龍潭沖渡槽矩形槽身排架支撐設計

喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請放心下載，，有疑問咨詢QQ:1064457796或者1304139763 ==================== 喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請放心下載，，有疑問咨詢QQ:1064457796或者1304139763 ==================== 中文摘要 渡槽是渠系水工建筑中應用最廣的交叉建筑物之一，出在灌區用于輸送渠水進行農田灌溉外，還用于輸送城鎮生活及工業用水。 本設計內容包括渡槽設計的基本資料、荷載及其組合；渡槽的總體布置；渡槽的型式和基本尺寸選定以及結構計算；渡槽槽身設計計算、槽架型式、布置；支撐結構設計及計算和細部結構的設計等。槽身軸線一般應為直線，渡槽進出口與上下游渠道應平順連接，避免急轉彎。進口段急轉彎易使水流偏離一側從而影響渡槽的進流條件。選定渡槽進口位置時，應注意給進口建筑物的布置提供合適條件。在渡槽位置優選中應包括環境指標，盡可能減少和改變對環境的不理影響，有利于促進環境質量的提高。根據龍潭沖地形地質情況設計了相應的方案，具體形式見詳細設計。 關鍵詞：渡槽、排架、水力計算。 Abstract Hydraulic canal aqueduct is one of the most widely used building cross buildings, the canal water in the irrigation area were used to transport irrigation, but also for the delivery of urban domestic and industrial water. The design includes basic information Aqueduct design, load and combinations thereof; general arrangement Aqueduct; aqueduct selected types and basic dimensions and structural calculations; Aqueduct with design calculations, groove frame type, layout; a support structure design, calculation and detailed structure of the design. Groove body axis generally should be straight, import and export aqueduct upstream and downstream channels should be smooth connection, avoid sharp turns. Import segment sharp turns easy to deviate from the side which affects the aqueduct water inflow conditions. Aqueduct import position when selected, should pay attention to the layout of the building to provide suitable conditions for import. Aqueduct preferred location should include environmental indicators, to minimize impact on the environment and to ignore the change, help to improve the promotion of environmental quality. According to topographic and geologic conditions of Longtan punch designed corresponding program, see the detailed design of specific forms. ? Keywords: aqueduct bent hydraulic calculation III 目 錄 緒論 第一章 工程概況及基本資料 1 1.1工程概況 1 1.2地質情況 1 1.3基本數據資料 1 1.3.1基本數據 1 第二章 渡槽的選型與布置 3 2.1、結構形式的選擇 3 2.2、槽墩與槽架的選擇 3 2.3、渡槽的總體布置 4 第三章 渡槽的水力計算 5 3.1、槽身的水力設計 5 3.1.1、槽身過水斷面尺寸的確定 5 3.2、槽身過水能力計算 5 3.2.1安全超高△h 5 3.3、水頭損失及水面銜接計算 6 3.3.1進口水面降落 6 3.3.2進出口槽底高程計算 7 第四章 槽身結構計算 7 4.1、槽身縱向結構計算 7 4.1.1、槽身橫斷面形式 7 4.1.2、槽身尺寸確定 8 4.1.3、荷載及配筋計算 8 4.1.4、荷載計算 8 4.2、槽身橫向結構計算 12 4.2.1、內力計算 13 4.2.2、 配筋計算 15 4.2.3、槽身吊裝驗算 17 第五章 支撐結構計算 20 5.1、排架的設計 20 5.1.1、荷載計算 21 5.1.2、內力計算 22 5.1.3、排架的配筋計算 24 5.1.4、 立柱斜截面抗剪計算 28 5.2、橫梁的配筋 28 5.2.1橫梁按受彎構件進行配筋計算： 28 5.3、排架吊裝驗算 29 5.3.1、吊裝的內力計算 29 5.3.1吊裝配筋計算 31 第六章 細部結構設計 32 6.1、槽身接縫止水 32 6.2、支座 33 6.3、兩岸的連接 33 謝辭 34 參考文獻 35 緒論 隨著時代的發展與進步，各方面用水量與日俱增，在水利建設，施工方法不斷發展的同時，施工難度和吊裝的重量也在不斷增大。盡管我國渡槽設計理論研究已經在多方領域取得一定成就，但與南水北調的建設工程相比，多數的建設項目都規模較小，而所研究的卻都是規模十分巨大的。由此可見，隨著我國水利事業的發展與建設的如火如荼進行，渡槽這一水工建筑物將會迎來更大的發展空間。 本設計在研究龍潭沖渡槽設計的同時考慮到實際地質地形情況，結合書本查閱各方面資料，是筆者在現有水平之下得出的設計結論。也是對于在未來的生活學習以及工作的一次過渡和適應，充分利用了四年所學知識并加以運用，也是一次對大學學習的檢驗。再設計過程中由于經驗不足遇到了不少問題但都在老師同學的幫助下得以解決。 V 龍潭沖渡槽矩形排架支撐 第一章 工程概況及基本資料 1.1工程概況 龍潭沖渡槽位于湖北浠水縣白蓮河灌區西干渠上游處，樁號為：1+800，竣工年限在1961年～1962年，經過三十幾年的運行，該渡槽均出現嚴重的老化問題（如裂縫、漏水、混凝土剝落后鋼筋外露），加之灌區面積增加和流量增大，這些渡槽已遠遠不能擔負輸水灌溉的任務，要求重建。另外，由于原渠線是沿山順下，渠線較長，本次重建時，要求裁彎取直。 1.2地質情況 陡坡段長度大約20米，該段為紫紅色、紅褐色礫巖夾砂質粘土巖，礫巖成分為石英砂巖、石英巖等。粒徑一般在5~20cm，最大的達60cm，膠結較差。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，洞內均有滲水現象。砂質粘土巖的成份多為泥砂質組成。表面段出有斷續相間的滲水，說明砂質粘土巖有隔水性能，礫巖表面覆蓋有2m左右的黃色粉質壤土。 河槽段表面主要為近代沖積砂卵石，卵石粒徑多為20~50cm，也有少量卵石直徑在50cm以上，分選性差。中粗粒含量約占30%。鉆孔過程中經常出現塌孔，卡鉆現象，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），礫巖夾白色泥質灰巖，成份多為石英砂巖及火成巖。鈣質膠結較差，鉆取巖心呈粒狀，質地均一，含礫石少許，性脆較堅硬，呈透鏡體壯，巖長10~30cm，局部風化較重，手用力即可搓掉粉粒，河槽段樁號0+020~0+090為河漫灘一級臺地，表面為上文新統（Q3）黃色粉質壤土，具直立性，結構較疏松，少有豐粒層深2~3m，含少量礫石具有黃土性質。下伏中更新統（Q2）含泥沙卵石（成份同上），泥質含量5~10%微有膠結。（其中局部夾有薄層壤土透鏡體）鉆進中有回水、卡鉆現象。 Q3與Q2界限明顯，密實程度有顯著差異。下伏中更新統（）為黃色重粉質壤土，固結密實，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左右的鈣質結核含土層。結構密實，不易開挖，結核直徑2~7cm。當地開鑿料石困難。 1.3基本數據資料 1.3.1基本數據 上、下游渠道基本資料 上游縱坡：1/3000； 下游縱坡：1/5000； 邊坡：1：1.5； 糙率：0.023～0.030； 上下游渠底寬度基本相同：b0=5和5.50m； 渠道的設計流量與相應渡槽的流量相同為：設計流量 為25m3/s，加大流量為30m3/s； 渠道內水深為相應流量下的均勻流水深； 渠道堤頂寬度均采用50cm； 上游渠底高程261.00m； 下游渠底高程待定。 本地區基本風壓為W0=35kg/m2，最大風力為9級，相應的風速為24m/s。 該渡槽橫穿龍潭沖河，河內最大水深達到4.50m，相應高程為240.40m，最大流速達到5.50m/s。 根據灌區規劃要求，渡槽槽身上不設人行道。 施工期最大人群荷載為3.0kN/m2。 根據灌區規劃方案中擬定，渡槽設計標準為3級或查找有關規范； 在渡槽進口上游段處布置檢修閘門； 槽身選用簡支矩形或u形、加肋，槽架可用鋼筋混凝土排架或重力墩。 第二章 渡槽的選型與布置 2.1、結構形式的選擇 槽身斷面有矩形、U型（半圓型上加直墻）、多側墻等如圖（1.1）。一般常用矩形和U型斷面。 漿砌塊石槽身一般采用舉行，鋼筋混凝土槽身大流量時采用矩形較多，中、小流量可采用矩形也可采用U形。 槽身橫斷面主要尺寸是凈寬（水面寬）B和凈深H（滿槽水深），其值由水力計算決定，但在擬定尺寸時應注意選擇合適的寬深比的值。從過水能力來看，應該按水力最佳斷面的條件來選擇。但梁式渡槽的寬深比選的大些有利于加大槽身的縱向剛度，因此一般多采用寬深比大于0.5的窄深式斷面，矩形槽采用寬深比為0.6~0.8，U形槽常用的寬深比為0.7~0.9。 綜上所述根據所給資料結合龍潭地段的實際情況本設計槽身斷面采用矩形斷面。 圖1-1 槽身的斷面形式 2.2、槽墩與槽架的選擇 槽身的縱向支承形式常用的有墩式支承、排架式支承和拱式支承三種類型。梁式渡槽的支承墩、架有重力式槽墩，鋼筋混凝土槽架、混合式墩架和樁柱式槽架等型式。 排架是鋼筋混凝土結構，其自重輕地基應力較之墩容易得到滿足，排架有單排架、雙排架和A字形排架三種形式（如圖1-2）。 圖1-2 槽架形式 （a） 單排架 （b）雙排架 （c）A字形排架 單排架常用高度一般為10~20m，雙排架是空間結構，在較大的豎向及水平向荷載作用下，其強度穩定及地基應力較單排架容易得到滿足，適應高度一般為15~28m。A字架是由兩片互相平行鉛直平面為A字形的剛架組成。對大流量渡槽槽寬已較大，故將A字形架置于順渡槽水流方向，以滿足穩定和加大基礎面積；對于小流量的高渡槽，為滿足滿槽水時槽架本身的穩定和空槽時在橫向風荷載作用下渡槽抗傾則講其置于垂直渡槽水流方向。 鑒于以上所述，根據龍潭段的地質地形條件本設計在槽下河道的主河槽段設圓矩形空心重力墩，灘地段設單排架。 2.3、渡槽的總體布置 渡槽的總體布置主要包括渡槽的選址。是選定渡槽的中心線及槽身起止點的位置。對于渡槽軸線及槽身起止點位置選擇的基本要求是：渠線及渡槽長度較短，地址條件較好，工程量小，投資省；進出口水流順暢，運用管理方便，對槽下通車、航運無影響；對跨越河流的渡槽，要求河勢穩定，修建后對河勢影響??；槽身起止點爭取落在挖方渠道上，并有利于進、出口及槽跨結構的布置，施工方便。 綜合考慮以上各方面因素的同時結合龍潭沖段的具體情況，確定槽址于地 第三章 渡槽的水力計算 3.1、槽身的水力設計 3.1.1、槽身過水斷面尺寸的確定 1.渡槽縱坡i的確定 在相同的流量下，縱坡i大，過水斷面就小，渡槽造價低：但i大，水頭損失大，減少了下游自流灌溉面積，滿足不了渠系規劃要求，同時由于流速大可能引起出口渠道的沖刷。因此確定一個適宜的底坡，使其既滿足渠系規劃允許的水頭損失，又能降低工程造價，常常需要試算，一般常采用底坡i=1/500~1/1500，本設計取i=1/1100. 2.槽身凈寬B和凈深H的確定 槽身的凈寬B的長度和凈深H應一起考慮，通過寬深比H/B來擬定一般取0.6~0.8之間，本設計初取H/B=0.7，凈寬取為5m，則凈深H=3.5m。 3.2、槽身過水能力計算 因L=300m>15h，即按明渠均勻流計算 Q= 式中 A————槽身過水斷面面積 R————槽身水力半徑 n————槽身的粗糙系數 i————槽身縱坡 以下表格為由以上公式帶入數據試算所得 表3-1 凈深B 凈寬H 過水斷面A 濕周x 水力半徑R 縱坡i 流量Q 寬深比H/B 3.3 5 16.5 11.5 1.4348 1/1100 25.31 0.66 3.4 5 17 11.8 1.4407 1/1100 26.15 0.68 3.5 5 17.5 12 1.4583 1/1100 27.14 0.7 3.8 5 19 12.6 1.5079 1/1100 30.13 0.76 此時取3.3m為設計水深，過水斷面流量為25.31/s>=25/s滿足要求；當水深為3.8m，寬高比為0.76時，過水斷面流量為30.13/s略大于加大流量，故滿足要求 3.2.1安全超高△h 為了防止因風浪或其他原因而引起側墻頂溢水，側墻應有一定的超高。按建筑物的級別和過水流量不同，超高可選用0.2m~0.6m。 本設計運用公式△h=+5=32.5cm=0.325m 3.3、水頭損失及水面銜接計算 水流經過渡槽進口段時，隨著過水斷面的減少，流速會逐漸加大，水流位能一部分轉化為動能，另一部分因水流收縮而產生水頭損失，因此進口段將產生水面降落;水流進入槽身后，基本保持均勻流，沿程水頭損失=iL；水流經過出口段時，隨著過水斷面增大，流速逐漸減小，水流動能因擴散而損失一部分，另一部分則轉化為動能，而使出口水面回升，從而與下游渠道相銜接（如下圖所示）。 圖3-1 渡槽水力計算簡圖 3.3.1進口水面降落 進口段水面降落 （1+）（-）/2g 式中 ，v————分別為上游渠道及渡槽內的平均速度 ————進口段局部水頭損失系數，與漸變段形式有關，回弧直墻為0.2，門槽損失系數為0.05 設上游水深為3.65m，下游水深3.6m 上游渠道流速 =Q/= /{(mh+b)h}=0.668m/s 槽內的流速 V=Q/A=/BH=1.52m/s 進口水面降落 （1+）（-）/2g=0.104m 槽身沿程水頭損失 =iL=×310=0.282m 出口水面回升 ==0.035m △Z=+ -=0.351m<0.85m 此時水面降落值小于允許水頭損失 3.3.2進出口槽底高程計算 --h=3.65-0.104-3.3=0.246m =--h=3.6-0.035-3.3=0.265m =261+0.246=261.46m =261.246-0.104=261.142m =261.42-0.265=260.877m 第四章 槽身結構計算 4.1、槽身縱向結構計算 4.1.1、槽身橫斷面形式 本渡槽采用矩形斷面 4.1.2、槽身尺寸確定 綜上計算所得，槽內寬5m，超高=0.325m，加大水深H=3.8m，設計底板厚0.3m，側墻厚0.2m，底部小梁高0.2m。側墻高H=3.8+0.325+0.3+0.2=4.625m 矩形槽身的側墻兼做縱梁用，但其薄而高，且需承受側向水壓力作用，因此，設計時除開要考慮強度外，還要考慮側向穩定要求。以側墻厚度t與墻高的比值作為衡量指標，其經驗數據為（對于設拉桿的矩形槽）：1/12~1/16。常用厚度在10~20cm之間，本設計取t=20cm，貼角，邊長20cm。本設計中對于渡槽無通航，故需設置拉桿，拉桿截面尺寸20×20cm，間距為3米。其他具體尺寸詳見下圖。 圖4-1 渡槽基本尺寸示意圖 4.1.3、荷載及配筋計算 渡槽安全級別為Ⅲ級。安全系數=0.9，鋼筋混凝土重度γ=25KN/，狀況系數Ψ=1.0，荷載分項系數為：永久荷載分項系數=1.05，可變荷載分項系數=1.2，結構系數=1.2，縱向計算按均布荷載考慮。 4.1.4、荷載計算 矩形斷面槽身是一種空間結構，受力復雜，在實際中常近似的簡化為縱向及橫向兩個平面進行結構內力分析。當槽身長度與寬度的比值遠大于3時，縱向可近似按梁的理論計算。本設計無需設置人行道板，在縱向內力計算時刻將渡槽視為簡支梁，為受彎構件，由水工鋼筋混凝土計算可知，不用考慮混凝土受拉時的作用。綜上，此時縱向計算可簡化為T型梁?？v向計算中的荷載一般按照均布荷載q考慮，包括槽身重（拉桿等小量集中荷載也視為均布），槽中水體重以及人群荷載，按滿槽水考慮。 槽身自重標準值 =25×[2×（0.2×4.62）+0.2×4.6+0.4×4.6+2×0.2×0.2×1/2]=122.75KN/m 槽中水體重力標準值 =3.3×4.6×9.8=148.76KN/m 永久標準荷載 =148.76+122.75=271.51KN/m 永久標準荷載設計值 g==1.05×271.51=285.08KN/m 風壓力 W=35kg/=350N/=0.35KN/ 圖4-2 槽身風壓示意圖 1. 內力計算 圖4-3 內力計算見簡圖 取單跨長為15m，按簡支梁計算 跨中彎矩設計值 M=KΨ[（）] =1.2×1×[×（122.75×1.1+148.76×1.05+3×1.2）×（1.05×15] =8742.09 支座邊緣截面剪力設計值 Q=KΨ×（）l =1.2×1××[122.75×1.1+148.76×1.05+3×1.2]×15 =2525.93KN 2. 配筋計算 對于簡支梁或槽身的跨中部分底板處于受拉區，故強度計算中不考慮底板作用，按T形梁計算配筋 。 此時渡槽處于露天（二類環境條件），故砼保護層厚度c=25mm，受拉鋼筋合力點至截面受拉邊緣距離a=60mm。故截面有效高度 =h-a=4625-60=4565mm。 =200mm， ==0.044<0.05 所以，=b+12=400+12×200=2800mm （-）=11.9×2800×200×（4565-）=29754.8KN·m KM=1.2×8742.09=10490.51KN·m KM< （-） 屬于第一種情況的T形梁，以寬度25000mm計算 ===0.065 =1-=0.067<0.85=0.468 ==8601.22 實配828+628（=4926+3695=8621） 斜截面強度配筋計算 KV0.7 V=（1.05+1.2）=×（1.05×285.08+1.2×3）×15=2.149×KN KV=1.2×2.149×>0.71.27×400×4565=1.623×KN 此時KV0.7 故需按計算進行側墻斜截面配筋 截面尺寸驗算 =-=4565-200=4365mm，==10.887 則滿足公式 KV0.2 KV=1.2×2.149=2.579×<0.2=0.2×11.9×400×4565=4.346×KN 截面尺寸滿足抗剪要求 根據KV=的要求 ===0.588 選擇雙肢箍筋，由于梁教高大，初選10 =157 取s=200，滿足最大間距要求。 最小配筋率復核 ===0.196%>=0.1% 3. 槽身抗裂驗算 圖4-4 槽身抗裂計算簡圖 (單位：cm) 查表得=2.8×N/，鋼筋彈性模量=2.0×N/ ===7.143 =2800mm =200mm h=4625mm b=400mm =4565mm 用近似公式計算重心 =（0.5+0.425）h=（0.5+0.425×7.14×0.196%）×4.625=2340 =（0.0833+0.19）b=（0.0833+0.19×7.14×0.196%）×400× =3.4× ===1.49× 對值進行修正。 =1.55×（0.7+）=1.55×（0.7+）=1.2 查表可得=1.78N/ =16.7N/ 短期=0.85 長期=0.7 短期效應荷載組合：==（+） =1.2××272.46× =9195.53KN·m 長期效應荷載組合：=K=K（） =1.2××269.46× =9094.27KN·m 對于短期：=1.2×0.85×1.78×1.49×> 符合抗裂要求 對于長期：=1.2×0.7×1.78×1.49×> 符合抗裂要求 4.2、槽身橫向結構計算 本設計為有拉桿的矩形渡槽，無特殊通航要求，故沿槽頂每隔2~3米設置一根拉桿以改善肋的受力條件，減少肋內鋼筋，采用了有拉桿的加肋矩形槽。 4.2.1、內力計算 按沿水流方向與垂直水流方向取單位長度來計算 永久荷載設計值=永久荷載分項系數×永久荷載標準值 沿槽身取1.0m的脫離體，按平面問題進行橫向計算 作用在脫離體上的荷載兩側的剪力差（）平衡。側墻與底板視為鉸結。 圖4-5 X1的計算簡圖 = =（××h+h×）+[-lh+lh+()+] =(+)+(-) = =()+(hl×h) =+l 在滿槽工況之下，則有： ==44.79KN/m =()=59.79KN/m =（t=0.2m） =（） 則=-= =3.54KN 求出贅余力X1后，可按以下各式計算各項橫向內力，計算時，彎矩以外側受拉為正，軸力以拉力為正。 拉桿的拉力為 NL=SX1=3.54×3= 10.62KN 由拉桿中心線到側墻計算截面的距離為y處的彎矩為 My=X1y+M0 y3/6 離拉桿中心線距離為y處的側墻及肋的軸力Ny按下式計算（只近似考慮側墻截面承受剪力ΔQ） 式中 ΔQ——作用于槽身橫截面上的計算剪力，其值等于肋間距 長度上的總荷載，即縱向計算中的勻布荷載q； t——側墻的厚度； 其余符號意義同前。 離側墻中線距離為x處的底板及肋彎矩按下式計算 （4—16） 底板及肋的軸向拉力按下式計算 Nd=h2/2-X1 根據以上各式可作出側墻及肋、底板及肋的彎矩圖和軸力圖。如圖4-5. M 圖 N 圖 圖4-5 側墻及底板的彎矩圖和軸力圖 4.2.2、 配筋計算 （1）拉桿的配筋計算 拉桿按軸拉構件進行配筋計算，軸力N=10.62KN 按公式： 計算拉桿配筋 % < % 按最小配筋率配筋 = =0.002200200=80 實配：28 (2)側墻的配筋計算 側墻按受彎構件根據最大彎矩進行配筋，側墻最大正彎矩M為， 取a = 50mm,則 需按雙筋截面配筋 受拉鋼筋選配18@125 受壓筋選配18@250 （3） 底板的配筋計算 底板按受彎構件根據最大彎矩進行配筋，(包括最大正彎矩和最大負彎矩)底板最大彎正矩M為，最大負彎矩為。 取a=35mm，則h0=265mm 1. 最大負彎矩配筋： %% 實配：18@190 = 1339 2.最大正彎矩配筋： %% 實配：18@220 = 1157 4.2.3、槽身吊裝驗算 槽身在預制場地澆筑后需用起重設備吊裝，由于整個槽身結構龐大，在吊裝過程中可能會在自重荷載下因強度不夠而遭到破壞，這樣就造成了材料的浪費，故為了使槽身不至于在吊裝過程中遭到破壞，必須對槽身進行吊裝驗算。 1. 槽身吊裝驗算 自重取整跨，槽身自重q=122.75KN/m，吊裝動力系數取=1.3簡化成兩端外伸梁，計算簡圖具體如下圖： 圖4-6 吊裝計算簡圖（單位：cm） 槽身吊裝計算簡圖 = = =1176.83KN 計算A,B兩點彎矩 ==1.3×120.7×4×=1255.28KN·m（上部受拉） 計算C點彎矩 =-q =1176.83×-1.3×120.7× =-294.19KN·m（下部受拉） 2.吊裝配筋驗算 因吊裝時的跨中彎矩小于縱向配筋計算時的彎矩，故配在槽身底部的縱向受力鋼筋能夠滿足吊裝要求，不必進行驗算，只需驗算?A點和B點上部配筋。 ===0.0202 ξ=1-=1-=0.0204<0.85=0.468 ===760.53 需在槽身的側墻頂端配置416，實配=804 第五章 支撐結構計算 支承結構是支承槽身的下部結構，本設計主要介紹槽架的計算 5.1、排架的設計 本設計采用單排架，單排架是由兩根鉛直肢柱與橫梁組成的單跨多層平面剛架，本設計以20米高排架為例進行計算，排架兩根立柱的中心距離取決于槽身寬度，應使槽身傳來的荷載P的作用線與立柱中心線重合，使立柱為中心受壓構件，所以取排架總寬為5米。肢柱斷面尺寸：長邊（順槽向），常采用米，本設計取0.6米；短邊（橫槽向），常采用米，本設計取0.4米。在排架頂部做一牛腿以減小槽身計算跨度降低排架頂端的接觸應力，牛腿長度，本設計取c = 30cm;高度，本設計取h = 60cm。傾角取45°，為減小兩立柱彎矩并將其連為整體，立柱之間設水平橫梁，一般取橫梁間距不大與立柱間距，取L=5米，橫梁梁高，本設計取60cm；梁寬，本設計取40cm。由排架總寬5米，立柱短邊h1=0.4米，所以兩立柱中心距B為5-0.8=4.2m，其具體形式如下圖。 圖5-1 排架基本尺寸示意圖（單位:cm） 5.1.1、荷載計算 計算簡圖如下 （a） （b） （c） 圖5-2 排架計算簡圖 （單位：cm） 作用在排架上的水平荷載 1）槽身在橫向風壓力的作用下傳給支柱頂端的摩阻力 Q==13.14KN 2）風壓力 W=35kg/=350N/=0.35KN/ =0.35×（0.25×0.6+1.2×0.3）=0.1785KN =0.35×0.6×5=1.05KN 作用于排架的鉛直荷載 1）槽身自重及槽內水重 P=285.08×7.5=2020.95KN 2）槽身在橫向風壓力作用下通過支座傳給支柱的軸向壓力和拉力 ===5.585KN 3）排架自重，化為節點荷載 =（0.6×0.4×+0.4×0.6×2.5）×25=30KN =（0.6×0.4×5+0.4×0.6×2.5）×25=45KN 5.1.2、內力計算 用“無剪力分配法”計算排架內力 抗彎剛度系數： ==3.2× ==7.2× 固端彎矩： ==-（13.14+0.1785）×5=-33.29KN·m ==-（13.14+0.1785+1.05）×5=-35.92KN·m ==-（13.14+0.1785+1.05×2）×5=-38.54KN·m ==-（13.14+0.1785+1.05×3）×5=-41.17KN·m 計算分配系數 ===0.64× == ==0.64× ===2.88× 則有 =0.155 =0.155 =0.69 =0.155 =0.155 =0.69 =0.254 =0.746 表5-1 排架的力矩分配與傳遞計算表 μ c m BD CE BD CE BD CE ∑ AB -1 -41.1 -12.36 -1.79 -0.105 -55.4 BA 0.155 -1 -41.17 12.36 1.79 0.105 -26.855 BI 0.697 0 55 7.96 0.469 -63.429 BC 0.155 -1 -38.54 12.36 -11.54 1.79 -0.679 0.105 -0.105 36.609 CB 0.155 -1 -38.54 -12.36 11.54 -1.79 0.679 -0.105 0.105 -40.47 CH 0.69 0 51.38 3.022 0.46 54.86 CD 0.155 -1 -35.92 -10.73 11.54 -2.59 0.679 -0.574 0.105 -37.49 DC 0.155 -1 -35.92 10.73 -11.54 -2.59 0.679 0.574 -0.105 -34.35 DG 0.69 0 47.75 11.523 1.133 60.409 DE 0.155 -1 -33.29 -10.73 -5.16 2.69 -0.658 0.167 -0.026 -25.66 ED 0.254 -1 -33.29 -10.73 8.46 -2.69 0.658 -0.167 0.026 -37.63 EF 0.746 0 24.83 1.932 0.125 26.887 由此得出排架的M圖，Q圖，N圖 M 圖 （單位：KN·m） Q 圖 N 圖 圖5-3 5.1.3、排架的配筋計算 排架的配筋計算主要是對肢柱進行計算。分為橫槽向和順槽向 1）順槽向 滿槽水工況，按軸壓構件配筋 =35 根據有關資料取0.42 鋼筋面積 = =7204 2）順槽向施工工況。一跨已裝另跨未裝，按偏心對稱配筋。 ==447mm =2.3>1 ， 取值1 =1.15-0.01=1.15-0.01×=0.8 η=1+（ =1+××0.8×1 =2.02 η=2.02×447=902.9mm>0.3=195mm 屬于大偏心對稱鋼筋 計算ξ值 ξ===0.198 x=ξ=0.198×650=128.7mm>2=100mm =ξ（1-0.5ξ）=0.198×（1-0.198）=0.178 計算）的值 e=η+-a=903+200-50=1053mm == =2527 3）橫槽向，橫槽向在槽內滿水受橫向風壓和槽內無水受橫向風壓兩種情況下肢柱受力最為不利。由于肢柱受軸向壓力的同時還受橫向風壓力，故按偏心受壓構件進行對稱配筋計算。 式中： ——軸向力對截面重心的偏心距；在公式中，當時，?。? ——構件的計算長度； ——截面高度； ——截面有效高度； ——構件的截面面積； ——考慮截面應變對截面曲率的影響系數，當時，取； ——考慮構件長細比對截面曲率的影響系數；當時，取勝； ① 滿水加風壓的工況 肢柱的計算長度取 0.7l==0.7×20=14m ==35>8 應考慮縱向彎曲影響 ===25.40mm>=12mm 故按實際偏心距=25mm進行計算 ===0.495 =1.15-0.01=1.15-0.01×=0.8 η=1+（=1+×（×0.495×0.8=5.85 η=5.85×25=146mm>0.3=0.3×350=105mm 按照大偏心受壓構件計算 ξ==1.15>=0.550 η>0.3，但此時ξ>，按照小偏心受壓計算 重新按小偏心受壓計算ξ值 e=η+-a==5.85×25+-50=296.25mm ξ=+=0.695 計算）值 = = =5589.9>b=490 ② 槽向空槽加風壓工況 偏心距 ===52mm>=12mm 故按實際偏心距=52mm來進行計算 ===1.31>1 取值1 =1.15-0.01=1.15-0.01×=0.8 η=1+（ =1+××0.8×1 =4.83 η=4.83×52=251.2mm>0.3=0.3×350=105mm 按照大偏心受壓構件計算 ξ==0.435<=0.550 x=ξ=0.435×650=152mm>2=100mm =ξ（1-0.5ξ）=0.435×（1-0.5×0.435）=0.34 計算）的值 e=η+-a=4.83×52+200-50=401mm == =3292 5.1.4、 立柱斜截面抗剪計算 驗算截面尺寸 KV=1.2×27.5=36.69KN<0.25×b=0.25×11.9×0.6×0.35=624.75KN 滿足要求 N=2020.95+5.85+45+15.75=2087.55KN>0.3A =0.3×11.9×400×600 =856.8KN 則有N=856.8KN KV=1.2×30.574=36.69KN<0.7+0.07N=0.7×1.27×600×350+0.07×856.8 =186.75KN 故無需按計算配筋，選配Ф10/12@200的箍筋。 綜上計算立柱實配鋼筋 732 =5630 232 + 236 =3430.9 圖5-4 立柱配筋圖 5.2、橫梁的配筋 5.2.1橫梁按受彎構件進行配筋計算： 正截面： ==0.07 ζ=1-=1-=0.073<0.85 縱向受力鋼筋面積 ===434.35 配筋率 ==0.29%>0.2% 選配218 =509 斜截面 支座邊最大剪力的設計值： KV=1.2×96.3=115.6KN<0.7=0.7×1.27×300×500=133.35KN 故斜截面抗剪滿足要求,只需按構造要求配置Ф10@200的箍筋。 5.3、排架吊裝驗算 排架在預制場地澆筑后需用起重設備吊裝，由于整個排架結構較大，在吊裝過程中可能會在自重荷載下因強度不夠而遭到破壞，這樣就造成了材料的浪費，工期的延長，故為了使排架不至于在吊裝過程中遭到破壞，必須對排架進行吊裝驗算。吊裝示意圖如下所示。 圖5-5 槽身吊裝簡圖 (單位：cm) 5.3.1、吊裝的內力計算 自重取半個排架自重q = 9.9KN/m,吊裝動力系數取1.3 ,計算簡圖如（圖 5.3（b）。內力計算結果如下。 此時該結構為一次超靜定結構，取支座B截面上的阻止截面相對轉動的約束為多余約束，則相應的多余未知力分別為作用于簡支梁AB和BC在B端處的一對彎矩。基本靜定系為在支座B截面上安置鉸的靜定梁（即簡支梁AB和簡支梁BC）如圖（a）所示 此時則有= 查表得 =- =-(+) =+ =+ 將上述物理關系式帶入變形幾何相容方程=，得到補充方程 -(+) =+ 可解得多余未知力偶矩為=-225.8KN·m 負號表示B處彎矩與所假設方向相反，為負彎矩。 求得后，可由基本靜定系根據平衡條件分別求得A,B處的支反力 對于簡支梁AB， =0 ，-15+ =0 =0， -15×9.9=0 解得：=59.19KN =118.4 同理，對簡支梁BC用同樣的方法 解得:=20.41KN 由此可得出剪力圖（b）圖和彎矩圖（c）圖。 圖5-6 槽身吊裝計算簡圖 5.3.1吊裝配筋計算 此時有圖像可知B點處彎矩最大，故先驗算配在該點的縱向受力鋼筋 ===0.304 ζ=1-=1-=0.374<0.468 ===2225.3 計算的小于實際的配筋量3430.9，已經滿足吊裝要求。因最大彎矩點已經滿足要求，所以不必再驗算其它點。 第六章 細部結構設計 渡槽接縫縫止水及渡槽與兩岸渠道的連接是渡槽工程中不可缺少的組成部分，如止水不嚴密或兩岸連接不好，不僅造成渡槽漏水，而且有可能由于漏水促使兩岸坡坍塌或產生較大沉陷而引起渡槽失事，所以在設計和施工中應給予高度重視。 6.1、槽身接縫止水 槽身接縫止水的型式很多，從止水材料與接縫處混凝土材料的結合型式來看，可分為搭接型和嵌縫對接型兩大類。有橡皮壓板式止水，粘合式搭接止水，中埋式搭接止水，嵌縫對接止水。 本設計中采用橡皮壓板止水。 1.伸縮縫 2. 止水橡皮 3.鋼墊板 4. 瀝青沙漿 5.螺帽 圖6-1 橡皮壓板止水 預制槽身時先在槽端內壁留一凹槽深度4-6厘米,止水材料為橡皮帶，為了使其能夠緊貼在凹槽上，常用扁鋼并通過螺栓將橡皮帶壓緊，扁鋼厚4-8毫米寬6厘米左右。螺栓的直徑一般為9-12毫米，間距等于16倍。螺栓直徑或20倍扁鋼厚，通常20厘米左右。為了減慢鐵鋼銹蝕，對預埋螺栓和扁鋼壓板應事先做防銹處理，此外在凹槽內最好添瀝青沙漿或1/2水泥沙漿。這不僅對止水起輔助作用，并能防止橡皮老化與鋼板銹蝕。 為了有利于螺栓的更換，近年來將螺母先預埋于混凝土內，然后再裝止水橡皮和壓板。并且把螺栓擰入螺母再將橡皮壓緊。這樣處理，不僅壓板留孔對位方便，而且螺母埋于混凝土內加油后不易銹蝕，一旦螺栓損壞還可更換。這種止水雖能保證施工質量，可以做到不漏水，止水效果很好。但止水與橡皮材料的使用時間過長時則需更換。 6.2、支座 支座是連接渡槽上部結構和下部結構的重要部件，其作用是將上部結構的荷載穿遞給墩架。梁式渡槽的支座一般分為固定支座和活動支座。前者用來固定槽身對墩架的位置，后者用來允許槽身結構在產生撓曲和伸縮變形時能自由轉動和移動。具體有平面鋼板支座，切線鋼板支座，擺柱式支座，板式橡膠支座，盆式橡膠支座。 1. 上座板 2. 下座板 3. 墊板 4. 錨軒 5. 齒板 圖6-2 切線鋼板支座 本設計采用切線鋼板支座，這種支座用兩塊厚40-50毫米的鋼板加工作成。上座板底面為平面，下板頂面為弧面，固定支座下座板焊有齒板，齒板上端為梯形插入上座板的預留槽中，保證上、下座板之間只可轉動而不能移動，活動支座與固定支座構造的區別僅在于支座內不設齒板。這樣上、下座辦之間即可轉動又可沿圓弧面的切線移動。切線或支座可用于支點反力不超過600KN的梁式渡槽。 6.3、兩岸的連接 渡槽與兩岸渠道的連接除了應使槽內水流與渠道平順銜接并防止水流沖刷外還應采取措施，將渡槽與兩岸可靠的連接起來，以免應連接不當引起漏水，致使岸坡或填方渠道產生過大的沉陷與滑坡現象。槽身與填方渠道的連接方式尤其當渡槽與高填方渠道連接時，常有斜坡式和擋土墻式兩類。 斜坡式的連接方式是將連接段伸入填方渠道末端的錐形土坡內。按連接段的支承方式不同，又分為剛性連接和柔性連接兩種。但無論是剛性連接還是柔性連接都應盡量減小填方渠道的沉陷，做好防滲工作和防漏處理，以保證土邊坡的穩定。 謝辭 經過數月的努力，設計即將完成。在這段時間里，我通過自己查閱相關資料以及大學四年以來所習得的專業知識，在霍老師的悉心指導和幫助之下，秉持著求真務實的科學態度，獨立完成了這項設計。 對于我來說，要表達的感謝之詞太多。感謝老師能在百忙之中得以抽身幫助我來完成這個設計，期間的耐心指導和認真解惑是我前進路上的巨大動力。與此同時，老師的嚴謹細心也深深的感染了我，讓我不敢怠慢，才能按時在規定的時間內完成布置的任務，也感謝老師告訴我具體的參考書籍讓我能及時借閱，為完成設計提供了有力的保障。相信在未來的學習生活中，在這段時間所接觸以及培養出來的嚴謹治學，認真細心的品質能給我帶來及其正面的影響，使我能受益終身。 除此之外，同組同學的熱心幫助與通力合作也是設計能得以完成所必不可少的一環。我要感謝與我同組同學的協助與幫扶，沒有你們的參與討論我會走許多的彎路，費不少的心力。在這段時間同學們都不厭其煩的與我探討設計，給我解答疑惑，于我共同進步。相信在未來的日子里回想起這段一起奮斗的時光也能成為我前進路上的不竭動力。 相信這段時間我為完成設計所做的努力以及感受到的正面力量會使我在日后的生活學習中養成良好的習慣，鍛煉了我自己的獨立思考能力，也讓大學所學的知識能在實際運用中融會貫通打下來一定的基礎。即使完成的過程有苦有累，但在看見成果的時候心中的興奮早以將疲憊一掃而光。 最后，這次設計對于我來說是一次寶貴的經歷，讓我檢驗并提升了自己。也為我日后的工作學習算是進行了提前演練，感激在此期間所遇到的所有對我予以幫助的人，也感謝自己能堅持完成下來，相信這一份堅持與收獲會激勵我在以后的日子奮發向上。同時，由于鄙人能力有限，設計中所存在的諸多不足之處也希望能得到批評指正。再次感謝大家！ 參考文獻 [1]，王仁坤編著；水工設計手冊8卷，中國水利水電出版社，1984 [2]，河海大學，武漢大學，大連理工大學，鄭州大學編著；水工鋼筋混凝土結構學，中國水利水電出版社,2011 [3] 竺慧珠，陳德亮，管楓年編著；渡槽.；中國水利水電出版社，2004 [4]馬文英，張紅光，袁吉棟，馬秋娟，穆智勇編著；渠道和渠系建筑物；中國水利水電出版社,2011 [5]吳媚玲編著；水工設計圖集；水利電力出版社,1999 [6]吳持恭編著；水力學（第四版）上下冊；高等教育出版社，2008 [7]盧延浩編著；土力學（第二版）；河海大學出版社，2005 [8] 武漢水利電力學院農水系水工教研室編.水工建筑物上冊.北京：人民教育出版社，1977 [9] 武漢水利電力學院農水系水工教研室編.水工建筑物下冊.北京：人民教育出版社，1977 [10]匡文起，袁駟，龍馭球，包世華編著；結構力學（第二版）；北京：高等教育出版社，2006 35