齐齐哈尔市城区橡胶坝工程底板结构设计

2012-10-24孙广涛王柏吉

黑龙江水利科技 2012年3期

关键词：板条齐齐哈尔市橡胶坝

孙广涛，王柏吉

(1. 齐齐哈尔市水利勘测设计研究院，黑龙江齐齐哈尔161006;2. 齐齐哈尔市江东灌区管理处，黑龙江齐齐哈尔161006)

近年来，齐齐哈尔市连续枯水，春季水位很低，给城市水厂引水及劳动湖区换水带来困难，并严重影响城区水域环境，制约旅游业发展，为此，在城区嫩江上修建了橡胶坝工程。

1 基础资料

齐齐哈尔市区属寒温带大陆性季风气候，春季干旱风大，夏季温热多雨，秋季降温急骤，冬季漫长寒冷。多年平均气温2.1 ℃，夏季最高气温41.5 ℃，冬季最低气温－39 ℃，年温差高达70 ℃以上。

根据同盟水文站、齐齐哈尔水位站及富拉尔基水文站冰情资料分析统计，齐齐哈尔市区多年平均封江日期11月25日，最早11月10日，最晚12月30日; 开江日期平均为4月10日，最早3月12日，最晚4月20日。封冻天数一般为135 d。最大冰厚1.15 m，最小冰厚0.72 m。

2 基本资料

橡胶坝底板基础为水撼砂，地基坚实，地基允许承载力［K］=250kN/m2，坝基底面与地基之间摩擦系数f =0.40，坝基基底应力最大值与最小值之比的允许值［η］=2.0，抗滑稳定安全系数［Kc］=1.25。

3 计算条件

计算选取底板，左侧为泄水闸，右侧为无隔墩底板，完建期，上下游均无水。

4 结构计算

4.1 弯矩计算

1) 板条选择:此时，底板上各处受力相同，取底板顺水流方向中点处1 m宽板条为计算板条。

2) 板条上荷载的计算:此时板条上的荷载只有底板自重及坝袋重。

根据“橡胶坝底板稳定计算”得，底板自重为5617.5 kN，坝袋重为31.2 kN。

底板及坝袋自重产生的均布荷载计算公式为:

3) 边荷载计算:左侧边荷载:根据“泄水闸稳定计算”得:完建期基底压应力最大值为102.59 kN/m2，最小值为86.50 kN/m2，则基底压力为:

将基底压力P 转换为15个集中边荷载。P1～P10 的荷载作用宽度各为0.1 L =0.6m，故P1'～P10'=94.55 ×0.6 ×1=56.73 kN; P11～P15的荷载作用宽度各为0.2 L =1.2m，故P11'～P15'=94.55 ×1.2 ×1 =113.46kN。

右侧边荷载:根据“橡胶坝底板稳定计算”得，完建期基底压应力最大值为42.87 kN/m2，最小值为42.72 kN/m2，则基底压力:

将基底压力P 转换为15个集中边荷载。P1～P10的荷载作用宽度各为0.1L=0.6 m，故P1’ ～P10’=42.80 ×0.6 ×1=25.68 kN; P11～P15的荷载作用宽度各为0.2L=1.2 m，故

4) 弯矩计算:左侧边荷载产生的弯矩:

表1 板条上底板弯矩计算

表2 两侧边荷载产生的弯矩计算

5) 弯矩组合: 由于板条上底板自重产生的弯矩为正，两侧边荷载产生的弯矩为负，计算采用两种弯矩组合，组合一考虑板条上的底板自重产生的弯矩，边荷载产生的弯矩考虑50%，组合二不考虑板条上底板自重产生的弯矩，边荷载产生的弯矩考虑100%。这两种组合为最不利组合。

组合一，这种组合为板条上底板自重产生的弯矩加上边荷载产生的弯矩的50%，荷载计算见表3。

组合二，这种组合只有边荷载产生的弯矩，荷载计算见表4。

表3 弯矩组合一

表4 弯矩组合二

根据两种弯矩组合绘制底板弯矩图:

图1 荷载计算图

图2 橡胶坝底板弯矩图组合一

图3 橡胶坝底板弯矩图组合二

4.2 配筋计算

由弯矩计算结果可以看出，此时底板上面最大弯矩205.6 kN·m，因此按205.6 kN·m进行配筋计算。

截面尺寸为b × h =1000mm×1300mm，采用C30 级混凝土( fc =15 N/mm2) 和Ⅱ级钢筋( fy =310 N/mm2) ，混凝土保护层50 mm( h0=1240 mm) ，结构系数γd=1.20。

根据αs 由《水工混凝土结构设计规范》( SL/T 191—96)表K1 查得ξ =0.011

按《水工钢筋混凝土结构设计规范》( SDJ20—78)

最小配筋率ρmin=0.15%

按《水工混凝土结构设计规范》( SL/T 191—96) ，因底板较厚，配筋率按下式计算:

式中: M 为弯矩设计值; γd为钢筋混凝土结构的结构系数;ρ0min为基本最小配筋率。

依据齐齐哈尔水文站冰情观测资料，主坝处最低冰面高程141.10 m，坝底板基础处于冻结深度内，除了科学管理，避免坝底板基础受冻外，适当加强底板配筋，提高底板抗冻能力。采用

4.3 裂缝计算

采用C 30 级混凝土和Ⅱ级钢筋( Es = 2.0 × 105N/mm2) ，配置6@15，( As =1 340 mm2) ，保护层c =50mm，as=60mm，h0=1 240mm。承受长期组合下得弯矩设计值Ms =205.6/1.2 =171.3 kN·m。处于3 类环境条件，最大裂缝宽度允许值0.2 mm。

钢筋应力计算为: