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槽毕业设计(水利毕业样本).doc

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槽毕业设计(水利毕业样本).doc

龙潭冲渡槽位于湖北省浠水县白莲河灌区西干渠上游处,桩号为1800,竣工年限在1961年1962年,经过三十多年的运行,该渡槽出现严重的老化问题,加之灌区面积增加和流量增大,该渡槽已远远不能担负输水灌溉的任务,根据白莲河水库灌区续建配套与节水改造规划成果2003年),要求重建白莲河渡槽。考虑到原渡槽所在渠道位于一较大的冲谷处,该段渠道在山洪期间常受洪水危胁。经灌区重新规划,将原山谷下的沿山渠道进行截弯取直,在截弯处新建新的龙潭冲渡槽,工程为III等工程,主要建筑物为3级。新建的渡槽采用矩形拱式渡槽,拱跨87m,共两跨,槽底宽为4.0m,侧墙高3.92m,设有间距为1.5m,高为0.1m的拉杆,考虑到交通要求,还设有1m宽的人行板。本设计布置等跨的间距为15m的单排架共12跨,与渐变段连接处采用浆砌石槽台。排架与地基的连接采用整体基础。槽身、排架、拱圈以及基础采用预制吊装形式。引言0.1、研究背景及意义渡槽是输送渠道水流跨越河渠、道路、山冲、谷口等的架空输水建筑物,是灌区水工建筑物中应用最广的交叉建筑物之一,除用于输送渠水外还可排洪和导流等之用。我国幅员辽阔,但水资源十分短缺,且由于地形和气候的影响,水资源在时空上分布不均匀,有一半的国土处于缺水或严重缺水状态。无论是资源性缺水还是工程性缺水,工程手段作为优化配置的方法之一,主要就是在水源处修建取水工程,然后通过输水工程把水送到不同的用户,如南水北调工程、引滦入津、引白莲河龙潭冲(拱式)渡槽设计引言滦入唐、引黄济青、引黄入晋和东北的北水南调工程等等都是如此。渡槽便是其中一种重要渠系建筑物。本次毕业设计为白莲河灌区龙潭冲输水渡槽的初步设计。目的在于培养我们了解并初步掌握水利工程的设计内容、方法和步骤,通过设计,能够较熟练地运用和巩固有关专业课、专业基础课及基础课所学的理论知识,并锻炼运用所学理论去解决实际水利工程问题的能力,并提升编写设计说明书、进行各种计算和绘制水利工程图的能力。0.2、国内外关于渡槽设计课题的研究现状和发展趋势世界上最早的渡槽诞生于中东和西亚地区。公元前29世纪前后,埃及在尼罗河上建考赛施干砌石坝,坝高15m,坝长450m,是文献记载最早的坝,并建渠道和渡槽,向孟菲斯城供水。公元前700余年,亚美尼亚已有渡槽。公元前703年,亚述国王西拿基立Sennacherib下令建一条483km长的渡槽引水到国都尼尼微。渡槽建在石墙上,跨越泽温的山谷。石墙宽21m,高9m,共用了200多万块石头。渡槽下有5个小桥拱,让溪水流过。渡槽在我国已有悠久的历史。古代,人们凿木为槽用以引水,即为最古老的渡槽。据水经渭水注长安城故渠上承泬水于章门西,飞渠引水入城,东为仓池,池在未央宫西。飞渠即为渡槽,建于西汉,距今约2000年。或说公元前246年兴建的郑国渠绝诸水即利用了渡槽。这说明渡槽在中国已有2000年以上的历史。我国古代比较著名的渡槽有古代陕西关中地区大型引泾灌区郑国渠,是中国古代最宏大的水利工程之一。公元前246年秦始皇元年由韩国水工郑国主持兴建,约十年后完工。它位于泾水和渭水的交会处,干渠西起泾阳,引泾水向东,下游入洛水,全长150余km,其间横穿了好几道天然河流,可能使用了渡槽技术。郑国渠的建成,使关中干旱平原成为沃野良田,粮食产量大增,直接支持了秦国统一六国的战争。我国从20世纪50年代开始建造渡槽,目前国内已建的各类渡槽有很多。其中单槽过流量最大的为1999年新建的新疆乌伦古河渡槽,设计流量1203m/s,为预应力混凝土矩形槽。单跨跨度最大的为广西玉林县万龙渡槽,拱跨长126白莲河龙潭冲(拱式)渡槽设计引言m。2002年完成的广东东江深圳供水改造工程在旗岭、樟洋、金湖的3座渡槽上采用了现浇预应力混凝土U型薄壳槽身,为国内首创。根据目前我国渡槽的发展状况,渡槽在横断面上,以U型和矩形槽应用较为广泛,特别是随着施工方法的改进,如采用预制吊装的渡槽,越来越广泛的采用各种更轻、更强、更巧、更薄的结构,即槽身趋向采用U型、半椭圆型、环型、抛物线形等薄壳结构或薄壁肋箱等。在支承型式上,除梁式渡槽和拱式渡槽外,又发展了一种拱梁组合式,拱梁式渡槽是从20世纪90年代逐步发展起来的,是在折线拱和桁架梁渡槽的基础上,经过研究改进发展起来的一种新型渡槽结构形式。它具有结构轻巧,受力状态良好,外形美观,便于施工,安全可靠,经济适用等特点。如湖南岳阳地区的凉清渡槽,槽身全长75.2m,由一跨50.4m的拱梁组合式结构与两端各一跨12.4m的简支结构组成。1990年建成后投入使用,运行状况良好。在材料使用上,在使用一般钢筋混凝土的基础上,趋于使用钢丝网水泥、高标号预应力混凝土,钢材采用高强钢丝、低合金钢等。采用这种材料后一是降低混凝土槽身的壁厚,能使混凝土的壁厚由过去的几十厘米减为十几厘米其次由于渡槽槽身构件采用预应力工艺处理后,使渡槽在结构上发生了质的变化,抗裂性、抗震性和刚度大大提高,克服了钢筋混凝土过早出现裂缝的弱点,充分发挥了高强钢材的潜力,渡槽的断面和变形也相对减少,而跨度却可显著地增大。从施工方法角度出发,渡槽越来越趋于装配式,由于灌溉及用水事业的发展和地形的需要,大流量、大跨度的装配式渡槽逐年增多,并且这些大跨度、大流量的渡槽结构多采用预应力结构和拱架支承。小型壳槽则较多采用钢丝网水泥结构以有利于农村小型工地的运输和装配。从施工工艺方面,预应力施工工艺逐渐广泛地被采用,槽身的张拉,小型壳槽则采用先张法,即在预制厂内固定的台座上成批张拉高强钢丝或钢绞线,大型槽身则采用后张法施工,以构件本身为台座。在采用装配式渡槽方面,由于吊装技术和设备的改进,构件的单元重量也逐渐增大,以适应大断面、大跨度结构的需要。如湖北省1973年修建的排子河装配式渡槽,采用钢桁架梁垂直吊升巨型的槽身构件,起重量达200t,提升高度达50多m。目前,渡槽发展研究的总趋势是,适应各种流量、各种跨度特别是大跨度渡槽结构型式的研究应用先进理论和先进手段进行结构型式优化设计材料及施工技白莲河龙潭冲(拱式)渡槽设计引言术的改进等。如斜拉式及悬吊式这类跨越能力最大的渡槽型式的研究过水与承重相结合的合理结构型式的研究利用电子计算技术及先进设计理论优选结构型式的研究早强快干混凝土和钢纤维混凝土等材料以及新型止水材料的研制应用构件预制工厂化及大型机械吊装等,有的已在逐步开展,有的在探索中,但是可以预见,渡槽工程在结构型式、设计理论、建筑材料以及施工技术等方面,将有一个新的发展。0.3、毕业设计的基本要求及本设计主要内容1)渡槽型式的选择、工程总体布置及主要尺寸的拟定2)渡槽的水力计算并编制相应渡槽水力计算软件一个3)渡槽槽身的结构及配筋计算4)渡槽排架拱圈的结构及配筋计算5)渡槽的稳定计算一、设计基本资料1.1、工程概况综合说明龙潭冲渡槽位于湖北省浠水县白莲河灌区西干渠上游处,桩号为1800,竣工年限在1961年1962年,经过三十多年的运行,该渡槽出现严重的老化问题,加之灌区面积增加和流量增大,该渡槽已远远不能担负输水灌溉的任务,根据白莲河水库灌区续建配套与节水改造规划成果2003年)以下简称灌区新规划,要求重建白莲河渡槽。考虑到原渡槽所在渠道位于一个较大的冲谷处,该段渠道在山洪期间常受洪水灾害。经灌区重新规划,将原山谷下的沿山上渠道进行截弯取直,在截弯处新建新的龙潭冲渡槽,其位置见龙潭冲渡槽总体平面布置图。白莲河龙潭冲(拱式)渡槽设计一、设计基本资料1.2、水文气象本流域属于亚洲东南季风气候区,气候温和湿润,夏季湿度大而炎热,冬季干燥而寒冷,流域年平均气温约17℃左右。雨量丰富,多年平均降雨量约13001400mm(近年偏小),降水量在年内分配不均,每年49月为主要雨期,降水量占全年降水量的70左右。6月中旬至7月中旬是梅雨季节,梅雨时期雨强大、历时长,笼罩面积宽广,往往有内涝发生。本地区最大风力为9级,相应风速为24m/s,基本风压。1.3、工程地质新建龙潭冲渡槽处地形高差(最低与最高)近30m,两侧崇山坡预计变盖厚度5m10m,特别是出口斜坡地段,出露的岩层有黑去斜长片麻岩、角闪片麻岩(小河床内可见),一般基岩致密坚硬是建水工建筑物较好基础。河床为砂卵石,覆盖层厚度为5.0m两侧为风化的花岗岩,覆盖层厚较薄。渡槽轴线的右端有一平台,高程在85.00m左右,粘土厚度为2.50m。1.4、工程任务与规模新建龙潭冲渡槽进口位于干渠桩号1800,出口位于干渠5000处。新建渡槽对原干渠桩号18001500段进行了截弯取直,使原来冲谷下的渠道不再承担输水任务。根据灌区新规划,新建渡槽设计流量。新建渡槽仍采用钢筋混凝土矩形简支梁式渡槽,支承采用排架型式。1.5、上、下游渠道资料上游渠底高程为78.6m,下游渠底高程78.2m,Q设=26m3/s,Q加大=31.2m3/s,i=1/800,渡槽上、下游渠道,渠底宽4.0m,糙率n=0.017。内、外边坡分别为11和11,该渡槽规划时允许水头损失为0.4m。白莲河龙潭冲(拱式)渡槽设计一、设计基本资料表11上、下游渠道过水断面水力要素1.6、建筑材料及安全系数该工程主要的建筑材料为水泥、混凝土、钢筋等。混凝土重度rc=24KN/m3,温度膨胀系数dc=1.010-5/℃,混凝土其他特性性能指标见表1-2。采用Ⅰ和Ⅱ级钢筋,Ⅰ级钢筋强度设计值fyfy210N/mm2。强度模量Es=2.1105N/mm2,Ⅱ级钢筋强度设计值fyfy310N/mm2,强度模量Es=2.1105N/mm2。钢筋混凝土重度r=35KN/m3。构件裂缝宽度允许值,短期组合Wmax=0.3mm,长期组合Wmin=0.25mm。表12混凝土特性指标(单位N/mm2)混凝土强度等级轴心抗压轴心抗拉弹性模量Ec标准值fck设计值fc标准值fck设计值fcC2013.510.01.501.102.55104C2517.012.51.751.302.8104浆砌采用M15砂浆砌块石。1.7、设计要求按初步设计标准设计,局部可深入考虑。流量(m3/s)纵坡i底宽b(m)流速v(m3/s)边坡糙率n水深h(m)Q设=261/25004.02.68611110.0172.8Q加大=31.21/25004.02.8011110.0173.07白莲河龙潭冲(拱式)渡槽设计一、设计基本资料进行渡槽总体布置,包括槽身、支撑、基础等结构型式的选择。水力计算槽身设计支承结构设计基础设计1.8、毕业设计参考书目1、灌区水工建筑物丛书渡槽,水利水电出版社2、河海大学等水工钢筋混凝土结构学,中国水利水电出版社3、清华大学出版结构力学4、水工钢筋混凝土结构设计规范(DL/T50571996)5、建筑地基基础设计规范(GBJ789)6、水工建筑物荷载设计规范(DL50771997)二、渡槽的水力计算2.1、渠道断面的水力计算进出口渠道断面取m1,B4.0m,i1/2500,n0.017。按照明渠均匀流计算,根据公式QA(11)式中Q为渡槽的过水流量()白莲河龙潭冲(拱式)渡槽设计二、渡槽的水力计算为槽身过水断面面积()R为水力半径(m)i为槽底比降n为槽身糙率,钢筋混凝土槽身可取n0.014。得出渠道进出口尺寸试算如下表(21)表21渠道进出口水力试算表BHAχinQ3.22.7916.712111.090121.3144070.00040.01725.842943.22.8016.811.11841.3167740.00040.01726.025663.22.8116.888111.146681.3191380.00040.01726.20913.23.0619.155611.853681.3770880.00040.01731.034063.23.0719.248911.881961.3793630.00040.01731.236733.23.0819.342411.910241.3816350.00040.01731.44015故得出,设计流量26时,进口渠道水深为2.80m,流速为1.54762m/s,加大流量31.2,时,进口渠道水深为3.07m,流速为1.620872m/s。2.2、槽身过水能力计算首先根据通过加大流量31.2时槽中为满水情况拟定i、B和H值。可计算出上下游渠道的水面线高程级总允许水头损失ΔZ78.63.0781.67m78.23.0781.27mΔZ0.4m初步选定槽底纵坡i1/800。因槽身长度初拟值为180m,大于15倍渡槽进口前隧洞水深,故可按下式(11)验算槽身过水能力QA(11)式中Q为渡槽的过水流量()白莲河龙潭冲(拱式)渡槽设计二、渡槽的水力计算为槽身过水断面面积()R为水力半径(m)i为槽底比降n为槽身糙率,钢筋混凝土槽身可取n0.014。经试算,选取槽身净宽B4.0m,通过加大流量时槽内水深H2.79m,槽壁糙率n0.014。过水断面面积A42.7911.16湿周χ422.799.58m水力半径RA/χ11.16/9.581.16493m流量Q31.20256计算所得流量稍大于加大流量,故满足要求,再以i和B试算通过设计流量26时的槽内水深。设h2.42m,则过水断面面积A42.429.68湿周χ422.428.84m水力半径RA/χ9.68/8.841.09502m流量Q26.009所得流量Q稍大于设计流量,可以满足要求。试算数据如下表(22)表22槽身水力计算试算表BHARniQ42.419.641.092971.061060.0140.0012525.8311042.429.681.095021.062390.0140.0012526.009042.439.721.097071.063710.0140.0012526.1104842.7811.121.163181.106020.0140.0012531.0596442.7911.161.164931.107130.0140.0012531.2025642.8011.21.166671.108230.0140.0012531.34557

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