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某水库灌溉渡槽结构应力分析与配筋计算

范文

汪小妹周舟

[摘要]根据某水库灌溉渡槽的结构特点，划分为纵向、横向平面结构进行计算，采用经典的结构力学方法细致详尽的分析了灌溉渡槽的内力情况，为灌溉渡槽的结构安全性评价提供了精确可靠的内力值和配筋计算，并为后续修复加固设计、施工等相关技术活动提供必要的基础数据。

[关键词]荷载组合;应力分析;配筋计算

[中图分类号]TV672.3[文献标识码]A

1? ? 概述

某灌溉渡槽位于沿海某城镇，该地区最低气温约14℃，最高气温36℃。灌溉渠道建成于1995年，起点位于某水库，由多段明渠、箱涵及架空渡槽组成。渡槽槽身采用带拉杆U型截面钢筋混凝土简支梁式渡槽，跨度10m。渡槽支架为钢筋混凝土单跨平面框架，高度界于1.5～12m之间，支架沿高度方向布置有横向连梁。渡槽横截面示意图（见图1）。

渡槽经过多年使用，混凝土构件出现了不同程度的外观缺陷和结构损伤，缺陷多为老化损伤。具体表现为：（1）因混凝土保护层厚度偏小，钢筋锈蚀造成的混凝土剥落及保护层沿纵筋向胀裂;（2）部分构件钢筋出现较为明显的锈蚀，个别槽身环筋及梁、柱箍筋已锈断等。鉴于渡槽出现的问题，亟待对其进行加固处理。

2? ? 理论计算分析

渡槽l0/D=9.73/1.4=6.95>3，属于长壳渡槽，可划分为纵向、横向平面结构进行计算。

渡槽纵向承受槽身自重、槽內水重及人行便桥上的人群荷载作用，可简化为U型截面简支梁计算其内力（弯矩、剪力），按现行规范所规定的极限状态设计法进行截面设计——计算槽身纵向正截面受弯钢筋和斜截面抗剪钢筋。

沿渡槽纵向截取单位槽长作为计算单元进行横向内力分析。作用在计算单元上的荷载有：水压力、自重、人群荷载等，这些向下的荷载由作用在计算单元两端截面上的剪应力差所平衡，习惯上常将该剪应力差称为横截面上的剪应力。

由于槽身在横向的几何形状是对称的，竖向荷载也是对称的，结构计算简图可取为图2所示的一次超静定结构简图。

3? ? 纵向计算

3.1? ? 荷载计算

3.1.1? ? 基本组合1（设计水深）。荷载标准值：qk=g11k+g12k+p11k+p12k=0.263+8.817+1.750+14.697=25.527（kN/m）;荷载设计值：q=g11+g12+p11+p12=0.276+9.258+2.100+17.636=29.270 （kN/m）。

3.1.2? ? 基本组合2（满槽水深）。

荷载标准值：qk=g11k+g12k+p11k+p21k=0.263+8.817+1.750+ 16.937=27.767（kN/m）;

荷载设计值：q=g11+g12+p11+p21=0.276+9.258+2.100+ 18.631=30.265（kN/m）。

注：纵向承载力计算以基本组合2（满槽水深）控制。

3.2? ? 内力及承载力计算

3.2.1? ? 纵向内力。l0=9.96-0.23=9.73m;ln=9.96-0.46=9.50m;

3.2.2? ? 承载力计算参数。

（1）几何尺寸：h=1500mm;hf '=130mm;bf '=500mm< l0/6=9730/6=1622mm;b=140mm;h0=1500-70=1430mm;hw=700+500=1200mm。

（2）材料：

混凝土C25（22/0.88=25MPa）：

fc=11.9N/mm2，ft=1.27N/mm2;

HRB335级钢筋：fy=300N/mm2;HPB235级钢筋：fy=210N/mm2。

3.2.3? ? 正截面承载力计算。

x=h0=0.036×1430=51.4mm

按最小配筋率所需的钢筋面积：

As，min=0.2%bh0=0.002×140×1430=400（mm2）。

3.2.4? ? 斜截面承载力计算。

hw/b=1200/140=8.6>6;

KV=1.2×143.759×103=172511（N）<0.2fcbh0=0.2×11.9×140×1430=476476（N）;

截面尺寸满足要求。

KV=1.2×143.759×103=172511（N）<0.7ftbh0=0.7×1.27×140×1430=177978（N）;

不需计算抗剪钢筋。

按最小配箍率所需的箍筋面积：（Asv/s），min=0.15%b= 0.0015×140=0.21（mm2/mm），沿槽身纵向每延米需按构造配置抗剪横向钢筋为0.21×1000/2=105（mm2/m）。

4? ? 横向计算

按荷载标准值、设计值分别计算内力，配筋时按内力设计值乘以安全系数K=1.20（3级水工建筑物，基本组合）。沿纵向1m长槽身为计算单元。

4.1? ? 计算参数

槽身横向内力计算参数见表1。

4.2? ? 槽身横向内力及配筋计算

槽身钢筋保护层厚度a=2～3cm，槽身横向配单筋位于槽壁中心。

横向配筋计算处理：一般壳槽横向钢筋由偏心受拉位置控制，因此只计算偏心拉力或弯矩较大的截面。对壁厚t=70mm的截面，取as=as?=35mm，as+as?=70mm=t，此时截面为大偏心受拉，按不考虑受压钢筋的作用（取As?=0）确定受拉钢筋的面积As。对其它厚度的截面，取as=as?=35mm。横杆按轴心受拉构件计算钢筋。

渡槽槽身横向内力及配筋结果汇总见表2，表中j=75°处截面厚度是从设计图纸上量测得到的近似值。

由表2可见，槽身横截面外壁在= 15?位置所需钢筋面积最大，As=229mm2/m，该钢筋可兼作纵向抗剪构造钢筋。槽底内壁所需钢筋面积最大，为As=180mm2/m。

5? ? 结论

通过复核验算，在考虑不同程度缺陷的钢筋折减的情况下，槽身钢筋配置不满足计算要求。

为保证渡槽安全使用，考虑到渡槽临近海边，建议对槽身外观缺陷损伤清理基面、除锈后，采用聚合物砂浆进行修复处理，同时对计算不满足要求的槽身采用外包钢或碳纤维等方法进行加固，并在构件表面涂刷防碳化涂料对结构进行防护处理。

[参考文献]

[1] 周氐，章定国，钮新强，主编.水工混凝土结构设计手册[M].北京：中国水利水电出版社，1999.

[2] 华东水利学院，大连工学院，西北农学院.水工钢筋混凝土结构（下册）[M].北京：水利电力出版社，1975.

[3] 朱燕，王超，姚雪华，等.王堤口渡槽桩顶连续梁结构荷载组合及应力分析[J].水利科技与经济，2012，18（7）：52-54.

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