大跨度矩形渡槽槽身纵向预应力钢绞线计算与布置

涂 飞

(安庆市水利水电规划设计院，安徽 安庆 246003)

1 工程概况

花凉亭灌区望江县南干渠改线段工程渠线总长度6.01km，设计流量9.3m3/s。其中控制性工程为预应力大渡槽，共147节，每节长度30m，合计4.41km。

渡槽上部槽身为简支式，断面为单厢矩形槽，净宽3.5m，槽深2.7m，槽外设底勒和侧勒，间距3.0m，槽顶设拉杆。槽身底板厚0.3m，两侧纵墙厚0.35m，底板和侧墙连接处设0.3m贴角；两侧纵墙底板以下断面扩大成马蹄状，马蹄宽×高为0.7×0.4m。

槽身横向按钢筋混凝土结构设计，纵向按预应力混凝土结构设计。

2 建筑物荷载及组合

槽身主要荷载包括自重、水重、水压力、风压力、人群荷载。简支结构纵向计算未考虑温度荷载；工程区地震基本烈度为Ⅵ度，可不进行抗震计算。

钢筋混凝土重度取25kN/m3，人群荷载按3kN/m2，基本风压取0.4kN/m2。

槽身配筋基本荷载组合分“设计水深”和“空槽”工况，偶然荷载组合为“满槽工况”；槽身断面应力和裂缝控制验算标准组合分“设计水深”“满槽”和“空槽”工况[1]。

3 槽身纵向内力计算

纵向内力计算时，槽身两侧纵墙视为简支梁，底板为纵梁翼缘板。计算跨度根据支座布置取29.0m，纵向内力计算见表1。

表1 槽身纵向内力计算表

4 槽身跨中断面预应力计算

4.1 材料选择

槽身纵向预应力采用后张法。预应力钢绞线选用7φs15.2，抗拉强度标准值fptk=1860N/mm2，设计值fpy=1320N/mm2，张拉控制应力σcon取0.75fptk；根据计算，钢绞线预应力总损失约为σcon×20%，则钢绞线有效预应力σpe=1116N/mm2。

槽身混凝土强度等级C50，轴心抗压强度标准值fck=32.4N/mm2，设计值fc=23.1N/mm2；轴心抗拉强度标准值ftk=2.64N/mm2，设计值ft=1.89N/mm2。

4.2 断面几何特性

跨中断面净截面面积An=4.41m2，惯性矩In=5.44m4，形心距下边缘yn=1.44m，换算截面面积A0=4.47m2，惯性矩I0=5.51m4，形心距下边缘y0=1.44m；计算高度H=3.4m，初拟受拉区预应力中心至顶部受压区边缘距离h0=2.83m，距形心距离ep=0.87m。

4.3 断面预应力配筋估算

槽身按全预应力结构要求配筋，基本原则是保证受拉区边缘在最不利荷载组合下不出现拉应力。

按基本组合设计水深工况，算得Ap≥7918mm2,57束7φs15.2。

按正常组合满槽工况，要求受拉边缘不出现拉应力，算得Ap≥11556mm2,83束7φs15.2。

根据估算，初定跨中断面受拉区配置钢绞线82束，受压区不配置。

5 预应力钢绞线布置

跨中断面受拉区配置钢绞线82束，受压区不配置，拟定基本合理的钢绞线布置方案如下：

受拉区钢绞线配置在侧墙马蹄和底板两个区域，其中底板12束，两侧侧墙+马蹄各14+21束。底板内共设3个并排孔道，每孔4束，均为直通筋；每侧马蹄各设3个孔道，密集布置，每孔7束，均为直通筋；每侧纵墙各设2个孔道，竖向并列布置，每孔7束，均为弯起筋[2]。

梁端预应力束布置断面图 跨中预应力束布置断面图

6 断面边缘应力复核

根据估算的钢绞线数量及初拟布置方案，对断面边缘应力复核，其中跨中断面计算成果见表2。

表2 断面边缘预压应力复核成果表(跨中)

从表中可见，跨中断面受拉区和受压区边缘均未出现拉应力，满足规范要求，配置的预应力筋基本合理。

7 结 语

花凉亭灌区望江县南干渠改线段预应力大渡槽每节长度30m，上部槽身为简支式，断面为单厢矩形槽。槽身横向按钢筋混凝土结构设计，纵向按预应力混凝土结构设计。

根据估算，槽身跨中断面受拉区配置钢绞线82束，受压区不需配置。

经复核，不论是施工期还是运行期，槽身受拉、受压区断面边缘均不会出现拉应力，说明钢绞线配置是合理的。