某水庫(kù)灌溉渡槽結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析與配筋計(jì)算

汪小妹 周舟

[摘要]根據(jù)某水庫(kù)灌溉渡槽的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，劃分為縱向、橫向平面結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，采用經(jīng)典的結(jié)構(gòu)力學(xué)方法細(xì)致詳盡的分析了灌溉渡槽的內(nèi)力情況，為灌溉渡槽的結(jié)構(gòu)安全性評(píng)價(jià)提供了精確可靠的內(nèi)力值和配筋計(jì)算，并為后續(xù)修復(fù)加固設(shè)計(jì)、施工等相關(guān)技術(shù)活動(dòng)提供必要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

[關(guān)鍵詞]荷載組合;應(yīng)力分析;配筋計(jì)算

[中圖分類號(hào)]TV672.3[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

1? ? 概述

某灌溉渡槽位于沿海某城鎮(zhèn)，該地區(qū)最低氣溫約14℃，最高氣溫36℃。灌溉渠道建成于1995年，起點(diǎn)位于某水庫(kù)，由多段明渠、箱涵及架空渡槽組成。渡槽槽身采用帶拉桿U型截面鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁式渡槽，跨度10m。渡槽支架為鋼筋混凝土單跨平面框架，高度界于1.5～12m之間，支架沿高度方向布置有橫向連梁。渡槽橫截面示意圖（見(jiàn)圖1）。

渡槽經(jīng)過(guò)多年使用，混凝土構(gòu)件出現(xiàn)了不同程度的外觀缺陷和結(jié)構(gòu)損傷，缺陷多為老化損傷。具體表現(xiàn)為：（1）因混凝土保護(hù)層厚度偏小，鋼筋銹蝕造成的混凝土剝落及保護(hù)層沿縱筋向脹裂;（2）部分構(gòu)件鋼筋出現(xiàn)較為明顯的銹蝕，個(gè)別槽身環(huán)筋及梁、柱箍筋已銹斷等。鑒于渡槽出現(xiàn)的問(wèn)題，亟待對(duì)其進(jìn)行加固處理。

2? ? 理論計(jì)算分析

渡槽l0/D=9.73/1.4=6.95>3，屬于長(zhǎng)殼渡槽，可劃分為縱向、橫向平面結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算。

渡槽縱向承受槽身自重、槽內(nèi)水重及人行便橋上的人群荷載作用，可簡(jiǎn)化為U型截面簡(jiǎn)支梁計(jì)算其內(nèi)力（彎矩、剪力），按現(xiàn)行規(guī)范所規(guī)定的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法進(jìn)行截面設(shè)計(jì)——計(jì)算槽身縱向正截面受彎鋼筋和斜截面抗剪鋼筋。

沿渡槽縱向截取單位槽長(zhǎng)作為計(jì)算單元進(jìn)行橫向內(nèi)力分析。作用在計(jì)算單元上的荷載有：水壓力、自重、人群荷載等，這些向下的荷載由作用在計(jì)算單元兩端截面上的剪應(yīng)力差所平衡，習(xí)慣上常將該剪應(yīng)力差稱為橫截面上的剪應(yīng)力。

由于槽身在橫向的幾何形狀是對(duì)稱的，豎向荷載也是對(duì)稱的，結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖可取為圖2所示的一次超靜定結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

3? ? 縱向計(jì)算

3.1? ? 荷載計(jì)算

3.1.1? ? 基本組合1（設(shè)計(jì)水深）。荷載標(biāo)準(zhǔn)值：qk=g11k+g12k+p11k+p12k=0.263+8.817+1.750+14.697=25.527（kN/m）;荷載設(shè)計(jì)值：q=g11+g12+p11+p12=0.276+9.258+2.100+17.636=29.270 （kN/m）。

3.1.2? ? 基本組合2（滿槽水深）。

荷載標(biāo)準(zhǔn)值：qk=g11k+g12k+p11k+p21k=0.263+8.817+1.750+ 16.937=27.767（kN/m）;

荷載設(shè)計(jì)值：q=g11+g12+p11+p21=0.276+9.258+2.100+ 18.631=30.265（kN/m）。

注：縱向承載力計(jì)算以基本組合2（滿槽水深）控制。

3.2? ? 內(nèi)力及承載力計(jì)算

3.2.1? ? 縱向內(nèi)力。l0=9.96-0.23=9.73m;ln=9.96-0.46=9.50m;

3.2.2? ? 承載力計(jì)算參數(shù)。

（1）幾何尺寸：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級(jí)鋼筋：fy=300N/mm2;HPB235級(jí)鋼筋：fy=210N/mm2。

3.2.3? ? 正截面承載力計(jì)算。

x=h0=0.036×1430=51.4mm

按最小配筋率所需的鋼筋面積：

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

3.2.4? ? 斜截面承載力計(jì)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）;

截面尺寸滿足要求。

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

不需計(jì)算抗剪鋼筋。

按最小配箍率所需的箍筋面積：（Asv/s），min=0.15%b= 0.0015×140=0.21（mm2/mm），沿槽身縱向每延米需按構(gòu)造配置抗剪橫向鋼筋為0.21×1000/2=105（mm2/m）。

4? ? 橫向計(jì)算

按荷載標(biāo)準(zhǔn)值、設(shè)計(jì)值分別計(jì)算內(nèi)力，配筋時(shí)按內(nèi)力設(shè)計(jì)值乘以安全系數(shù)K=1.20（3級(jí)水工建筑物，基本組合）。沿縱向1m長(zhǎng)槽身為計(jì)算單元。

4.1? ? 計(jì)算參數(shù)

槽身橫向內(nèi)力計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表1。

4.2? ? 槽身橫向內(nèi)力及配筋計(jì)算

槽身鋼筋保護(hù)層厚度a=2～3cm，槽身橫向配單筋位于槽壁中心。

橫向配筋計(jì)算處理：一般殼槽橫向鋼筋由偏心受拉位置控制，因此只計(jì)算偏心拉力或彎矩較大的截面。對(duì)壁厚t=70mm的截面，取as=as?=35mm，as+as?=70mm=t，此時(shí)截面為大偏心受拉，按不考慮受壓鋼筋的作用（取As?=0）確定受拉鋼筋的面積As。對(duì)其它厚度的截面，取as=as?=35mm。橫桿按軸心受拉構(gòu)件計(jì)算鋼筋。

渡槽槽身橫向內(nèi)力及配筋結(jié)果匯總見(jiàn)表2，表中j=75°處截面厚度是從設(shè)計(jì)圖紙上量測(cè)得到的近似值。

由表2可見(jiàn)，槽身橫截面外壁在= 15?位置所需鋼筋面積最大，As=229mm2/m，該鋼筋可兼作縱向抗剪構(gòu)造鋼筋。槽底內(nèi)壁所需鋼筋面積最大，為As=180mm2/m。

5? ? 結(jié)論

通過(guò)復(fù)核驗(yàn)算，在考慮不同程度缺陷的鋼筋折減的情況下，槽身鋼筋配置不滿足計(jì)算要求。

為保證渡槽安全使用，考慮到渡槽臨近海邊，建議對(duì)槽身外觀缺陷損傷清理基面、除銹后，采用聚合物砂漿進(jìn)行修復(fù)處理，同時(shí)對(duì)計(jì)算不滿足要求的槽身采用外包鋼或碳纖維等方法進(jìn)行加固，并在構(gòu)件表面涂刷防碳化涂料對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行防護(hù)處理。

[參考文獻(xiàn)]

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