渡槽的结构计算

出处：按学科分类—工业技术 中国轻工业出版社《制盐工业手册》第407页（4176字）

(一)荷载种类及组合

一般划分为基本荷载和特殊荷载。

1．基本荷载

(1)恒载，包括结构自重、固定设备重、土重及土压力；

(2)槽内水重及水压力；

(3)作用于槽台、墩(架)的动、静水压力；

(4)交通桥上的人群、车辆荷载；

(5)风载荷。

2．特殊荷载

(1)地震力；

(2)漂浮物对墩台的冲击力；

(3)温度变化及混凝土收缩引起的内力；

(4)施工、运输、安装时的静、动荷载及外力等。

(二)矩形槽身结构计算

1．纵向结构内力分析 根据纵向支承情况(简支或双悬臂)，计算其弯矩和剪力。

(1)纵向计算荷载组合

设计条件：

槽身自重+水重(设计水位)+人群荷重

校核条件：

①槽身自重+水重(加大流量水位)+人群荷重；

②设计条件荷载+因温度变化槽身伸缩而产生的摩擦力

(2)纵向内力计算

①简支梁受均布荷载时的跨中弯矩及支座剪力(图2－7－18a)。

②双悬臂梁受均布荷载时的弯矩及剪力(图2－7－18b)

图2－7－18 纵向内力分析

式中 q——槽身单位长度荷重(N／m)

l——支座之间的距离(m)

a——悬臂长度(m)

弯矩及剪力求出后，对于矩形渡槽，可将侧墙作为纵梁考虑，梁截面为矩形或T形，按受弯构件计算其纵向正应力及剪应力，进行配筋和抗裂或裂缝开展宽度的验算。

2．槽身横断面的内力分析

(1)无拉杆的矩形槽 由侧墙与底板整体浇筑，侧墙为固结于底板上的悬臂板，近似按受弯构件计算(忽略轴向力影响)，其下部最大弯矩为：

底板两端承受侧墙传来的负弯矩M_a、M_b和轴向拉力N_a及N_b(N_a＝N_b=γh²)，如图2－7－19所示，则跨中正弯矩为：

图2－7－19 无拉杆矩形槽计算简图

式中 δ——底板厚度(m)

γ_h——钢筋混凝土重度(kN／m³)

2l——计算跨度，取两侧墙厚度中心线距离(m)

槽中水深h是变化的，求M_c最大值时，可以将h作变量，利用该截面剪力为零的条件求得，=Q=0即

得 h²=l² h=l

即当水深为计算跨度之半时，跨中产生最大正弯矩值，以此水深计算弯矩及轴向拉力N_a，按偏心受拉构件配置槽底中部的横向钢筋。

在槽身横向配筋计算中，应考虑侧墙与底板交接处补角的影响，才是经济合理的。侧墙竖向和底板水平方向受力筋，按A-A和C-C截面受力要求配置(图2－7－20)，侧墙和底板斜筋按B-B和D-D截面计算，取大者配置钢筋。侧墙和底板临水面的横向受力筋与斜筋应按图2－7－20所示，分别布置，并保持一定的锚着长度，切忌将三根钢筋用一根折线形钢筋来代替。

图2－7－20 侧墙底部受拉时的钢筋布置图

(2)有拉杆的矩形槽 侧墙底部与底板跨中的最大弯矩均发生在满槽水深情况下，近似地将水位取至拉杆中心线处。为了简化计算，所有荷载均作用于槽壁和底板厚度的中心线上，如图2－7－21b所示。由于槽身结构形状和荷载对称于断面中心线，可以沿中心线切开，取一半计算(图2－7－21c)。可按力矩分配法或变位法进行计算。

图2－7－21 有拉杆矩形槽计算简图

(三)重力式墩墩身应力验算

1．抗滑稳定验算 为了保证渡槽沿地基面抗滑稳定性，必须保证满足下式要求：

式中 ΣN_i——所有垂直方向作用力的总和(kN)

ΣP_i——所有水平方向作用力的总和(kN)

f——摩擦系数，由表2－7－15查得

表2－7－15 混凝土或砌石与地基土的摩擦系数f值

K_O——稳定安全系数，与建筑物级别及荷载组合情况有关，K_o不应小于表2－7－16中所规定的数值

表2－7－16 稳定安全系数

注：特殊组合Ⅱ是指遭遇地震时的荷载组合，特殊组合Ⅰ是指除Ⅱ以外的其他特殊组合。

从公式2－7－28中可以看出，对稳定最不利的工作条件是ΣP_i最大、ΣN_i最小时，即空槽有风、有动水压力及飘浮物撞击力的情况。其具体荷载如图2－7－22。

图2－7－22 作用于渡槽上的荷载

ΣN_i=槽身自重N₂+槽墩自重N₃(水面下用浮容重)+基础自重N₄(水面下用浮容重)+基础上的填土重N₅(水面下用浮容重)

ΣP_i=风压力P₁(作用于槽身)+风压力P₂(作用于槽墩)+动水压力P₃+飘浮物撞击力P₄

在地震区，水平方向荷载只考虑地震力，对动水压力、风压力、飘浮物撞击力等均不考虑；垂直方向荷载按空槽情况考虑。

2．地基承载力验算 在外荷载作用下，槽墩基底的地基应力可按偏心受压公式计算：

横槽向

式中 σy_max、σx_max、σy_min、σx_min——基底在横槽向及顺槽向的最大地基应力(取正号)及最小地基应力(取负号)(kPa)

ΣN_i——基底截面以上所有垂直方向荷载的总和(kN)

A——基底截面面积，A=Bl(图2－7－22)(m²)

ΣM_y、ΣM_x——所有计算荷载对基底截面形心轴y及x的力矩(图2－7－22)(kN·m)

W_y、W_x——基底的截面模量，W_y=Bl²(m²)

按2－7－29公式求得的最小地基应力，一般不容许出现负值外，同时还应满足下式要求：

式中 σ——基底的平均地基应力，σ=

R——考虑基础宽度及埋置深度的影响，经过修正后的地基土容许承载力，其数值可根据《工业与民用建筑地基基础设计规范》的规定选用

在地基稳定计算中，当地基应力不容许出现拉应力时，不可能产生倾覆，所以在满足地基稳定的条件下，一般不作抗倾稳定验算。

(四)排架结构计算

对于无结点线变位的刚架和有结点线变位的单跨对称刚架的计算，通常采用力矩分配法；对于有节点线变位刚架的计算，当独立的节点线变位较少时，可联合采用变位法和力矩分配法；如独立节点线变位较多时，则应采用迭代法或有限单元法。