水工渡槽课程设计

q7k
q8k
q9k
q10k
人 群 荷 载 可变荷 载设计 值
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
槽内 水重
人群 荷载
q
任务1:槽身横向结构计算
（1）人行桥设计 1）尺寸拟定
按受弯构件计算 取h外=80mm，h内=100mm。
2）计算简图
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
KM 2 s 2 f cbh0
1 1 2 s
f cbh0 As fy
＜0.85ξb=0.468
>ρminbh0
计算结果见表1。
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
跨中截面内力计算： 底板自重 侧向水压力 标准值 g6k=γ砼bh 计算值 g6 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：
槽身纵向设计
底 板设 计
尺寸拟定
侧墙设计
尺寸拟定 计算简图 荷载计算 正截面承载力计算 抗裂验算
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
计算简图
内力计算 配筋计算 抗裂验算
各种可能的荷载
永久荷 载标准 值
gk
g1k 栏 杆 自 重
g2k
g3k 人行 桥荷 载
按斜截面受剪承载力计算步骤计算。。
Vcs 0.7 f t bh0 1.25 f yv Asv h0 s
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：
2 M k ( gik qik )l0 /8
=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
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
g6k
g7k 人行 道板 及栏 杆重
g8k 侧 墙 自 重
g9k 底 板 自 重
底板 自重
永久荷 载设计 值值 பைடு நூலகம்变荷 载标准 值
g q` 3k q11 k 槽 内 水 重 （ 设 计） q12 k 槽 内 水 重 （ 校 核）
qk
q1k
q2k
q3k
q4k
q5k
q6k 水位 为槽 身一 半时 的侧 向水 压力
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
（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
尺寸拟定 计算简图 荷载计算 内力计算 配筋计算
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
支座边缘剪力计算值：
V ( gi qi )ln / 2
（4）正截面承载力计算
取as=100mm，h0=h－as=2950－100=2850mm
s
KM 2 f cbh0
1 1 2 s
＜0.85ξb
As f cbh0 fy
（5）斜截面受剪承载力计算
KV 与0.7ftbh0与0.2 fcbh0比较。
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
标准值 设计值
(满槽水深)
H2
标准值 设计值 人行桥传来弯矩
q5k=γ水bH2 q5= γQq5k M桥
4）正截面承载力计算 1-1断面：
M1 1 q4 H 12 M 桥 6
2 1
2 1
1 M 2 q5 H 22 M 桥 6
2-2断面：
1 M 2 Q 水 ( H1 x ) 3 M 桥 6 1 M 2 Q 水 ( H 2 x) 3 M 桥 6
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；
底板自重标准值 底板自重计算值
g8
g9k 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 q12 （正常水深） （满槽水深）
3.内力计算 跨中弯矩计算值
2 M ( gi qi )l0 /8
KM s 2 f cbh0
1 1 2 s 1 1 2 0.0451 0.0462 0.85 b
f cbh0 101000 0.0462 70 As 154mm2 fy 210
＞ρminbh0=0.0015×1000×70=105mm2 选配Φ12@300（实配钢筋面积As=377mm2）
1-1截面配筋计算 取as=30mm，h0=h－as=300－30=270mm
KM 1 s 2 f cbh0
1 1 2 s
＜0.85ξb
f cbh0 ＞ρminbh0 As fy
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
任务2:槽身纵向结构计算
（1）计算简图 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。
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
g7k
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
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
m ct f tk A0W0 Nk e0 A0 mW0
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。
e0=Mk/Nk 判断大小偏心受拉构件
m ct f tk A0W0 Nk e0 A0 mW0
底板支座临水面满足抗裂要求。
②底板跨中截面： （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）
跨中的轴向力和弯矩为：
Nck=qk H /2
M ck M c1k M c 2k gMc3k
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 2 x=1m 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)
H1
Q 1.2
q4k=γ水bH1 q4= γQq4k
Q 1.1
截面位置 受拉钢筋 受压钢筋
支 座
（上表面）
跨 中
（下表面）
4）抗裂验算 ①底板支座截面
底板上部支托边临水面受拉，应 进行抗裂验算。
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。
m ct f tkW0 A0 Nk e0 A0 mW0
表1
截面 厚度h （mm）
侧墙横向配筋计算
弯矩M （kN· m） 计算钢筋面积 （mm2） 实配钢筋面积 （mm2）
1–1
300
2–2
260
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 2 M k q5k H2 / 6 ( g3k q1k )l0 /2 查表得：混凝土拉应力限制系数αct=0.85，HRB335级钢筋
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。
荷载列表 g1k---栏杆自重 g1
q2k---人群荷载
g3k---人行桥标准荷载 q3----人行桥人群荷载 …….
q2
g3 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
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。
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：
Nk qk H / 2
满槽水深对应的情况
M k M k1 M k 2 M k 3 M k 4
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
Ec=3.00×104N/mm2。
αE=6.67，ρ=As/（bh0）=1884/（200×2850）=0.0033
底板计算简图
3）内力计算和配筋计算 支座截面： 可以只计算校核水深情况。
N A q5 H 2 / 2
2 M A q5 H2 / 6 M桥 N A h / 2
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
Nc=q6H3/2
M c ( g6 q6 )B / 8 q6 H / 6 g l / 2
2 2 3 2 3 0
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
计算钢筋面积（mm2） 实配钢筋面积（mm2） 受拉钢筋 受压钢筋