泵站施工图计算书.docx
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泵站施工图计算书
1.综合说明
1.1概况
***位于**区东部,是**区四大万亩圩口之一,该圩东、西、北分别由青通河、长江、九华河所环抱,南部为丘陵区。
全圩总面积144.2km2,耕地面积11.41万亩,总人口5.48万人。
***圩内为纯圩区地形,地势较为平坦。
圩内地面高程一般在9.0~10.0m之间(吴淞高程,下同),局部最高和最低地面高程为12.0m和8.5m。
圩内有沿江公路、沿江高速公路和沿江铁路贯穿。
***堤防全长36.73km,堤顶宽6.0m,堤顶高程17.0~18.3m,内外边坡为1:
3。
由于***三面环水,九华河、青通河来水面积较大(其中九华河来水面积532.8km2,青通河来水面积1240km2),圩区河道比降平缓,河槽泄量不足,两岸均有防洪堤,堤内耕地均低于河道洪水位,河道出口受江水位顶托,泄流不畅,河道高水位持续时间长,该圩排涝任务繁重。
***圩内排涝任务由5座泵站承担,即梅龙、刘村渡、桐梓山、大同和双丰排涝站,现状总装机56台套7395kW,排涝流量69.98m3/s,排涝模数为0.485m3/s/km2,现状设计排涝标准为7年一遇。
由于排涝标准不足,再加上机电设备老化,效率低下,该圩涝灾频繁,严重地制约着当地农业生产的进一步发展。
***泵站本次需要更新改造的共有7座机房,全部拆除重建。
更新改造后,7座机房总装机35台,总装机容量7020kW,设计总抽排流量58.9m3/s。
其中桐梓山站一机房设计抽排流量为7.7m3/s,设计净扬程为4.5m,最低净扬程为0.9m,最高净扬程为8.52m,平均净扬为5.0m。
老站装机4台,总容量810kW,新建泵站装机容量为960kW,共有6台机组。
依据《防洪标准》(GB50201-94)和《泵站设计规范》(GB/T50265-97)的规定,确定本工程为Ⅳ等小
(1)型泵站,各主要建筑物(如泵房、进水闸、前池、排涝出水涵)均为4级建筑物。
排涝出水涵采用钢筋混凝土结构,单孔矩形截面,孔口尺寸2.5m×2.5m。
整个涵洞分成6节,总长51m。
底板高程5.7m,出口设置防洪工作闸门,上部设起闭台,起闭台顶高程17.0m,并用便桥将堤顶与起闭台相连。
堤顶高程18.36m,涵洞上部最大填土高度为9.66m。
前池是排涝进水闸与进水池间的连接段。
在平面上顺水流方向呈梯形布置,前池总长18.0m,始端宽9.1m,末端宽17.5m,扩散中心角30。
底板前10.0m为斜坡段,从5.5m高程降至5.37m高程。
靠近站房段4.0m长为水平面,其高程与水泵进水室底板同为5.37m。
底板为钢筋砼结构。
在水平段范围内设排水孔,下设反滤层。
1.2设计依据
1)《防洪标准》(GB50201-94);
2)《泵站设计规范》(GB/T50265-97);
3)《堤防工程设计规范》(GB50286-98);
4)《水工建筑物荷载设计规范》(DL5077-1997);
5)《水工混凝土结构设计规范》(SL/T191-2008);
6)《水工钢筋混凝土结构学》(中国水利水电出版社);
7)***初步设计报告及相关资料。
2.涵洞结构计算(堤顶填土最大处)
堤顶填土最大处箱涵的结构型式及尺寸见下图:
2.1荷载计算
作用于涵洞上的荷载有:
填土压力(垂直土压力和水平土压力)、内外水压力、洞身自重以及填土上的活荷载等。
这里,主要考虑涵洞完建期所受的荷载,主要为填土压力、洞身自重,活荷载很小可忽略不计。
计算土压力时,洞身沿轴向取单宽,洞顶的填土方式为上埋式,其数值可按下式计算:
2.1.1垂直土压力
(1)
式中:
H—洞顶以上填土高度(m);H=18.36-8.7=9.66m
γs—填土容重(kN/m3);γs取19.0kN/m3
D1—涵洞外轮廓宽度;本工程D1=3.5m
Ks—系数,对于刚性涵洞可按《水工设计手册》第八卷表40-3-4查用,由H/D1=9.66/3.5=2.76,查表并用插值法求得Ks=1.488。
将以上数值代入上式,可得其标准值为:
pk=1.488×19.0×9.66=273.10(kN/m)
荷载的设计值等于荷载的标准值乘以相应的荷载分项系数。
对于永久荷载,分项系数γG=1.05。
垂直土压力的设计值为:
p=273.10×1.05=286.76(kN/m)
系数Ks值
H/D1
0.1
0.5
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0
9.0
≥10
Ks
1.04
1.20
1.40
1.45
1.50
1.45
1.40
1.35
1.30
1.25
1.20
1.15
2.1.2水平土压力
(2)
式中:
py—计算截面处的水平土压力(kN/m2);
γs—填土容重(kN/m3);γs取19.0kN/m3
H1—填土顶面至计算截面的高度(m);
B—涵洞沿轴向的长度;B=1.0m
ξ—系数,对一般砂性土或较干的粘土可采用0.35~0.45,当含水量较大时可提高到0.5~0.55。
本工程取ξ=0.5。
H1’=9.66+0.5/2=9.91m
H1’’=9.66+3.0+0.5/2=12.91m
将以上数值代入上式计算,其相应的标准值分别为:
pyk’=0.5×19.0×9.91×1.0=94.15kN/m
pyk’’=0.5×19.0×12.91×1.0=122.65kN/m
荷载分项系数γG=1.05,水平土压力的设计值为:
py’=94.15×1.05=98.85kN/m
py’’=122.65×1.05=128.78kN/m
2.1.3洞身自重设计值
顶、底板自重:
q=γ*A*B*γG=25×0.5×1.0×1.05=13.13kN/m
2.1.4侧墙、隔墙自重(集中力):
p=γ*A*L*B*γG=25×0.5×2.5×1.0×1.05=32.81kN
2.1.5垂直均布荷载总和
∑P=p+q=286.76+13.13=299.89kN/m
2.1.6边荷载设计值:
(3)
式中:
H2—为洞底中点至堤顶的高度。
q边=19×12.91×1.05=257.55kN/m
2.2内力计算
2.2.1结构的受力简图如下:
无边荷载时涵洞荷载图
有边荷载时涵洞荷载图
利用DKJ程序计算结构的内力。
节点编号及单元划分详见下图。
计算成果附后。
节点编号及单元划分图
数据文件名:
***泵站更新改造桐梓山站一机房涵洞无边荷载.t×t
计算成果如下:
*********************************************************
***DKJPROGRAMDEVELOPEDBYZHANGQIFU,1988.8***
***COPYRIGHT(C)1988BYZHANGQIFU***
*********************************************************
NJJTNENGNDJQNQNPNK
727042900
E1E0EUPMEE
.2800E+084000.-.1000E-01.0000.0000
JH:
12233445676175
J×:
12002000502000
BB:
1.0001.0001.0001.0001.0001.0001.000
BH:
.5000.5000.5000.5000.5000.5000.5000
BL:
.7500.7500.7500.75003.0003.0003.000
BC:
.0000.0000.0000.0000.0000-90.00-90.00
PJ:
62-32.8172-32.81
PE:
13.7500-13.1323.7500-13.1333.7500-13.13
43.7500-13.13533.000-299.9633.00098.85
643.00029.93733.000-98.85743.000-29.93
NF=18NY=141
PP:
386.7283.0283.0386.7.1377.3658E-10
NODE×YRNODE×YR
1:
.0000.0000-.3600E-032:
-.9587E-05.3735E-03-.3877E-03
3:
-.1917E-04.5464E-03.6963E-094:
-.2876E-04.3735E-03.3877E-03
5:
-.3835E-04.0000.3600E-036:
-.1776E-05-.1034E-03.3624E-03
7:
-.3659E-04-.1034E-03-.3624E-038:
.0000.0000.0000
ELEMENTNIQIQJMIM0MJ
1:
179.0-482.6202.4156.72.009100.2
2:
179.0-202.4-.7324E-03-100.2-157.1176.1
3:
179.0.8316E-03-202.4-176.1-157.1100.2
4:
179.0202.4-482.6-100.22.010-156.7
5:
162.5449.8449.8-154.5182.9154.5
6:
482.6-162.5-179.0154.527.55-156.7
7:
482.6162.5179.0-154.5-27.55156.7
STOP
洞身无边荷载弯矩图
数据文件名:
***泵站更新改造桐梓山站一机房涵洞有边荷载.t×t
计算成果如下:
*********************************************************
***DKJPROGRAMDEVELOPEDBYZHANGQIFU,1988.8***
***COPYRIGHT(C)1988BYZHANGQIFU***
*********************************************************
NJJTNENGNDJQNQNPNK
727042920
E1E0EUPMEE
.2800E+084000.-.1000E-01.0000.0000
JH:
12233445676175
J×:
12002000502000
BB:
1.0001.0001.0001.0001.0001.0001.000
BH:
.5000.5000.5000.5000.5000.5000.5000
BL:
.7500.7500.7500.75003.0003.0003.000
BC:
.0000.0000.0000.0000.0000-90.00-90.00
PJ:
62-32.8172-32.81
PE:
13.7500-13.1323.7500-13.1333.7500-13.13
43.7500-13.13533.000-299.9633.00098.85
643.00029.93733.000-98.85743.000-29.93
PB:
257.51.5003.000257.5-1.5003.000
NF=18NY=141
PP:
351.0318.8318.8351.0.1907-.2912E-08
NODE×YRNODE×YR
1:
.0000.0000-.3800E-032:
-.9719E-05.3948E-03-.4149E-03
3:
-.1944E-04.5816E-03.6746E-094:
-.2916E-04.3948E-03.4149E-03
5:
-.3887E-04.0000.3800E-036:
-.2301E-05-.1034E-03.3683E-03
7:
-.3659E-04-.1034E-03-.3683E-038:
.0000.0000.0000
ELEMENTNIQIQJMIM0MJ
1:
181.4-482.6229.3162.95.685104.0
2:
181.4-229.3-.6714E-03-104.0-168.5190.0
3:
181.4.5569E-03-229.3-190.0-168.5104.0
4:
181.4229.3-482.6-104.05.686-162.9
5:
160.0449.8449.8-153.3184.1153.3
6:
482.6-160.0-181.4153.330.07-162.9
7:
482.6160.0181.4-153.3-30.07162.9
STOP
洞身有边荷载弯矩图
2.3洞身配筋计算
由于堤顶断面受力最大,结构内力也最大,所以以堤顶断面为准,取两种工况下的计算结果的最大值配筋。
2.3.1参数说明:
结构系数:
rd=1.2
计算厚度:
底板底层h0=500-50=450mm
其他厚度h0=500-30=470mm
C25的砼强度:
fc=11.9N/mm2
Ⅱ级钢筋的强度:
fy=310.0N/mm2
建筑物级别为4级,永久建筑物,故γ0=0.9,Ψ=1.0
完建期(不计边荷载)(单宽1m计)
底板底层M=156.7×0.9=141.0kN·m
底板面层M=176.1×0.9=158.5kN·m
顶板底层M=182.9×0.9=164.6kN·m
顶板面层M=154.5×0.9=139.1kN·m
边墙外侧M=156.7×0.9=141.0kN·m
边墙内侧M=0kN·m
完建期(计边荷载)(单宽1米计)
底板底层M=162.9×0.9=146.6kN·m
底板面层M=190.0×0.9=171.0kN·m
顶板底层M=184.1×0.9=165.7kN·m
顶板面层M=153.3×0.9=138.0kN·m
边墙外侧M=162.9×0.9=146.6kN·m
边墙内侧M=0kN·m
2.3.2配筋计算:
(1)底板底层
M按146.6kN·m计算
h0=450mm
αs=(rd·Mma×)/(fc·b·h02)
=(1.2×146.6×106)/(11.9×1000×4502)
=0.0730
ξ=1-(1-2αs)1/2
=1-(1-2×0.0730)1/2
=0.0759〈0.544
As=(fc·ξ·b·h0)/fy
=(11.9×0.0759×1000×450)/310
=1311.1(mm2)
ρ=As/(b·h0)
=1311.1/(1000×450)
=0.291%〉0.15%
选用钢筋Φ16@200,实际1m中As1=1005mm2,另侧墙外侧的Φ16@200钢筋弯入底板底面1/3净宽,有As2=1005mm2,实际As=As1+As2=1005+1005=2010mm2。
(2)底板面层
M按171.0kN·m计算
h0=470mm
αs=(rd·Mma×)/(fc·b·h02)
=(1.2×171.0×106)/(11.9×1000×4702)
=0.0781
ξ=1-(1-2αs)1/2
=1-(1-2×0.0781)1/2
=0.0814〈0.544
As=(fc·ξ·b·h0)/fy
=(11.9×0.0814×1000×470)/310
=1468.1(mm2)
ρ=As/(b·h0)
=1468.1/(1000×470)
=0.312%〉0.15%
选用钢筋Φ20@200,实际1m中As=1571mm2。
(3)顶板底层
M按165.7kN·m计算
h0=470mm
αs=(rd·Mma×)/(fc·b·h02)
=(1.2×165.7×106)/(11.9×1000×4702)
=0.0756
ξ=1-(1-2αs)1/2
=1-(1-2×0.0756)1/2
=0.0787〈0.544
As=(fc·ξ·b·h0)/fy
=(11.9×0.0787×1000×470)/310
=1420.7(mm2)
ρ=As/(b·h0)
=1420.7/(1000×470)
=0.302%〉0.15%
选用钢筋Φ20@200,实际1m中As=1571mm2。
(4)顶板面层
M按138.0kN·m计算
h0=470mm
αs=(rd·Mma×)/(fc·b·h02)
=(1.2×138.0×106)/(11.9×1000×4702)
=0.0630
ξ=1-(1-2αs)1/2
=1-(1-2×0.0630)1/2
=0.0651〈0.544
As=(fc·ξ·b·h0)/fy
=(11.9×0.0651×1000×470)/310
=1174.8(mm2)
ρ=As/(b·h0)
=1174.8/(1000×470)
=0.250%〉0.15%
选用钢筋Φ16@200,实际1m中As1=1005mm2,另侧墙外侧的Φ16@200钢筋弯入顶板面层1/3净宽,有As2=1005mm2,实际As=As1+As2=1005+1005=2010mm2。
(5)边墙外侧
M按146.6kN·m计算
其弯矩大小与底板底层相等,故配筋与顶板面层相同,选配钢筋为Φ16@200。
(6)边墙内侧
由于其弯矩很小,所以配筋也很小,按最小配筋率ρ=0.15%进行配筋。
As=ρ·b·h0
=0.0015×1000×470
=705mm2
选用钢筋Φ16@200,实际1m中As=1005mm2。
2.3.3剪力校核
由DKJ程序计算结果可知在底板节点1处剪力值最大为482.6kN,取距端部0.5h处剪力值即482.6×1250/1500=402.2kN。
rdV=1.2×402.2×0.9=434.4kN
Vc=0.07fcbh0
=0.07×11.9×1000×450
=374.9kN
不满足Vc〉rdV
加配抗剪钢筋:
As=(rdV-0.07fcbh0)/fysina
=(434.4-374.85)×103/(310·sin45)
=271.7(mm2)
选用钢筋Φ14@400,实际1m中As=385mm2。
3.涵洞结构计算(取4和5节涵洞交接处)
此处箱涵的结构型式及尺寸见下图:
3.1荷载计算
3.1.1垂直土压力
(1)
式中:
H—洞顶以上填土高度(m);H=15.86-8.7=7.16m
γs—填土容重(kN/m3);γs取19.0kN/m3
D1—涵洞外轮廓宽度;本工程D1=3.5m
Ks—系数,对于刚性涵洞可按《水工设计手册》第八卷表40-3-4查用,由H/D1=7.16/3.5=2.05,查表并用插值法求得Ks=1.475。
将以上数值代入上式,可得其标准值为:
pk=1.475×19.0×7.16=200.66(kN/m)
荷载的设计值等于荷载的标准值乘以相应的荷载分项系数。
对于永久荷载,分项系数γG=1.05。
垂直土压力的设计值为:
p=200.66×1.05=210.69(kN/m)
系数Ks值
H/D1
0.1
0.5
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0
9.0
≥10
Ks
1.04
1.20
1.40
1.45
1.50
1.45
1.40
1.35
1.30
1.25
1.20
1.15
3.1.2水平土压力
(2)
式中:
py—计算截面处的水平土压力(kN/m2);
γs—填土容重(kN/m3);γs取19.0kN/m3
H1—填土顶面至计算截面的高度(m);
B—涵洞沿轴向的长度;B=1.0m
ξ—系数,对一般砂性土或较干的粘土可采用0.35~0.45,当含水量较大时可提高到0.5~0.55。
本工程取ξ=0.5。
H1’=7.16+0.5/2=7.41m
H1’’=7.16+3.0+0.5/2=10.41m
将以上数值代入上式计算,其相应的标准值分别为:
pyk’=0.5×19.0×7.41×1.0=70.40kN/m
pyk’’=0.5×19.0×10.41×1.0=98.90kN/m
荷载分项系数γG=1.05,水平土压力的设计值为:
py’=70.40×1.05=73.92kN/m
py’’=98.90×1.05=103.85kN/m
3.1.3洞身自重设计值
顶、底板自重:
q=γ*A*B*γG=25×0.5×1.0×1.05=13.13kN/m
3.1.4侧墙、隔墙自重(集中力):
p=γ*A*L*B*γG=25×0.5×2.5×1.0×1.05=32.81kN
3.1.5垂直均布荷载总和
∑P=p+q=210.69+13.13=223.82kN/m
2.1.6边荷载设计值:
(3)
式中:
H2—为洞底中点至堤顶的高度。
q边=19×10.41×1.05=207.68kN/m
3.2内力计算
3.2.1结构的受力简图如下:
无边荷载时涵洞荷载图
有边荷载时涵洞荷载图
利用DKJ程序计算结构的内力。
节点编号及单元划分详见下图。
计算成果附后。
节点编号及单元划分图
数据文件名:
***泵站更新改造桐梓山站一机房涵洞无边荷载.t×t
计算成果如下:
*********************************************************
***DKJPROGRAMDEVELOPEDBYZHANGQIFU,1988.8***
***COPYRIGHT(C)1988BYZHA
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