大跨度矩形渡槽槽身縱向預應力鋼絞線計算與布置

涂 飛

(安慶市水利水電規劃設計院，安徽 安慶 246003)

1 工程概況

花涼亭灌區望江縣南干渠改線段工程渠線總長度6.01km，設計流量9.3m3/s。其中控制性工程為預應力大渡槽，共147節，每節長度30m，合計4.41km。

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

槽身橫向按鋼筋混凝土結構設計，縱向按預應力混凝土結構設計。

2 建筑物荷載及組合

槽身主要荷載包括自重、水重、水壓力、風壓力、人群荷載。簡支結構縱向計算未考慮溫度荷載；工程區地震基本烈度為Ⅵ度，可不進行抗震計算。

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

槽身配筋基本荷載組合分“設計水深”和“空槽”工況，偶然荷載組合為“滿槽工況”；槽身斷面應力和裂縫控制驗算標準組合分“設計水深”“滿槽”和“空槽”工況[1]。

3 槽身縱向內力計算

縱向內力計算時，槽身兩側縱墻視為簡支梁，底板為縱梁翼緣板。計算跨度根據支座布置取29.0m，縱向內力計算見表1。

表1 槽身縱向內力計算表

4 槽身跨中斷面預應力計算

4.1 材料選擇

槽身縱向預應力采用后張法。預應力鋼絞線選用7φs15.2，抗拉強度標準值fptk=1860N/mm2，設計值fpy=1320N/mm2，張拉控制應力σcon取0.75fptk；根據計算，鋼絞線預應力總損失約為σcon×20%，則鋼絞線有效預應力σpe=1116N/mm2。

槽身混凝土強度等級C50，軸心抗壓強度標準值fck=32.4N/mm2，設計值fc=23.1N/mm2；軸心抗拉強度標準值ftk=2.64N/mm2，設計值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；計算高度H=3.4m，初擬受拉區預應力中心至頂部受壓區邊緣距離h0=2.83m，距形心距離ep=0.87m。

4.3 斷面預應力配筋估算

槽身按全預應力結構要求配筋，基本原則是保證受拉區邊緣在最不利荷載組合下不出現拉應力。

按基本組合設計水深工況，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拉應力，算得Ap≥11556mm2,83束7φs15.2。

根據估算，初定跨中斷面受拉區配置鋼絞線82束，受壓區不配置。

5 預應力鋼絞線布置

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

受拉區鋼絞線配置在側墻馬蹄和底板兩個區域，其中底板12束，兩側側墻+馬蹄各14+21束。底板內共設3個并排孔道，每孔4束，均為直通筋；每側馬蹄各設3個孔道，密集布置，每孔7束，均為直通筋；每側縱墻各設2個孔道，豎向并列布置，每孔7束，均為彎起筋[2]。

梁端預應力束布置斷面圖 跨中預應力束布置斷面圖

6 斷面邊緣應力復核

根據估算的鋼絞線數量及初擬布置方案，對斷面邊緣應力復核，其中跨中斷面計算成果見表2。

表2 斷面邊緣預壓應力復核成果表(跨中)

從表中可見，跨中斷面受拉區和受壓區邊緣均未出現拉應力，滿足規范要求，配置的預應力筋基本合理。

7 結 語

花涼亭灌區望江縣南干渠改線段預應力大渡槽每節長度30m，上部槽身為簡支式，斷面為單廂矩形槽。槽身橫向按鋼筋混凝土結構設計，縱向按預應力混凝土結構設計。

根據估算，槽身跨中斷面受拉區配置鋼絞線82束，受壓區不需配置。

經復核，不論是施工期還是運行期，槽身受拉、受壓區斷面邊緣均不會出現拉應力，說明鋼絞線配置是合理的。