水利水電專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計-渡槽

設(shè)計總說明 本次設(shè)計作為水利水電工程專業(yè)本科生的畢業(yè)設(shè)計，主要目的在于運用所學的有關(guān)專業(yè)課，專業(yè)基礎(chǔ)知識及基礎(chǔ)課等的理論；了解并初步掌握水利工程的設(shè)計內(nèi)容，設(shè)計方法和設(shè)計步驟；熟悉水利工程的設(shè)計規(guī)范；提高編寫設(shè)計說明書和各種計算及制圖的能力。根據(jù)設(shè)計任務(wù)書，說明書分為六章。第一章，基本資料。第二章，渡槽的整體布置和渡槽斷面形式的選擇，以及支承結(jié)構(gòu)形式的確定。第三章，擬定渡槽斷面尺寸，確定槽身總長度，進行水力計算，從而確定槽底縱坡以及進出口高程。第四章，槽身的結(jié)構(gòu)設(shè)計，進行槽身縱橫斷面內(nèi)力計算及結(jié)構(gòu)計算并配置鋼筋。第五章，排架和牛腿的結(jié)構(gòu)計算，進行排架順槽向和橫槽向的結(jié)構(gòu)及配筋計算，并驗算其穩(wěn)定性。第六章，細部結(jié)構(gòu)設(shè)計，對伸縮縫、止水、支座和兩岸的連接做近一步的要求。Design General InformationContent abstract this design took the water conservation water and electricity project specialized undergraduate student's graduation project, the main purpose lies in the related professional course which the utilization studies, specialized elementary knowledge and basic course and so on theory; Understanding and preliminary grasping hydraulic engineering design content, design method and design procedure; Familiar hydraulic engineering design standard; Enhances the compilation design instruction booklet and each kind of computation and charting ability. According to the design project description, the instruction booklet divides into six chapters. The first chapters, fundamental data. And second chapters, the aqueduct overall arrangement and aqueduct section form choice, supporting structure form ascertaining that. Third chapters, design the aqueduct section dimension, ascertain slot body general the length, carry out a hydraulic computation, ascertain the longitudinal slot bottom slope and import and export elevation thereby. Fourth chapters , physical design of the slot body, calculation and structure carrying out the slot body section vertical and horizontal internal force calculate and deploy a reinforced bar. And fifth chapters, row racks and structure of the leg of cattle secretly scheme against, the row being in progress puts up secretly scheming against along the slot to composing in reply the structure that the horizontal stroke slot faces and matching tendon, checking calculation its stability. Sixth chapters, detail physical design, water, abutment and both banks connection just do close single-step request to the expansion joint.目 錄設(shè)計總說明1Design General Information21 基本資料51.1 工程概況51.1.1 灌區(qū)基本概況51.1.2 東一干概況61.2 地形地質(zhì)情況61.2.1 地形61.2.2 地質(zhì)61.3 氣象71.4 基本數(shù)據(jù)72 整體布置92.1 渡槽位置的選擇92.2 槽身斷面形式的選擇92.3 槽身支承結(jié)構(gòu)形式的選擇92.4 槽身接縫構(gòu)造103 槽身斷面設(shè)計113.1 斷面截面尺寸確定113.1.1 水力計算113.1.2 水頭損失驗算123.1.3 進出口高程確定133.2 U型渡槽截面其他尺寸確定143.3 橫桿、人行便道及端肋尺寸確定143.4 進出口的形式選擇及布置153.5 其他資料164 槽身的結(jié)構(gòu)計算174.1 荷載計算174.2 槽身縱向結(jié)構(gòu)計算194.2.1 抗滑穩(wěn)定驗算194.2.2 抗傾覆穩(wěn)定驗算204.3 槽身縱向結(jié)構(gòu)計算214.3.1 內(nèi)力計算214.3.2 縱向配筋計算224.3.3 正截面的抗裂驗算234.3.4 斜截面承載力計算244.4 槽身橫向結(jié)構(gòu)計算25滿槽水情況下的內(nèi)力計算26半槽水情況下的內(nèi)力計算294.4.3 橫向配筋計算334.4.4 橫向抗裂驗算354.5 拉桿結(jié)構(gòu)及配筋計算364.5.1 內(nèi)力計算364.5.2 配筋計算374.6 端肋結(jié)構(gòu)及配筋計算394.6.1 內(nèi)力計算404.6.2 配筋計算425 排架設(shè)計445.1 排架尺寸的確定445.2 荷載分布455.3 排架橫槽向結(jié)構(gòu)計算465.3.1 滿槽水+側(cè)向風壓的計算工況465.3.2 空槽加側(cè)向風壓的計算工況515.3.3 立柱的配筋計算515.3.4 橫梁的配筋計算535.4 排架順槽向結(jié)構(gòu)計算545.4.1 驗算單根立柱的豎向穩(wěn)定性545.4.2 施工吊裝驗算555.4.3 排架起吊時的強度驗算565.5 牛腿尺寸驗算586 細部構(gòu)造設(shè)計616.1 渡槽與兩岸渠道的連接616.2 渡槽的伸縮縫616.3 支座62謝 辭63參 考 文 獻64專業(yè)參考文獻65譯文731 基本資料1.1 工程概況陸渾灌區(qū)是河南省較大的灌區(qū)之一，灌區(qū)跨越洛陽，開封、鄭州市三個地區(qū)的六個縣，灌區(qū)范圍內(nèi)居住人口大約100萬人。陸渾灌區(qū)的主要水源是陸渾水庫。 灌區(qū)基本概況陸渾水庫位于河南省嵩縣境內(nèi)，它是伊河上的一座大型水庫，控制流域面積，多年平均徑流量億總庫容億，興利庫容億，興利水位。大壩壩頂高程，最大壩高，溢洪道位于大壩東岸。為加大部分洪庫容溢洪道上設(shè)有閘門，閘底檻高程，閘頂高程，門高。溢洪道最大泄水流量為，泄洪洞位于大壩與溢洪道之間，為的城門洞型明流無壓洞，洞長，進口底高程。出底高程，最大泄流量。整個灌區(qū)是由總干渠和東一、東二、西干三條干渠組成的，全長共，建筑物座，其中主要建筑物有隧洞座，全長；渡槽座，全長；另外還有倒虹吸等輸水建筑物。灌區(qū)設(shè)計灌溉面積萬畝，總干渠進口設(shè)計流量為，相應水位，總干渠末端設(shè)計流量，相應水位。灌區(qū)三條干渠規(guī)劃成果如表11所示：表11 陸渾灌區(qū)總干、主干渠規(guī)劃數(shù)據(jù)表 渠名項目總干渠東一干東二干西干區(qū)渠 長（KM）控制面積（萬畝） 16規(guī)劃面積（萬畝）水庫引灌（萬畝）反調(diào)節(jié)灌（萬畝）0 東一干概況東一干渠規(guī)劃灌溉面積萬畝，其中汝陽萬畝，伊川萬畝，偃師萬畝，汞陽萬畝。一干渠設(shè)計流量考慮近期與遠期兩種情況，也就是在同一渠段上的建筑物，如渡槽，隧洞等的輸水能力按遠期規(guī)劃確定設(shè)計流量（譬如東一干進口段上的建筑物設(shè)計流為）,以使留有余地。而渠道土石方開挖斷面按近期規(guī)劃確定尺寸，（譬如東一干進口段的渠道設(shè)計流量為。東一干渠自內(nèi)埠到已水河的渠段設(shè)計長度為。共有各種建筑物座，其中隧洞座，累計長度；渡槽座，累計長度，橋座，（包括公路橋座，生產(chǎn)橋座，人行橋座，排洪橋座），還有退水閘與節(jié)制閘座，涵洞（管）座，流槽座，跨渠渡槽座，支斗渠引水口座。東一干全部工程量：土方開挖萬立方米，回填土方萬立方米，石方開挖萬立方米，砌石萬立方米，混凝土萬立方米，鋼筋混凝土萬立方米。需要凈工日（包括民工和技工）2475萬個，基本建設(shè)投資6180萬元。開挖土石方用炸藥1257噸，三大材需用量分別為：水泥81800噸，鋼材3575噸，木材73000立方米。1.2 地形地質(zhì)情況 地形陸渾灌區(qū)處于伏牛山北麓，嵩山和熊耳山后谷地一帶，地形復雜。東一干渠灌溉區(qū)域內(nèi)多為低山丘陵干旱區(qū)，區(qū)內(nèi)崗洼相間，地面覆蓋為紅色和棕紅色粘土及黃土。在龍門以東偃師、鞏縣的半山區(qū)和丘陵區(qū)水文地質(zhì)較差，缺乏地下水源。地表溝壕大部分為南北向，對于排除地面徑流與灌渠（區(qū)）滲水比較有利，不會產(chǎn)生鹽堿化或沼澤化威脅，灌區(qū)地形平均坡降為11001200。 地質(zhì)東一干渠規(guī)劃線路從樁號（位于許營附近），該段是橫跨伊河上的一條支流，下面根據(jù)河道橫斷地形，參照河南省水利廳勘探隊的鉆井資料分段介紹地質(zhì)情況。陡坡段長度大約20米，該段為紫紅色、紅褐色礫巖夾砂質(zhì)粘土巖，礫巖成分為石英砂巖、石英巖等。粒徑一般在520cm，最大的達60cm，膠結(jié)較差。表面風化嚴重，凸凹不平，肉眼可見溶蝕的洞穴，直徑大小不一，小者1m左右，大的在10m以上，洞內(nèi)均有滲水現(xiàn)象。砂質(zhì)粘土巖的成份多為泥砂質(zhì)組成。表面段出有斷續(xù)相間的滲水，說明砂質(zhì)粘土巖有隔水性能，礫巖表面覆蓋有2m左右的黃色粉質(zhì)壤土。河槽段長度約150m，表面主要為近代沖積砂卵石，卵石粒徑多為2050cm，也有少量卵石直徑在50cm以上，分選性差。中粗粒含量約占30%。鉆孔過程中經(jīng)常出現(xiàn)塌孔，卡鉆現(xiàn)象，漏漿量大，透水性強。沖積層平均深度約在6m左右。下伏新三系（N），礫巖夾白色泥質(zhì)灰?guī)r，成份多為石英砂巖及火成巖。鈣質(zhì)膠結(jié)較差，鉆取巖心呈粒狀，質(zhì)地均一，含礫石少許，性脆較堅硬，呈透鏡體壯，巖長1030cm，局部風化較重，手用力即可搓掉粉粒，河槽段樁號0+0200+090為河漫灘一級臺地，表面為上文新統(tǒng)（Q3）黃色粉質(zhì)壤土，具直立性，結(jié)構(gòu)較疏松，少有豐粒層深23m，含少量礫石具有黃土性質(zhì)。下伏中更新統(tǒng)（Q2）含泥沙卵石（成份同上），泥質(zhì)含量510%微有膠結(jié)。（其中局部夾有薄層壤土透鏡體）鉆進中有回水、卡鉆現(xiàn)象。臺地段長度大約536m為更新統(tǒng)。其表層為黃色中粉質(zhì)壤土，下部為黃色重粉質(zhì)壤土含結(jié)核，粘粒含量20%左右。臺地段土層厚在1820m，具有直立性（可以開挖空洞）。有粘性的局部夾砂卵石透鏡體厚0.815m，自上而下逐漸密實。Q3與Q2界限明顯，密實程度有顯著差異。下伏中更新統(tǒng)（）為黃色重粉質(zhì)壤土，固結(jié)密實，粘粒含量在20%以上，具有塑性，可以搓成細條。中含有少量結(jié)核，局部夾有砂卵石透鏡體，厚3m左右。該層上面覆蓋厚1m左右的鈣質(zhì)結(jié)核含土層，（樁號0+4400+706）。結(jié)構(gòu)密實，不易開挖，結(jié)核直徑27cm。當?shù)亻_鑿料石困難。1.3 氣象本灌區(qū)屬于華北干旱區(qū)，平均多年降雨量只有500600mm，而且分布很不均勻，有60%70%集中在汛期。作物生長期常出現(xiàn)嚴重干旱缺水的情況。年平均蒸發(fā)量為2000mm，根據(jù)洛陽專區(qū)的水文資料記載：“光緒34年（18771878年）連續(xù)三個季度未曾下雨，洛河干枯。”解放以來1959、1966、1972年三年最旱。其中1972年伏旱嚴重、洛陽地區(qū)72年69月降雨量僅占歷年月期平均降雨量（P平均=422mm）的63.5%。最大風速為18m/s，最大凍土深度。1.4 基本數(shù)據(jù)（1）擬建許營渡槽段樁號：，全長，設(shè)計流量。加大流量。（2）渡槽段及其進出口渠道的有關(guān)數(shù)據(jù)與斷面示意，詳見表12和示圖。表12 許營渡槽及上下游渠道段基本數(shù)據(jù)建筑物類型起止樁號間距坡降i水頭損失設(shè)計水位相對位置土渠29+04030+5661516m1/12000許營上游渡槽許營土渠31+314.136+7501/12000許營下游（3）與渡槽段相連接的上下游渠道均已建成，橫斷面為梯形，渠底和邊坡均采用漿砌石保護。基本尺寸如圖1.1所示：圖1.1 與渡槽進出口相連的渠道橫斷面圖（4）根據(jù)洛陽地區(qū)地震局提供的有關(guān)資料，陸渾灌區(qū)上的主要建筑物設(shè)計烈度定為80。（5）許營段跨越式建筑物，不論采用哪種類型，均按三級建筑物考慮。（6）跨越建筑物不考慮交通要求和無通航要求，若采用渡槽方案只設(shè)人行便道即可。2 整體布置2.1 渡槽位置的選擇 渡槽位置的選擇包括軸線位置及槽身起點位置的選擇。對于地形條件復雜，長度大，工程量大的工程，應通過方案比較確定其位置。主要考慮以下幾個方面：（1） 應盡量選在地形有利，地質(zhì)條件良好的地方，以便于縮短槽身長度，降低支撐結(jié)構(gòu)高度和基礎(chǔ)工程量。（2） 渡槽進出口渠道與槽身的連接在平面上應爭取成一條直線，不可急劇轉(zhuǎn)彎，以使水流平順。（3） 跨越河流是，軸線與河道水流方向應盡量正交，槽址應選在河道順直，岸坡穩(wěn)定處。（4） 跨越河流的渡槽，槽址應位于河床穩(wěn)定，水流順直的河段，避免位于河流轉(zhuǎn)彎處，以免凹岸和基礎(chǔ)沖刷。（5） 應便于進出口建筑物的布置，進出口爭取落在挖方渠道上，盡量不建在高填方渠道上。應保證泄水閘有順暢的泄水出路，以防沖刷。（6） 渡槽發(fā)生事故需停水檢修，或為了上游分水等目的，常在出進口段或進口前渠道的適宜位置設(shè)置節(jié)制閘，以便于泄水閘聯(lián)合運用，使渠水進入溪谷或河道。2.2 槽身斷面形式的選擇槽身斷面有矩形，梯形，U形等。一般常采用矩形和U形斷面。大流量渡槽多采用矩形，中校流量可采用矩形也可采用U形。U形槽身多用鋼筋混凝土制作，當跨徑較大時，可采用預應力鋼筋混凝土，以利于抗裂防滲。也有用鋼絲網(wǎng)水泥制作的，但抗凍、防滲及耐久性差。本設(shè)計采用U形斷面，槽頂設(shè)拉桿，以增加側(cè)墻穩(wěn)定性，改善槽身的橫向受力條件。槽壁頂端常加大以增加剛度。U形槽身是一種輕型而經(jīng)濟的結(jié)構(gòu)，具有水利條件好，縱向剛度大而橫向內(nèi)力小等優(yōu)點，且便于施工吊裝。2.3 槽身支承結(jié)構(gòu)形式的選擇梁式渡槽的槽身直接支撐于槽墩或槽架上，伸縮縫之間的每一節(jié)槽身沿縱向是兩個支承點，故既起輸水作用又起縱向梁作用，根據(jù)支承點位置的不同，梁式渡槽有簡支梁式，雙懸臂梁式和單懸臂梁式三種。前兩種是常用的型式，單懸臂梁式只在特殊條件下采用。根據(jù)對已建渡槽的觀察，雙懸臂式槽身在支座附近容易產(chǎn)生裂縫，單懸臂式一般只在雙懸臂式向簡支梁式過渡或進出口建筑物連接時采用。本設(shè)計采用簡支梁式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，施工吊裝方便。槽身接縫處的止水構(gòu)造簡單，但跨中彎矩較大，底板受拉，對抗裂防滲不利。梁式渡槽的跨度是這類渡槽最關(guān)鍵的尺寸，根據(jù)實踐經(jīng)驗及資料統(tǒng)計，簡支梁式U形槽身跨度一般為1520m。2.4 槽身接縫構(gòu)造為適應槽身因溫度變化引起的伸縮變形縫和允許的沉降位移，應在槽身與進出口建筑物之間及各節(jié)槽身之間用變形縫分開，縫寬35cm。變形縫必須用既能適應變形又能防止?jié)B漏的柔性止水封堵。常見的有瀝青止水、橡皮壓板式止水、粘合式止水或套環(huán)填料式止水等。本設(shè)計采用粘合式止水，這種止水是用環(huán)氧樹脂等粘合劑將橡皮粘貼在混凝土上，施工簡單，止水效果好。3 槽身斷面設(shè)計3.1 斷面截面尺寸確定水力計算的關(guān)鍵是合理的選擇縱坡值?？v坡大，可減小槽身斷面面積，節(jié)省建筑材料。但縱坡越大則沿程水頭損失將迅速增加，且流速大將增加進口水頭損失，從而增加渡槽的總水頭損失，自流灌溉面積將減小，對灌溉不利?？v坡小，雖然使斷面面積增加，建筑材料用量增加，但是會使水頭損失減小。此設(shè)計的允許水頭損失為，最大損失不超過。根據(jù)工程經(jīng)驗初步擬定時，縱坡坡率可在1/5001/1500之間選用。如果根據(jù)初步擬定的i、B和H值計算所得的流量等于或略大于最大流量，則說明擬定的i、B和H值合適，如果小于或大于最大流量，則應必須加大B和H值，直到滿足最大流量為止。初步擬定i、B和H值后，須再擬定一系列通過設(shè)計流量時的水深值，通過試算的方式確定通過設(shè)計流量時的水深值。求得水深值后利用公式計算通過設(shè)計流量時的進口水面降落及出口水面回升值，之后在計算槽身沿程水頭損失和總水頭損失。若總水頭損失略小于或等于允許水頭損失值，則初步擬定的i、B和H值可為確定值。 水力計算由于渠道大多在一定長度內(nèi)具有相同的流量、底坡、斷面尺寸及相近的渠槽糙率，渠內(nèi)符合明渠均勻流條件，故渠道橫斷面尺寸采用明渠均勻流公式來確定，即 其中 通過渡槽的設(shè)計流量（） 槽底縱坡，本設(shè)計采用；謝才系數(shù)，可用曼寧公式計算，為糙率系數(shù)，對于混凝土及鋼筋混凝土槽身可取，本設(shè)計采用。槽身斷面高寬比H/B影響槽身結(jié)構(gòu)的縱向受力、橫向穩(wěn)定及進出口水流條件。對于梁式渡槽槽身起縱梁作用，采用較大的高寬比，可提高其縱向剛度，減小梁內(nèi)應力和跨中撓度，對受力有利，但槽身高度大，側(cè)面受風面積大，橫向風載大，對槽身橫向穩(wěn)定不利，且槽身高度大，側(cè)面受風面積大，對槽身橫向穩(wěn)定不利；而高寬較小且槽底縱坡較大時，槽內(nèi)水深小，為滿足設(shè)計流量水面銜接進口處槽底抬高較大，此時，當渠道通過小流量時，渡槽進口常會出現(xiàn)較大的壅水現(xiàn)象，而當通過大流量時，槽前上游渠道又可能產(chǎn)生較長的降水段，使渠道遭受沖刷。合理的高寬比一般應通過方案比較確定，初擬時一般可取經(jīng)驗值，U形斷面多用，本設(shè)計取，試算過程及結(jié)果如表所示：表3.1 截面尺寸初步計算表RCRiQ由表可初定，槽半圓直徑，用最接近設(shè)計流量的值計算總水頭損失，用校核流量來確定截面尺寸，計算過程及結(jié)果見表3.2：表3.2 截面尺寸確定計算表DRCRiQ9.58由表可確定選取圓心軸以上通過設(shè)計流量時的水深。 水頭損失驗算渡槽進口水流經(jīng)過漸變段與連接段時的水面降落值Z，工程設(shè)計中常近似采用下列淹沒寬頂堰流公式計算，即 式中 渡槽設(shè)計流量（）上游渠道流速；上游渠道水深 過水斷面面積 ，則 流速分布系數(shù)，可?。?、側(cè)收縮系數(shù)和流速系數(shù)，可取，本設(shè)計中兩者均取重力加速度 則 則 槽內(nèi)水面坡降 ： 出口水面回升 ： 綜上所述，水流經(jīng)過渡槽時的總水頭損失為 故符合要求。 進出口高程確定通過設(shè)計流量時，上游渠道水深，槽中水深，則有 進口槽底高程 式中，為進口前渠底高程； 進口槽底抬高 出口槽底高程 出口渠底降低 出口渠底高程 計算的規(guī)劃值大，滿足要求。具體如圖示3.1：圖3.1 渡槽水利計算圖3.2 U型渡槽截面其他尺寸確定由上述流量及水頭損失條件，可得符合要求的槽底直徑為，由此可得槽截面其它尺寸。槽壁厚度 , 取 直線段高 ， 考慮安全超高，則取 槽頂加寬部分 ，取 ，取3.3 橫桿、人行便道及端肋尺寸確定橫桿尺寸： 高， 寬， 間距 人行便道尺寸： 厚 寬，單側(cè)扶手端肋尺寸：為改善渡槽的縱向受力狀態(tài)，并便于架設(shè)安裝，在槽身的支座部位應設(shè)置端肋，端肋的外形輪廓做成矩形。U型渡槽底部端肋厚，槽殼從端肋向外伸出以便設(shè)置止水，變形縫寬，端肋其余尺寸為，如圖 圖3.2 渡槽基本尺寸示意圖3.4 進出口的形式選擇及布置為使水流進出槽身時比較平順，以利于減小水頭損失和防止沖刷，渡槽進出口均需設(shè)置漸變段，漸變段采用扭曲面形式。漸變段和槽身之間常因各種需要再設(shè)置一節(jié)連接段。對于U形槽身，許設(shè)置連接段與漸變段末端矩形斷面連接。連接段的長度常根據(jù)具體情況由布置決定。常采用以下經(jīng)驗公式確定漸變段長度 式中 系數(shù)，進口取，本設(shè)計采用；出口取，本設(shè)計采用 、渠道及渡槽槽身水面寬度由上述公式可得： 進口渠道水面寬度 出口渠道水面寬度 進口漸變段長 ，取 出口漸變段長 ，取本設(shè)計中根據(jù)一般經(jīng)驗連接段長度為，進口連接段長，出口連接段長。3.5 其他資料渡槽總長，由上述計算知漸變段長，連接段長，槽身總長。取每跨槽身長，共跨。渡槽的設(shè)計標準為級，故其結(jié)構(gòu)安全級別為級，則結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，正常運行期為持久狀況，其設(shè)計狀況系數(shù)，永久荷載分項系數(shù)，可變何在分項系數(shù)，結(jié)構(gòu)系數(shù)。鋼筋混凝土重度 混凝土強度（） ，鋼筋強度 級 ， 級 ， 人群荷載 4 槽身的結(jié)構(gòu)計算4.1 荷載計算槽殼自重：標準值 設(shè)計值 拉桿重：標準值 設(shè)計值 人行道板重： 標準值 設(shè)計值 扶手欄桿重： 標準值 設(shè)計值 設(shè)計水位水重：標準值 設(shè)計值 校核流量水位水重：標準值 設(shè)計值 滿槽水重： 標準值 設(shè)計值 人群荷載：標準值 設(shè)計值 風壓力：作用于建筑物表面的風壓力W（KN/m）按下式計算 式中： 風載體型系數(shù)，與建筑物體型、尺度等有關(guān)，對于排架結(jié)構(gòu)取； 風壓高度變化系數(shù)，本設(shè)計取; 基本風壓(N/m),.其中由設(shè)計資料知。對于我國內(nèi)陸一般地區(qū)取，則有 由以上數(shù)據(jù)可得風壓力：標準值 設(shè)計值 4.2 槽身縱向結(jié)構(gòu)計算渡槽運用時，在自重及外力（如水壓力、土壓力、風壓力以及一些其它的力）作用下，其穩(wěn)定可能受到破壞，從而影響渡槽的正常工作，甚至失事。例如在風壓作用下，可能沿其支撐頂部表面發(fā)生滑動或傾覆。渡槽的工作情況是不斷變化的，在槽中無水受風壓的工況下最易出現(xiàn)穩(wěn)定問題，故本設(shè)計要對這種情況進行穩(wěn)定驗算，計算單元為一節(jié)槽身。4.2.1 抗滑穩(wěn)定驗算穩(wěn)定分析，作用于渡槽上的力盡管其類型、方向、大小各不相同，但根據(jù)它們在槽身沿支承結(jié)構(gòu)頂端發(fā)生水平滑動時所起的作用看，可以歸納為兩大類：一類是促使槽身滑動的力，如水平方向風壓力、動水壓力等，稱為滑動力；另一類是維持槽身穩(wěn)定、阻止渡槽滑動的力，主要是在鉛直方向荷載作用下，槽身底部與支承結(jié)構(gòu)頂端之間產(chǎn)生的摩擦力，稱之為阻滑力。槽身是否會產(chǎn)生沿其支承結(jié)構(gòu)頂端發(fā)生水平滑動，主要取決于這兩種力的比值，這個比值反映了渡槽的水平抗滑穩(wěn)定性，我們稱之為穩(wěn)定安全系數(shù) 式中：空槽時所有鉛直方向作用力的總和（KN）；所有水平方向作用力的總和（KN）；摩擦系數(shù)，與兩接觸面物體的材料性質(zhì)及它們的表面粗糙程度有關(guān)，本設(shè)計取?？够€(wěn)定安全系數(shù)，與建筑物安全級別及荷載組合情況有關(guān)，按照公路橋涵設(shè)計規(guī)定中取 所以滿足抗滑穩(wěn)定性要求。4.2.2 抗傾覆穩(wěn)定驗算槽身受風壓作用可能發(fā)生傾覆，抗傾覆穩(wěn)定性驗算的目的是驗算槽身空水受壓作用下是否會繞背風面支承點發(fā)生傾覆，抗傾覆穩(wěn)定的不利條件與抗滑穩(wěn)定的不利條件是一致的，所以抗傾覆穩(wěn)定性驗算的計算條件及荷載組合與抗滑穩(wěn)定性驗算相同，抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)，本設(shè)計取 式中： 鉛直力到槽身支承點的距離； 空槽時基底面承受的鉛直力總和；水平力的總和；水平力到槽身支承點的距離； , 則 所以滿足抗傾覆穩(wěn)定性要求。4.3 槽身縱向結(jié)構(gòu)計算U型斷面槽屬于薄殼結(jié)構(gòu)，其縱向內(nèi)力計算法與跨長L同槽寬D的比值有關(guān)。但水利工程中的U型渡槽大多,屬于長殼結(jié)構(gòu)（本設(shè)計中），仍可按梁計算，即將其視為U型斷面梁，承受由自重和滿槽水重構(gòu)成的均布荷載。計算單元一跨槽身。 圖4.1 槽身縱向應力分布圖4.3.1 內(nèi)力計算跨中彎矩設(shè)計值 跨端剪力設(shè)計值 其中為一槽身的均布荷載則 橫截面的總面積形心軸到圓心軸的距離橫截面對圓心軸的慣性矩 代入數(shù)據(jù)求得令 （以弧度計），則有 故 由以上數(shù)據(jù)可求得受拉區(qū)的總拉力 代入數(shù)據(jù)求得 4.3.2 縱向配筋計算 U型槽身的縱向鋼筋一般按總拉力法計算，即考慮受拉區(qū)混凝土已經(jīng)開裂，不能再承擔拉力，形心軸以下的拉力全部由鋼筋承擔。 由公式 計算受拉鋼筋總面積式中 鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的強度安全系數(shù)。查中國電力企業(yè)聯(lián)合會標準化部.電力工業(yè)標準匯編.水電卷.水工第31條（表8）得 鋼筋抗拉強度設(shè)計值，選用級鋼筋，則有 選用和 配筋圖如下圖：4.3.3 正截面的抗裂驗算 令 , 則換算截面的面積為： 則換算截面對重心軸的慣性矩 故可由上述求得最大拉應力（抗裂驗算） 式中 截面抵抗矩的塑性系數(shù)，查水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)學得，修正后得；混凝土抗裂設(shè)計強度；鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的抗裂安全系數(shù)。查中國電力企業(yè)聯(lián)合會標準化部.電力工業(yè)標準匯編.水電卷.水工第8條(表1)得,第34條(表9)得. 。 可知滿足抗裂要求。4.3.4 斜截面承載力計算可將U型截面簡化為T型截面,如圖所示，圖截面尺寸如下：取 ， 則 又故截面尺寸滿足受剪承載力的要求。又有故則需按計算配置腹筋。初選雙肢箍筋,由于梁較高,箍筋不能太細,選用,即有.,選用級鋼筋時,其箍筋抗拉強度.求得 滿足抗剪要求.滿足箍筋最小配筋率要求。4.4 槽身橫向結(jié)構(gòu)計算沿槽長取,兩側(cè)截面上還有及,其差值與荷載及軸力.其中以槽殼外壁受拉為正,為槽頂荷載, 為槽頂荷載對槽殼直線段頂部中心的力矩, 為分布與槽殼頂部加大部分截面上的剪力, 為“均勻化拉桿”的拉力,因拉桿的抗彎能力小,故一次超靜定結(jié)構(gòu)求解。設(shè)計時應考慮滿槽水情況和非滿槽水情況下的內(nèi)力計算公式。圓弧內(nèi)力計算時，一般每隔取一計算截面（即），計算和。圖4.4 橫向內(nèi)力計算圖（取）引入以下參數(shù)：則有 據(jù)以上數(shù)據(jù)按以下步驟求解均勻化拉桿的拉力（其中為水的重度）計算形變位： 代入數(shù)據(jù)得 計算各彎矩系數(shù)： 計算載變位： 故均勻化拉桿的拉力為： 由下列公式計算槽殼直線段的橫向內(nèi)力彎矩及圓弧段的橫向內(nèi)力，彎矩以槽殼外壁受拉為正。（拉桿中心線至直線段計算截面的距離，以向下為正） 列表計算如下：表4.1 橫向彎矩YM00000.4表4.2 橫向彎矩000000計算各軸力系數(shù)： 由下列公式計算槽殼直線段的軸力和圓弧段的軸力。軸力以結(jié)構(gòu)受壓為正：代入數(shù)據(jù)則有 列表計算如下： 表4.3 橫向軸力00000（?。?荷載： 水重 均布荷載 槽頂荷載 槽頂荷載對槽殼直線段頂部中心的力矩 分布于槽頂加大部分截面上的剪力形變位已經(jīng)求得 求各彎矩系數(shù) 計算載變位 故均勻化拉桿的拉力 由以下公式計算槽殼直線段的橫向內(nèi)力彎矩及圓弧段的橫向內(nèi)力彎矩，彎矩以槽殼外壁受拉為正。表4.4 橫向彎矩Y00表4.5 橫向彎矩000000由下列公式計算各軸力系數(shù)由下列公式計算槽殼直線段的軸力和圓弧段的軸力，軸力以結(jié)構(gòu)受壓為正。代入數(shù)據(jù)得 值計算列表如下： 表4.6 橫向軸力000004.4.3 橫向配筋計算 由上述計算可知，對應的截面尺寸：； 。選用級鋼筋，U形側(cè)墻按直墻簡化計算 （槽殼外壁受拉），（槽壁受拉）則作用在的外側(cè)，屬大偏心受拉構(gòu)件先設(shè)，對于一級鋼筋查的則 選配 說明按所選的進行計算就不需要混凝土承擔任何內(nèi)力了，這意味著實際上的應力不會達到屈服強度，故按計算。 選取 ，滿足要求。 配筋圖如下：4.4.4 橫向抗裂驗算 查的矩形截面抵抗矩的塑性系數(shù)，修正系數(shù)為，取修正系數(shù)為，則有 ， 換算截面的面積 換算截面重心至受壓邊緣的距離 換算截面對其重心軸的慣性矩 則彈性抵抗矩 一般情況下需按荷載效應的短期組合及長期組合分別驗算本設(shè)計。因是粗略計算，且可變荷載很小，故只按荷載效應的長期組合進行抗裂驗算。取，（混凝土抗拉強度標準值） 則 ，滿足抗裂要求。4.5 拉桿結(jié)構(gòu)及配筋計算4.5.1 內(nèi)力計算 圖4.6 計算簡圖 荷載計算 橫拉桿自重： 標準值 設(shè)計值 人行道板重： 標準值 設(shè)計值 人群荷載：標準值 設(shè)計值 由公式 可求得固端彎矩， 其中 ，代入數(shù)據(jù)得 由公式可求得跨中彎矩 代入數(shù)據(jù)得 4.5.2 配筋計算 （1） 按固端彎矩配筋 ， 則作用在之外，屬大偏心受拉構(gòu)件。 先設(shè)，對于級鋼筋，則 選配為16（） 故可按計算 又 故選取16（） （2） 按跨中彎矩配筋 即作用在之外，同屬大偏心受拉構(gòu)件。 設(shè)，級鋼筋 代入數(shù)據(jù)得 選配8.2（） 代入數(shù)據(jù)得 即可按計算 有 故可選取8.2（） 綜上所述，按固端彎矩所配鋼筋可滿足拉桿兩端和跨中的配筋要求。即所選鋼筋為：16（），同。 橫拉桿的配筋圖如下 圖4.7 拉桿配筋圖4.6 端肋結(jié)構(gòu)及配筋計算為使槽身便于支撐在槽架上，常設(shè)置支撐肋，對于簡支梁式槽身則為端肋。對于簡支梁式U形槽，可用到槽端距離為的-截面分隔槽身（離肋中線半個到一個拉桿間距），圖中L為半跨槽身長度，b為支撐肋的厚度，其余尺寸及符號意義如圖所示（a） （b） (c)圖4.8 U形槽端肋計算圖4.6.1 內(nèi)力計算 基本尺寸： 排架間距 ； 另外，槽身均布荷載 一個端肋重 由以上數(shù)據(jù)可求得各項荷載 計算J和 計算端肋頂部拉桿的軸力（以拉為正），按一次超靜定求解 計算端肋底橫梁跨中截面的軸力（拉力為正）和彎矩（下緣受拉為正） 4.6.2 配筋計算 知 ， ， 故按大偏心受拉計算 先設(shè)，對于級鋼筋查的 選配為718（） 故按計算 選配為525（），配筋圖如下： 圖 4.9 5 排架設(shè)計5.1 排架尺寸的確定本設(shè)計采用單排架，擬定排架高度。排架兩根立柱的中心距取決于槽身寬度，應使槽身傳來的荷載的作用線與立柱中心線重合，使立柱為中心受壓構(gòu)件。故排架總寬為。 支柱斷面尺寸： 長邊（順槽向） ，取 短邊（橫槽向） 取排架兩支柱間設(shè)置橫梁，以減小支柱的彎矩。橫梁間距一般取，本設(shè)計取。梁高取。梁寬取。橫梁由上到下等間距布置。橫梁與支柱連接處常設(shè)置補角（又稱承托），以改善交角處的應力狀態(tài)。為支撐槽身，排架頂部伸出短懸臂梁式牛腿，懸臂長度高度，取，傾角，取。圖5.1 單排架構(gòu)造尺寸5.2 荷載分布作用在排架上的荷載有水平荷載和垂直荷載，如圖5.2,水平荷載本設(shè)計中僅考慮槽身與立柱上的風壓力，水平壓力在計算中可簡化成節(jié)點力，即。圖5.2 排架計算簡圖 為槽身和節(jié)點1下半柱范圍內(nèi)的風壓之和，即式中 風壓荷載設(shè)計值 槽身受風面積， （為槽身高，為每跨槽身長）立柱縱向尺寸鋼架節(jié)點間距等的計算與相同垂直荷載有：槽身自重和滿槽水重，作用于槽身的水平風壓通過槽身支座轉(zhuǎn)化為作用于支柱頂?shù)囊焕粔捍怪陛S向力 鋼架自重，計算中可化為節(jié)點力。其中 （為橫梁高，為立柱中心距）5.3 排架橫槽向結(jié)構(gòu)計算根據(jù)荷載的最不利組合情況分別進行計算。本設(shè)計考慮兩種工況：滿槽水+側(cè)向風壓，按持久狀況的基本組合考慮?？詹?側(cè)向風壓，按短暫狀況的基本組合考慮。（排架立柱及橫梁剪力一般不大，可不做計算）5.3.1 滿槽水+側(cè)向風壓的計算工況 （1）水平荷載： （2）垂直荷載： （3）內(nèi)力計算：（主要考慮作用產(chǎn)生的） 鉛直向節(jié)點荷載只使支柱產(chǎn)生軸向力。水平節(jié)點荷載可分解成對稱荷載和反對稱荷載。對稱荷載作用下，只有橫梁承受“無剪力分配法”計算排架內(nèi)力。 固端彎矩立柱AB，BC，CD，DE為剪力靜定桿，由平衡方程求得剪力為： 圖5.3 排架內(nèi)力計算圖將桿端剪力看作桿端荷載，可求得固端彎矩如下：分配系數(shù)令 則有 結(jié)點A： 結(jié)點B： 結(jié)點C： 結(jié)點D： 力矩分配和傳遞如圖5.4所示。（立柱的傳遞系數(shù)為-1）（4） 各桿的桿端彎矩為： 各柱的軸力為： 圖5.4 計算過程圖5.3.2 空槽加側(cè)向風壓的計算工況 在此工況下，僅垂直荷載P發(fā)生變化，其余荷載不變。即有， 各桿的桿端彎矩同滿槽水+側(cè)向風壓的計算工況 各柱的軸力為： 5.3.3 立柱的配筋計算立柱按偏心受壓構(gòu)件進行配筋，立柱控制配筋的截面是柱頂及柱底兩個截面。因為風向是變化的，可來自左右兩個方向，故立柱承受正負兩個方向的彎矩，應按對稱配筋計算。同時要考慮縱向彎曲的影響，其計算長度取,立柱的截面尺寸： 取兩種計算工況中偏心距較大的柱進行配筋，即 ， 考慮到長細比對承載力降低的影響，需修正，即乘以偏心距增大系數(shù)。 ， ， 式中 軸向力對截面重心的偏心距，當<時，取 構(gòu)件的計算長度截面高度 截面有效高度A構(gòu)建的截面面積考慮截面應變對截面曲率的影響系數(shù)，當>1時，取考慮構(gòu)件長細比對截面曲率的影響系數(shù)，當時，取 取 取則 （ ）則，故屬于小偏心受壓。 由于構(gòu)件破壞時的應力一般達不到屈服強度，因此為節(jié)約鋼材，可按最小配筋率即構(gòu)造要求配筋，選用根據(jù)求解的公式 并將代入公式： 可得下列方程：聯(lián)立求解得 取 及（ 當 時，取 ），從而求解和解得及均小于零，故按最小配筋率要求配筋： 故各選取 即，不再需對的用量進行復核。5.3.4 橫梁的配筋計算橫梁所受的軸力很小，在配筋計算中可忽略不計，按受彎構(gòu)件考慮。橫梁兩端截面（正、負彎矩最大處）為控制配筋的截面，荷載組合同立柱。同樣由于風壓來自左右兩個方向，橫梁的配筋也采用對稱配筋。 取 截面尺寸： 選配 箍筋的選配：箍筋間距應滿足且且（其中為縱向鋼筋的最小直徑，為柱截面短邊尺寸），即選箍筋。即在立柱與橫梁中均采用的箍筋。 圖5.5 立柱配筋圖圖5.6 橫梁配筋圖5.4 排架順槽向結(jié)構(gòu)計算5.4.1 驗算單根立柱的豎向穩(wěn)定性計算工況為滿槽水+人群重，考慮縱向彎曲的影響， 荷載計算： 軸向力 計算長度 查得穩(wěn)定系數(shù) 選配 5.4.2 施工吊裝驗算 截面尺寸 需考慮縱向彎曲的影響 故按實際偏心距計算 取 則 故 按大偏心受壓計算故有 選配 5.4.3 排架起吊時的強度驗算排架一般是放在地上預制的。排架在吊裝時，一端剛離開地面，另一端還支撐在地上，此時排架受力最為不利，應對此進行驗算，對于時刻采用四吊點，吊點位置一般設(shè)于立柱與橫梁的交點附近，并使最不利時刻立柱所受的正負彎矩相等或接近相等，以充分發(fā)揮材料的承載力。對求出的內(nèi)力還應乘以動力系數(shù)1.11.3。本設(shè)計取1.2。計算簡圖如下 （1）內(nèi)力計算（取半邊鋼架進行，其中均布荷載q為單根立柱重，集中荷載P為半根橫梁自重） 均布荷載： 集中力： 支座負彎矩： 支座反力：對B點取矩得 求得 跨中x處的彎矩： 令 則 x不符合要求。 令 則 令 則 x不符合要求。截面尺寸：則選配 綜上所述，最終確定立柱順槽向配筋及配筋圖如下：選配 圖5.9 立柱配筋圖5.5 牛腿尺寸驗算（1）通常牛腿的寬度與柱的寬度相同，本設(shè)計中與排架同寬。牛腿的高度可根據(jù)裂縫的控制要求確定。一先假定牛腿高度h，然后按下式進行驗算（時） 式中 由荷載標準值按荷載效應短期組合計算的作用于牛腿頂部的豎向力。 由荷載標準值按荷載效應短期組合計算的作用于牛腿頂部的水平拉力。本設(shè)計中。裂縫控制系數(shù)，對于承受靜荷載作用的牛腿，取豎向力作用點至下柱邊緣的水平距離，應考慮安裝偏差20mm，豎向力作用點位于下柱以內(nèi)時，取牛腿寬度，取牛腿與下柱交接處的垂直截面有效高度取， 在此，及的意義如圖5.11。本設(shè)計中取。圖5.10 牛腿尺寸由5.1中排架尺寸的擬定可知 取 則即有 則牛腿尺寸滿足要求。（2）牛腿受力鋼筋的確定 按公式 確定當時，取 （本設(shè)計中）式中