U型断面拱式渡槽设计

1、 U型断面拱式渡槽1 设计基本资料1.1工程概况本设计资料来源于白银市某引黄灌溉的大型电力提灌工程。工程于上世纪70年代中期建成运行，80年代进行了工程的续建和改建，设五级泵站，总扬程232.6m，提水高度214.5m，设计灌溉面积30万亩。干渠总长27.85km，设计流量4.0m3/s，加大流量5.0 m3/s。按照灌区渠线规划，在输水干渠4+050处，渠道须跨越一洪水沟，经方案比较，决定修建渡槽。根据GB5028899灌溉与排水工程设计规范规定：主要建筑物按3级建筑物设计，次要建筑物按照4级设计，建筑物按7度抗震标准设防，其他均按有关标准及设计规范进行。渡槽进口前渠底高程为1500.0m，

2、出口前渠底高程为1498.0m。设计水深为1.30m，流速为0.84 m/s。加大水深为1.50 m，流速为1.2 m/s i1/3500。渡槽上、下游渠道，渠底宽2.5m，糙率n0.017。内、外边坡分别为1:10和1:1.5，该渡槽规划时允许水头损失=0.25m，水力要素如表11。表1-1 上、下游渠道过水断面水力要素流量（m3/s）纵坡i底宽b（m）流速v（m/s）堤高H（m）边坡糙率n水深h（m）超高H（m）渠口宽b（m）Q设4.01/35002.50.841.831: 11:1.51：1.50.0171.300.56.10Q加大=5.01/35002.51.22.001: 11:1.

3、50.0171.500.56.401.2地形地貌工程区在地貌单元上属强烈侵蚀堆积的黄土区，属陇西黄土高原的西北部分，黄土覆盖在起伏较小的第三系及白垩系红层之上，地势北高南低，地形较平缓，山坡坡角15º25º，地形破碎。地面平均高程约为1554m。梁峁顶高出沟谷底1030m，沿渠线沟口宽120m，沟谷纵坡为1015。黄土丘陵是本区最主要的地貌类型，高低起伏，植被稀少。1.3 地层岩性沟内表层覆盖沙砾石厚约23m，自然容重1.87吨/立米。下层土壤抗剪强度参数21。，C24Kpa。出露地层主要为下白垩系地层及第四系松散堆积物：分布及岩性如下（1）下白垩系地层(K1hk)：岩性以

4、红色砂砾岩、中粗粒砂岩为主。含钙质结核，较为致密，块状构造，内碎屑结构。岩石强度属中等，抗压强度为2550MPa，抗风化及抗水能力较差，遇水易崩解，表面风化强烈。强风化层厚约0.51.0m。厚度较大，是黄土丘陵下部基岩地层。（2）第四系地层：主要为冲洪积壤土层，风积黄土层及冲洪积砂砾石层、粉质壤土层。 冲洪积黄土状土(Q31)：主要分布于工程区侧向支沟内下部，为黄土状粉质壤土，厚34m，较为致密，坚硬。 风积黄土(Q32)：整体覆盖于工程区现代黄土丘陵上部，最大厚度不超过30m，呈淡黄色，干燥稍湿，具大孔隙（孔径13mm）和垂直节理，手捏易碎，偶有鼠洞，地表有较多植物根系。具高压缩性和强湿陷性

5、。干密度为1.42g/cm3，湿陷系数为0.079。 第四系全统地层(Q4)：主要分布于工程区沟谷上部，岩性具双层结构形式，上部为第四系冲积黄土状土，较为松散，含砂土及少量砾石，不均质，具中等湿陷性及高压缩性，厚24m。其下部为第四系冲洪积砂砾石层，稍密状，较均质，厚3m左右。1.4水文气象该地区的多年平均降雨量是在300毫米左右，年蒸发量在1600mm以上。降雨主要集中在夏秋季节，当有暴雨时沟内经常有洪水短期洪水通过。本地区风向多为西北风，最大风速17m/s。最大冻土深130cm。沟内无常年流水，仅在洪水期沟内有短期洪水通过。1.5 天然建筑材料 当地出产天然优质砂石料砂砾料，平均运距35k

6、m。工程距109国道越2km,县乡公路相通，交通方便。施工用水可提黄河水，对普通水泥无侵蚀性。2 渡槽总体布置渡槽是输送渠水跨越山冲、谷口、河流、渠道及交通道路的交叉建筑物，是渠系建筑物中应用最广泛的交叉建筑物之一。 它的总体布置的主要内容包括槽址选择、形式选择、进出口布置、基础布置。槽总体布置基本要求：1、流量、水位满足灌区要求;2、槽身长度短，基础、岸坡稳定，结构选型合理；3、进出口顺直通畅，避免填方接头；4、少占农田、交通方便、就地取材等。2.1 槽址选择2.1.1注意问题：1、尽量利用有利的地形、地质条件，以便缩短槽身长度、减少基础工程量、降低墩架的高度。进出口力求落在挖方渠道上。2、

7、槽轴线最好成一直线，进口和出口避免急转弯，否则将恶化水流条件，影响正常输水，大流量及纵坡陡的渡槽更应该注意这一点问题。如确因地形地质条件必须转弯时，转弯半径应较大，应在弯道与槽身间设直线连接段。3、跨越河流的渡槽，槽轴线应尽量与河道水流方向正交，槽址应位于河床及岸坡稳定、水流顺直的地段，避免位于河道转弯处。过陡而不稳定的岸坡应当消除。对于通航的河道，槽下应满足净空的要求。 4、为了在渡槽或上、下游填方渠道发生事故时进行停水检修，或为了上游分水等目的，常需在进口段或进口前德适当位置设置节制闸门，以便与泄水闸联合运用，是渠水泄入溪谷和河道。5、尽量少占耕地，少迁民房，并尽可能的有较宽敞的施工场地。

8、尽量靠近建材产地，以便就地取材。交通应较为方便，水、电供应条件较好。6、在位置优选中应包括环境指标，尽可能减少和改善对环境的不利影响，有利于促进环境质量的提高。2.2 结构选型2.2.1槽身的选择 槽身的横断面型式有矩、U形、圆形和抛物线形，其中常用的是矩形和U形。本设计中Q设4.0m3/s，属中小流量。渡槽长度为中型渡槽。U形渡槽具有耐久性好的特点，施工方便，故选用U形渡槽。2.2.2支承选择：渡槽根据支撑形式可分为梁式渡槽和拱式渡槽。梁式渡槽的槽身是直接搁置于槽墩或槽架之上的。为适应温度变化及地基不均匀沉陷等原因而引起的变形，必须设置变形缝将槽身分为独立工作的若干节，并将槽身与进出口建筑物

9、分开。变形缝之间的每一节槽身沿纵向是两个支点所以既起输水作用又起纵向梁作用。根据支点位置的不同，梁式渡槽有简支梁式、双悬臂梁式、单悬臂梁式三种型式。拱式渡槽是一种轴线为曲线或折线形，在竖向荷载作用下拱脚产生水平推力的结构。如果拱脚无水平向约束，在铅直向荷载作用下只产生竖向反力的拱形结构，只能称为曲拱。拱式渡槽的支承结构是由墩台、主拱圈和拱上结构组成的，与梁式渡槽相比增加了主拱圈和拱上结构两部分。槽身荷载通过拱上结构传给主拱圈，再由主拱圈传给墩台。主拱圈是拱式渡槽的主要承重结构。拱式渡槽可分为实腹式和空腹式。考虑设计资料中该处沟内无常年流水，仅在洪水期沟内有短期洪水通过。综合分析：选用U形肋拱式

10、渡槽。2.3 平面总体布置本设计为U形肋拱渡槽，拱布置为一跨，拱跨72.36m，跨高23m，拱上设单排架。渡槽主拱上排架间距为8m，拱上共9跨，上游渐变段8m，设一6m跨两8m跨，下游渐变段10m，设一6m跨。渡槽全长142.64m。排架与拱肋的连接采用预留插筋式。槽上根据交通要求设人行桥。拱墩台及排架基础墩均采用浆砌石护坡。总体布置图见图2-1。 图2-1 总体布置图 （单位：m)3 水力计算渡槽的进口段、槽身、和出口段，构成输送渠水的明渠渠道。渡槽水力计算的任务主要是通过水力计算确定与水流条件有关的各个部分的布置形式。尺寸和高程。槽身水利计算一般是按通过最大流量Qmax来拟定槽身的坡度i、

11、净宽b、和净深h，然后按通过设计流量Q0计算水流通过渡槽的总水头损失z如果z等于或略小于规划定出的允许水头损失，则可最后确定i、h、和b，进而定出有关高程。3.1 槽身过水断面尺寸拟定3.1.1尺寸拟定选定纵坡i1/600，净宽b2.5m。糙率n0.015，Q设4.0 m3/s，Q加5.0m3/s。因槽长大于1520倍槽内水深，故按明渠均匀流计算。计算公式为：其计算结果：Q设4.0m3/s时，h设1.13 m；Q加5.0m3/s时，h加1.30 m。b/h分别为2.21和1.92，根据工程特殊情况，宽深比适当提高满足要求。3.1.2输水水头通过渡槽的输水水头损失，包括进出口水头损失、槽身沿程水

12、头损失与进出口水面回升三方面，详见图31所示。(1)水头损失Z：水流过渠道渐变段进入槽身时，流速增大，水面发生降落。工程中常近似按淹没宽顶堰计算： （31）式中 K1进口段按局部水头损失系数，与渐变段形式有关，扭曲0.1，八字面为0.2，圆弧直墙为0.2，急变形式为0.4，K1=0.1； V、V0槽身与上下游渠道的流速，m/s； g重力加速度，取9.8m/s2. 具体计算见表31所示。(2)水头损失Z：水流经过全槽后水面发生降落，按明渠均匀流计算： Z1=iL （32）式中：L槽身长度，L120（m）;I槽身坡降，要经方案比较，使水头损失满足规划要求，并注意到前面已假定了i1/600、比较时可

13、取1/500、1/700、1/800。详见表31。（3）出口水面回升：水流经槽身、渠道出口渐变段进入下游渠道因流速减少，部分动能转化为势能，水面回升： （33）式中：K2出口局部水头损失系数，取0.2： V槽身流速，m/s： V1下游渠道流速，m/s。（4）总水头损失 ZZ+ Z1- Z2 (34) 规划中允许水头损失为0.2m，计算值应等于或略小于此值，具体计算见表31。 表3-1 输水水头损失计算表 计算情况ihA(m)X(m)R(m)Q(m3/s)V(m/s)Z(m)Z1(m)Z2(m)Z(m)设计1/5001.051.9533.5150.5544.02.010.1840.240.137

14、0.287校核1/5001.232.4033.8650.6185.02.20.2320.240.1690.303设计1/6001.132.533.6850.5844.01.90.1630.200.1190.244校核1/6001.302.5784.0250.6415.02.010.1870.200.1380.249设计1/7001.192.3033.8050.6054.01.800.1420.170.1040.209校核1/7001.362.7284.1450.6585.01.910.1650.170.1210.215设计1/8001.2428534.2450.6154.01.700.1230

15、.150.2140.183校核1/8001.412.9544.5250.6725.01.810.1440.150.2190.189表31中已完成计算，通过计算，用允许水头损失作为一个重要指标。但在工程中一般i的值大一些渡槽的工程量及总投资将减少，但是槽中的流速将增大，故 沿程损失和进口损失也将增大，自流灌溉面将减小，影响灌溉效益。当i1/600 i=1/700, i=1/800 时 Z的值小于规划允许的水头损失Z=0.25m。综合考虑以上计算结果，本设计中选取i=1/600 。为了保证渡槽有足够的过水能力，并考虑渡槽水面可能出现波动等因素，常要求通过设计流量时槽壁具有一定的富裕高度h，其值按经

16、验公式 h=H/12+5（cm）计算即h=113/12+5=14.4（cm）。当通过加大流量时，槽中水面与槽身顶部（无拉杆槽身）或拉杆低面（有拉杆槽身）间的高度应不小于10cm。本设计中hh-H=17cm，且求得z等于或略小于渠系规划布置所规定的允许水头损失z，则按通过最大流量Qm拟定的i、b、h值便相应的确定。所以初步选定的断面尺寸符合规划要求。3.2 渡槽进出口的底部高程确定为了时渡槽与上下游渠道高程水面平顺连接，合理利用水头损失而不影响过水能力，渡槽进出口渠底的降低要与水流情况相适应。（如图31）进口抬高值： y1h1-Z- h21.30-0.63-1.13=0.007(m)出口降低值：

17、 y2h3-Z2- h21.30-0.119-1.130.051(m)进口槽底高程： 13y11500.0+0.0071500.007（m）出口槽底高程： 21Z11500.007-0.21499.807（m）出口槽渠底高程： 42y21499.807-0.0511499.756（m）图31 渡槽水力计算图3.3 进出口渐变段水流通过渡槽，由于槽身宽与渠宽不一致，为了使水流能平顺过渡，渡槽进出口常采用渐变段衔接。本设计中采用扭面，一般由混凝土建造。渐变段长度L通常采用经验公式计算，即： Lj（46）h （35) 式中 Lj进口段取Lj4h，出口段取Lj6h； h进出口渠道水深。则进口渐变段L1

18、 4h4×1.35.2（m）， 取8m： 出口渐变段L2 6h6×1.37.8（m）， 取10m。4 槽身设计钢筋混凝土U形槽身常采用半圆加直段的断面形式槽顶一般设拉杆，槽壁顶端常加大，以增加刚度，跨度较大时，为便于布置纵向受力钢筋并增加槽壳的纵向刚度，常将底部弧形段加固。4.1 槽身断面尺寸立定根据设计结果选定纵坡i=1600，净宽D=2R=2.5m。直段加高 f=0.6m通过设计流量似的水深1.30m，通过加大水深时槽内水深为1.50m，每节槽身长8米，两节槽身间伸缩缝宽0.04m。沿槽身纵向每隔2m布置一根拉杆，一节槽身共设5根拉杆，槽身顶部两侧设有人行道板栏杆。为了

19、将槽身安于排架上，槽身两侧设有端肋，端肋厚b=30cm。4.1.1拟定槽身截面尺寸如下 1、槽身横断面尺寸确定槽身断面尺寸可参考下列经验公式来拟定断面尺寸：槽壳壁厚t=（1/101/15）R0=0.0830.125m，本设计取t=0.12 m。直段高度f=（0.40.6）R0=0.50.75m，本设计取f=0.6m。顶部尺寸a=(1.52.5）t=0.180.30m，本设计取a=0.2m，b= (12)t=0.120.24取b=0.2m，c =(12)t=0.120.24m，取c=0.15m。2、槽身纵断面尺寸确定槽壳总长L=8.0 m，横杆高度=0.2 m，横杆宽度，=0.2 m，横杆间距e

20、=1.33 m（近似值）。3、便桥：预制桥板厚度=0.1m，预制桥板宽度B=0.52m。栏杆的尺寸为： 柱a×a×H=0.12m×0.12m×1.2m，间距e1.5m，扶手横档bf×hf=0.08m×0.01m。便桥的有效宽度：B2=0.52 m+0.08 m=0.6m。槽身计算跨度l=8-0.6=7.40 m，宽跨比l/D=7.40/2.5=2.96，因此可按梁法计算槽身内力。具体尺寸参见图4-1 图4-1 槽身结构布置图 （单位：mm）4.2 槽壳横向内力计算为便于计算，取沿槽中水流方向取1.0m长槽身为计算体计算槽壳的横向内力，

21、计算简图参见图4-2。图4-2 横向内力计算简图4.2.1设计水深时的内力计算 （1）求均匀化拉杆的轴向力X11） 计算槽顶集中力G0和槽顶荷载对直段顶部中点的力矩M0，槽顶结构重力、曹可顶部加大部分的重力及槽顶人群荷载之和为;G0=5.039(kN)M0=-0.0789(kNm)2) 计算直段上的剪力T1=(kN)T2=7.153(kN)T=T1+T2=1.499+7.153=8.652 (kN/m)3) 计算形变位 （4-1） 式中:=h/R=0.5/1.31=0.382，。 计算得：11=4) 计算载变位。 其中X1等于1时在O点引起的变位， 分别为槽顶集中力G0 槽顶弯矩 自重、水压力

22、、剪应力在O点引起的变位，h1圆心轴至水面高度，h圆心轴至拉杆中心高度，水的重度，h钢筋混凝土的重度，E混凝土的弹性模，槽顶荷载作用弯矩，q单位长度槽壳的全部荷载。 计算得： 5） 计算X1 （4-3） (1)各截面弯矩及轴向力计算。 （4-4） (4-5)式中Mm、MG、MH、MW、MI、MX分别为弯矩，集中力、槽壳自重、水压力、剪应力和多余未知力X1在圆弧不分引起的弯矩，值以弧度计。 (4-6) （4-7） 式中：y为从拉杆中心向下为正量起的纵坐标；为从通过圆心的水平轴量起的角度。 按式（4-4）、（4-5）、（4-6）、(4-7)可以求出任意截面的横向弯矩M和轴力N。现将槽壳自重进行圆弧

23、部分横向弯矩Mh和轴向力Nh计算，计算结果见表4-1. 表4-1 槽壳自重作用下圆弧部分横向弯矩和轴力计算 横向弯矩计算截面（kNm）0-5.4810.458(1-1)+0-0×1=0150-5.1480.458(1-0.966)+0.259-/12×0.966=-0.112300-5.1480.458(1-0.866)+0.5-/6×0.866=-0.556450-5.1480.458(1-0.707)+0.707-/4×0.707=1.473600-5.1480.458(1-0.5)+0.866-/3×0.5=-1.473750-5.148

24、0.458(1-0.259)+0.259-5/12×0.259=-4.976900-5.1480.458(1-0)+1-/2×0=-7.506轴向力计算截面（kN）03.93(0.458+0) ×1=1.8001503.93(0.458+/12) ×0.966=2.7323003.93(0.458+/6) ×0.866=3.344503.93(0.458+/4) ×0.707=3.4546003.93(0.458+/3) ×0.5=2.9577503.93(0.458+5/12) ×0.259=1.7989003.

25、93(0.458+/2) ×0=0槽内为设计水深时的槽壳的横向弯矩和轴力的计算结果如表4-2和表4-3。 表4-2 设计水深下横向弯矩成果表 （单位：kNm） 弯矩截面Y=0=0=150=300=450=600=750=900-0.079-0.079-0.079-0.079-0.079-0.079-0.079-0.079MG00-0.225-0.884-1.933-3.301-4.893-6.601Mh00-0.112-0.556-1.473-2.944-4.976-7.506MW0-0.0002-2.273-5.118-7.966-11.749-18.394-26.342Mi0.1

26、4990.14992.5925.59.72315.85824.0534.032MX00.5780.9841.3551.6731.9772.072.1230.0710.6580.4280.218-0.055-0.298-2.206-4.373注：弯矩以槽壳外侧受拉为正，压力为负。 表4-3 设计水深下轴向力成果表 (单位：kN） 截面轴力y=0=0=150=300=450=600=750=9005.0415.0414.8654.3643.5632.5201.306001.82.7333.343,4542.9571.7970NW00-0.071-0.447-1.353-2.943-5.276-8.

27、829Ni0-8.652-20.054-29.905-36.465-38.312-34.617-29.182Nx000.3040.5780.8291.0161.1351.1755.041-1.815-12.22-22.464-29.963-34.762-35.655-36.838注：轴向力受压为正，反之为负。根据表中数据绘出的弯矩及轴力图，如图4-3所示。 图4-3 弯矩及轴力图4.2.2 加深水深时的内力计算 加深水深时的内力计算时11以及和的数值不变。由于槽内水深加大，槽壳直段上的剪力T及重新计算，现将计算结果列出如下：T1=1.642(kN/m)T2=7.831(kN/m)T=T1+T2

28、=9.473(kN/m)（m）（m） 则 X1=-(kN) 加大水深作用下的内力计算结果列于表4-4和表4-5，根据表中数据绘出的弯矩及轴力图，如图4-4所示。 表4-4 加深水深作用下横向弯矩成果表（单位：kNm） 截面弯矩y=0=0=150=300=450=600=750=900-0.079-0.079-0.079-0.079-0.079-0.079-0.079-0.079MG00-0.225-0.884-1.933-3.301-4.893-6.601MG00-0.112-0.556-1.473-2.944-4.976-7.506MW0-0.206-3.943-7.912-11.16-16

29、.283-24.246-32.458Ni0.16420.16422.8376.62110.64517.36126.33237.258MX01.1362.2083.0393.7534.34.6544.7620.0851.1950.6860.229-0.243-0.946-3.217-4.624 表4-5 加大水深下轴向力成果表 （单位：kN） 截面轴力y=0=0=150=300=450=600=750=9005.0395.0394.8674.3643.5632.521.304001.82.7323.3403.4542.9571.7980NW00-0.469-1.383-2.931-5.222-8

30、.265-13.957Ni-1.127-9.473-22.270-32.751-39.893-41.943-37.892-29.756Nx000.6811.3161.862.2792.5422.6313.912-2.634-14.389-25.114-33.946-39.409-40.522-41.091 图4-4弯矩及轴力图 槽身采用双层配筋，根据上述计算结果得当=0时的截面正弯矩最大，当=900时的截面负弯矩最大，因此两截面的内力分别计算槽身内侧和外侧所需钢筋面积。由于设计水深和加大水深作用的强度安全系数不同，分别计算如下：=0截面 设计水深时 k设=0.658（kNm） Nk设=1.81

31、3 （kN） M设=1.4×0.658=0.721（kNm） 加大水深时 k加=1.195（kNm） Nk加=2.634（kN） Mk加=1.35×1.195=1.613（kNm）=900截面 设计水深时 k设=4.373（kNm） Nk设=36.836（kN） M设=1.4×4.373=1.439（kNm） 加大水深时 k加=4.624（kNm） Nk加=41.091（kN） M加=1.35×4.624=6.242（kNm）根据计算结果，确定以加大水深似的内力作为配筋计算依据。4.2.3 槽身的配筋计算采用C20混凝土，fc10N/mm2,级钢筋，fy

32、=fy=210N/mm2， （1）：当=900时：M4.624（KN·m），N41.091（KN·m）。设 aa30，h120，h0ha90（mm） e0M/N=4.624/41.091=0.153(m)>h/2-a=30(mm) 故按大偏心受拉构件配筋：b（查表）设 查 ee0h/2+a=153-120/2+30=123(mm) =<0选配 <2=60 mm故按 计算 式中：e轴向拉力到合力之间的距离 轴向拉力到合力之间的距离轴向力对截面重心的偏心距 故配置 （2）：当=0时：M1.163（KN·m） N2.634（KN·） e0M/

33、N=1.163/2.634=0.612 (m)>h/2-a=30(mm) 故按大偏心受拉构件配筋：b（查表）设 查 ee0h/2+a=612-120/2+30=582(mm) =<0选配 故按 计算 因为所以按配筋 故配置 8200，As As min251mm2 (配筋图如附图2所示）。（3）：截面抗裂验算:根据内力及钢筋布置，时截面为抗裂最不利截面，选择该截面进行抗裂验算。钢筋弹性模量与混凝土弹性模量之比n为:换算截面重心至受压边缘的距离为： 换算截面面子：=则=6.11 (cm)W0换算截面A0对受拉边缘的弹性抗矩 rm受弯构件塑性影响系数；=1.55计算抗裂安全系数为:建筑

34、物钢筋混凝土大偏心受拉构件的允许抗裂安全系数为1.1,上述抗裂安全系数计算值1.13大于允许抗裂安全系数，表明抗裂满足要求。4.2.4人行板的配筋计算按受弯构件配筋：Q=7.787(kN/m)，计算跨中弯矩为： Mr0·=1×0.95×1/8×7.787×1.4121.838（KN·m） 按单排架单筋计算，取a25mm，b840m，h100mm，rd1.2，h075mm。 0.041 0.042 0.00199<min=0.2%故按最小配筋率进行配筋计算： Asb h00.2%×840×74124.3（mm2

35、) 查水工钢筋混凝土结构附录三故选配： 6200，As 141mm2 （配筋图如图4-5所示） 图4-5 人行板配筋图 （单位：mm)4.2.5拉杆的配筋： 横杆的间距是1.25m计算的跨径为L=2R0=21.25=2.5m作用荷载包括人群与人行板重q及横杆自重g ， =0.070.1mL=2R0=21.25=2.5m固端弯矩M为：跨中最大的弯矩Mmax为：剪力Q为： 加大水深是作用拉力N为： 配筋计算： 轴向力作用点至截面重心的偏心矩e0为：故而按大偏心受拉构件，按端部截面进行钢筋计算 e轴向拉力到合力之间的距离 b（查表）设 查 故选配 =101mm2 故按计算轴向拉力到合力之间的距离 查

36、水工钢筋混凝土结构附录三 故选配： 28 As=101mm2 设计水深是作用拉力N为： 轴向力作用点至截面重心的偏心矩e0为： 故而按大偏心受拉构件，按端部截面进行钢筋计算e轴向拉力到合力之间的距离 （查表）设 查 故选配 =101mm2故按计算轴向拉力到合力之间的距离 查水工钢筋混凝土结构附录三 故选配： 28 As=101mm2综合可知，设计水深和加大水深时选配的钢筋为 (拉杆配筋如图4-6所示）。 图4-6 拉杆配筋图4.3 槽身纵向内力计算对于不同的支承形式、跨宽比、高跨比以及槽身截面形式，在荷载作用下槽身应力状态是不同的。U形槽身断面结构计算的基本假定是，断面上剪力分布呈抛物线形，方

37、向沿槽壳厚度中性线的切线方向。该力对槽壳产生的弯矩和轴向力与水平力和自身重力等荷载产生的弯矩和轴向力方向相反，起抵消作用，因此槽壳厚度可以减薄。4.3.1槽壳横向截面几何力学参数计算 A=t(R+2f)2ab K=t(2R2-f2)-aB(2f-B)+aB2 y1=K+f y2=R0-K+t (4-8) I=+tf3)+2aBf(f-B)+tR3-t(2R2-f2)-aB(2f-B)K Sl=2tR(Rcos+K-r/2) (4-9)图4-7 总拉力计算图式中：R槽壳的平均半径； F槽壳直段加高距离； A槽壳横断面面积； K截面重心至圆心的高度； y1截面重心至槽顶的距离； y2截面重心至槽顶

38、的距离； I截面惯性矩； SI截面重心以下面子对重心轴的面子矩。具体参数表示见图4-7所示。 计算得： A=t(R+2f)2ab=0.718m2 K=t(2R2-f2)-aB(2f-B)+aB2=0.289m y1=K+f=1.007m y2=R0-K+t =1.081m I=+tf3)+2aBf(f-B)+tR3-t(2R2-f2)-aB(2f-B)K =0.2078 m4 Sl=2tR(Rcos+K-r/2)=0.455m3 4.3.2求作用与槽身上的均布荷载q 人群荷载取2kN/钢筋混凝土重度h=25kN/m3,水重度=9.81kN/m3。根据结构布置图和以上数据计算各项荷载。槽总重：

39、G=24.1×8=192.8（kN）槽壳重：Gk=0.718×8×25=143.6（kN）槽顶结构重：Gd=拉杆重+承托重+桥面板重+栏杆柱重+纵杆重 = G- Gk =192.8-143.6=49.20(kN)人群荷载：GZ=2×0.6×2×8=19.2(kN) 设计水深时水重: Gw1=9.81×(×1.252+2.5×0.05) ×8=202.334(Kn) 加深水深时水重: Gw2=9.81×(×1.252+2.5×0.025) ×8=241.60

40、(kN) 则作用于槽身的均布荷载为: 设计水深时: q设=51.793(kN/m) 加深水深时: q加=56.698(kN/m)4.3.3槽身纵向跨中弯矩正应力及总拉力计算 按标准值计算，跨中弯矩:设计水深作用下: Mk设=q设l2=414.332(kN/m)加深水深作用下： Mk加=q加l2=453.573(kN/m)按设计值计算，钢筋混凝土结构构件的强度安全系数基本荷载组合K=1.40，特殊荷载组合K=1.35，则: 设计水深时 M设=1.40×414.331=580.060（kNm）加深水深时 M加=1.35×453.571=612.319（kNm）故以槽中通过加深水

41、深为控制情况。跨中圆弧段纵向正应力： Lmax=215.5341 （kPa） 计算跨槽底混凝土边缘拉应力为 式中：混凝土塑性系数采用r=1.35 200号混凝土的抗裂设计强度=210 N/cm2； 三级建筑物的钢筋混凝土受弯构件的抗裂系数为=1.1. 根据上述计算，<界面满足正截面抗裂要求，实际抗裂安全系数计算值为：K=跨中截面受拉区的总拉力Zl=Sl=907.215(kN/m)配筋计算：受拉钢筋总面积As为： As=KZl/Rg （4-10） 式中，校核水深时为特殊荷载组合，3级建筑物特殊荷载组合的混凝土受弯构件安全系数为K=1.4，采用级钢筋设计强度采用Rg=310N/mm2由式（4

42、-3）得：As=497.45（mm2） 查水工钢筋混凝土结构附录三 故选用 8 As=503mm24.4 抗裂计算4.4.1纵向抗裂计算 将断面简化为图4-8所示 图4-8 计算简图沿槽身纵向的危险断面是在跨中，按标准荷载计算，通过假定流量时弯距为： M453.683（KN·m） 按标准荷载计算，通过设计流量时弯距为： M=414.328（KN·m） b0.3m，bf2.5m，h=2.35m，hf=0.12m h1=2.35-0.38=1.97(m) 可按下式进行抗裂计算; (49) 式中 rm受弯构件塑性影响系数； rm1.55×（0.7300/1970）=1.

43、321 Ml按标准荷载计算的弯距； ct混凝土拉应力限制系数。长期组合为0.7，短期组合为0.85； W0换算截面A0对受拉边缘的弹性抗矩，；I0换算截面重心轴惯性矩； y0换算截面重心轴至受压边缘距离；ftk混凝土抗拉强度标准值,C20混凝土抗裂强度标值ftk1.5N/mm2.I0、y0可按下列公式计算： A00.3×2.35+2×0.120.957（m2) 1.392（m） I01/3×0.3×1.39221/3×0.3（2.351.392）3 1/12（2.50.3）×0.123（2.50.3）×0.12（1.97-1

44、.392-0.12/2）2 =0.353(m4) (m3)通过加大流量时，Ms453.568（KN·m） 1.321×0.85×0.368×1.2×103619.813（KN·m） Ms453.568 (KN·m）通过设计流量时，Ml414.328（KN·m） 1.321×0.7×0.368×1.2×103510.434（KN·m） Ml414.328(KN·m）故槽身纵向满足抗裂要求。4.5 端肋内力计算由图4-1得框架个项尺寸如下:底梁截面尺寸 竖杆的

45、截面尺寸竖杆高H= 底横梁跨度由前计算结果知槽身均布荷载(按加深水深工况计算) q=56.696（kN/m）4.5.1求作用于框架底横梁和竖杆上的荷载（1） 一个端肋的重力 （2）作用于隔离体截面上的剪力Q（kN）其中： 1）作用于槽壳截面重心轴一下部分的剪力铅直分量。 （kN）2）作用于槽壳一侧直段上的剪力。（kN） 3）框架竖杆承受lb长度上的水平水压力。（kN/m） 4）作用于框架底梁上的均布荷载。（kN/m） 5）TQ1对竖杆中线位置的力矩。 （kN·m）4.5.2 求“拉杆”轴力X1 (4-11) 计算得，I23=0.0016(m4)，I21=0.00082(m4)，u23

46、=0.459,X1=-7.89(kN)4.5.3端肋底横梁跨中截面内力计算 轴力： （kN） 弯矩： （kN·m）4.5.4端肋的配筋计算 M23.672（kN·m）。N40.157（kN·m）。 设 aa30，h120，h0ha90（mm） 轴向力作用点至截面重心的偏心矩e0为： e0M/N=23.672/40.157=0.589(m)>h/2-a=30(mm) 故按大偏心受拉构件配筋：b（查表）设 查 e轴向拉力到合力之间的距离 ee0h/2+a=589-120/2+30=559(mm) =故选配6130 =217mm2 0.042故按X=2a=50mm

47、计算轴向拉力到合力之间的距离 查水工钢筋混凝土结构附录三故选配： 1680， As 2513mm2 (配筋图如附图所示）。4.6 吊装计算为操作方便，设置四个吊点，按双悬臂梁计算。吊点设在第二根拉杆出，因吊点产生负弯矩，上部受拉，下部受压，故可按T形梁校核上不配筋。吊装计算时部分荷载计算：（理想矩形化）侧墙重：（kN）沿水流方向（kN/m）设计值：（kN/m）拉杆重：G2k25×（0.12×20.12）=0.75（kN） 沿水流方向（kN/m）设计值（kN/m）支持板重：G4k25×（2.5×0.120.320.32×0.1）=9.1（kN）沿水流方向：（kN/m）设计值：（kN/m） （kN/m）考虑动力系数1.2，故q1.2×24.9729.964（KN/m）。计算时忽略槽底突出部分的作用，断面尺寸取b300mm， h2350mm，bf2500mm，hf150mm的T形梁。按短暂状况设计：ro1，0.95计算弯距：M1×0.95×1/2×29.969×2