小型泄洪洞洞身结构设计要点分析

吕振彪

(黑龙江省大庆地区防洪工程管理处，黑龙江 大庆 163311)

松峰山镇新明塘坝工程位于阿城区松峰山镇东北约6.5 km处，属我区半山区，集雨面积0.83 km2。拟建的塘坝工程主要由土坝、泄洪洞两部分组成，采用10 a一遇洪水标准设计，20 a一遇洪水标准校核。设计总库容1.58万m3，兴利库容 1.54万m3，死库容 0.20万m3，无水源耕地面积1.67 km2。该塘坝是一座集防洪、灌溉、养鱼等综合利用的小型抗旱水利工程。

1 基本设计资料

单孔箱涵，内净跨2.0 m，高1.5 m，壁厚0.3 m，填埋式构筑，顶部填土1.7 m，回填土重度1.8 t/m3，内摩擦角26°，地基土为砂质黏土，地面设计荷载汽—10(单车行驶)。

2 荷载计算

2.1 垂直土压力

垂直土压力计算公式为:

式中:Ck为填埋式涵管土压力计算系数，查《涵洞》P 128图4-7 Ck=0.652。

垂直土压力强度计算公式为:

2.2 侧向土压力

作用于箱涵顶板厚度中心线处的侧向土压力强度计算公式为:

作用于箱涵底板厚度中心线处的侧向土压力强度

2.3 外水压力

作用于箱涵底板厚度中心线处的外水压力强度计算公式为:

2.4 汽车荷载产生的垂直压力

汽—10加重车重力为15 t，后轮轮压P=5 t;后轮着地宽度d=0.5 m;着地长度c=0.2 m;轮距1.8 m。

这时作用涵顶上的压力强度为:

2.5 顶板自重

计算公式为:

2.6 侧墙自重

计算公式为:

2.7 作用于箱涵顶部的总均布荷载(包括自重力)

计算公式为:

2.8 作用于箱涵底部的地基反力

计算公式为:

3 内力计算

单孔箱涵，在竖轴对称荷载作用下，由于没有竖向相对线位移，属于结点无线位移结构，可采用查表法进行内力计算。

3.1 各结点杆端弯矩计算

将各单独荷载作用下的弯矩图叠加，得各杆端弯矩:

3.2 杆端剪力及各截面剪力计算

AB杆各截面:Qx=QAB-q3x

DC杆各截面:Qx=QDC-q4x

3.3 杆件最大弯矩位置及最大弯矩值的计算

立墙外侧受拉，为最小负弯矩。

4 强度计算

正截面配筋计算

箱形洞身混凝土标号采用C20，采用Ⅰ级钢筋。安全系数K=1.50，混凝土弯曲抗压设计强度Rw=180kg/cm2，轴心抗压设计强度Ra=145kg/cm2。钢筋抗拉设计强度Rg=2 400 kg/cm2，抗压设计强度Rg=2 400 kg/cm2，钢筋保护层a=3 cm。

4.1 顶板配筋计算

面层:Ag=μminbh0=0.15% ×100×27=4.05 cm2

底层:Ag=μbh0=0.1575% ×100×27=4.25 cm2

4.2 底板配筋计算

面层:Ag=μbh0=0.2025% ×100×27=5.47cm2

底层:Ag=μbh0=0.1575% ×100×27=4.25cm2

4.3 侧墙配筋计算

外侧:Ag=μminbh0=0.2% ×100×27=5.4 cm2以上各层(侧)钢筋均选配Φ16@20，(Ag=10.09cm2)

Ra=145 kg/cm2，安全系数 K=1.6。

5 抗裂度验算

箱形洞身以底板跨中弯矩最大M=2.14t·m，对此截面进行抗裂度验算。底板内侧配受力钢筋Φ16@20(Ag=10.09 cm2)，外侧配受力钢筋Φ16@20(Ag=10.09cm2)，Kf=1.1，Rf=19 kg/cm2。

钢筋与混凝土的弹性模量比计算公式为:

受压区高度计算公式为:

折算断面惯性矩计算公式为:

受拉区塑性影响系数计算公式为:

KM=＜Mf，满足抗裂要求。

6 结语

结构设计的目的是使设计的结构能满足各种预定功能要求，需要保证建筑物安全适用，又要做到经济合理，结构的可靠性和经济性常常是相互矛盾的，科学的设计方法就是在两者之间选择一种最佳的方案，使设计结构既经济合理，又有足够的可靠度。保证建筑物的安全运行。

[1] 浙江水利水电专科学校，东北水利水电专科学校.水利学[M].北京:水利电力出版社，1991.

[2] 河北水利专科学校，黑龙江水利专科学校.水工建筑物[M].北京:水利电力出版社，1993.

[3] 华东水利学院，大连工学院，陕西机械学校，清华大学.水工钢筋混凝土结构学[M].北京:水利电力出版社，1987.