水利学院渡槽毕业设计

　广东水利电力职业技术学院 11 届毕业设计——渡槽设计

　1

　 渡槽设计

　专 业 与 班 级 :

　 学 生 姓 名:

　 完 全 学 号:

　 指导教师姓名:

　 设计提交日期:

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　2 目

　录

　 一、基本资料 ............................................................................................ 2 二、槽身的水力设计 ................................................................................ 5 1.槽身过水断面尺寸的确定 .................................................................... 5 ①渡槽纵坡 i 的确定 ........................................................................ 5 ②槽身净宽 B 0 和净深 H 0 的确定 ....................................................... 5 ③安全超高 ........................................................................................ 6 2.进出口渐变段的型式和长度计算 ........................................................ 6 ①渐变段的型式 ................................................................................ 6 ②渐变段长度计算 ............................................................................ 6 3.水头损失的计算 .................................................................................... 7 ①进口水面降落 Z1 ........................................................................... 7 ②槽身沿程水头损失 ........................................................................ 8 ③出口水面回升 ................................................................................ 8 ④渡槽总水头损失 ............................................................................ 8 4.渡槽进出口底部高程的确定 ................................................................ 8 三、槽身的结构设计 ................................................................................ 9 1.槽身横断面形式 .................................................................................... 9 2.槽身尺寸的确定 .................................................................................... 9 3.槽身纵向内力计算及配筋计算 .......................................................... 10 ①荷载计算 ...................................................................................... 10 ②内力计算 ...................................................................................... 11

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　3 ③配筋计算 ...................................................................................... 11 ④底部小梁抗裂验算 ...................................................................... 12 ⑤底部小梁裂缝宽度验算 .............................................................. 13 4.槽身横向内力计算及配筋计算 .......................................................... 13 ①荷载计算 ...................................................................................... 13 ②内力计算 ...................................................................................... 13 ③底板配筋计算 .............................................................................. 15 ④底板横向抗裂验算 ...................................................................... 16 ⑤侧墙配筋计算 .............................................................................. 17 ⑥侧墙抗裂验算 .............................................................................. 17 四、槽架的结构设计 .............................................................................. 18 1.槽架尺寸拟定 ...................................................................................... 18 2.风荷载计算........................................................................................... 20 ①作用于槽身的横向风压力 .......................................................... 20 ②作用于排架的横向风压力 .......................................................... 20 3.作用于排架节点上得荷载计算 .......................................................... 21 ①槽身传递给排架顶部的荷载 ...................................................... 21 ②作用于排架节点上得横向风压力 .............................................. 22 4.横向风压力作用下的排架内力计算 .................................................. 22 ①计算固端弯矩 .............................................................................. 22 ②计算抗变劲度 .............................................................................. 22 ③计算分配系数和查取传递系数 .................................................. 22

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　4 ④计算杆端弯矩 .............................................................................. 23 ⑤计算剪力和轴向力 ...................................................................... 23 5.横杆配筋计算 ...................................................................................... 23 ①正截面承载力计算 ...................................................................... 24 ②斜截面承载力计算 ...................................................................... 24 6.立柱配筋计算 ...................................................................................... 25 ①正截面承载力计算 ...................................................................... 25 ②斜截面承载力计算 ...................................................................... 26

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　5 一、基本资料

　某灌溉工程干渠需跨越一个山谷,山谷两岸地形对称.按规划,在山谷处修建钢筋混凝土梁式渡槽.山谷谷底与渠底间最大高差 8 米,岩石坚硬.渡槽混凝土槽壁表面较光滑(n=0.014),设计流量 1 米3 /s,加大流量 1.1 米 3 /s,渡槽长度为 80米,每跨长度取为 10 米,共 8 跨.渡槽上游渠道为矩形断面,宽 1.2 米,设计水深h 1 =0.98 米,上游渠底高程 25.00 米.渡槽下游渠道为矩形断面,宽 1.2 米,渠道糙率 n=0.025,设计水深 h 2 =0.92 米.

　 二、槽身的水力设计

　(一)槽身过水断面尺寸的确定

　1.渡槽纵坡 i 的确定 在相同的流量下,纵坡i大,过水断面就小,渡槽造价低;但i大,水头损失大,减少了 下游自流灌溉面积,满足不了 渠系规划要求,同时由于流速大可能引起出口渠道的冲刷.因此,确定一个适宜的底坡,使其既满足渠系规划允许的水头损失,又能降低工程造价,常常需要试算.一般常采用底坡 i=1/500～1/1500,槽内的经济流速 1～2 米/s. 初定取底坡 i=1/800.

　2.槽身净宽 B 0 和净深 H 0 的确定 因 L=80 米>15h 1 ,即按明渠均匀流计算: 2/3 1/21nQ AR i  式中

　A——槽身的过水断面; R——槽身的水力半径 n——槽身的粗糙系数 i——槽身纵坡.

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　6 首先根据通过加大流量mQ 槽中为满槽水情况拟定 B 0 和 H 0 值. 净深H 0

　净宽 B 0

　过水断面 A 湿周 x 水力半径 R 纵坡 i 流量 Q米 深宽比h/b 0.7600

　1.2000

　0.9120

　2.7200

　0.3353

　0.00125

　1.1116

　0.63

　0.8000

　1.1000

　0.8800

　2.7000

　0.3259

　0.00125

　1.0525

　0.73

　0.8400

　1.1000

　0.9240

　2.7800

　0.3324

　0.00125

　 1.1197

　0.76

　0.8300

　1.1000

　0.9130

　2.7600

　0.3308

　0.00125

　 1.1028

　0.75

　0.8200

　1.1000

　0.9020

　2.7400

　0.3292

　0.00125

　 1.0860

　0.75

　由Q 米 =1.1米3 /s,n=0.014,H0 / B 0

　=0.75,i=1/800,试算得出B 0 =1.1米,H 0 =0.83米.计算所得流量稍大于加大流量,故满足要求.

　再由 B 0 =1.1 米,试算正常水深. 净深 h 0

　净宽 B 过水断面 A 湿周 x 水力半径 R 纵坡 i 流量 Q米 深宽比h/b 0.7000

　1.1000

　0.7700

　2.5000

　0.3080

　0.00125

　0.8869

　0.64

　0.7500

　1.1000

　0.8250

　2.6000

　0.3173

　0.00125

　0.9692

　0.68

　0.7600

　1.1000

　0.8360

　2.6200

　0.3191

　0.00125

　 0.9858

　0.69

　0.7700

　1.1000

　0.8470

　2.6400

　0.3208

　0.00125

　 1.0025

　0.70

　0.7800

　1.1000

　0.8580

　2.6600

　0.3226

　0.00125

　 1.0191

　0.71

　由 Q 米 =1 米3 /s,n=0.014,H0 / B 0 =0.70,i=1/800,试算得出 h 0 =0.77 米.计算所得流量稍大于设计流量,故满足要求.

　 3.安全超高 h 

　为了 防止因风浪或其他原因而引起侧墙顶溢水,侧墙应有一定的超高.按建筑物的级别和过水流量不同,超高 h  可选用 0.2～0.6 米.

　本渡槽安全超高取 h  =0.2 米.

　(二)进出口渐变段的型式和长度计算

　 1.渐变段的型式

　 本渡槽选用圆弧直墙渐变段.

　2.渐变段长度计算

　渠道与渡槽的过水断面,在形状和尺寸均不相同,为使水流平顺衔接渡槽进出口均需设置渐变段.本渡槽采用圆弧直墙式,渐变段的长度 Lj 通常采用经验公式计算.

　 L j =C(B1－ B2) 式中

　C——系数,进口取 C=1.54～2.57;出口取 C=2.57～3.56; B1——渠道水面宽度; B2——渡槽水面宽度.

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　7 进口渐变段长度 L 1 =C(B1－ B2)=2.0×(1.2－1.1)=0.2 米 出口渐变段长度 L 2 =C(B1－ B2)=3.0×(1.2－1.1)=0.3 米 进口渐变段长度取 L1=0.2 米;出口渐变段长度取 L2=0.3 米.

　(三)水头损失的计算 水流经过渡槽进口段时,随着过水断面减少,流速逐渐加大,水流位能一部分转化为动能,另一部分因水流收缩而产生水头损失,因此进口段将产生水面降落Z 1 ;水流进入槽身后,基本保持均匀流,沿程水头损失 Z 2 =iL;水流经过出口段时,随着过水断面增大,流速逐渐减小,水流动能因扩散而损失一部分,另一部分则转化为动能,而使出口水面回升 Z 2 ,从而与下游渠道相衔接(如图所示).

　1.进口水面降落 Z1 进口段水面降落

　 g v v Z 2 / ) )( 1 (2121 1   

　式中

　v 1 、v——分别为上游渠道及渡槽内的平均流速;

　1——进口段局部水头损失系数,与渐变段形式有关.圆弧直墙为 0.2,门槽损失系数为 0.05. 上游渠道流速

　 v 1 =Q/A1=1/(1.2×0.98)=0.850 米/s 槽内的流速

　v=Q/A=1/(1.1×0.77)=1.1806 米/s 进口水面降落

　 1Z =(1+0.25)(2 2850 . 0 1806 . 1  )/(2  9.81)=0.0428 米

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　8

　 2.槽身沿程水头损失

　Z 2 =iL 式中 i、L——槽身纵坡和长度. 槽身沿程水头损失

　2Z =iL=80/800=0.1 米

　3.出口水面回升 g v v Z 2 / ) )( - 1 (2222 3  

　式中

　 v 2 、v——分别为上游渠道及渡槽内的平均流速;

　 2——出口段局部水头损失系数,与渐变段形式有关.圆弧直墙为 0.5. 下游渠道流速 V 2 =Q/A2=1/(1.2×0.92)=0.9058 米/s 出口水面回升

　 3Z =(1-0.5)(2 29058 . 0 1806 . 1  )/(2  9.81)=0.0146 米

　4.渡槽总水头损失 3 2 1Z Z Z Z     =0.028+0.1－0.0146=0.1134 米

　(四)渡槽进出口底部高程的确定

　 已知渡槽上游渠道出口断面高程3 =25.00 米,通过设计流量时水深1h =0.98米,槽中水深 h=0.77 米,进口渐变段水面降落 1Z 0.0428 米,槽身沿程水面降落2Z =0.1 米,出口渐变段水面回升3Z =0.0146 米,下游渠道水深 m h 92 . 02 . 将以上各值代入,可求得: 进口槽底高程: h Z     1 1 3 1h

　 =25.00+0.98-0.0428-0.77=25.1672米 进口槽底抬高: h Z y       1 1 3 1 1h

　 =25.1672-25=0.1672米

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　9 出口槽底高程: iL Z       1 2 1 2

　 =25.1672-0.1=25.0672米 出口渠底降低: h Z y   3 2 2h

　 =0.92-0.0146-0.77=0.1354米 出口渠底高程:2 3 2 2 2 4h Z h y         

　 =25.0672-0.1354=24.9318米

　 三、槽身的结构设计

　(一)槽身横断面形式 本渡槽采用矩形断面.

　(二)槽身尺寸的确定 根据前面计算结果,槽内净宽 B＝1.1 米,加大水深 H=0.83 米,安全超高 h  =0.2米,设底板厚 0.12 米,侧墙厚 0.10 米,底部小梁高 0.10 米.

　 侧墙高 H1=0.83＋0.2＋0.12+0.10=1.25 米.

　矩形槽身的侧墙兼做纵梁用,但其薄而高,且需承受侧向水压力作用,因此,设计时除考虑强度外,还考虑了 侧向稳定要求.以侧墙厚度t与墙高1H 的比值作为衡量指标,其经验数据为(对于设拉杆的矩形槽):1/12—1/16.因本渡槽不设拉杆,侧墙适当加厚,侧墙厚度 t 取 0.10 米.贴角 450 ,边长 0.10 米.

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　槽身基本尺寸

　 (三)槽身纵向内力计算及配筋计算 根据设计流量 0.7 米3 /s<5 米 3 /s,工程级别为5级,渡槽的设计标准为 5级,所以渡槽的安全级别Ⅲ级,则安全系数为γ 0 =0.9,钢筋混凝土重度为γ=25kN/米3 ,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γ G =1.05,可变荷载分项系数γ Q =1.20,结构系数为γ d =1.2.纵向计算中的荷载一般按匀布荷载考虑,包括槽身重力/槽中水体的重力.

　1.荷载计算 槽身的自重标准值 g k1 =25×［2×(0.10×1.25)＋0.12×1+2*0.1×0.1/2］=9.5kN/米 槽中水体的重力标准值

　g k21 =0.83×1×9.81=8.14 kN/米 永久标准荷载标准值 g k =9.5＋8.14=17.64 kN/米 永久标准荷载设计值 g=γ G g k =1.05×17.64=18.52 kN/米

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　2.内力计算

　纵向内力计算简图

　梁式渡槽的单跨长 L=10 米,槽高 B=1.1 米,则跨宽比 L/B=10/1.1=9.09≥4.0 故可按梁理论计算,沿渡槽水流方向按简支梁计算应力及内力: 结构安全级别为Ⅲ级,则安全系数为γ 0 =0.9; 正常工作时,设计状况系数ψ=1.0 跨中截面弯矩设计值 米=γ 0 ψ×81gl2 =0.9×1.0×81× 18.52× 102

　=208.35 KN·米 支座边缘截面剪力设计值 V=γ 0 ψ×21gl =0.9×1.0×21×18.52×10

　 =83.34kN

　 3.配筋计算 对于简支梁式槽身的跨中部分底板处于受拉区,故在强度计算中不考虑底板的作用. 渡槽处于露天(二类环境条件),则根据规范查得混凝土保护层厚 c=25 米米,所以受拉钢筋合力点至截面受拉边缘的距离 mm a s 35  ,则截面的有效高度mm a h hs1215 35 12500     .

　 γ d ——结构系数,γ d =1.20;

　f c ——混凝土轴心抗压强度设计值,混凝土选用 C25,则 f c =12.5N/米米;

　b——矩形截面宽度;

　x——混凝土受压区计算高度;

　h 0 ——截面有效高度;

　f y ——钢筋抗拉强度设计值,取 f y =310N/米㎡;

　A s ——受拉区纵向钢筋截面面积;

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　20bh fMcds  = 068 . 01215 100 2 5 . 1210 35 . 208 2 . 126   

　544 . 0 070 . 0 068 . 0 2 1 1 2 1 1          b s  

　 2686 310 / 1215 070 . 0 2005 .12 mmfh b fAyo cs     

　% 15 . 0 % 282 . 01215 200686min     osbhA 选 4φ16

　 A S =804(米米2 )

　 4.底部小梁抗裂验算 2/ N 75 . 1 25 C mm f tk 混凝土强度标准值，为 — —

　2 4/ N 10 80 . 2 25 C mm E c  混凝土的弹性模量，为 — —

　2 5/ N 10 0 . 2 mm E s  —钢筋的弹性模量，为 —

　55 . 1 性系数，为 —矩形截面抵抗矩的塑 —mr

　143 . 7 ) 10 8 . 2 /( 10 0 . 2 /4 5    c s EE E 

　% 33 . 0 ) 1215 200 /( 804 ) /(0    bh A s 

　mm h yE52 . 637 1250 %) 33 . 0 143 . 7 425 . 0 5 . 0 ( ) 425 . 0 5 . 0 (0         

　4 10 3 3010 429 . 3 1250 200 %) 33 . 0 143 . 7 19 . 0 0833 . 0 ( ) 19 . 0 0833 . 0 ( mm bh IE           46 . 1 55 . 1 ) 1250 / 300 7 . 0 ( 55 . 1 ) / 300 7 . 0 (        h r m

　荷载效应的长期组合,取 70 . 0 ct

　m KNy hIr f W r fm tk ct m tk ct     13 . 10052 . 637 125010 429 . 346 . 1 75 . 1 70 . 010000 

　底部小梁不满足抗裂要求.

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　13 5. 底部小梁裂缝宽度验算 长期荷载组合时,   mm r 25 . 0 , 9 . 0max 0  

　受弯构件 0 . 11  ,变形钢筋 0 . 12  ,荷载长期组合 6 . 13  , mm a s 35  ,c=25 米米 有效配筋率 057 . 0200 35 28042   b aAAAssteste

　按长期组合验算最大裂缝宽度 260/ 2 . 245804 1215 87 . 010 35 . 20887 . 0mm NA hMssl   

　  mm mmdcEte ssl25 . 0 20 . 0)057 . 0161 . 0 25 3 (10 22 . 2456 . 1 0 . 1 0 . 1 ) 1 . 0 3 (max53 2 1 max              满足要求.

　(四)槽身横向内力计算及配筋计算

　 1.荷载计算 按沿水流方向与垂直水流方向取单位长度来计算.

　永久荷载设计值=永久荷载分项系数 r G ×永久荷载标准值 G k (其中 r G ＝1.05),

　 沿槽身纵向取 1.0 米常的脱离体,按平面问题进行横向计算. 作用在脱离体上的荷载两侧的剪力差(△Q＝Q 2 －Q 1 )平衡,侧墙与底板交结处可视为铰接.

　2.内力计算

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　横向内力计算简图

　 当水深 h=0.76 米侧墙下部及底板上部最大负弯矩设计值:

　m kn rh M Mb a         84 . 0 83 . 0 81 . 9610 . 1 9 . 0613 30 

　(r 为水的重度)

　底板跨中正弯矩设计值cM :

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　 ) (41 . 0935 . 0 6 . 0 ) 12 . 0 25 83 . 0 81 . 9 (210 . 1 9 . 061) (2123 20为混凝土的重度   m knrh l r rh Mh c          

　轴向拉力设计值

　 m kn rh N Nb a/ 041 . 3 83 . 0 81 . 9210 . 1 9 . 0212 20        

　当水深 h 为一半计算跨度时,底板跨中最大正弯矩设计值cM :

　m knrh l r rh Mh c          78 . 0117 . 0 6 . 0 ) 12 . 0 25 5 . 0 81 . 9 (210 . 1 9 . 061) (2123 20  

　3.底板配筋计算 渡槽处于露天(二类环境条件),则根据规范查得混凝土保护层厚 c=25 米米,排两排钢筋,所以受拉钢筋合力点至截面受拉边缘的距离 mm a s 35  ,则截面的有效高度 mm a h hs85 35 1200     .

　 γ d ——结构系数,γ d =1.20;

　f c ——混凝土轴心抗压强度设计值,混凝土选用 C25,则 f c =12.5N/米米;

　b——矩形截面宽度;

　h 0 ——截面有效高度;

　f y ——钢筋抗拉强度设计值,取 f y =310N/米㎡;

　A s ——受拉区钢筋截面面积; (1)底板上部配筋

　20bh fMcds  = 01 . 085 1100 5 . 1210 84 . 0 2 . 126  

　544 . 0 01 . 0 01 . 0 2 1 1 2 1 1          b s  

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　238 310 / 85 01 . 0 1100 5 . 12 mmfh b fAyo cs     

　% 15 . 0 % 04 . 085 110038min     osbhA % 4 . 085 1100335 osbhA

　选受拉钢筋为  8@150

　A S =335(米米2 )选分布钢筋 6@150 A S =188(米米2 )

　在板的常用配筋率 0.4%—0.8%的范围内,钢筋选定合理.

　 (2)底板上部配筋 底板下部所受到的最大弯矩比上部受到的最大弯矩略小,故配筋与上部相同,选受拉钢筋为  8@150

　A S =335(米米2 )选分布钢筋 6@150 A S =188(米米2 ).

　 4.底板横向抗裂验算 2/ N 75 . 1 25 C mm f tk 混凝土强度标准值，为 — —

　2 4/ N 10 80 . 2 25 C mm E c  混凝土的弹性模量，为 — —

　2 5/ N 10 0 . 2 mm E s  —钢筋的弹性模量，为 —

　55 . 1 性系数，为 —矩形截面抵抗矩的塑 —mr

　143 . 7 ) 10 8 . 2 /( 10 0 . 2 /4 5    c s EE E 

　% 36 . 0 ) 85 1100 /( 335 ) /(0    bh A s 

　mm h yE31 . 61 120 %) 36 . 0 143 . 7 425 . 0 5 . 0 ( ) 425 . 0 5 . 0 (0         

　4 8 3 3010 6762 . 1 120 1100 %) 36 . 0 143 . 7 19 . 0 0833 . 0 ( ) 19 . 0 0833 . 0 ( mm bh IE           荷载效应的长期组合,取 70 . 0 ct

　m kN m KNy hIr f W r fm tk ct m tk ct       71 . 0 4 . 531 . 61 12010 6762 . 155 . 1 75 . 1 70 . 08000  底板满足抗裂要求.

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　17

　 5.侧墙配筋计算 渡槽处于露天(二类环境条件),则根据规范查得混凝土保护层厚 c=25 米米,排两排钢筋,所以受拉钢筋合力点至截面受拉边缘的距离 mm a s 35  ,则截面的有效高度 mm a h hs65 35 1000     .

　 γ d ——结构系数,γ d =1.20;

　f c ——混凝土轴心抗压强度设计值,混凝土选用 C25,则 f c =12.5N/米米;

　b——矩形截面宽度;

　h 0 ——截面有效高度;

　f y ——钢筋抗拉强度设计值,取 f y =310N/米㎡;

　A s ——受拉区钢筋截面面积;

　20bh fMcds  = 017 . 065 1100 5 . 1210 84 . 0 2 . 126  

　544 . 0 017 . 0 017 . 0 2 1 1 2 1 1          b s  

　 249 310 / 65 017 . 0 11005 .12 mmfh b fAyo cs     

　% 15 . 0 % 07 . 065 110049min     osbhA 选受拉钢筋为  8@150

　A S =335(米米2 )选分布钢筋 6@150 A S =188(米米2 )

　% 47 . 065 1100335 osbhA 在板的常用配筋率 0.4%—0.8%的范围内,钢筋选定合理.

　6.侧墙抗裂验算 2/ N 75 . 1 25 C mm f tk 混凝土强度标准值，为 — —

　2 4/ N 10 80 . 2 25 C mm E c  混凝土的弹性模量，为 — —

　2 5/ N 10 0 . 2 mm E s  —钢筋的弹性模量，为 —

　55 . 1 性系数，为 —矩形截面抵抗矩的塑 —mr

　143 . 7 ) 10 8 . 2 /( 10 0 . 2 /4 5    c s EE E 

　% 47 . 0 ) 65 1100 /( 335 ) /(0    bh A s 

　mm h yE43 . 51 100 %) 47 . 0 143 . 7 425 . 0 5 . 0 ( ) 425 . 0 5 . 0 (0         

　4 7 3 3010 865 . 9 100 1100 %) 47 . 0 143 . 7 19 . 0 0833 . 0 ( ) 19 . 0 0833 . 0 ( mm bh IE           

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　18 荷载效应的长期组合,取 70 . 0 ct

　m kN m KNy hIr f W r fm tk ct m tk ct       65 . 0 86 . 343 . 51 10010 865 . 955 . 1 75 . 1 70 . 07000 侧墙满足抗裂要求.

　 槽身剖面图 四、槽架的结构设计

　(一)槽架尺寸拟定

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　19

　 排架及板基结构布置图

　单排架两立柱中心距取决于槽身的宽度,由槽身传过来的荷载 P 应与柱中心线一致,以使立柱为中心受压构件.立柱断面尺寸:长边(顺槽向)1b 为排架总高的(1/20~1/30), 所 以 取1b 为 (0.27~0.4 米 ), 取 0.4 米 ; 短 边 ( 横 槽

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　20 向)1h =(0.5~0.8)1b ,所以取1h 为(0.2~0.32 米),取 0.25 米. 取立柱间距为 1.35 米,净距为 1.1 米. 排架立柱间设横梁,横梁间距可等于或略大于立柱间距.横梁高2h 可为跨度(即立柱间距)的 1/6~1/8,2h 取 0.3 米,梁宽2b 为(0.5~0.7)2h ,所以取2b 为(0.15~0.21),取 0.2 米.横梁与立柱连接处设承托,以改善交角处的应力状况,承托高 10 厘米,其中布置斜筋.为支承槽身,排架顶部在顺水流方向设短悬臂梁式牛腿,悬臂长度 m b c 2 . 0 2 /1  ,高度 h=0.2,倾角o45  

　(二)风荷载计算 1.作用于槽身的横向风压力 作 用 于 槽 身 的 风 荷 载 强 度 按 下 式 计 算 :o t z s z zW W     

　式中:2 2/ 36 . 0 1600 / 24 1600 /2m kN v Wo   ;s 为风载体形系数,对于矩形槽身高宽比为 1,取s =1.97;z 为风压高度变化系数,因槽身迎风面形心距地面高度约为 8 米,近似取z =0.92;t 为地形、地理条件系数,去t =1;z 为风振系数,由于渡槽高度不大,可不计风振影响,取z =1.作用于槽身的风荷载强度为: 2/ 6525 . 0 36 . 0 1 92 . 0 97 . 1 1 m kN W Wo t z s z z          

　已知槽身高度 1.18 米,一节槽身长 10 米,则作用于槽身上得横向风压力为: kN P z 16 . 8 10 25 . 1 6525 . 0    

　2.作用于排架的横向风压力 考 虑 前 柱 对 后 柱 的 挡 风 作 用 , 排 架 的 风 荷 载 强 度 按 下 式 计算:o t z s z pW W      ) 1 ( 

　.式中:风载体形系数s 取 1.3;风压高度变化系数z 按排架迎风面积形心距地面高度(约 4 米)选取,近似取z =0.8;t 及z 的取值 与 槽 身 相 同 .  的 大 小 与 两 立 柱 净 距 和 立 柱 迎 风 面 宽 度 之 比1.1/0.4=2.75<10,  值在0.2~1.0之间变化.从安全角度出发,不考虑前柱对后柱的挡风作用,取  =1.作用于排架的风荷载强度为: 2/ 7488 . 0 36 . 0 1 8 . 0 3 . 1 1 ) 1 1 ( ) 1 ( m kN W Wo t z s z p              

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　21

　(三)作用于排架节点上得荷载计算 1.槽身传递给排架顶部的荷载 作用于槽身的横向风压力zP 通过支座的摩阻作用,以水平力形式传到排架顶部;同时,zP 距排架顶高度 1.25/2+0.1=0.725 米(支座高度 0.1 米),zP 对排架顶高程所产生的力矩将转化为一对方向相反的集中力,分别作用于两立柱顶部,迎风面力的方向向上背风面力的方向向下.槽身自重及槽中水重也通过支座传到排架顶部.

　 一跨槽身自重 kN N 98 10 25 ) 1 . 0 1 . 0 12 . 0 1 . 1 25 . 1 2 1 . 0 (1         

　满槽水重 kN N 42 . 81 10 81 . 9 1 83 . 02    

　1)满槽水+横向风压力情况 kN P N N Gz98 . 80 07 . 1 16 . 8 2 / ) 42 . 81 98 ( 675 . 0 / 725 . 0 2 / ) (2 1 1        

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　22 kN P N N Gz47 . 98 07 . 1 16 . 8 2 / ) 42 . 81 98 ( 675 . 0 / 725 . 0 2 / ) (2 1 2        

　kN P Q Qz08 . 4 2 / 16 . 8 2 /2 1   

　2)空槽+横向风压力情况

　kN P N Gz27 . 40 07 . 1 16 . 8 2 / 98 675 . 0 / 725 . 0 2 /1 1       6 kN P N Gz73 . 57 07 . 1 16 . 8 2 / 98 675 . 0 / 725 . 0 2 /1 2      

　kN P Q Qz08 . 4 2 / 16 . 8 2 /2 1   

　 2.作用于排架节点上得横向风压力(即与结点相邻的上半柱与下半柱的横向风压力之和) kN W PP 629 . 0 1 . 2 . 0 7488 . 0 ) 1 . 0 4 5 . 0 ( 4 . 0 1         

　kN W P P 198 . 1 4 4 . 0 7488 . 0 4 4 . 02      

　 (四)横向风压力作用下的排架内力计算 排架的内力可以分解为竖向荷载作用及横向荷载作用两种情况进行计算,然后再叠加.竖向荷载作用下,只在排架立柱中产生轴向力.横向风压力作用下的内力,可采用“无切力分配法”按下述步骤计算. 1.计算固端弯矩(下述计算中,弯矩以顺时针为正) m kN Q P M MF F           79 . 8 2 3945 . 4 2 / 4 ) 5 . 0 (1 1 21 12 m kN P M MF F        36 . 9 2 / 4 ) 08 . 4 5 . 0 (2 21 12

　2.计算抗变劲度 对于立柱

　 12 / 0063 . 0 12 / 25 . 0 40 . 03     E E EI h

　对于横梁

　 12 / 0054 . 0 12 / 3 . 0 2 . 03     E E EI l

　取相对劲度 0 . 1 " " "21 23 12   K K K

　则横梁各杆端的相对劲度为 079 . 5412 / 0063 . 0/675 . 012 / 0054 . 04/675 . 0" "" 22 " 11   E E EI EIK Kh l

　 3.计算分配系数和由结构力学书中查取传递系数

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　23 1717 . 0 ) 1 1 079 . 5 /( 079 . 5 ) " " " /( "141 . 0 ) 1 1 079 . 5 /( 1 ) " " " /( "165 . 0 ) 1 079 . 5 /( 1 ) " " /( "835 . 0 ) 1 079 . 5 /( 079 . 5 ) " " /( "23 21 1223 21 " 22 " 22 " 2223 21 " 22 21 23 2112 " 11 12 1212 " 11 " 11 " 11                        C C CK K K KK K K KK K KK K K 

　4.计算杆端弯矩 计算过程见下表. 杆端弯矩(Kn·米)计算表 结点 1 2 3 杆端 11’ 12 21 22’ 23 32 相对劲度 分配系数μ 5.079 0.835 1 0.165 1 0.141 5.079 0.717 1 0.141

　 传递系数

　-1 -1

　-1

　固端弯矩FM

　 -8.79 -8.79

　-9.36 -9.36 分配与传递

　7.340

　2.308

　0.022

　1.450 -2.764 0.456 -0.026 0.004 -1.450 2.764 -0.456 0.064 -0.004 0.001

　14.053

　0.327

　0.002

　2.764

　0.064

　0.001

　-2.764

　-0.064

　-0.001 ∑

　 9.67 -9.67 -7.871 14.382 -6.531 -12.189

　 5.计算剪力和轴向力 由上表的计算成果中横杆的杆端弯矩为: m 382 . 14

　m 67 . 9" 22 " 11    kN M kN M

　 取各横杆为脱离体,根据力矩平衡条件,可得各横杆的剪力为: kN M V 33 . 14 675 . 0 / 67 . 9 675 . 0 /" 11 1  

　kN M V 31 . 21 675 . 0 / 382 . 14 675 . 0 /" 22 2  

　按以上方法,即可求得横向荷载 P 和 Q 作用下左半部分排架各个位置的内力.右半部分排架各相应位置的内力,可以根据反对称关系求得.

　 (五)横杆配筋计算

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　24

　1.正截面承载力计算

　,11 横杆弯矩较大,按 m 382 . 14" 11  kN M 进行配筋计算.

　 γ d ——结构系数,γ d =1.20;

　f c ——混凝土轴心抗压强度设计值,混凝土选用 C25,则 f c =12.5N/米米;

　b——矩形截面宽度;

　h 0 ——截面有效高度;

　f y ——钢筋抗拉强度设计值,取 f y =310N/米㎡;

　A s ——受拉区钢筋截面面积;

　 ,sA ——受压区钢筋截面面积;

　 sa ——保护层厚度. 设受压、受拉钢筋为一层;取 mm a as s35,  ,则 mm a h hs265 35 3000    

　396 . 0 098 . 0265 200 5 . 1210 382 . 14 2 . 12620     sbcdsbh fM 22 6,0,20 ,1) 35 265 ( 310265 200 5 . 12 098 . 0 10 382 . 14 20 . 1) (mma h fbh f M rAs yc s ds      

　544 . 0 103 . 0 098 . 0 2 1 1 2 1 1          b s  

　2, ,221 310 / 1 310 265 103 . 0 200 5 . 12 mmfA f h b fAys y o cs       ）

　（ % 15 . 0 % 42 . 0265 200221min     osbhA 选受拉钢筋为 3  10(A S =236 米米2 ),选受压钢筋为 2 8

　(A S =101 米米2 )

　2.斜截面承载力计算 1)截面尺寸复核

　 0 . 4 325 . 1 200 / 265 /0   b h

　kN N bh f c 6 . 165 10 6 . 165 265 200 5 . 12 25 . 0 25 . 030      

　kN kN V r d 6 . 165 572 . 25 31 . 21 2 . 1    

　故截面尺寸满足抗剪要求.

　2)验算是否需要按计算配置腹筋

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　25

　 kN V r kN N bh f Vd c c252 . 15 4 . 46 10 4 . 46 265 200 5 . 12 07 . 0 07 . 030         

　故不需按计算配置箍筋.

　 按构造要求配置箍筋,选用双肢 8  箍筋,max21200 , 2 , 3 . 50 s mm s n mm A sv    

　 % 08 . 0 % 25 . 0200 2003 . 50 2min   svsvsvbsA 

　 故所选箍筋满足要求.

　 横梁剖面

　(六)立柱配筋计算

　 1.正截面承载力计算 立柱采用对称配筋 1)判别偏心受压类型

　mm a h hs215 35 2500    

　 mm h mmb fN rxbcd96 . 116 215 544 . 0 66 . 9400 5 . 1210 27 . 40 2 . 103       

　 属大偏心受压构件.

　2)配筋计算

　x=23.63 米米< mm a s 70 35 2 2,  

　mmNMe 30310 27 . 4010 189 . 12360 

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　 0 . 1 , 0 . 1 93 . 1210 27 . 40 2 . 1250 400 5 . 12 5 . 0 5 . 0131         取N rA fdc

　 16 250 / 4000 /0  h l ,取 99 . 0 16 . 0 15 . 1 01 . 0 15 . 102    hl

　128 . 1 99 . 0 1 )2504000(215303140011 ) (14001122 12 000        hlhe 78 . 251 352250303 128 . 12,0,       sahe e 

　20 min23,0,,,172 215 400 % 2 . 0 218) 35 215 ( 31078 . 251 10 27 . 40 2 . 1) (mm bh mma h fNe rA As yds s           选用 3  10(2 ,236 mm A As s  )

　 2.斜截面承载力计算

　KN Q P P Q 993 . 4 08 . 4 2 / ) 198 . 1 629 . 0 ( 2 / ) (1 2 1 23      

　1)截面尺寸复核

　 0 . 54 . 0 400 / 215 /0   b h

　kN N bh f c 8 . 268 10 8 . 268 215 400 5 . 12 25 . 0 25 . 030      

　kN kN Q r d 8 . 268 99 . 5 993 . 4 2 . 13   

　故截面尺寸满足抗剪要求.

　2)验算立柱是否需要按计算配置腹筋 立柱承受均布荷载,  =1.4,轴向压力对抗剪有利,故取空槽时 N=37.47kN

　 kN V r kN NN bh f Vdc c44 . 1 76 . 76 10 14 . 6010 47 . 37 07 . 0 ) 215 400 5 . 125 . 1 4 . 12 . 0( 07 . 0 )5 . 12 . 0(330          

　故不需按计算配置箍筋.按构造要求配置箍筋,选用双肢 8  箍筋,

　 mm s mm s n mm A sv 200 150 , 2 , 3 . 50max21    

　% 08 . 0 % 19 . 0150 4003 . 50 2min   svsvsvbsA 

　故所选箍筋满足要求.

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　27

　立柱剖面