小型泄洪洞洞身結構設計要點分析

呂振彪

(黑龍江省大慶地區防洪工程管理處，黑龍江 大慶 163311)

松峰山鎮新明塘壩工程位于阿城區松峰山鎮東北約6.5 km處，屬我區半山區，集雨面積0.83 km2。擬建的塘壩工程主要由土壩、泄洪洞兩部分組成，采用10 a一遇洪水標準設計，20 a一遇洪水標準校核。設計總庫容1.58萬m3，興利庫容 1.54萬m3，死庫容 0.20萬m3，無水源耕地面積1.67 km2。該塘壩是一座集防洪、灌溉、養魚等綜合利用的小型抗旱水利工程。

1 基本設計資料

單孔箱涵，內凈跨2.0 m，高1.5 m，壁厚0.3 m，填埋式構筑，頂部填土1.7 m，回填土重度1.8 t/m3，內摩擦角26°，地基土為砂質黏土，地面設計荷載汽—10(單車行駛)。

2 荷載計算

2.1 垂直土壓力

垂直土壓力計算公式為:

式中:Ck為填埋式涵管土壓力計算系數，查《涵洞》P 128圖4-7 Ck=0.652。

垂直土壓力強度計算公式為:

2.2 側向土壓力

作用于箱涵頂板厚度中心線處的側向土壓力強度計算公式為:

作用于箱涵底板厚度中心線處的側向土壓力強度

2.3 外水壓力

作用于箱涵底板厚度中心線處的外水壓力強度計算公式為:

2.4 汽車荷載產生的垂直壓力

汽—10加重車重力為15 t，后輪輪壓P=5 t;后輪著地寬度d=0.5 m;著地長度c=0.2 m;輪距1.8 m。

這時作用涵頂上的壓力強度為:

2.5 頂板自重

計算公式為:

2.6 側墻自重

計算公式為:

2.7 作用于箱涵頂部的總均布荷載(包括自重力)

計算公式為:

2.8 作用于箱涵底部的地基反力

計算公式為:

3 內力計算

單孔箱涵，在豎軸對稱荷載作用下，由于沒有豎向相對線位移，屬于結點無線位移結構，可采用查表法進行內力計算。

3.1 各結點桿端彎矩計算

將各單獨荷載作用下的彎矩圖疊加，得各桿端彎矩:

3.2 桿端剪力及各截面剪力計算

AB桿各截面:Qx=QAB-q3x

DC桿各截面:Qx=QDC-q4x

3.3 桿件最大彎矩位置及最大彎矩值的計算

立墻外側受拉，為最小負彎矩。

4 強度計算

正截面配筋計算

箱形洞身混凝土標號采用C20，采用Ⅰ級鋼筋。安全系數K=1.50，混凝土彎曲抗壓設計強度Rw=180kg/cm2，軸心抗壓設計強度Ra=145kg/cm2。鋼筋抗拉設計強度Rg=2 400 kg/cm2，抗壓設計強度Rg=2 400 kg/cm2，鋼筋保護層a=3 cm。

4.1 頂板配筋計算

面層:Ag=μminbh0=0.15% ×100×27=4.05 cm2

底層:Ag=μbh0=0.1575% ×100×27=4.25 cm2

4.2 底板配筋計算

面層:Ag=μbh0=0.2025% ×100×27=5.47cm2

底層:Ag=μbh0=0.1575% ×100×27=4.25cm2

4.3 側墻配筋計算

外側:Ag=μminbh0=0.2% ×100×27=5.4 cm2以上各層(側)鋼筋均選配Φ16@20，(Ag=10.09cm2)

Ra=145 kg/cm2，安全系數 K=1.6。

5 抗裂度驗算

箱形洞身以底板跨中彎矩最大M=2.14t·m，對此截面進行抗裂度驗算。底板內側配受力鋼筋Φ16@20(Ag=10.09 cm2)，外側配受力鋼筋Φ16@20(Ag=10.09cm2)，Kf=1.1，Rf=19 kg/cm2。

鋼筋與混凝土的彈性模量比計算公式為:

受壓區高度計算公式為:

折算斷面慣性矩計算公式為:

受拉區塑性影響系數計算公式為:

KM=＜Mf，滿足抗裂要求。

6 結語

結構設計的目的是使設計的結構能滿足各種預定功能要求，需要保證建筑物安全適用，又要做到經濟合理，結構的可靠性和經濟性常常是相互矛盾的，科學的設計方法就是在兩者之間選擇一種最佳的方案，使設計結構既經濟合理，又有足夠的可靠度。保證建筑物的安全運行。

[1] 浙江水利水電專科學校，東北水利水電專科學校.水利學[M].北京:水利電力出版社，1991.

[2] 河北水利專科學校，黑龍江水利專科學校.水工建筑物[M].北京:水利電力出版社，1993.

[3] 華東水利學院，大連工學院，陜西機械學校，清華大學.水工鋼筋混凝土結構學[M].北京:水利電力出版社，1987.