力。計(jì)算簡圖如圖2—4。圖2—4中l(wèi)1為肋間距，q1為作用于側(cè)墻底部的水壓力，q2為底板的重力與按滿槽水計(jì)算的槽內(nèi)水壓力之和。（a）（b）（c）圖3—4槽身橫向結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖經(jīng)計(jì)算（具體計(jì)算見《計(jì)算書》），底板的配筋為，順槽向內(nèi)側(cè)為φ10＠250，外側(cè)為φ8/10＠250，橫槽向內(nèi)、外側(cè)皆為φ8/10＠250。側(cè)墻的配筋均按最小配筋率配筋，順槽向、橫槽向的內(nèi)外配筋均為φ8/10＠250。肋所承受的是肋間距長度上的荷載，按有拉桿的矩形框架計(jì)算。肋和側(cè)墻、肋和底板構(gòu)成T形截面（側(cè)墻和底板是肋的翼緣），頂部是一根拉桿，順槽向的長度為肋的間距（肋兩側(cè)各取半個(gè)肋間距）。計(jì)算時(shí)由于拉桿的剛度較小，故桿端作絞接考慮，因此圖示結(jié)構(gòu)為一次超靜定，不計(jì)軸力及剪力對變位的影響，用力法可求解贅余力X1。圖3—5肋的結(jié)構(gòu)計(jì)算圖圖3—2中P0為槽頂荷載，M0為槽頂荷載對側(cè)墻中心所產(chǎn)生的力矩。求出贅余力X1后，再計(jì)算各項(xiàng)橫向內(nèi)力，計(jì)算時(shí)，彎矩以外側(cè)受拉為正，軸力以拉力為正。作出側(cè)墻及肋、底板及肋的彎矩圖、剪力圖和軸力圖（圖3—6）。圖3—6肋的各項(xiàng)內(nèi)力圖求出肋的內(nèi)力之后即可進(jìn)行側(cè)墻肋和底板肋的配筋計(jì)算。根據(jù)內(nèi)力圖選取最不利荷載組合，分別按偏心受壓構(gòu)件和偏心受拉構(gòu)件計(jì)算側(cè)墻肋和底板肋的配筋，再進(jìn)行肋的抗裂計(jì)算。經(jīng)過計(jì)算最終確定，側(cè)墻肋的內(nèi)側(cè)鋼筋選用2φ12，As＇=226mm2；側(cè)墻肋的外側(cè)鋼筋選用2φ16，As=402mm2，并按構(gòu)造要求配置φ6＠250的箍筋。底板肋的內(nèi)側(cè)鋼筋選用2φ10，As＇=157mm2，底板肋的外側(cè)鋼筋選用3φ16，As=603mm2，并按構(gòu)造要求配置φ6＠250的箍筋。圖3—7底板肋的配筋圖圖3—8側(cè)墻肋的配筋圖第四章支承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第一節(jié)支承結(jié)構(gòu)型式及尺寸的擬定梁式渡槽的支承墩、架有重力式槽墩、鋼筋混凝土槽架、混合式墩架和柱樁式槽架等型式。重力式實(shí)體墩的墩身可用石料、混凝土等材料建造，頂部順渡槽水流方向的寬度稍大于槽身支承面所需要的寬度，一般不小于0.8～1.0m，垂直渡槽水流方向的長度約等于槽身的寬度。墩頭一般采用圓形。墩身頂部用100號到200號混凝土作成墩帽，厚度不小于0.3m，四周比墩身頂部外伸5～10cm。為滿足墩體強(qiáng)度和地基承載力的要求，墩身四側(cè)常以20：1～40：1的坡度比向下擴(kuò)大，基地面則根據(jù)地質(zhì)條件適當(dāng)擴(kuò)大。梁式渡槽的邊墩常采用入土所示的擋土墻式實(shí)體重力墩，也稱槽臺，除承受承受槽身傳來的荷載外，還承受背面的填土壓力，是擋土墻式結(jié)構(gòu)，故高度一般不超過5～6m。背面坡的坡度系數(shù)一般為m=0.25～0.5。頂部也需要設(shè)置墩帽。墩下部設(shè)排水孔，孔徑4～6cm，可設(shè)1～2排，孔進(jìn)口設(shè)反濾層，出口高出地面10～30cm。梁式渡槽的槽架是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，有單排架、雙排架和A字形架等幾種型式。單排架的適應(yīng)高度一般在15m以內(nèi)，雙排架是空間結(jié)構(gòu)，在較大的豎向及水平向荷載作用下，其強(qiáng)度、穩(wěn)定及地基應(yīng)力較單排架容易得到滿足，適應(yīng)高度一般在15～25m左右。（a）邊墩斷面圖（b）重力式槽墩斷面圖圖4—1槽墩和槽架結(jié)構(gòu)的構(gòu)造與尺寸圖（c）單排架構(gòu)造尺寸圖4—1槽墩和槽架結(jié)構(gòu)的構(gòu)造與尺寸圖 第二節(jié)槽墩與槽架的結(jié)構(gòu)計(jì)算槽墩結(jié)構(gòu)計(jì)算對于重力式槽墩，通常只驗(yàn)算水平截面（主要是墩身與墩帽的結(jié)合面和墩身與基礎(chǔ)的結(jié)合面）上的正應(yīng)力，要求不出現(xiàn)拉應(yīng)力。墩身的應(yīng)力驗(yàn)算一般應(yīng)考慮如下幾種情況：①滿槽水加橫向風(fēng)荷載；②空槽加橫向風(fēng)荷載；③施工過程中槽墩兩側(cè)（順槽向）荷載不對稱作用時(shí)。由于時(shí)間關(guān)系，本設(shè)計(jì)只進(jìn)行邊墩的結(jié)構(gòu)計(jì)算。邊墩的計(jì)算條件取滿槽水。計(jì)算簡圖見圖4—2。圖4—2邊墩的計(jì)算簡圖邊墩的結(jié)構(gòu)計(jì)算主要包括：抗滑穩(wěn)定計(jì)算，抗傾覆穩(wěn)定計(jì)算，以及基地正應(yīng)力計(jì)算，最終確定邊墩及支座的構(gòu)造及尺寸。經(jīng)計(jì)算，前面設(shè)計(jì)的邊墩尺寸是合理的，結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定的。但基礎(chǔ)的尺寸偏小，應(yīng)改為5.86×3.5m2二、槽架的結(jié)構(gòu)計(jì)算單排架是由兩根鉛直肢柱與橫梁組成的單跨多層平面鋼架，鋼架平面置于橫槽向。雙排架是由四根鉛直肢柱與橫梁組織的空間鋼架，因肢柱是鉛直的，故承受橫槽向及順槽向荷載時(shí)可分解為單排架來計(jì)算，因此，僅進(jìn)行單排架的結(jié)構(gòu)計(jì)算。單排架的計(jì)算條件為滿槽水加橫向風(fēng)荷載。按圖4—3所示條件計(jì)算內(nèi)力并配筋和驗(yàn)算順槽向單柱的穩(wěn)定性。（a）（b）（c）（d）圖4—3單排架結(jié)構(gòu)計(jì)算圖作用于排架的鉛直荷載有：①槽身重力及槽內(nèi)水重力P；②槽身在橫向風(fēng)壓力P1作用下通過支座傳給肢柱的軸向拉力和壓力P＇；③排架重力，計(jì)算時(shí)將排架重力化為節(jié)點(diǎn)荷載，每一節(jié)點(diǎn)荷載等于相鄰上半柱和下半柱重力以及橫梁重力之半的總和。作用于排架的水平荷載有：①通過摩阻作用傳至立柱頂部的槽身橫向風(fēng)壓P1＇；②作用于排架立柱上的橫向風(fēng)壓力Pi（i=1，2，…）。鉛直向節(jié)點(diǎn)荷載只使肢柱產(chǎn)生軸向力。水平向節(jié)點(diǎn)荷載是反對稱的[圖4—3（a）]，但結(jié)構(gòu)是對稱的，可取一半按圖4—3（b）用“無切力分配法”計(jì)算排架的內(nèi)力。滿槽水加橫向荷載條件下，背風(fēng)面肢柱承受的軸向壓力最大，應(yīng)分別對橫槽向及順槽向進(jìn)行計(jì)算橫槽向按內(nèi)力計(jì)算成果配置受力鋼筋，順槽向[圖4—3（c）]按單柱并考慮縱向彎曲影響進(jìn)行承載能力驗(yàn)算。因風(fēng)向是可以改變的，所以兩肢柱實(shí)際配置的受力鋼筋，應(yīng)按最大的配置。經(jīng)計(jì)算，排架的橫梁雙面配筋，每面配置3φ14，As=462mm2；排架的立柱的配筋量為4φ32+2φ32，As=4449mm2，布置如下：圖4—4排架立柱的鋼筋布置圖第三節(jié)排架的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)排架基礎(chǔ)采用整體板式鋼筋混凝土基礎(chǔ)。由于這種基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)需考慮彎曲變形，故又稱為柔性基礎(chǔ)。它能在較小的埋置深度下獲得較大的基底面積，姑體積小施工方便，適應(yīng)不均勻沉陷的能力強(qiáng)，但需一定數(shù)量的鋼材。對于排架結(jié)構(gòu)，一般都采用這種基礎(chǔ)。基礎(chǔ)板的尺寸的擬定主要包括：橫槽向的長度L、順槽向的寬度B和基礎(chǔ)底板的有效厚度h0。基礎(chǔ)板的面積應(yīng)滿足地基承載力的要求。基礎(chǔ)底板的有效厚度是由基礎(chǔ)材料決定的，應(yīng)滿足沖切強(qiáng)度要求。滿槽水加橫向荷載對于底板受力最不利。在此條件下，如圖4—5所示，先計(jì)算底板端部的最大與最小地基反力強(qiáng)度σmax和σmin，然后計(jì)算底板右邊懸臂段，跨中段及左邊懸臂段的彎矩M1x，M2x和M3x。求得底板的彎矩后，可按受彎構(gòu)件計(jì)算配置鋼筋。但應(yīng)注意，橫向風(fēng)壓力是可以改變的，即圖4—5中M和V的方向轉(zhuǎn)而向右，N1和N2互換位置，底板左右的地基反力和內(nèi)力彎矩也將互換位置。因此，垂直渡槽水流方向的底板受力鋼筋應(yīng)當(dāng)對稱布置。圖4—5排架基礎(chǔ)底板內(nèi)力計(jì)算圖底板順渡槽水流方向的受力鋼筋，可將此方向底板的懸出部分按懸臂梁計(jì)算求得，荷載是地基反力減去底板重量里和板上土重力。配筋結(jié)果為：負(fù)彎矩配筋12φ28，As=7390mm2；正彎矩配筋5φ12，As=565mm2。第四節(jié)渡槽的整體穩(wěn)定性驗(yàn)算選定了各個(gè)部分的形式和布置尺寸后需驗(yàn)算渡槽及其地基的穩(wěn)定性，如不滿足要求，應(yīng)修改布置方案。位于大風(fēng)區(qū)的渡槽，輕型殼體槽身可能被風(fēng)荷掀下來。因此需驗(yàn)算槽身的整體穩(wěn)定性。槽中無水為最不利計(jì)算條件。槽墩或槽架及其基礎(chǔ)在水平荷載的作用下，可能沿基底面產(chǎn)生水平滑動。因此需進(jìn)行渡槽的抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算與抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算。計(jì)算條件：當(dāng)小時(shí)，對抗滑穩(wěn)定是不利條件，故計(jì)算槽中無水情況。即中不包括槽中水重。圖4—6渡槽及其地基穩(wěn)定計(jì)算圖為了保證渡槽工程的安全和正常運(yùn)用，基底壓應(yīng)力及其分布須滿足：①σmax≤[σ]；②基底合力偏心距應(yīng)滿足《公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定，非巖石地基上槽墩（或架）的基礎(chǔ)，要求在基本組合荷載情況下滿足e0≤0.1ρ。渡槽淺基礎(chǔ)的基底壓應(yīng)力演算按橫槽向和順槽向分別計(jì)算基底壓力而不疊加，并分別考慮各自的不利條件。橫槽向驗(yàn)算時(shí)，槽中通過設(shè)計(jì)流量或滿槽水、河道高水位加橫向風(fēng)壓力是驗(yàn)算基底合力偏心距的不利條件。經(jīng)過驗(yàn)算，渡槽的整體穩(wěn)定性符合要求。第二部分計(jì)算書1．槽身的水力設(shè)計(jì)(1)擬定槽身的縱坡i、凈寬B0和凈深H0渡槽的下游有一平臺，高程為85.00m，黏土厚度為2.50m，擬建一段臺槽。渡槽的縱坡取為i=1/400。根據(jù)計(jì)算書中的計(jì)算可得B0=3.46m，H0=2.42m。一般情況下，渡槽的槽身總長度常大于進(jìn)口前渠道的20倍。槽中水流按明渠均勻流計(jì)算。即Q=AC（1—1）式中A、C、R——分別為槽身的過水?dāng)嗝妗⒅x才系數(shù)及水力半徑；i——槽身縱坡。根據(jù)（1—1）可以推求得B0=［］（1—2）由Qj=30m3/s，n=0.014，H0/B0=0.7，i=1/400，得B0=3.455m，H0=2.419m根據(jù)（1—1）式可以推求渡槽正常水深的試算公式如下：h0=［］3/5（1—3）設(shè)計(jì)流量Q=25m3/s，經(jīng)試算h0=2.1m所以，通過設(shè)計(jì)流量時(shí)，槽中實(shí)有水面超高值為H0-h0=2.419-2.1=0.319（m）。要求超高值為h0/12+5=210/12+5=22.5（cm），小于實(shí)有值，滿足要求。故最后確定i=0.014，B0=3.46m，H0=2.42m。(2)渡槽的進(jìn)出口高程計(jì)算進(jìn)口段的布置形式較復(fù)雜，本設(shè)計(jì)選用長扭曲面，則進(jìn)口段水面降落⊿Z1=（1+ξ1）（1—4）式中v1、v——分別為上游渠道及渡槽內(nèi)的平均流速；ξ1——進(jìn)口段的水頭損失系數(shù)。根據(jù)式（1—1）可以推求渠道的試算公式如下：h=[]3/5（1—5）式中m——渠道的邊坡系數(shù)；b、h——分別為渠道的寬和高；其他符號的意義與前相同。圖1—1渡槽水力計(jì)算圖已知上游渠道的水力參數(shù)，Q=25m3/S，n=0.023，m=1.5，b=5.0m，i=1/3000，經(jīng)試算，上游渠道的正常水深h1=2.5mv1==1.081m/s已知下游渠道的水力參數(shù)，Q=25m3/s，n=0.023，m=1.5，b=5.5m，i=1/5000，經(jīng)試算，下游渠道的正常水深h2=2.85m。所以下游渠道的水流速度為v2=0.897m渡槽內(nèi)的流速為v=3.446m/s。取ξ1=0.10，則根據(jù)式（1—4）可得⊿Z2=（1+0.10）=0.600（m）槽身段的水面降落ΔZ2=iL（1—6）式中L——槽身段的長度。則⊿Z2=350=0.875（m）出口段的水面降落值ΔZ3可用下式近似計(jì)算，即⊿Z3=（1-ξ2）（1—7）式中ξ2——出口段的水頭損失。取ξ2=0.03，則根據(jù)式（1—7）可得⊿Z3=（1-0.03）=0.582（m）通過渡槽的總水頭損失ΔZ可按下式計(jì)算，即⊿Z=⊿Z1+⊿Z2-⊿Z3（1—8）則⊿Z=0.600+0.875-0.582=0.893（m）根據(jù)圖1—1所示條件可確定出以下各值（符號意義見圖1—1）：進(jìn)口槽底高程▽1=▽上+H1-⊿Z1-H（1—9）進(jìn)口槽底抬高y1=▽1-▽3（1—10）出口槽底高程▽2=▽上-iL（1—11）出口渠底高程▽下=▽2+⊿Z3+H-H下（1—12）出口渠底降落y2=▽2-▽下（1—13）進(jìn)口前渠底高程▽1=86.00m，根據(jù)前面設(shè)計(jì)流量推求可知，上游渠道水深H1=2.5m，槽中水深H=2.1m，下游水深H2=2.85m，則▽1=86.00+2.5-.600-2.1=85.9因?yàn)樯嫌吻垒^寬，故勢能降低較小，故取進(jìn)口槽底高程與上游渠底高程相同為86.00m。▽2=86.00-0.875=85.125m▽下=85.125+0.582+2.1-2.85=84.957my2=85.125-84.957=0.168m2．槽身縱向內(nèi)力計(jì)算及配筋計(jì)算根據(jù)支承形式，跨寬比及跨高比的大小以及槽身橫斷面形式等的不同，槽身應(yīng)力狀態(tài)與計(jì)算方法也不同，對于梁式渡槽的槽身，跨寬比一般都大于4.0，跨高比也比較大，故可以按梁理論計(jì)算。槽身縱向一般按滿槽水，即水深與拉桿下緣齊平的情況設(shè)計(jì)。圖2—1槽身橫斷面型式（單位：cm）(1)荷載計(jì)算根據(jù)灌區(qū)規(guī)劃方案中擬定，渡槽的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為3級，所以渡槽的安全級別Ⅱ級，則安全系數(shù)為γ0=1.0，混凝土重度為γ=25kN/m3，正常運(yùn)行期為持久狀況，其設(shè)計(jì)狀況系數(shù)為ψ=1.0，荷載分項(xiàng)系數(shù)為：永久荷載分項(xiàng)系數(shù)γG=1.05，可變荷載分項(xiàng)系數(shù)γQ=1.20，結(jié)構(gòu)系數(shù)為γd=1.2。縱向計(jì)算中的荷載一般按勻布荷載考慮，包括槽身重力（拉桿等小量集中荷載也換算為勻布的）、槽中水體的重力及人群荷載。其中槽身自重、水重為永久荷載,而人群荷載為可變荷載。槽身自重標(biāo)準(zhǔn)值g1k=γ0ψγV1=25×[0.2×4.26+0.2×2.42×2+0.6×0.2×2+0.2×0.2×3+1.0×0.1+0.4×0.2×2+0.2×6×=66.0448（kN/m）設(shè)計(jì)值g1=γG。g1k=1.05×66.0448=69.347（kN/m）水重標(biāo)準(zhǔn)值g2k=γ0ψγV29.81×[2.42×3.46-0.2×0.2×2]=81.356（kN/m）設(shè)計(jì)值g2=γG。g2k=1.05×81.356=85.424（kN/m）人群荷標(biāo)準(zhǔn)值qk=3.0×[1.2+1.0+]=7.481（kN/m）設(shè)計(jì)值q=1.2×7.481=8.978（kN/m）(2)內(nèi)力計(jì)算梁式渡槽的單跨長l=12.5m，槽高H=2.9m，則跨高比l/H=12.5/2.9=4.31≥4.0故可按梁理論計(jì)算，沿渡槽水流方向按簡支或雙懸臂梁計(jì)算應(yīng)力及內(nèi)力：圖2—2槽身縱向計(jì)算簡圖（單位：cm）計(jì)算長度l=l0-l=12.5-0.5×=12.17（m）跨中彎矩設(shè)計(jì)值為M=γ0ψ×（g1+g1+q）l2=1.0×1.0××163.749×12.172=3031.585（kN/m）跨端剪力設(shè)計(jì)值Qmax=γψ×（q+g1+g2）l=1.0×1.0××163.749×12.17=996.413（kN）(3)正截面的配筋計(jì)算對于簡支梁式槽身的跨中部分底板處于受拉區(qū)，故在強(qiáng)度計(jì)算中不考慮底板的作用，但在抗裂驗(yàn)算中，只要底板與側(cè)墻的接合能保證整體受力，就必須按翼緣寬度的規(guī)定計(jì)入部分或全部底板的作用。不考慮底板與牛腿的抗彎作用，將渡槽簡化為由兩邊側(cè)墻組成的矩形截面。渡槽處于露天（二類環(huán)境條件），則根據(jù)規(guī)范查得混凝土保護(hù)層厚c=35mm，排兩排鋼筋，所以受拉鋼筋合力點(diǎn)至截面受拉邊緣的距離a=80mm，則截面的有效高度h0=h-a=3020-80=2940mm。根據(jù)計(jì)算簡圖和截面內(nèi)力的平衡條件，并滿足承載能力極限狀態(tài)的計(jì)算要求可得兩個(gè)基本設(shè)計(jì)公式：（2—1）fcbx=fyAS（2—2）式中M——彎矩設(shè)計(jì)值，按承載能力極限狀態(tài)荷載效應(yīng)組合計(jì)算，并考慮結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0及設(shè)計(jì)狀況系數(shù)ψ在內(nèi)；Mu——截面極限彎矩值；γd————結(jié)構(gòu)系數(shù)，γd=1.20；fc——混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，混凝土選用C25，則fc=12.5N/mm；b——矩形截面寬度；x——混凝土受壓區(qū)計(jì)算高度；h0——截面有效高度；fy——鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；As——受拉區(qū)縱向鋼筋截面面積；將ξ=x/h0代入式（1—14）、（1—15），并令αs=ξ（1-0.5ξ），則有（2—3）fcξbh0=fyAs（2—4）ξ≤ξb（2—5）ρ≤ρmin（2—6）根據(jù)以上各式，計(jì)算側(cè)墻的鋼筋面積如下：==0.0842%＞ρmin=0.15%選4φ25+4φ28AS=1964+2463=4427（mm2）(4)槽身縱向抗裂驗(yàn)算受彎構(gòu)件正截面在即將開裂的瞬間，受拉區(qū)邊緣的應(yīng)變達(dá)到混凝土的極限拉伸值εmax，最大拉應(yīng)力達(dá)到混凝土抗拉強(qiáng)度ft。鋼筋混凝土構(gòu)件的抗裂驗(yàn)算公式如下：Ms≤γmαctftkW0（2—7）ML≤γMαctftkW0（2—8）式中αct——混凝土拉應(yīng)力極限系數(shù)，對荷載效應(yīng)的短期組合αct取為0.85；對荷載效應(yīng)的長期組合，αct取為0.70；W0——換算截面A0對受拉邊緣的彈性抵抗距；y0——換算截面重心軸至受壓邊緣的距離；I0——換算截面對其重心軸的慣性距；ftk——混凝土軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。混凝土的標(biāo)號為C25，鋼筋為Ⅱ級鋼，則Ec=2.8×104N/mm2，Es=2.0×105N/mm2。圖2—3抗裂驗(yàn)算截面圖（單位：cm）根據(jù)《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，選取γm值。由bf/b＞2，hf/h＜0.2，查得γm=1.40，在γm值附表中指出，根據(jù)h值的不同應(yīng)對γm值進(jìn)行修正。短期組合的跨中彎矩值=1.0×（66.045+81.356+7.481）×12.172=2867.425（kN.m）＞Ms長期組合的跨中彎矩值（人群荷載的準(zhǔn)永久系數(shù)ρ=0）＝1.0××（66.045+81.356）×12.172=2728.925（kN.m）＞Ml綜合上述計(jì)算可知，槽身縱向符合抗裂要求。(5)斜截面抗剪計(jì)算支座邊緣截面剪力設(shè)計(jì)值V=Qmax=996.413（kN）截面有效高度hw=h0=2940mm，由于h0/b=2940/400＞6.0，故截面尺寸滿足抗剪要求。混凝土截面受剪承載力因此，需配箍筋。由于在以后的橫截面配筋時(shí)也要配置箍筋，所以按橫截面受力進(jìn)行配筋計(jì)算。3．槽身橫向內(nèi)力計(jì)算及配筋計(jì)算由于在設(shè)計(jì)中選用了有拉桿加肋的矩形槽，所以橫向計(jì)算時(shí)沿槽長取肋間距長度上的槽身進(jìn)行分析。作用于單位長脫離體上的荷載除q（自重力加水的重力）外，，兩側(cè)還有剪力Q1及Q2，其差值ΔQ與荷載q維持平衡。ΔQ在截面上的分布沿高度呈拋物線形，方向向上，它絕大部分分布在兩邊的側(cè)墻截面上。工程設(shè)計(jì)中一般不考慮底板截面上的剪力。（a）（b）（c）圖3—1槽身橫向計(jì)算計(jì)算簡圖側(cè)墻與底板均按四邊固定支承板設(shè)計(jì)，計(jì)算條件為滿槽水。圖3—1中l(wèi)1為肋間距，q1為作用于側(cè)墻底部的水壓力，q2為底板的重力與按滿槽水計(jì)算的槽內(nèi)水壓力之和，根據(jù)圖2—4所示條件可得（3—1）（3—2）以上各式中γ——水的重度；γh——鋼筋混凝土的重度；δ——底板厚度。⑴底板的結(jié)構(gòu)計(jì)算q2=1.0×103×9.8×2.42+25×103×0.2=28.716（kN/m）短長邊之比l1/l2=2.0÷3.78=0.53查表[1]，按直線插值αx=0.0399，αy=0.0108，αx0=-0.0828，α0y=-0.571其中αx、αy——分別為平行于短邊和長邊方向板中心點(diǎn)彎矩系數(shù)；αx0、αy0——分別為固定邊中點(diǎn)沿短邊方向和長邊方向的彎矩系數(shù)。各彎矩值可按下式計(jì)算彎矩=系數(shù)×plx2（3—3）式中l(wèi)x——短邊邊長。則Mx=0.0399×28.716×2.02=4.583（kN.m）My=0.0108×28.716×2.02=1.241（kN.m）Mx0=-0.0820×28.716×2.02=-9.419（kN.m）M0y=-0.0571×28.716×2.02=-6.559（kN.m）根據(jù)《水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)》，板厚200mm，受力鋼筋間距取為250mm短跨方向：a=30mm，h0=170mm選用Ⅰ級鋼筋，則fC=210N/mm2，分別計(jì)算正彎矩方向和負(fù)彎矩方向的配筋量：正彎矩Mx=4.583kN.m時(shí)，選φ8/10＠250，AS=258mm2負(fù)彎矩MX0=-9.419kN.m時(shí)，選φ10＠250，AS=374mm2。長跨方向：鋼筋位于短跨方向配置的鋼筋的內(nèi)側(cè)，故a=45mm，則板的有效高度為h0=h-a=200-45=155mm，fy=210N/mm2正彎矩My=1.241kN.m時(shí)，選φ8/10＠250，AS=258mm2。負(fù)彎矩My0=-6.559kN.m時(shí)，選φ8/10＠250，AS=258mm2。⑵側(cè)墻的結(jié)構(gòu)計(jì)算由于側(cè)墻的受力為不均勻荷載，無法查表計(jì)算，故按最大值的勻布荷載進(jìn)行配筋，其結(jié)果更安全。q1=γh=9.8×103×2.42=23.716（kN.m）短長邊之比l1/h=2.0/2.42=0.826查表，按直線插值可得αx=0.0281，αy=0.0194，αx0=-0.0641，αy0=-0.0555根據(jù)式（3—3）可得，MX=0.0281×23.716×2.02=2.666（kN.m）My=0.0194×23.716×2.02=1.840（kN.m）MX0=-0.0641×23.716×2.02=-6.081（kN.m）M0Y=-0.0555×23.716×2.02=-5.265（kN.m）計(jì)算過程與底板相似，結(jié)果如下：短跨方向：正負(fù)彎矩的配筋均為φ8/10＠250，AS=258mm2；長跨方向：正負(fù)彎矩的配筋也均為φ8/10＠250，AS=258mm2。⑶肋的結(jié)構(gòu)計(jì)算肋所承受的是肋間距長度上的荷載，肋和側(cè)墻、肋和底板構(gòu)成T形截面（側(cè)墻和底板是肋的翼緣），頂部是一根拉桿，順槽向的長度為肋的間距（肋兩側(cè)各取半個(gè)肋間距）。計(jì)算時(shí)由于拉桿的剛度較小，故桿端鉸接考慮，因此圖示結(jié)構(gòu)為一次超靜定，不計(jì)軸力及剪力對變位的影響，用力法可求解贅余力X1。內(nèi)力計(jì)算圖3—2肋的結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖圖3—2中P0為槽頂荷載，M0為槽頂荷載對側(cè)墻中心所產(chǎn)生的力矩。根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)用力法解X1，列力法基本方程：δ11X1+Δ1P=0（3—4）式中δ11——基本體系在單位力X1方向產(chǎn)生的位移；Δ1P——基本體系在荷載作用下產(chǎn)生的位移。圖3—3中MP圖為所有荷載產(chǎn)生的彎矩，M1圖為單位荷載產(chǎn)生的彎矩，即令X1=1所得到的彎矩圖。MP圖圖3—4X1的計(jì)算簡圖圖3—5側(cè)墻及肋截面圖3—6底板及肋截面圖側(cè)墻及肋的慣性矩計(jì)算如下：A1=2.0×0.2+0.2×0.25=0.45（m2）底板及肋的慣性矩計(jì)算如下：A2=0.2×0.2+0.2×0.2=0.44（m2）將I1、I2、M0、q1l1、h求出贅余力X1后，可按以下各式計(jì)算各項(xiàng)橫向內(nèi)力，計(jì)算時(shí)，彎矩以外側(cè)受拉為正，軸力以拉力為正。拉桿的拉力為NL=-X1（3—5）由拉桿中心線到側(cè)墻計(jì)算截面的距離為y處的彎矩為My=-X1y+M0-γl1y3/6（3—6）離拉桿中心線距離為y處的側(cè)墻及肋的軸力Ny按下式計(jì)算（只近似考慮側(cè)墻截面承受剪力ΔQ）（3—7）式中ΔQ——作用于槽身橫截面上的計(jì)算剪力，其值等于肋間距長度上的總荷載，即縱向計(jì)算中的勻布荷載q；t——側(cè)墻的厚度；其余符號意義同前。離側(cè)墻中線距離為x處的底板及肋彎矩按下式計(jì)算（3—8）底板及肋的軸向拉力按下式計(jì)算Nd=γl1h2/2-X1（3—9）根據(jù)以上各式可作出側(cè)墻及肋、底板及肋的彎矩圖、剪力圖和軸力圖（見圖3—7）。圖3—7肋的內(nèi)力圖圖3—8側(cè)墻肋的配筋計(jì)算圖側(cè)墻與肋所構(gòu)成的T形梁的配筋計(jì)算由于側(cè)墻與肋所構(gòu)成的T形截面梁，翼緣受拉不考慮其抗彎作用，故可簡化成如圖3—8所示矩形進(jìn)行配筋計(jì)算。∴不考慮縱向彎矩的影響。內(nèi)力組合：Mmax=-55.93kN.m，N=126.17kN計(jì)算η值：，故取偏心距為實(shí)際值e0=443.3mm。，取ζ1=1.0∴判斷大小偏心，因?yàn)棣莈0=1.0191×443.3=451.77mm＞0.3h0=0.3×410=123計(jì)算AS＇及AS：對于Ⅱ鋼筋，αst=0.396按最小配筋率計(jì)算AS＇，ρmin=0.2%，所以AS＇=ρminbh0=0.2%×200×410=164（mm2）選用2φ12，AS=226mm

選用2φ16，AS=402mm斜截面受剪承載力計(jì)算：故截面尺寸滿足抗剪要求。故可不進(jìn)行斜截面受剪承載力計(jì)算，而按構(gòu)造要求配置箍筋，配筋圖如下圖所示。圖3—9側(cè)墻肋的配筋圖抗裂驗(yàn)算：一般情況需按荷載效應(yīng)的短期組合及長期組合分別驗(yàn)算，本設(shè)計(jì)因?yàn)槭谴致杂?jì)算，且可變荷載非常小，故只按荷載效應(yīng)的長期組合進(jìn)行抗裂驗(yàn)算。抗裂演算的對象為T形截面梁。基本數(shù)據(jù)：ES=2.0×105N/mm2，Ec=2.0×104N/mm2，ftk=1.75N/mm2,γd=1.75，αst=0.7。具體計(jì)算如下：換算截面面積A0=bh+（bf-b）bf+αEAs+αEAs＇=200×450+（2000-200）×200+×（226+402）=454485.7（mm2）換算截面的重心至受拉邊緣的距離換算截面對其重心的慣性矩+=85524541087（mm4）則經(jīng)過以上的驗(yàn)算可知，側(cè)墻肋的配筋滿足抗裂要求。底板與肋所構(gòu)成的T形截面梁的結(jié)構(gòu)計(jì)算根據(jù)底板的內(nèi)力圖，選取兩組內(nèi)力按偏心受拉構(gòu)件進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算。第一組內(nèi)力組合：M=55.93kN.m，N=61.93kN.m由于底板與樂所構(gòu)成的T形截面梁，翼緣受拉不起抵抗彎矩的作用，故可簡化成矩形截面進(jìn)行配筋計(jì)算。l0/h=3780÷400=9.45＞8，故需考慮縱向彎曲的影響。 ，故取偏心距e0=903mm，取ζ1=1.0。判斷大小偏心，因?yàn)棣莈0=1.0268×903=927.2（mm），所以按大偏心受拉構(gòu)件計(jì)算配筋。計(jì)算As＇及As：對于Ⅱ級鋼筋，αsb=0.396選用2φ10，As=157mm2。（偏心受拉構(gòu)件根據(jù)《水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)》不需考慮ρmin選用3φ16，AS=603（mm2）第二組內(nèi)力組合：M=44.64kN.m，N=61.93kN在此組內(nèi)力組合作用下，肋的外側(cè)受拉，所以必須通過配筋計(jì)算來保證肋外側(cè)的受拉強(qiáng)度。計(jì)算截面為T形，受拉翼緣寬度bf＇=2000mm，高度hf＇=200mm，肋寬b=200mm，故按大偏心計(jì)算。重心軸到受拉邊緣的距離為對于Ⅱ級鋼筋，αst=0.396故按第一組內(nèi)力組合求得的As=603mm2滿足第二組內(nèi)力組合的配筋要求，所以As＇=603mm2。同理可得，第一組內(nèi)力組合的As＇=157mm2抗裂驗(yàn)算：已知：Es=2.0×105N/mm2，Es=2.8×104N/mm2，ftk=1.75N/mm2，γm=1.75，αct=0.7，則換算截面面積A0=bh+（bf-b）hf+αEAs+αEAs＇=200×400+（2000-200）×200+×（157+603）=445428.57（mm2）換算截面的重心到受壓邊緣的距離換算截面對其重心的慣性矩經(jīng)過上述計(jì)算可驗(yàn)證所配鋼筋混凝土截面滿足抗裂要求。4.邊墩的結(jié)構(gòu)計(jì)算邊墩的計(jì)算條件取滿槽水的情況。由于荷載在渡槽寬度方向上認(rèn)為是勻布荷載，故結(jié)構(gòu)計(jì)算取的對象為單位寬度的邊墩。邊墩的計(jì)算簡圖如圖4—1。⑴荷載計(jì)算以單位寬度計(jì)算。已知地基土的剪切角ψ=24○，土體的濕容重為γ=18.0kN/m3，浮容重為γ＇=11.0kN/m3。邊墩自重W=0.5×2.0×25+0.5×（3.0+2.0）×4.0×25+3.5×0.5×25=318.75（kN）邊墩所承受頂部半個(gè)槽身及水重的壓力上部荷載揚(yáng)壓力γmH=9.8×3.5=34.3kN圖4—1邊墩計(jì)算簡圖水平土壓力土重W1=[0.5×2.0+2.0×（1.0+0.5）×0.5]×18.0+0.5×0.5×2.0×11.0=41.5kNW2=0.5×0.5×18.0=4.5kN⑵抗滑穩(wěn)定計(jì)算（4—1）式中Kc——安全系數(shù)；ΣW——作用于邊墩滑動面以上的鉛直力之和；f——邊墩與基礎(chǔ)接觸面的抗剪摩系數(shù)；PZV——作用于滑動面的揚(yáng)壓力；ΣP——作用于滑動面以上的水平力之和。根據(jù)地基土體的性質(zhì)，及荷載組合的方式取Kc=1.05，f=0.45。ΣW=318.75+210.583+33.693×1.0+415+4.5=609.026kNPzv=0.5×2.5×（14.209+33.187）+0.5×（33.187+44.785）×2.5=156.71kN⑶抗傾覆穩(wěn)定計(jì)算（4—2）式中Kc＇——抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)；Mr——力繞傾覆點(diǎn)的抗傾覆力矩；Ms——力繞傾覆點(diǎn)的傾覆力矩。Mr=2.0×4.5×25×1.5+0.5×4.0×1.0×25×（2.5+1/3）+3.5×0.5×25×3.5/2+33.629×1.0×（2.5+0.5）+2.5×1.0×18×（2.5+0.5）-0.5×0.5×2.0×18×（2.5+0.5/3）+0.5×0.5×2.0×（3.5-0.5/3）×11+0.5×0.5×18×0.5/2+210.583×1.0=997.847（kN.m）Ms=14.209×2.5×（2.5+2.5/2）+0.5×2.5×（44.785-33.187）×2.5/3+34.3×3.5×0.5×3.5×2/3=468.133（kN.m）⑷基地正應(yīng)力驗(yàn)算按材料力學(xué)偏心受壓公式，上下邊緣正應(yīng)力σyu、σyd為（4—3）式中ΣW——單位寬度上全部荷載的鉛直力總和（包括或不包括揚(yáng)壓力）；ΣM——單位寬度上計(jì)算截面上全部荷載對于計(jì)算截面形心的力矩總和（包括或不包括揚(yáng)壓力），以使上游面產(chǎn)生正壓應(yīng)力為正；L——計(jì)算截面沿渡槽方向的長度。取邊墩與土基相接觸的截面為計(jì)算對象：包括揚(yáng)壓力的情況：L=3.5mΣW=609.026-60.025=549.001（kN/m）ΣM=2.0×4.5×25×（-0.25）+0.5×4.0×1.0×25×（0.75+1/3）+33.396×1.25+2.5×1.0×18×1.25-0.5×0.5×2.0×18×（0.75+0.5/3）+0.5×0.5×2.0×（1.75-0.5/3）×11+0.5×0.5×18×（-1.5）+210.583×0.25-14.209×2.5×（2.5+2.5/3）-0.5×2.5×（33.693-14.209）×（2.5+2.5/3）-33.178×2.52×0.5-0.5×2.5×（44.785-33.178）×2.5/3-34.3×3.5×0.5×（3.5×2/3-1.75）=-283.454（kN）不包括揚(yáng)壓力的情況：L=3.5m∑W=609.026kN/m∑M=-203.439kN為了保證渡槽工程的安全和正常運(yùn)用，基地壓應(yīng)力及其分布必須滿足：σmax≤[σ]，σmin≥0。由于地基土的允許壓應(yīng)力為[σ]=250kN/m2，綜合以上計(jì)算，基礎(chǔ)不滿足要求。將基礎(chǔ)加寬至5.86m，即每側(cè)加寬0.5m，其他尺寸不變，則邊墩承受的荷載可以看作不變，所以有B=5.86m，L=3.5m包括揚(yáng)壓力的情況：不包括揚(yáng)壓力的情況：⒌單排架的結(jié)構(gòu)計(jì)算選最高的一根打敗排架作為計(jì)算對象，單排架的適應(yīng)高度一般在15m以內(nèi)，按15m計(jì)算，計(jì)算條件為滿槽水加風(fēng)荷載。計(jì)算簡圖見圖5—1。圖5—1排架的計(jì)算簡圖⑴荷載計(jì)算作用于排架上的鉛直荷載有：槽身傳給排架的鉛直荷載P=（g1+g2+q）l/2=（69.347+85.424+8.978）×12.5/2=1023.432（kN）槽身在風(fēng)荷載P0的作用下傳遞給的鉛直力P＇：W=KKZW0g（5—1）式中W——單位面積上的風(fēng)壓力，N/m2K——風(fēng)載體型系數(shù)；Kz——風(fēng)壓高度變化系數(shù)；W0——基本風(fēng)壓，kgf/m2；β——風(fēng)振系數(shù)。對于矩形槽身，滿槽水時(shí)取K=1.3；由于槽身的形心距離地面約16.5m，故取Kz=1.18；W0=35kgf/m2。β值與排架的自振周期有關(guān)，其自振周期T（s）可近似按下列公式計(jì)算（5—2）式中H——排架的高度，m；M——擱置于排架頂部的槽身質(zhì)量（空槽情況）或槽身及槽中水體的總質(zhì)量，kg；E——排架材料的彈性模量，N/m2；J——排架橫截面的慣性矩，m4。由于T值很小，故取β=1.0。則W=1.18×1.3×35×9.8×1.0=0.526（kN/m2）P0=Wlh=0.526×12.5×3.02=19.862（kN）單排架的重力，計(jì)算時(shí)將排架重力化為節(jié)點(diǎn)荷載，每一節(jié)點(diǎn)的荷載等于相鄰上半柱和下半柱的重力以及橫梁的重力之和。立柱重G1=2.0×0.5×0.4×25=10（kN）G2=4.0×0.5×0.4×25=20（kN）橫梁重G=4.1×0.25×0.4×25=10.25（kN）作用于排架的水平荷載有：通過摩阻作用傳至立柱頂部的槽身橫向風(fēng)壓P1＇，近似按P1＇=P0/2計(jì)算。P1＇=19.862÷2=9.931（kN）作用于排架立柱上的橫向風(fēng)壓力Pi（i=1，2，…）：根據(jù)式（5—2），取K=1.3，Kz=1.15，W0=35kgf/m2，β=1.0，得W=1.15×1.3×35×9.8×1.0=0.513（kN/m2）P1=0.513×（0.25×0.75+0.5×4.0=1.123（kN）P2=P3=P4=0.513×0.5×4.0=1.026（kN）⑵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)荷載是反對稱的，而結(jié)構(gòu)是對稱的，故可取一半按圖5—2，用“無剪力分配法”計(jì)算排架的內(nèi)力。圖5—2排架內(nèi)力計(jì)算簡圖抗彎剛度系數(shù)：固端彎矩：計(jì)算分配系數(shù)：∴μBA=0.267，μBC=0.2，μBI=0.533。同理可得μCB=μCD=0.25，μCH=0.5；μDC=μDE=0.25，μDG=0.5 μED=0.333，μEF=0.667 力矩分配與傳遞計(jì)算如下：ABBABIBCCBCHCDDCDGDEEDEFμ0.270.530.20.250.50.250.250.50.250.3330.67c0-10-1-10-1-10-1-10m-22.1-22-24.2-24.2-26.2-26.2-21-21.2B,D-12.412.424.79.254-9.25-11.911.8523.711.9-11.9C,E-17.917.8735.7417.87-17.9-1111.0122B,D-4.774.779.533.574-3.57-7.227.21914.47.22-7.22C,E-2.72.6995.3972.699-2.7-2.42.4044.82B,D-0.720.721.440.54-0.54-1.281.2762.551.28-1.28E,D-0.450.4540.9080.454-0.45-0.40.4250.85B,D-0.120.120.240.0910.220.440.22Σ-40.1-4.135.9-31.7-16.542.05-25.5-26.741.114.5-27.727.7M圖Q圖N圖圖5—3排架內(nèi)力圖⑶配筋計(jì)算根據(jù)內(nèi)力計(jì)算所得內(nèi)力（M，N，V），按最不利情況進(jìn)行組合后，即可進(jìn)行排架的承載力計(jì)算，以確定截面尺寸和配置鋼筋。橫梁的配筋計(jì)算：為施工方便所有梁的配筋情況相同，按最不利荷載布置，即根據(jù)C—C＇梁的彎矩圖進(jìn)行計(jì)算，Mmax=42.045kN.m。取a=35mm，則h0=400-35=365mm選3φ14，As=462mm2。由于橫梁上下均受彎，故需在上下兩邊緣都配筋。立柱的配筋計(jì)算：滿槽水加橫向荷載條件下，背風(fēng)面肢柱承受的軸向壓力最大，應(yīng)分別對橫槽向及順槽向進(jìn)行計(jì)算。橫槽向按排架內(nèi)力計(jì)算成果配置受力鋼筋，順槽向按單柱并考慮縱向彎曲影響進(jìn)行承載能力驗(yàn)算。立柱的橫槽向抗彎計(jì)算：Mmax=58.207kN.ma=35mm，h0=400-35=365（mm）選2φ20，As=628mm2。由于風(fēng)向是可以改變的，故立柱需雙面配筋。立柱的縱槽向抗壓承載力計(jì)算：Nmax=1165.005kN因?yàn)閘0/h=15/0.4=37.5，故縱向彎曲影響系數(shù)ψ=0.36。選4φ32+2φ28，AS=3217+1232=4449（mm2）綜合立柱的橫向及縱向強(qiáng)度計(jì)算，配筋如圖。圖5—4立柱截面配筋圖立柱的縱向強(qiáng)度復(fù)核：排架施工時(shí)順槽向的計(jì)算簡圖見圖5—5。圖5—5排架施工時(shí)順槽向的計(jì)算簡圖圖5—5中，N3＇代表排架自重，N2＇為半跨槽身自重，N2＂為施工荷載，N3為柱頂鉛直荷載，M0為兩側(cè)荷載不對稱而產(chǎn)生的力矩。，取ζ=1.0ηe0=2.535×255.9=648.6（mm）＞0.3h0=138mm對稱配筋則故2φ32+1φ28，即As=1608+615.8=2223.8mm2滿足要求。牛腿的抗剪復(fù)核：Fsv=（66.045+81.356+7.481）×12.5÷4=484.006（kN）取β=0.80，ftk=1.75Fhs=0，b=400mm，a=50×2/3+50=83.3（mm），h0=500-35=465（mm）選4φ12，As=452mm2。⒍排架基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)計(jì)算⑴底板尺寸的擬定基礎(chǔ)半的面積應(yīng)滿足地基承載力要求，橫槽向的長度L和順槽向的寬度B，可按以下經(jīng)驗(yàn)公式初步擬定B≥3b1，L≥s+5h1（6—1）式中s——兩肢柱間的凈距；b1，h1——肢柱橫截面長邊和短邊的邊長。s=4.1m，b1=0.5m，h1=0.4m，則B≥3×0.5=1.5m，取B=1.7m。L≥4.1+5×0.4=6.1m，取L=6.3m。基礎(chǔ)底板的最小厚度是由基礎(chǔ)材料的沖切強(qiáng)度決定的。底板的有效高度h0應(yīng)滿足按下式計(jì)算的沖切強(qiáng)度要求KQc≤0.75RlSh0（6—2）式中K——沖切強(qiáng)度安全系數(shù)，2、3級建筑物取K=2.2，4、5級建筑物取K=2.1；Qc——沖切荷載，取局部荷載N減去沖切破壞錐體底面范圍內(nèi)的荷載（地基反力）；Rl——材料的抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度；S——沖切破壞錐體寫截面的上邊長bs與下邊長bx的平均值，S=（bs+bx）/2。圖6—1基礎(chǔ)的沖切強(qiáng)度計(jì)算圖沖切荷載Qc按下式計(jì)算Qc=Aσt（6—2）式中A——計(jì)算沖切荷載時(shí)取用的多邊形的面積（圖中的陰影面積）；σt——在荷載作用下基礎(chǔ)底面單位面積上的地基反力（可扣除基礎(chǔ)重力及基礎(chǔ)頂面土重力），當(dāng)為偏心荷載時(shí)可取最大的單位反力。整體板式基礎(chǔ)的地基反力按直線分布用下式計(jì)算：（6—3）圖6—2底板內(nèi)力計(jì)算圖計(jì)算圖見圖6—2，圖中，N1，N2，V和M是豎向及橫向（垂直渡槽水流方向）荷載作用下通過排架柱傳到基礎(chǔ)板頂面的鉛直力，水平流利和力矩，板的橫向長度為L，高度為