拱式渡槽畢業(yè)設計

1、<p><b>　　畢業(yè)生論文</b></p><p>　　白蓮河龍?zhí)稕_(拱式)渡槽設計</p><p><b>　　二○一○年六月</b></p><p>　　BACHELOR'S DEGREE THESIS</p><p>　　OF WUHAN UNIVERSITY</p

2、><p>　　The aqueduct design of LongTan Chong BaiLian River</p><p>　　June 2010</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　龍?zhí)稕_渡槽位于湖北省浠水縣白蓮河灌區(qū)西干渠上游處，樁號為1+800，竣工年限在196

3、1年~1962年，經(jīng)過三十多年的運行，該渡槽出現(xiàn)嚴重的老化問題，加之灌區(qū)面積增加和流量增大，該渡槽已遠遠不能擔負輸水灌溉的任務，根據(jù)白蓮河水庫灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造規(guī)劃成果(2003年），要求重建白蓮河渡槽。考慮到原渡槽所在渠道位于一較大的沖谷處，該段渠道在山洪期間常受洪水危脅。經(jīng)灌區(qū)重新規(guī)劃，將原山谷下的沿山渠道進行截彎取直，在截彎處新建新的龍?zhí)稕_渡槽，工程為III等工程，主要建筑物為3級。</p><p>　

4、　新建的渡槽采用矩形拱式渡槽，拱跨87m，共兩跨，槽底寬為4.0m，側墻高3.92m，設有間距為1.5m，高為0.1m的拉桿，考慮到交通要求，還設有1m寬的人行板。本設計布置等跨的間距為15m的單排架共12跨，與漸變段連接處采用漿砌石槽臺。排架與地基的連接采用整體基礎。槽身、排架、拱圈以及基礎采用預制吊裝形式。</p><p>　　關鍵詞：渡槽；懸鏈線無鉸拱；排架；</p><p><

5、;b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　The aqueduct of Longtan Chong is located in upstream of the west main canal, the pile number is 1+800, completion of fixed number of year from 1961~1962. After 30 years of

6、 running, the aqueduct appeared serious aging problems, in addition of the irrigation area and rate of flow increased, the aqueduct can not take the task for irrigation any more, requesting reconstruction of the Bailian

7、River aqueduct. In consideration of the channel of the original aqueduct was located in a huge valley, it was</p><p>　　The new aqueduct used rectangular arch aqueduct, the arch span is 87 m, there will be do

8、uble crosses, the aqueduct at the bottom of a width of 4.0m，side wall height 3.92m，set a spacing of 1.5m, the lever of the high-0.1m. Considering the traffic requirements, also has 1m wide sidewalks. This design layout,

9、etc. across a 15m of 12 single-bent cross, with the transition section junction with masonry stone runnel pier, bent and ground connection with overall foundation, Aqueduct, bent, Arch, and th</p><p>　　Key w

10、ords: Aqueduct; Catenary without hinge arch; Bent;</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　0.1、研究背景及意義1</p><p>　　0.2、國內(nèi)外關于渡槽設計課題的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢1</p><p>　　0.3、畢業(yè)設計的基本要求及本設計

11、主要內(nèi)容3</p><p>　　一、設計基本資料4</p><p>　　1.1、工程概況綜合說明4</p><p>　　1.2、水文氣象4</p><p>　　1.3、工程地質4</p><p>　　1.4、工程任務與規(guī)模4</p><p>　　1.5、上、下游渠道資料5</

12、p><p>　　1.6、建筑材料及安全系數(shù)5</p><p>　　1.7、設計要求6</p><p>　　1.8、畢業(yè)設計參考書目6</p><p>　　二、渡槽的水力計算7</p><p>　　2.1、渠道斷面的水力計算7</p><p>　　2.2、槽身過水能力計算7</p&g

13、t;<p>　　2.3、水頭損失及水面銜接計算9</p><p>　　2.3.1、進口漸變段水面降落值：9</p><p>　　2.3.2、槽身段水面降落值：10</p><p>　　2.3.3、出口漸變段水面回升值：10</p><p>　　2.3.4、總水頭損失10</p><p>　　2.

14、3.5、進、出口高程的確定：10</p><p>　　2.4、通過設計流量時的水面銜接情況檢查 和超高檢查11</p><p>　　2.4.1、進口水面銜接檢查11</p><p>　　2.4.2、出口水面銜接情況檢查：11</p><p>　　2.4.5、復核水面超高12</p><p>　　2.4.6、漸

15、變段布置12</p><p>　　三、槽身結構計算13</p><p>　　3.1、縱向結構計算13</p><p>　　3.1.1、槽身剖面形式及尺寸擬定13</p><p>　　3.1.2、各類系數(shù)的確定13</p><p>　　3.1.3、荷載計算14</p><p>　　3.

16、1.4、縱向內(nèi)力計算15</p><p>　　3.1.5、配筋計算16</p><p>　　3.1.6、抗裂校核17</p><p>　　3.2、橫向結構計算20</p><p>　　3.2.1、荷載計算20</p><p>　　3.2.2、橫向結構內(nèi)力計算21</p><p>　　

17、3.2.3、配筋計算23</p><p>　　四、支撐結構設計27</p><p>　　4.1、支撐結構的形式及尺寸擬定27</p><p>　　4.1.1、主拱圈設計27</p><p>　　4.1.2、拱軸系數(shù)m的確定及拱圈幾何特性計算27</p><p>　　4.2、拱上排架設計29</p>

18、;<p>　　4.2.1、排架底部高程及高度H（m）29</p><p>　　4.2.2、排架形式及尺寸的選擇29</p><p>　　4.2.3、排架荷載計算30</p><p>　　4.2.4、排架的內(nèi)力計算33</p><p>　　4.2.5、排架的配筋計算37</p><p>　　4.2

19、.6、排架的縱向計算39</p><p>　　4.3、拱圈設計41</p><p>　　4.3.1、拱軸系數(shù)m的校核41</p><p>　　4.3.2、彈性壓縮系數(shù)的計算42</p><p>　　4.3.3、鉛直荷載作用下的內(nèi)力計算43</p><p>　　4.3.4、水深變化引起的拱圈內(nèi)力計算47<

20、;/p><p>　　4.3.5、溫度變化及混凝土收縮作用下的內(nèi)力計算49</p><p>　　4.3.6、主拱圈的強度及穩(wěn)定驗算50</p><p>　　4.3.7、拱圈配筋53</p><p>　　4.4、基礎設計55</p><p>　　4.4.1、支座設計（0號和12號排架）55</p>&l

21、t;p>　　4.4.2、槽臺設計（0號和12號排架）56</p><p>　　4.4.3、槽墩設計56</p><p><b>　　五、細部結構58</b></p><p>　　5.1、伸縮縫及止水58</p><p><b>　　5.2、支座58</b></p>&l

22、t;p>　　5.3、兩岸連接59</p><p><b>　　引 言</b></p><p>　　0.1、研究背景及意義</p><p>　　渡槽是輸送渠道水流跨越河渠、道路、山?jīng)_、谷口等的架空輸水建筑物，是灌區(qū)水工建筑物中應用最廣的交叉建筑物之一，除用于輸送渠水外還可排洪和導流等之用。</p><p>　　我

23、國幅員遼闊，但水資源十分短缺，且由于地形和氣候的影響，水資源在時空上分布不均勻，有一半的國土處于缺水或嚴重缺水狀態(tài)。無論是資源性缺水還是工程性缺水，工程手段作為優(yōu)化配置的方法之一，主要就是在水源處修建取水工程，然后通過輸水工程把水送到不同的用戶，如南水北調工程、引灤入津、引灤入唐、引黃濟青、引黃入晉和東北的北水南調工程等等都是如此。渡槽便是其中一種重要渠系建筑物。</p><p>　　本次畢業(yè)設計為白蓮河灌區(qū)龍?zhí)?/p>

24、沖輸水渡槽的初步設計。目的在于培養(yǎng)我們了解并初步掌握水利工程的設計內(nèi)容、方法和步驟，通過設計，能夠較熟練地運用和鞏固有關專業(yè)課、專業(yè)基礎課及基礎課所學的理論知識，并鍛煉運用所學理論去解決實際水利工程問題的能力，并提升編寫設計說明書、進行各種計算和繪制水利工程圖的能力。</p><p>　　0.2、國內(nèi)外關于渡槽設計課題的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢</p><p>　　世界上最早的渡槽誕生于中東和西

25、亞地區(qū)。公元前 29 世紀前后,埃及在尼羅河上建考賽施干砌石壩,壩高15 m,壩長450m,是文獻記載最早的壩,并建渠道和渡槽,向孟菲斯城供水。</p><p>　　公元前 700 余年,亞美尼亞已有渡槽。公元前 703 年,亞述國王西拿基立(Sennacherib)下令建一條 483 km 長的渡槽引水到國都尼尼微。渡槽建在石墻上 ,跨越澤溫的山谷。石墻寬 21 m ,高9 m ,共用了200 多萬塊石頭。渡槽

26、下有5個小橋拱,讓溪水流過。</p><p>　　渡槽在我國已有悠久的歷史。古代,人們鑿木為槽用以引水,即為最古老的渡槽。據(jù) 《水經(jīng) ·渭水注》:長安城故渠“上承泬水于章門西,飛渠引水入城 ,東為倉池,池在未央宮西?！薄帮w渠” 即為渡槽,建于西漢,距今約 2000 年?；蛘f公元前 246 年興建的鄭國渠“絕”諸水即利用了渡槽。這說明渡槽在中國已有2000 年以上的歷史。我國古代比較著名的渡槽有:古代陜西

27、關中地區(qū)大型引涇灌區(qū) — 鄭國渠 ,是中國古代最宏大的水利工程之一。公元前 246 年(秦始皇元年)由韓國水工鄭國主持興建,約十年后完工。它位于涇水和渭水的交會處,干渠西起涇陽,引涇水向東,下游入洛水,全長 150 余 km ,其間橫穿了好幾道天然河流,可能使用了“渡槽”技術。鄭國渠的建成,使關中干旱平原成為沃野良田 ,糧食產(chǎn)量大增,直接支持了秦國統(tǒng)一六國的戰(zhàn)爭。</p><p>　　我國從20世紀50年代開始建

28、造渡槽,目前國內(nèi)已建的各類渡槽有很多。其中單槽過流量最大的為 1999 年新建的新疆烏倫古河渡槽,設計流量 120/ s ,為預應力混凝土矩形槽。單跨跨度最大的為廣西玉林縣萬龍渡槽,拱跨長126 m。2002 年完成的廣東東江——深圳供水改造工程在旗嶺、樟洋、金湖的 3 座渡槽上采用了現(xiàn)澆預應力混凝土 U 型薄殼槽身,為國內(nèi)首創(chuàng)。</p><p>　　根據(jù)目前我國渡槽的發(fā)展狀況，渡槽在橫斷面上,以 U型和矩形槽應

29、用較為廣泛,特別是隨著施工方法的改進,如采用預制吊裝的渡槽,越來越廣泛的采用各種更輕、更強、更巧、更薄的結構,即槽身趨向采用U型、半橢圓型、環(huán)型、拋物線形等薄殼結構或薄壁肋箱等。</p><p>　　在支承型式上,除梁式渡槽和拱式渡槽外,又發(fā)展了一種拱梁組合式,拱梁式渡槽是從20世紀90年代逐步發(fā)展起來的,是在折線拱和桁架梁渡槽的基礎上,經(jīng)過研究改進發(fā)展起來的一種新型渡槽結構形式。它具有結構輕巧,受力狀態(tài)良好,外

30、形美觀,便于施工,安全可靠,經(jīng)濟適用等特點。如湖南岳陽地區(qū)的涼清渡槽,槽身全長75. 2 m ,由一跨50. 4 m 的拱梁組合式結構與兩端各一跨12. 4 m 的簡支結構組成。1990年建成后投入使用,運行狀況良好。</p><p>　　在材料使用上,在使用一般鋼筋混凝土的基礎上,趨于使用鋼絲網(wǎng)水泥、高標號預應力混凝土,鋼材采用高強鋼絲、低合金鋼等。采用這種材料后一是降低混凝土槽身的壁厚,能使混凝土的壁厚由過去

31、的幾十厘米減為十幾厘米;其次由于渡槽槽身構件采用預應力工藝處理后,使渡槽在結構上發(fā)生了質的變化,抗裂性、抗震性和剛度大大提高,克服了鋼筋混凝土過早出現(xiàn)裂縫的弱點,充分發(fā)揮了高強鋼材的潛力,渡槽的斷面和變形也相對減少,而跨度卻可顯著地增大。</p><p>　　從施工方法角度出發(fā),渡槽越來越趨于裝配式,由于灌溉及用水事業(yè)的發(fā)展和地形的需要,大流量、大跨度的裝配式渡槽逐年增多,并且這些大跨度、大流量的渡槽結構多采用預

32、應力結構和拱架支承。小型殼槽則較多采用鋼絲網(wǎng)水泥結構以有利于農(nóng)村小型工地的運輸和裝配。</p><p>　　從施工工藝方面,預應力施工工藝逐漸廣泛地被采用,槽身的張拉,小型殼槽則采用先張法,即在預制廠內(nèi)固定的臺座上成批張拉高強鋼絲或鋼絞線,大型槽身則采用后張法施工,以構件本身為臺座。在采用裝配式渡槽方面,由于吊裝技術和設備的改進,構件的單元重量也逐漸增大,以適應大斷面、大跨度結構的需要。如湖北省1973年修建的排

33、子河裝配式渡槽,采用鋼桁架梁垂直吊升巨型的槽身構件,起重量達200 t ,提升高度達50多m。</p><p>　　目前,渡槽發(fā)展研究的總趨勢是,適應各種流量、各種跨度特別是大跨度渡槽結構型式的研究;應用先進理論和先進手段進行結構型式優(yōu)化設計;材料及施工技術的改進等。如斜拉式及懸吊式這類跨越能力最大的渡槽型式的研究;過水與承重相結合的合理結構型式的研究;利用電子計算技術及先進設計理論優(yōu)選結構型式的研究;早強快干混

34、凝土和鋼纖維混凝土等材料以及新型止水材料的研制應用;構件預制工廠化及大型機械吊裝等,有的已在逐步開展，有的在探索中,但是可以預見,渡槽工程在結構型式、設計理論、建筑材料以及施工技術等方面,將有一個新的發(fā)展。</p><p>　　0.3、畢業(yè)設計的基本要求及本設計主要內(nèi)容</p><p>　　1）渡槽型式的選擇、工程總體布置及主要尺寸的擬定；</p><p>　　2）

35、渡槽的水力計算并編制相應渡槽水力計算軟件一個；</p><p>　　3）渡槽槽身的結構及配筋計算；</p><p>　　4）渡槽排架(拱圈)的結構及配筋計算；</p><p>　　5）渡槽的穩(wěn)定計算；</p><p><b>　　一、設計基本資料</b></p><p>　　1.1、工程概況綜合說

36、明</p><p>　　龍?zhí)稕_渡槽位于湖北省浠水縣白蓮河灌區(qū)西干渠上游處，樁號為1+800，竣工年限在1961年-1962年，經(jīng)過三十多年的運行，該渡槽出現(xiàn)嚴重的老化問題，加之灌區(qū)面積增加和流量增大，該渡槽已遠遠不能擔負輸水灌溉的任務，根據(jù)白蓮河水庫灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造規(guī)劃成果( 2003年）(以下簡稱灌區(qū)新規(guī)劃)，要求重建白蓮河渡槽?？紤]到原渡槽所在渠道位于一個較大的沖谷處，該段渠道在山洪期間常受洪水災害。經(jīng)

37、灌區(qū)重新規(guī)劃，將原山谷下的沿山上渠道進行截彎取直，在截彎處新建新的龍?zhí)稕_渡槽，其位置見龍?zhí)稕_渡槽總體平面布置圖。</p><p><b>　　1.2、水文氣象</b></p><p>　　本流域屬于亞洲東南季風氣候區(qū)，氣候溫和濕潤，夏季濕度大而炎熱，冬季干燥而寒冷，流域年平均氣溫約17℃左右。雨量豐富，多年平均降雨量約1300~1400mm（近年偏?。?，降水量在年內(nèi)分

38、配不均，每年4-9月為主要雨期，降水量占全年降水量的70%左右。6月中旬至7月中旬是梅雨季節(jié)，梅雨時期雨強大、歷時長，籠罩面積寬廣，往往有內(nèi)澇發(fā)生。</p><p>　　本地區(qū)最大風力為9級，相應風速為24m/s，基本風壓。</p><p><b>　　1.3、工程地質</b></p><p>　　新建龍?zhí)稕_渡槽處地形高差（最低與最高）近30m

39、，兩側崇山坡預計變蓋厚度5m-10m，特別是出口斜坡地段，出露的巖層有黑去斜長片麻巖、角閃片麻巖（小河床內(nèi)可見），一般基巖致密堅硬是建水工建筑物較好基礎。河床為砂卵石，覆蓋層厚度為5.0m；兩側為風化的花崗巖，覆蓋層厚較薄。渡槽軸線的右端有一平臺，高程在85.00m左右，粘土厚度為2.50m。</p><p>　　1.4、工程任務與規(guī)模</p><p>　　新建龍?zhí)稕_渡槽進口位于干渠樁號1

40、+800，出口位于干渠5+000處。新建渡槽對原干渠樁號1+800-1+500段進行了截彎取直，使原來沖谷下的渠道不再承擔輸水任務。根據(jù)灌區(qū)新規(guī)劃，新建渡槽設計流量=。</p><p>　　新建渡槽仍采用鋼筋混凝土矩形簡支梁式渡槽，支承采用排架型式。</p><p>　　1.5、上、下游渠道資料</p><p>　　上游渠底高程為78.6m，下游渠底高程78.2m，

41、Q設＝26m3/s，Q加大＝31.2 m3/s，i＝1/800，渡槽上、下游渠道，渠底寬4.0m，糙率n＝0.017。內(nèi)、外邊坡分別為1:1和1:1，該渡槽規(guī)劃時允許水頭損失為0.4m。</p><p>　　表1-1 上、下游渠道過水斷面水力要素</p><p>　　1.6、建筑材料及安全系數(shù)</p><p>　　該工程主要的建筑材料為水泥、混凝土、鋼筋等?；炷?/p>

42、重度rc＝24KN / m3，溫度膨脹系數(shù)dc＝1.0×10－5/℃,混凝土其他特性性能指標見表1－2。采用Ⅰ和Ⅱ級鋼筋，Ⅰ級鋼筋強度設計值fy=fy’=210N/mm2。強度模量Es＝2.1×105N/ mm2, Ⅱ級鋼筋強度設計值fy=fy’=310N/mm2,強度模量Es＝2.1×105N/mm2。</p><p>　　鋼筋混凝土重度r＝35KN/ m3。構件裂縫寬度允許值，短

43、期組合[Wmax]＝0.3mm，長期組合[Wmin]＝0.25mm。</p><p>　　表1-2 混凝土特性指標：（單位N/ mm2）</p><p>　　漿砌采用M15砂漿砌塊石。</p><p><b>　　1.7、設計要求</b></p><p>　　按初步設計標準設計，局部可深入考慮。</p>

44、<p>　　進行渡槽總體布置，包括槽身、支撐、基礎等結構型式的選擇。</p><p><b>　　水力計算</b></p><p><b>　　槽身設計</b></p><p><b>　　支承結構設計</b></p><p><b>　　基礎設計</

45、b></p><p>　　1.8、畢業(yè)設計參考書目</p><p>　　1、灌區(qū)水工建筑物叢書《渡槽》，水利水電出版社；</p><p>　　2、河海大學等《水工鋼筋混凝土結構學》，中國水利水電出版社；</p><p>　　3、清華大學出版《結構力學》；</p><p>　　4、《水工鋼筋混凝土結構設計規(guī)范》（D

46、L/T 5057-1996）；</p><p>　　5、《建筑地基基礎設計規(guī)范》（GBJ7-89）；</p><p>　　6、《水工建筑物荷載設計規(guī)范》（DL5077-1997）</p><p><b>　　二、渡槽的水力計算</b></p><p>　　2.1、渠道斷面的水力計算</p><p>

47、;　　進出口渠道斷面取m=1，B=4.0m，i=1/2500，n=0.017。按照明渠均勻流計算，根據(jù)公式</p><p>　　Q=A （1-1）</p><p><b>　　式中</b></p><p>　　Q-為渡槽的過水流量（）</p><p>　　為槽身過水斷面面積（） </p><p&g

48、t;　　R-為水力半徑（m）</p><p><b>　　i-為槽底比降 </b></p><p>　　n-為槽身糙率，鋼筋混凝土槽身可取n=0.014。</p><p>　　得出渠道進出口尺寸試算如下表（2-1）：</p><p>　　表2-1 渠道進出口水力試算表</p><p>　　故得出

49、，設計流量=26時，進口渠道水深為2.80m，流速為1.54762m/s，加大流量=31.2,時，進口渠道水深為3.07m，流速為1.620872m/s。</p><p>　　2.2、槽身過水能力計算</p><p>　　首先根據(jù)通過加大流量=31.2時槽中為滿水情況擬定i、B和H值?？捎嬎愠錾舷掠吻赖乃婢€高程級總允許水頭損失[ΔZ]：</p><p>　　=+

50、=78.6+3.07=81.67m</p><p>　　=+=78.2+3.07=81.27m</p><p><b>　　[ΔZ]=0.4m</b></p><p>　　初步選定槽底縱坡i=1/800。因槽身長度初擬值為180m，大于15倍渡槽進口前隧洞水深，故可按下式（1-1）驗算槽身過水能力</p><p>　　Q

51、=A （1-1）</p><p><b>　　式中</b></p><p>　　Q-為渡槽的過水流量（）</p><p>　　為槽身過水斷面面積（） </p><p>　　R-為水力半徑（m）</p><p><b>　　i-為槽底比降 </b></p>&

52、lt;p>　　n-為槽身糙率，鋼筋混凝土槽身可取n=0.014。</p><p>　　經(jīng)試算，選取槽身凈寬B=4.0m，通過加大流量時槽內(nèi)水深H=2.79m，槽壁糙率n=0.014。</p><p>　　過水斷面面積 A=4*2.79=11.16</p><p>　　濕周 χ=4+2*2.79=9.58m</p>&l

53、t;p>　　水力半徑 R=A/χ=11.16/9.58=1.16493m</p><p>　　流量 Q=31.20256</p><p>　　計算所得流量稍大于加大流量，故滿足要求，再以i和B試算通過設計流量=26時的槽內(nèi)水深。設h=2.42m，則</p><p>　　過水斷面面積 A=4*2.42=9.68</

54、p><p>　　濕周 χ=4+2*2.42=8.84m</p><p>　　水力半徑 R=A/χ=9.68/8.84=1.09502m</p><p>　　流量 Q=26.009</p><p>　　所得流量Q稍大于設計流量，可以滿足要求。試算數(shù)據(jù)如下表（2-2）：</p>

55、<p>　　表2-2 槽身水力計算試算表</p><p>　　2.3、水頭損失及水面銜接計算</p><p>　　按渡槽通過加大流量=31.2計算。</p><p>　　2.3.1、進口漸變段水面降落值：</p><p>　　=(1+)(-)/2g+* </p><p><b>　　式中：<

56、/b></p><p>　　v--為槽身流速，v=31.2/11.16=2.7957m/s；</p><p>　　--為進口段漸變始端斷面平均流速，=31.2/19.2489=1.614163m/s；</p><p>　　--為進口漸變段局部水頭損失系數(shù)之和，取漸變段損失系數(shù)為0.2，門槽損失系數(shù)為0.050.2+0.05=0.25；</p>&

57、lt;p>　　--為進口漸變段長度，取=7.2m;</p><p>　　--為進口漸變段的平均水力坡降，=（）/(),根據(jù)進口漸變段兩端斷面的A、R和n值，求出：</p><p>　　=1/2*（0.017+0.014）=0.0155</p><p>　　=1/2*（19.2489+11.16）=15.24445</p><p>　　=

58、1/2*(1.16493+1.610307)=1.38762m</p><p>　　則 =0.00065</p><p>　　將以上各值代入，可求得：</p><p>　　=(1+0.25)()/(2*9.81)+0.00065*7.2=0.336971m</p><p>　　2.3.2、槽身段水面降落值：</p><

59、;p>　　=iL=（1/800）*180=0.225m</p><p>　　2.3.3、出口漸變段水面回升值：</p><p>　　=(1-)( (-)/(2*9.81)-*</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　--為出口漸變段末端渠道斷面平均流速，=31.2/19.2489=1.614

60、163 m/s；</p><p>　　--為出口漸變段局部水頭損失系數(shù)之和，取漸變段損失系數(shù)為0.3，門槽損失系數(shù)為0.05，=0.3+0.05=0.35；</p><p>　　--為出口漸變段長度，=13.35m；</p><p>　　--為出口漸變段平均水力坡降，=（）/（），根據(jù)出口漸變段兩端斷面的A、R和n值，求出</p><p>　

61、　=1/2*（0.017+0.014）=0.0155</p><p>　　=1/2*（19.2489+11.16）=15.24445</p><p>　　=1/2*（1.16493+1.610307）=1.38762m</p><p>　　則 =0.00065</p><p><b>　　可求得 </b>&l

62、t;/p><p>　　=（1-0.35）（）/（2*9.81）-0.00065*13.35=0.164266m</p><p>　　2.3.4、總水頭損失</p><p>　　△Z=+-=0.336971+0.225-0.164266=0.397705m</p><p>　　求得的△Z值略小于允許水頭損失[ΔZ]=0.4m，滿足設計要求。<

63、/p><p>　　2.3.5、進、出口高程的確定：</p><p>　　上下游渠道的渠底高程分別為：=78.6m，=78.2m</p><p>　　上下游渠道水面高程為：=78.6+2.8=81.4m，=81.0 m</p><p>　　通過設計流量時水深=2.8m；槽內(nèi)水深h=2.42m，進口漸變段水面降落=0.337m，槽身延程水面降落=0.

64、225m，出口漸變段水面回升=0.1643m；下游渠道水深=2.8m。根據(jù)下式確定渡槽進出口高程。</p><p>　　進口槽底高程 =+--h =78.6+2.8-0.337-2.42=78.643m</p><p>　　進口槽底抬高 =-=--h =78.643-78.6=0.043m</p><p>　　出口槽底高程 =-=-iL =78.64

65、3-0.225=78.418m</p><p>　　出口渠底降低 =--h =2.8-0.043-2.42=0.337m</p><p>　　出口渠底高程 =- =78.418-0.337=78.081m</p><p>　　2.4、通過設計流量時的水面銜接情況檢查 和超高檢查</p><p>　　按槽身通過設計

66、流量=26計算。</p><p>　　已知：進口漸變段始端斷面=16.8，=1.511m，=1.54762m/s；出口漸變段末端斷面=16.8，=1.551m，=1.54762m/s；槽身過水斷面=9.68，=1.095m，=2.686m/s。</p><p>　　2.4.1、進口水面銜接檢查</p><p>　　=1/2*（0.017+0.014）=0.0155&

67、lt;/p><p>　　=1/2*（16.8+9.68）=13.24</p><p>　　=1/2*(1.511+1.095)=1.303m</p><p>　　則 =0.000651</p><p>　　將以上各值代入，可求得：</p><p>　　=(1+0.25)()/(2*9.81)+0.000651*7.2=0.

68、311721m</p><p>　　按通過加大流量時確定的進出口槽底高程，計算此時上游渠道出口與槽身進口的水位差：</p><p>　　=（78.6+2.8）-（78.2+2.42）=0.78m</p><p>　　即＜（差值為0.468m），進口發(fā)生落水現(xiàn)象。</p><p>　　2.4.2、出口水面銜接情況檢查： </p>

69、<p>　　=1/2*（0.017+0.014）=0.0155</p><p>　　=1/2*（16.8+9.68）=13.24</p><p>　　=1/2*（1.511+1.095）=1.303m</p><p><b>　　=0.000651</b></p><p>　　=（1-0.35）（）/（2*9

70、.81）-0.000651*13.35=0.151m</p><p>　　按通過加大流量時確定的出口槽底高程和出口渠底高程，計算此時兩斷面的水位差：</p><p>　　=（78.08448+2.8）-（78.41974+2.42）=0.04474m</p><p>　　即＞（差值為0.10626m），不發(fā)生壅水。</p><p>　　2.4

71、.5、復核水面超高 </p><p>　　h/12+5=242/12=35.167(cm)＜279-242=37（cm）故滿足要求。</p><p>　　2.4.6、漸變段布置</p><p>　　進出口漸變段長度計算：</p><p>　　利用經(jīng)驗公式 =C(-) 式中C-系數(shù)，進口取C=1.5-2.0；出口取C=2.5-3.0；、

72、-渠道及渡槽槽身水面寬度。</p><p>　　=1.5(8.8-4)=7.2m；=2.5(8.8-4)=13.35m</p><p>　　圖2-1 槽身水力計算簡圖</p><p><b>　　三、槽身結構計算</b></p><p>　　3.1、縱向結構計算</p><p>　　3.1.1、

73、槽身剖面形式及尺寸擬定</p><p>　　參考已建工程，初定槽身結構尺寸如下圖3.1所示，渡槽長180m，每跨長度選定15m，共12跨，支撐結構選取排架形式，每節(jié)槽身由兩個排架支撐，故等同于簡支梁結構進行計算。</p><p>　　槽身橫斷面最常采用的是矩形和U形。本次設計選擇矩形渡槽斷面，渡槽無通航要求。為改善橫向受力條件槽頂設置拉桿，每隔1.5m設置一根拉桿，于渡槽拉桿上布置人行道，

74、底板寬1m，高0.1m。側墻厚度根據(jù)經(jīng)驗公式t/=1/12-1/16，取側墻厚度t=20cm，側墻高為=3.20m，底板地面高于側墻底緣，以減少底板的拉應力，底板厚度為20cm，側墻和底板的連接處加設角度為的貼角。</p><p>　　根據(jù)前面計算結果，槽內(nèi)凈寬B=4m，高H=2.89m（拉桿0.1m），拉桿斷面尺寸：高*寬=10cm*10cm。具體結構尺寸如圖3-1所示。</p><p>

75、;　　3.1.2、各類系數(shù)的確定 </p><p>　　該渡槽屬于Ⅲ級水工建筑物，采用C25混凝土，Ⅱ級鋼筋。結構重要系數(shù)=1.0，設計狀況系數(shù)ψ=1.0，承載能力極限狀態(tài)使得機構系數(shù)=1.20，永久荷載分項系數(shù)=1.05，可變荷載分項系數(shù)=1.20。</p><p><b>　　槽身橫斷面圖</b></p><p>　　槽身縱斷面圖（Ⅰ-Ⅰ斷

76、面）</p><p>　　圖3-1 槽身結構尺寸圖（單位：mm）</p><p>　　3.1.3、荷載計算 </p><p>　　縱向計算中的荷載一般按均布荷載考慮，包括槽身重力（拉桿等是少量集中荷載也換算為均布荷載）、槽中水體的重力及人群荷載，其中槽身自重、水重為永久荷載，人群荷載為可變荷載。</p><p>　　3.1.3.1、永久荷載

77、設計值： </p><p>　　永久荷載設計值=永久荷載分項系數(shù)×永久荷載標準值（其中＝1.05）</p><p><b>　?。?）自重：</b></p><p>　　槽身斷面面積=2.68</p><p>　　槽身自重標準值=2.68*25=67</p><p>　　槽身自重設計值=

78、*=67*1.05=70.35</p><p><b>　?。?）水重：</b></p><p>　　過水斷面面積=9.64；=11.08</p><p>　　設計水深時值水重標準值（h=2.42m） =9.64*10=96.4</p><p>　　設計水深時值水重設計值（h=2.42m） =96.4*1.05=101.

79、22</p><p>　　加大水深時值水重標準值（h=2.79m） =11.08*10=110.8</p><p>　　加大水深時值水重設計值（h=2.79m） =110.8*1.05=116.34</p><p>　　（按加大流量時進行計算） </p><p>　　3.1.3.2、可變荷載設計值：</p><p>　

80、　可變荷載設計值=可變荷載分項系數(shù)×可變荷載標準值（其中＝1.2）</p><p><b>　　人群荷載：</b></p><p>　　人群荷載標準值 =2.0*1.0m=2</p><p>　　人群荷載設計值 =2*1.20=2.4</p><p>　　3.1.4、縱向內(nèi)力計算</p><

81、p>　　如圖所示單跨長度15m，槽身每邊支座寬50cm，取計算跨度l=1.05=1.05*（15-1）=14.7m，槽身寬度B=4m，寬跨比l/B=14.7/4=3.675，因此可按梁法計算槽身內(nèi)力?？v向結構計算可將矩形槽身截面概化為工字型，槽身側墻為工字梁的腹板，側墻厚度之和即為腹板厚度，b=2*20=40cm；槽身底板構成工字梁的下翼緣（由于簡支梁槽身底板處于受拉區(qū)，故在強度計算中不考慮底板的作用，但在抗裂驗算中加以考慮）；側

82、墻加大部分和人行道板構成工字梁的上翼緣，翼緣的高度為h=10+10=20cm，工字梁高為H=3.3m，翼緣的計算寬度等于與腹板厚度即=40cm?？紤]到側墻頂部和人行道寬度擴大較小，可近似的將側墻看作矩形截面，故計算簡圖可簡化為3300*400mm的矩形截面（如圖3.2所示）。</p><p><b>　　縱向計算簡圖</b></p><p><b>　　橫截

83、面計算簡圖</b></p><p>　　圖3.2 槽身縱向計算圖</p><p><b>　　跨中最大彎矩：</b></p><p>　　=1/8*（++）=1/8*（70.35+116.34+2.4）*=5107.56KN.m</p><p>　　跨中彎矩設計值：M=**ψ=5107.56 kN.m<

84、/p><p><b>　　跨端剪力設計值：</b></p><p>　　=*ψ*1/2*（++）*l=1.0*1.0*1/2*（70.35+116.34+2.4）*14.7=1389.81 kN</p><p>　　3.1.5、配筋計算 </p><p>　　簡支梁跨中部分應處于受壓區(qū)，故在強度計算中不考慮底板（受拉）的作用

85、；</p><p>　　側墻高度較大時，沿墻壁配置Φ6～Φ12的縱向鋼筋，其間距不宜大于30cm；因槽身底板在受拉區(qū)，故槽身在縱向按h＝1.71mm，b＝0.3m的矩形梁進行配筋計算。</p><p>　　渡槽處于露天（二類環(huán)境類別），根據(jù)規(guī)范差得取混凝土保護層厚度c=35mm，預估鋼筋直徑d=20mm，鋼筋兩排布置，所以鋼筋合理作用點到梁受拉邊緣的距離a=c+d=35+20=55mm，截

86、面有效高度為=3300-55=3245mm。</p><p><b>　　正截面：</b></p><p>　　截面抵抗拒系數(shù)：===0.11641</p><p>　　ζ=1-=0.12411＜=0.614，不會發(fā)生超筋破壞。</p><p><b>　　縱向受力鋼筋面積：</b></p&g

87、t;<p>　　=ζb=0.12411**400*3245=6495.76</p><p>　　配筋率： ρ===0.5％＞=0.2％</p><p>　　選配鋼筋 6φ25+6φ28,=6640</p><p><b>　　斜截面：</b></p><p>　　已求得=1389

88、.81 kN，=（0.07）=3.07* kN＞</p><p>　　故按構造要求，在兩側布置Φ8@500的雙肢箍筋。</p><p>　　3.1.6、抗裂校核</p><p>　　忽略補角的作用，將斷面簡化為如下圖（3.3）所示</p><p>　　圖3.3 抗裂計算簡圖</p><p>　　受彎構件正截面在即將開

89、裂的瞬間，受拉區(qū)邊緣的應變達到混凝土的極限拉伸值，最大拉應力達到混凝土抗拉強度。</p><p>　　混凝土構件的抗裂驗算公式如下：</p><p><b>　　≤</b></p><p><b>　　≤</b></p><p>　　式中 --混凝土拉應力的極限系數(shù)，對荷載效應的短期組合=0.8

90、5；對荷載效應的長期組合=0.7。</p><p>　　--換算截面對受拉邊緣的彈性抵抗矩；</p><p>　　--混凝土軸心抗拉強度標準值；</p><p>　　—截面抵抗矩系數(shù)，=1.55；</p><p><b>　　以及 </b></p><p>　　--換算截面重心軸慣性矩；<

91、;/p><p>　　--換算截面重心軸至受壓邊緣距離；</p><p>　　--換算截面A0對受拉邊緣的彈性抗矩，=；</p><p>　　混凝土標號C25，鋼筋為Ⅱ級鋼筋，=3.1*105N/ mm2.=2.8* N/ mm2</p><p><b>　　==7.5</b></p><p>　　=2

92、00*3600+400*3100=1960000</p><p>　　=，b=400，=4000，h=3300，=200（mm）</p><p>　　==1597.96mm</p><p><b>　　=</b></p><p>　　=1/3*400*+1/3*400+1/12*（4000-400） +（4000-

93、400）*200*</p><p><b>　　=2.619*</b></p><p><b>　　===1.54*</b></p><p><b>　　彎矩標準值：</b></p><p>　　短期組合 ==（67+110.8+2）*/8=4856.62 KN.m</p

94、><p>　　=0.85*1.55*1.75*1.54*=3550 KN.m＜</p><p><b>　　長期組合 =</b></p><p>　　=1.0*（67+110.8+2*0.5）*/8=4829.61 KN.m</p><p>　　=0.7*1.55*1.75*1.54*=2920 KN.m＜</p>

95、;<p>　　故均會產(chǎn)生裂縫，繼續(xù)進行裂縫寬度驗算：</p><p>　　受彎構件的鋼筋應力：</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　式中 --分別為由荷載標準值按荷載效應短期組合及長期效應組合計算的彎矩。</p&g

96、t;<p>　　==265.17N/</p><p>　　==263.70 N/</p><p>　　受拉鋼筋有效配筋率:</p><p><b>　　===0.169</b></p><p><b>　　最大裂縫開展寬度：</b></p><p><b&

97、gt;　　=（3c+0.1）</b></p><p><b>　　=（3c+0.3）</b></p><p>　　式中 --為構件受力特征系數(shù)，本構件取=1.0；</p><p>　　—為鋼筋表面形狀系數(shù)，=1.0；</p><p>　　—為荷載長期作用影響系數(shù)，對短期荷載組合=1.5

98、，對長期荷載組合=1.6。</p><p>　　經(jīng)查表得鋼筋混凝土結構構件的最大裂縫寬度允許值{}（二類環(huán)境類別），</p><p>　　短期組合為0.3mm，長期組合為0.25mm。</p><p>　　短期荷載組合：=1.0*1.0*1.5*（3*35+0.1）=0.23mm＜0.3mm</p><p>　　長期荷載組合：=1.0*1.0

99、*1.5*（3*35+0.1）=0.23＜0.25mm</p><p>　　故縱向抗裂滿足要求。</p><p>　　3.2、橫向結構計算</p><p>　　本次設計渡槽設有拉桿，故按照滿槽水進行計算。</p><p>　　3.2.1、荷載計算</p><p>　　延槽長方向取1/5跨度即3m寬為橫向計算單元，側墻于

100、橫斷面剛性連接，拉桿與側墻固定連接，每個計算單元含拉桿2根。</p><p>　　3.2.1.1、拉桿 </p><p>　　標準值：=2=2*0.01*25=0.5kN/m</p><p>　　設計值：g==1.05*0.5=0.525 kN/m</p><p>　　3.2.1.2、側墻上水壓力（水壓力呈三角分布，滿槽時底端有最大壓力）

101、</p><p>　　標準值：=hb=10*2.69*3=80.7 kN/m</p><p>　　設計值：==1.2*80.7=96.84 kN/m</p><p>　　3.2.1.3、底板</p><p>　　自重標準值：==0.2*3*25=15 kN/m</p><p>　　自重設計值：g==1.05*15=15

102、.75 kN/m</p><p>　　3.2.1.4、底板上水壓力（水壓力呈均勻分布，滿槽時假設水面與拉桿中心線重合）</p><p>　　標準值：=hb=10*2.69*3=80.7 kN/m</p><p>　　設計值：q ==1.2*80.7=96.84 kN/m</p><p>　　3.2.1.5、人群荷載（人群荷載換算成作用于中心軸

103、線上的集中荷載）</p><p>　　標準值：=2*3=6kN</p><p>　　設計值：P== 7.2kN</p><p><b>　　計算簡圖如下：</b></p><p>　　圖3.4 橫向計算簡圖</p><p>　　3.2.2、橫向結構內(nèi)力計算</p><p>

104、;　　圖3.5 M-橫向結構彎矩圖（kN.m）</p><p>　　圖3.6 Q-橫向結構剪力圖（kN）</p><p>　　圖3.7 N-橫向結構軸力圖（kN）</p><p>　　使用力學求解軟件，求的橫向結構內(nèi)力簡圖如上圖（圖3-5、3-6、3-7），具體內(nèi)力如下：</p><p><b>　　內(nèi)力計算</b

105、></p><p>　　桿端內(nèi)力值 ( 乘子 = 1)</p><p>　　桿端 1 桿端 2</p><p>　　單元碼 軸力 剪力 彎矩 軸力 剪力 彎矩</p>

106、<p>　　1 123.186159 236.439000 -103.276905 123.186159 -236.439000 -103.276905</p><p>　　2 -4.70250000 123.186159 -103.276905 -4.70250000 -19.1686401 -20.1250038</p>

107、<p>　　3 19.1686401 -4.70250000 -20.1250038 19.1686401 -3.60000000 -28.8426288</p><p>　　4 19.1686401 3.60000000 -28.8426288 19.1686401 4.70250000 -20.1250038</p>

108、<p>　　5 -4.70250000 19.1686401 -20.1250038 -4.70250000 -123.186159 -103.276905</p><p>　　3.2.3、配筋計算</p><p>　　3.2.3.1、底板配筋與抗裂校核：（按底板中部彎矩配筋）</p><p>　　采用C25混凝土，＝12.

109、5N/mm2，Ⅱ級鋼筋，==310N/mm2 ，M=144.98 kN.m，N=123.19 kN。鋼筋保護層厚度c=30mm，預估鋼筋直徑d=12mm，則有a=c+d/2=36mm=，h=200mm，=h-a=164mm。</p><p>　　=M/N=144.98/123.19=1.18m＞h/2-a=64mm，故按大偏心受拉構件配筋,底板上側受拉，鋼筋面積為，下側鋼筋，e=-h/2+a=1180-100+3

110、6=1116mm。</p><p><b>　　==0.614</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　由上式得=＜0，說明要按最小配筋率配筋。</p><p>　　=b=0.2％*3000*164=984</p><p>　　選配4φ18@200

111、（=1018）</p><p><b>　　==0.1365</b></p><p>　　ε=1-=0.1474</p><p><b>　　===4419</b></p><p>　　選配4φ28+8φ18@200（=4499）=?...98/123.19 -----------------<

112、;/p><p>　　ρ===0.914％＞=0.20％，滿足要求。</p><p>　　裂縫寬度驗算：驗算跨中截面的裂縫，先考慮短期組合，近似取短期組合彎矩標準值=M/=144.98/1.05=138.08 kN.m，則有</p><p><b>　　鋼筋應力：</b></p><p>　　===215.1N/</p&

113、gt;<p><b>　　有效配筋率計算：</b></p><p><b>　　===0.021</b></p><p>　　為構件受力特征系數(shù)，本構件取=1.0；為鋼筋表面形狀系數(shù)，=1.0；為荷載長期作用影響系數(shù)，對短期荷載組合=1.5，對長期荷載組合=1.6。最大允許裂縫寬度{}：短期取0.30，長期取0.25（mm）。<

114、;/p><p><b>　　=（3c+0.1）</b></p><p>　　=1.0*1.0*1.5*（3*30+0.1*）=0.292mm＜0.30mm，故抗裂符合設計要求。</p><p>　　3.2.3.2、側墻配筋與抗裂校核</p><p>　　由內(nèi)力計算簡圖得知，側墻與底板的固結處彎矩和剪力均達到最大，其值分別為=

115、103.28 kN.m，=123.19 kN。</p><p>　　彎矩設計值M=Ψ=103.28 kN.m</p><p>　　剪力設計值Q=Ψ=12.19 kN</p><p>　　正截面：鋼筋保護層厚度c=30mm，預估鋼筋直徑d=12mm，則有a=c+d/2=36mm。</p><p>　　截面抵抗拒系數(shù)：===0.1229</

116、p><p>　　ζ=1-=0.13153＜=0.614，不會發(fā)生超筋破壞。</p><p><b>　　縱向受力鋼筋面積：</b></p><p>　　=ζb=0.13153**3000*164=3852</p><p>　　配筋率： ρ===0.7％＞=0.2％，滿足要求。</p><p&

117、gt;　　按板進行配筋計算，由于計算單元寬b=3m，故每米需要配筋面積=/3=1284，選配4φ16+2φ18（=1313）</p><p>　　斜截面：=0.07=0.07*12.5*3000*164=430.5kN＞Q=1.2*123.19=147.83 kN，故只需按構造配置鋼筋，根據(jù)規(guī)范要求可選配φ8@200的箍筋。</p><p><b>　　側墻的抗裂校核：</

118、b></p><p>　　驗算貼腳頂端處截面的裂縫，先考慮短期組合，由于只有活載，則=M/=92.952 kN.m，M為貼腳處的彎矩設計值，可近似假設彎矩為線性分布按比例求出，則有</p><p><b>　　鋼筋應力：</b></p><p>　　===165.4N/</p><p><b>　　有效配

119、筋率計算：</b></p><p><b>　　===0.0182</b></p><p>　　為構件受力特征系數(shù)，本構件取=1.0；為鋼筋表面形狀系數(shù)，=1.0；為荷載長期作用影響系數(shù)，對短期荷載組合=1.5，對長期荷載組合=1.6。最大允許裂縫寬度{}：短期取0.30，長期取0.25（mm）。</p><p><b>

120、　　=（3c+0.1）</b></p><p>　　=1.0*1.0*1.5*（3*30+0.1*）=0.223mm＜0.30mm，故抗裂符合設計要求。</p><p>　　3.2.3.3、拉桿的配筋計算</p><p>　　跨中彎矩 M=28.84 kN.m，軸力N=19.17 kN。拉桿所承受的剪力很小，可不進行斜截面強度計算。鋼筋保護層厚度c=25