水閘工作橋計算說明書

1、“水工鋼筋混凝土結構學”課程設計實例某排澇閘裝配式鋼筋混凝土工作橋設計計 算 書姓名： 學號： 班級： 日期： 目 錄1 設計資料22 設計內容32.1計算書32.2 施工圖43工作橋結構布置43.1 橋面長度43.2橋面寬度43.2縱梁53.3橫梁53.4機墩53.5 活動鋪板53.6欄桿柱及欄桿53.7剛架64 橋身結構計算64.1懸臂板64.2活動鋪板84.3橫梁114.4縱梁124.5橫梁與縱梁交界處附加箍筋計算174.6縱梁鋼筋的布置設計（圖）174.7裂縫開展寬度驗算184.8撓度驗算195剛架計算與配筋205.1 剛架計算簡圖205.2橫向計算205.3 縱向計算27參考文獻28

2、291 設計資料根據初步設計成果，提出設計數據和資料如下：（1） 排澇閘閘室立面圖見圖1。（2） 工作橋橋面高程31.5m。（3） 閘墩頂高程24.0m。（4） 該閘共3孔，每孔凈寬7m。（5） 中墩寬度1m，邊墩寬度0.9m。（6） 閘門采用平面閘門，閘門自重200kN。（7） 啟閉設備采用3臺（每孔一臺）繩鼓式QPQ-2×160kN型啟閉機，啟門力（標準值）320kN。每臺啟閉機重量（標準值）70kN。啟閉機高1080mm。啟閉機地腳螺栓位置和機墩尺寸見圖2。（8） 閘門吊繩中心距離3.6m。（9） 荷載橋面活荷載標準值5.0kN/m2；欄桿重標準值1.5kN/m；安裝荷載最重部

3、件為繩鼓，每個繩鼓重（標準值）6.54kN， 著地面積為350mm×350mm；啟閉機地腳螺栓作用力設計值（含啟閉機重、啟門力）：Q1=35.365kN，Q2=46.265kN，Q3=56.116kN，Q4=76.125kN；施工荷載標準值6.0kN/m2；水閘所在地區基本風壓0=0.45kN/m2（風荷載體型系數s =1.3，風壓高度變化系數z=0.9）；鋼筋混凝土重力密度25kN/m3；在進行荷載組合設計值計算時，注意啟門力屬可控制其不超出規定限制的可變荷載。水閘所在地區地震烈度為6度，可不考慮地震作用，但應注意工作橋縱梁與剛架的節點構造，以增強抗震能力。（10） 吊裝機械的最大

4、起重量250kN。（11） 最大裂縫寬度允許值：0.3mm。（12） 允許撓度：l0/400。（13） 水工建筑物級別3級，基本荷載組合。（14） 結構環境類別二類。（15） 建筑材料鋼筋：梁、柱縱板、橫梁縱向受力筋為HRB335鋼筋，其余為HPB235鋼筋。混凝土：強度等級C30（16） 設計依據的規范為水工混凝土結構設計規范（SL191-2008）圖1 排澇閘閘室上游立面圖圖2 啟閉機地腳螺栓位置和機墩尺寸2 設計內容2.1計算書工作橋結構設計計算書一份，包括：橋面板、縱梁及聯系橫梁和支撐剛架的尺寸擬定；工作橋身荷載計算、內力計算及配筋計算；支撐剛架荷載計算、內力計算及配筋計算；工作橋和剛

5、架的材料（鋼筋、混凝土）用量。2.2 施工圖工作橋結構施工圖，包括： 工作橋立面和平面布置圖； 橋面板、縱梁、橫梁模板圖和配筋圖； 剛架立柱、橫梁模板圖和配筋圖； 設計有關說明。3工作橋結構布置3.1 橋面長度 按圖1閘室立面圖，工作橋分3跨，中跨長8000mm，邊跨長8200mm，橋面總長度為24400mm。 為便于安裝， 跨間設安裝縫20mm，中跨實際長7980mm，邊跨長8190mm，如圖3所示。3.2橋面寬度機墩寬16001800mm，兩邊操作寬10001200mm，欄桿200400mm, 擬定橋面寬度為3200mm，如圖3所示（工作橋面邊跨和中跨）。 地腳螺栓位置圖BBB剖面B圖3

6、工作橋橋面結構布置圖3.2縱梁 考慮到方便起吊，工作橋每跨設置兩根倒L型縱梁并由四根橫梁連接，然后再在兩縱梁之間加活動鋪板。工作橋下支撐剛架的牛腿縱向（垂直水流方向）尺寸中部取800mm，端部取600mm，因此工作橋凈跨ln=7200mm。縱梁截面尺寸按梁高h=（1/81/10）ln和梁寬b=（1/21/3）h選取，擬定h=800mm，b=300mm。縱梁翼緣厚度端部和根部通常為80100mm和150200mm，分別取80mm和160mm，挑出長度按工作橋面要求取600mm。縱梁肋的位置應滿足橋面寬度和機墩橫向（平行水流方向）尺寸的要求，縱梁肋凈間距取1400mm。縱梁長度與各跨工作橋長度相等

7、， 中跨為7980mm，邊跨為8190mm。縱梁截面形式和位置如圖3所示。3.3橫梁橫梁聯接兩側縱梁，凈跨度與縱梁間距相等，為1400mm。橫梁截面為矩形，截面高度h按縱梁高度的2/33/4選取，截面寬度b按橫梁高度的1/31/2選取，擬定h=500mm，b=250mm。橫梁上布置機墩，沿縱梁縱向的位置由吊繩中心距（3600mm）和圖2啟閉機地腳螺栓位置尺寸確定，見圖3。3.4機墩機墩在縱梁橫梁上現澆，一般做成框子形，機墩高擬定h=300mm，寬度與所在縱梁及橫梁相同，b=250mm。澆筑機墩時，注意留出啟閉機地腳螺栓位置。啟閉機地腳螺栓位置見圖3。 3.5 活動鋪板活動鋪板厚h通常為8010

8、0mm，寬度b為4001000mm，支撐寬度a為80100mm。擬定h=80mm，活動鋪板長度按縱梁間距1400mm和a=80mm，擬定l=1560mm。由橋面布置可知，工作橋各跨中部活動鋪板寬度范圍均為2226mm，除兩邊跨外側端部活動鋪板寬度范圍1787mm外，其余端部活動鋪板寬度范圍均為1577mm。為了便于安裝，活動鋪板尺寸比設計值少1020mm，擬定l=1540mm，b=500mm和b=430mm兩種。這樣，各跨中部布置5塊430mm活動鋪板（5×430）= 2150mm，兩邊跨外側端部布置4塊430mm活動鋪板（4×430）=1720mm，其余跨端部共布置3塊5

9、00mm活動鋪板（3×500）=1500mm。活動鋪布置見圖3。3.6欄桿柱及欄桿欄桿柱截面為150mm×150mm，高度1200mm，每跨內設5根，距橋面邊緣50mm。相鄰兩個欄桿柱之間距頂部100mm處和底部焊接直徑50mm不銹鋼管，上下不銹鋼管間焊接直徑20mm不銹鋼管，間距150mm。欄桿柱布置見圖3。3.7剛架剛架立柱縱向（垂直水流方向）截面尺寸b通常為400600mm，橫向（平行水流方向）截面尺寸h通常為300500mm，擬定b×h=400mm×300mm。橫梁截面寬度b1不應大于閘門槽頸部厚度和立柱截面尺寸b，截面高度h1通常300500m

10、m，擬定b1× h1=250mm×300mm，并帶有支托寬200mm。立柱縱向設牛腿，短懸臂長度，c0.5b，高度h2b，擬定c =200mm，h2=400mm。按圖1排澇閘閘室立面圖，剛架高度為6700mm，將剛架設為兩層。剛架結構布置圖如圖4所示。 C-C剖面D-D剖面圖4 剛架結構布置圖4 橋身結構計算4.1懸臂板4.1.1正常使用階段（持久工況）1）計算簡圖挑出梁以外的板按固結在梁肋的懸臂板計算，長度600mm，計算簡圖如圖5所示。2）荷載按1m板寬計算，b=1000mm。圖5 懸臂板計算簡圖（a） 使用階段 （b） 檢修階段懸臂板自重設計值：（平均值）人群荷載設計

11、值： 欄桿重設計值： ，距固定端600-（50+150/2）=475mm3) 懸臂板根部截面彎矩 4）正截面配筋計算 K=1.2 C=25mm fy=300N/mm2 min=0.15% 1b=0.468a=C+d/2=25+5=30mm，4.1.2安裝檢修階段（短暫工況）1）計算簡圖一個繩鼓重6.45KN，著地面積350mm×350mm，將集中荷載盡可能放在離縱梁肋最遠處，如圖5（b）所示。計算寬度b=a1+2c1=350+2×225=800mm。2）荷載懸臂板自重設計值：人群荷載設計值：欄桿重設計值：繩鼓重設計值（可控制可變荷載系數取為1.1）：1.1×6.4

12、5=7.10kN3）根部截面的最大彎矩設計值M=7.1×0.225+1.26×0.475+(2.52+4.8)×0.62/2=3.51kNm 4）配筋計算計算寬度b=800mm K=1.2 C=25mm fy=300N/mm2 min=0.15% 1b=0.468a=C+d/2=25+5=30mm，換算成1米板寬鋼筋數量。按構造要求選配 8200（As=251mm2）為受力筋， 6300為分布筋，如圖6所示。圖6 懸臂板配筋圖4.2活動鋪板4.2.1 計算簡圖活動鋪板板長為1540mm，凈跨1400mm，板厚80mm，板寬為500mm和430mm兩種，寬度以b=1

13、000mm計算。板的計算跨度l0取下列各相應l0值中的較小者：取計算跨度l0=1470mm活動鋪板計算簡圖見圖7。圖7 活動鋪板計算簡圖a)正常使用階段 b)檢修階段4.2.2正常使用階段（持久工況）1）荷載板自重設計值：人群荷載設計值: 2）跨中彎矩設計值：3）配筋計算 K=1.2 C=25mm fy=300N/mm2 min=0.15% a=C+d/2=25+5=30mm b=500mm時， b=430mm時，4.2.3安裝檢修階段（短暫工況）1）荷載板自重設計值：繩鼓標準值Qk=6.45kN，設計值Q=1.1×6.45=7.10kN，作用于跨中，計算簡圖如圖7（b）所示。人群荷

14、載設計值: 2）跨中彎矩3）配筋計算 K=1.2 C=25mm fy=300N/mm2 min=0.15%a=C+d/2=25+5=30mm b=500mm時，b=430mm時，活動鋪板按安裝檢修階段鋼筋用量選配鋼筋b=500mm時，縱向鋼筋配5 8（）。b=430mm時，縱向鋼筋配4 8（）。按構造要求在板的縱向配置 6200的分布筋。截面配筋如圖8所示。 （a） （b）圖8 活動鋪板配筋圖(a) 500mm寬板， (b) 430mm寬板4.3橫梁1) 計算簡圖橫梁和縱梁整澆在一起，與縱梁的連接為半固定狀態，計算內力時可按簡支梁簡化處理。橫梁的跨中彎矩按簡支梁跨中彎矩的0.7倍計算，支座彎矩

15、按簡支梁跨中彎矩的0.5倍計算。橫梁計算跨度，橫梁計算簡圖見圖9。2) 荷載橫梁自重設計值：機墩重設計值：地腳螺栓傳來的力設計值： 按Q4計算。圖9 橫梁計算簡圖 3）內力計算取受荷載最大的一根橫梁進行承載力計算，其它橫梁都照此配筋。按圖9計算簡圖，由內力計算得，在集中荷載作用點截面，正彎矩最大M=7.46kNm。橫梁跨中彎矩，M跨中=0.7M=0.7×7.46=5.22kNm。橫梁支座彎矩 M支座=0.5M=0.5×7.46=3.73kNm。4）配筋計算 K=1.2 C=35mm fy=300N/mm2 min=0.20%b=250mm，h=500mm，a=45mm（單層

16、鋼筋）h0=h-a=500-45=455mm按跨中彎矩確定梁底部縱筋數量，按最小配筋率和滿足構造要求 2 12（）。按支座彎矩確定橫梁頂部縱筋數量。橫梁支座彎矩小于跨中彎矩，最小配筋率和滿足構造要求2 12（）。橫梁抗剪承載力不必計算，按構造要求選配雙肢箍筋 8200。橫梁配筋圖如圖10所示。圖10 橫梁配筋圖4.4縱梁1) 計算簡圖梁的凈跨為，支座寬度a=800mm, 取 l0=7560mm。縱梁計算簡圖見圖11。圖11 縱梁計算簡圖(a) 計算彎矩， (b)計算剪力(a) (b)2）荷載計算 縱梁自重標準值：欄桿重標準值：活動鋪板重標準值：均布恒載標準值：均布恒載設計值：人群荷載標準值：人

17、群荷載設計值：橫梁和機墩標準值：橫梁和機墩設計值 啟閉機傳給縱梁的荷載（啟門力，啟閉機重）： 位于一根縱梁的中心，到近端支座的距離為100mm。計算簡圖如圖12所示。啟閉機傳給縱梁的荷載為支座A、B的反力。圖12啟閉機傳給縱梁的荷載計算簡圖(a) Q4 (b) Q3 故取、作用的縱梁進行計算。啟閉機傳給縱梁的集中力設計值為： 3）內力計算計算簡圖如圖11所示。（1）集中荷載作用下的內力計算彎矩計算公式，集中荷載左側，集中荷載右側，剪力計算公式，集中荷載左側， 集中荷載右側，a為集中荷載到左支座的距離。（2）分布荷載作用下的內力計算彎矩計算公式， ， 剪力計算公式， （3）內力計算結果見表1和表

18、2；M圖和V圖見圖13和圖14. 表1 縱梁彎矩計算表X(m)M(kNm)X(m)M(kNm)0.0000.004.000391.791.000185.385.000380.241.492270.705.018379.892.000325.746.000278.312.542379.896.500270.703.000387.307.000105.793.780392.187.5600.00x（m）V（kN）x（m）V（kN）0.000190.5144.838-19.85751.312169.46954.838-95.56751.312112.40955.888-112.412.36295.5

19、67525.888-169.472.36219.857527.200-190.5143.6000 表2 縱梁剪力計算表 圖13 縱梁M圖圖14 縱梁 V圖4）配筋計算T形梁截面，（1） 縱向鋼筋計算 K=1.2 C=35mm fy=300N/mm2 min=0.20%受拉鋼筋估計為雙層鋼筋，a=70mm， h0=h-a=800-70=730mm， 按T形獨立梁考慮 計算寬度 以上兩值均大于翼緣實有寬度900mm，故 故屬于第一類T形梁。選筋5 25（），配筋圖如圖13所示。圖15 縱梁跨中配筋圖 （2）抗剪鋼筋計算按最大剪力計算，Vmax= 187.67kN 驗算截面尺寸,截面尺寸符合要求。腹

20、筋需經計算確定。沿全長布置 8200雙肢箍筋，混凝土和箍筋能承擔的剪力最大值為：故不需要配置彎起鋼筋。按理論不必彎起鋼筋幫助抗剪，但按構造要求也彎起2 25（）彎起角45º下彎點距支座邊緣為150mm，伸入梁頂再伸入支座。4.5橫梁與縱梁交界處附加箍筋計算 取m=6，在橫梁兩側各布置3個雙肢 8220。 配筋圖如圖16所示。圖16 橫縱梁交接處附加箍筋配筋圖4.6縱梁鋼筋的布置設計（圖）圖17縱梁鋼筋布置圖先考慮跨中彎矩的MR圖。跨中彎矩M=392.18kNm，按正截面配筋計算跨中縱向受拉鋼筋面積As=2228.2mm2，實配5 25（As=2454mm2），故實配鋼筋能承擔的彎矩為

21、M=400.7 kNm。在圖上繪出最大承擔的彎矩，并以此按各鋼筋面積的比例劃分出5 25鋼筋各自能抵抗的彎矩值，確定出個鋼筋的理論切斷點和充分利用點。按預先布置，盡管按理論不必彎起鋼筋幫助抗剪，但按構造要求兩側支座也彎起2 25（），彎起角45º，下彎點距支座邊緣為150mm，伸入梁頂再伸入支座，考慮支座寬度350mm和鋼筋保護層35mm，伸入支座長度350-35=315mm。繪制鋼筋彎起后的MR圖，見圖17。由圖17，彎起鋼筋下彎點距梁跨中點距離為1260mm> =365mm，滿足要求。其余鋼筋不再彎起，直通伸入支座，伸入長度las12d=12×25=300mm，考

22、慮支座寬度350mm和鋼筋保護層35mm，伸入支座長度350-35=315mm。縱梁凈跨度ln=7200mm>6000mm, 架立鋼筋選用2 12。由于梁高hw=800-120= 680mm>450mm，在梁肋設置腰筋，選用2 14（As=308mm2），鋼筋面積>0.1%bh=0.1%×300×800=240mm2），滿足要求。腰筋拉筋選用 14200。4.7裂縫開展寬度驗算4.7.1計算簡圖縱梁裂縫開展寬度計算簡圖見圖18。按4.4的計算，縱梁計算跨度l0=7560mm，荷載標準值，圖18 縱梁裂縫寬度計算簡圖4.7.2 彎矩計算 簡支梁跨中彎矩最大，

23、按圖18 縱梁裂縫寬度計算簡圖采用4.4的計算公式計算，標準荷載作用下縱梁跨中彎矩，Mk = 320.72kN·m4.7.2裂縫開展寬度驗算允許裂縫開展寬度，故裂縫開展寬度要求。4.8撓度驗算 4.8.1 短期剛度Bs 4.8.2 均布荷載作用下的撓度均布荷載作用下的撓度，4.8.3 集中荷載作用下的撓度集中荷載作用下的撓度：4.8.4撓度驗算允許撓度f=l0/400。最大撓度為，故撓度滿足要求。5剛架計算與配筋5.1 剛架計算簡圖 支撐工作橋的剛架屬于3級建筑物，結構安全級別為級，結構尺寸如圖4所示。混凝土強度等級C30，縱向受力鋼筋HRB335，其它鋼筋HPB235，fc=14.

24、3 N/mm2，ft=1.43 N/mm2，fy=fy=300N/mm2，fyv=210N/mm2 ，K=1.2。由圖4剛架結構布置圖，剛架橫向是固定于閘墩頂的剛架結構，其計算簡圖由立柱和橫梁的軸線組成，立柱底部按固定端考慮。剛架計算簡圖如圖24所示。 5.2橫向計算圖24剛架計算簡圖剛架受力的最不利情況為閘門開啟到最高位置，工作橋上無人群荷載。5.2.1荷載計算1）風荷載在上部結構的風壓力為設計值：上部受風面積: 式中0.77為考慮實際受風面積的折減系數；H為縱梁底面到啟閉機頂的高度；L為一跨身長度。把作用于面積A上的風壓力化作集中力T，則作用于立柱上的風壓力（閘門開到最高位置后靠于立柱上）

25、； 將風壓力化做節點荷載： 2）縱梁傳來的壓力（相鄰兩跨）為： 閘門重 200/2=100kN 啟閉機 70/2=35kN 縱梁自重 7.8×8=62.4kN 欄桿重 1.5×8=12kN 活動鋪板重 1.4×8=11.2kN 橫梁自重和機墩重 4×4.53=18.12kN 縱梁所傳來的壓力標準值 100+35+62.4+12+11.2+18.12=238.8kN 縱梁所傳來的壓力設計值 G0=1.05×238.8=250.74kN3）工作橋上風壓力通過縱梁支座在立柱上形成的等量反向力P，作用于上部結構的風壓力在剛架頂部產生的力矩為，兩柱軸線間

26、距1.7m，則等量反向力設計值，4）剛架自重設計值 5.2.3內力計算如圖25所示，將剛架水平荷載T1和T2（a）分為對稱（b）和反對稱（c）兩組荷載。對稱荷載只產生橫梁軸力，而反對稱荷載使剛架產生彎矩、剪力和軸力。分別按該兩組荷載進行內力計算，而后將兩者的計算結果進行疊加得到剛架的內力圖。T1/2= 16.97/2=8.485kN，T2/2= 16.57/2=8.285kN圖25 剛架內力計算荷載劃分圖1） 對稱荷載剛架內力計算對稱荷載只產生橫梁軸向壓力，而不產生其它內力。上部橫梁，N1= T1/2=8.485kN；下部橫梁，N2= T2/2=8.285kN2） 反對稱荷載剛架內力計算取半邊

27、剛架采用無剪力彎矩分配法計算剛架彎矩。計算簡圖見圖26。（1） 分配系數的計算橫梁和立柱的彈性模量E相同，長度，lAB= lCD =0.85m，lAC=3.35m，lBE=3.2m橫梁線性剛度圖26 反對稱荷載剛架彎矩計算簡圖 立柱線性剛度 ， 各節點的分配系數節點A: ， 節點C: , (2）固端彎矩的計算 (3)彎矩計算取半邊剛架采用無剪力彎矩分配法計算剛架彎 矩，計算過程和結果見圖27。(4) 剪力和軸力計算按圖27無剪力分配法彎矩計算結果，由各桿件的脫離體按平衡條件可計算其剪力和軸力。 橫梁AB剪力 軸力 圖27 無剪力分配剛架彎矩計算圖橫梁CD剪力 ，軸力 立柱AC剪力 ，軸力 立柱

28、CE剪力 ，軸力 3）剛架內力圖將上述對稱荷載和反對稱荷載下計算的內力以及剛架上端垂直荷載進行疊加，注意反對稱荷載的彎矩和軸力反對稱，剪力對稱，得剛架內力圖如圖28所示。 (a) 彎矩圖（kNm） (b)剪力圖（kN） (c) 軸力圖（kN）圖28 剛架內力圖5.2.4 立柱正截面承載力計算。因水平風荷載可以從相反方向作用，立柱承受數值相近的正負彎矩，所以按對稱配筋的偏心受壓構件計算，全柱均以彎矩最大、軸力最小截面作為配筋計算依據。 1) 求偏心距增大系數：h0=h-a=300-40=260mm 需考慮縱向彎曲的影響。e0=188.52mm>h/30=300/30=10mm 取 取 2) 判別大