大跨度矩形渡槽槽身縱向預(yù)應(yīng)力鋼絞線計(jì)算與布置

涂 飛

(安慶市水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)院，安徽 安慶 246003)

1 工程概況

花涼亭灌區(qū)望江縣南干渠改線段工程渠線總長(zhǎng)度6.01km，設(shè)計(jì)流量9.3m3/s。其中控制性工程為預(yù)應(yīng)力大渡槽，共147節(jié)，每節(jié)長(zhǎng)度30m，合計(jì)4.41km。

渡槽上部槽身為簡(jiǎn)支式，斷面為單廂矩形槽，凈寬3.5m，槽深2.7m，槽外設(shè)底勒和側(cè)勒，間距3.0m，槽頂設(shè)拉桿。槽身底板厚0.3m，兩側(cè)縱墻厚0.35m，底板和側(cè)墻連接處設(shè)0.3m貼角；兩側(cè)縱墻底板以下斷面擴(kuò)大成馬蹄狀，馬蹄寬×高為0.7×0.4m。

槽身橫向按鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，縱向按預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

2 建筑物荷載及組合

槽身主要荷載包括自重、水重、水壓力、風(fēng)壓力、人群荷載。簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)縱向計(jì)算未考慮溫度荷載；工程區(qū)地震基本烈度為Ⅵ度，可不進(jìn)行抗震計(jì)算。

鋼筋混凝土重度取25kN/m3，人群荷載按3kN/m2，基本風(fēng)壓取0.4kN/m2。

槽身配筋基本荷載組合分“設(shè)計(jì)水深”和“空槽”工況，偶然荷載組合為“滿槽工況”；槽身斷面應(yīng)力和裂縫控制驗(yàn)算標(biāo)準(zhǔn)組合分“設(shè)計(jì)水深”“滿槽”和“空槽”工況[1]。

3 槽身縱向內(nèi)力計(jì)算

縱向內(nèi)力計(jì)算時(shí)，槽身兩側(cè)縱墻視為簡(jiǎn)支梁，底板為縱梁翼緣板。計(jì)算跨度根據(jù)支座布置取29.0m，縱向內(nèi)力計(jì)算見(jiàn)表1。

表1 槽身縱向內(nèi)力計(jì)算表

4 槽身跨中斷面預(yù)應(yīng)力計(jì)算

4.1 材料選擇

槽身縱向預(yù)應(yīng)力采用后張法。預(yù)應(yīng)力鋼絞線選用7φs15.2，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fptk=1860N/mm2，設(shè)計(jì)值fpy=1320N/mm2，張拉控制應(yīng)力σcon取0.75fptk；根據(jù)計(jì)算，鋼絞線預(yù)應(yīng)力總損失約為σcon×20%，則鋼絞線有效預(yù)應(yīng)力σpe=1116N/mm2。

槽身混凝土強(qiáng)度等級(jí)C50，軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fck=32.4N/mm2，設(shè)計(jì)值fc=23.1N/mm2；軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值ftk=2.64N/mm2，設(shè)計(jì)值ft=1.89N/mm2。

4.2 斷面幾何特性

跨中斷面凈截面面積An=4.41m2，慣性矩In=5.44m4，形心距下邊緣yn=1.44m，換算截面面積A0=4.47m2，慣性矩I0=5.51m4，形心距下邊緣y0=1.44m；計(jì)算高度H=3.4m，初擬受拉區(qū)預(yù)應(yīng)力中心至頂部受壓區(qū)邊緣距離h0=2.83m，距形心距離ep=0.87m。

4.3 斷面預(yù)應(yīng)力配筋估算

槽身按全預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)要求配筋，基本原則是保證受拉區(qū)邊緣在最不利荷載組合下不出現(xiàn)拉應(yīng)力。

按基本組合設(shè)計(jì)水深工況，算得Ap≥7918mm2,57束7φs15.2。

按正常組合滿槽工況，要求受拉邊緣不出現(xiàn)拉應(yīng)力，算得Ap≥11556mm2,83束7φs15.2。

根據(jù)估算，初定跨中斷面受拉區(qū)配置鋼絞線82束，受壓區(qū)不配置。

5 預(yù)應(yīng)力鋼絞線布置

跨中斷面受拉區(qū)配置鋼絞線82束，受壓區(qū)不配置，擬定基本合理的鋼絞線布置方案如下：

受拉區(qū)鋼絞線配置在側(cè)墻馬蹄和底板兩個(gè)區(qū)域，其中底板12束，兩側(cè)側(cè)墻+馬蹄各14+21束。底板內(nèi)共設(shè)3個(gè)并排孔道，每孔4束，均為直通筋；每側(cè)馬蹄各設(shè)3個(gè)孔道，密集布置，每孔7束，均為直通筋；每側(cè)縱墻各設(shè)2個(gè)孔道，豎向并列布置，每孔7束，均為彎起筋[2]。

梁端預(yù)應(yīng)力束布置斷面圖 跨中預(yù)應(yīng)力束布置斷面圖

6 斷面邊緣應(yīng)力復(fù)核

根據(jù)估算的鋼絞線數(shù)量及初擬布置方案，對(duì)斷面邊緣應(yīng)力復(fù)核，其中跨中斷面計(jì)算成果見(jiàn)表2。

表2 斷面邊緣預(yù)壓應(yīng)力復(fù)核成果表(跨中)

從表中可見(jiàn)，跨中斷面受拉區(qū)和受壓區(qū)邊緣均未出現(xiàn)拉應(yīng)力，滿足規(guī)范要求，配置的預(yù)應(yīng)力筋基本合理。

7 結(jié) 語(yǔ)

花涼亭灌區(qū)望江縣南干渠改線段預(yù)應(yīng)力大渡槽每節(jié)長(zhǎng)度30m，上部槽身為簡(jiǎn)支式，斷面為單廂矩形槽。槽身橫向按鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，縱向按預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

根據(jù)估算，槽身跨中斷面受拉區(qū)配置鋼絞線82束，受壓區(qū)不需配置。

經(jīng)復(fù)核，不論是施工期還是運(yùn)行期，槽身受拉、受壓區(qū)斷面邊緣均不會(huì)出現(xiàn)拉應(yīng)力，說(shuō)明鋼絞線配置是合理的。