渡槽开题报告-样本

1、精选优质文档-倾情为你奉上林家河渡槽设计与力学计算开题报告学生： *指导教师： *学院1工程概况*水库灌区引水干渠经*时需要修建一座输水建筑物，经过填方渠道、倒虹吸和渡槽三种方案比较，决定修建渡槽。干渠控制灌区农田面积6.5万亩，根据工程情况和相关规程，确定工程为等工程，主要建筑为3级。1.1地形：林家沟顶宽约120m，沟深约10米。属狭长V型断面。沟内无常年流水，沟内种植有经济作物。耕作深度为1.0m。1.2地质：林家沟沟内为周口店期黄土层，干重度为1314KN/m2，210，C24KPa，地基承载力R290KPa，基础与地基摩擦系数f0.31。1.3上、下游渠道资料：上游渠底高程为8m，Q

2、设计6.5m3/s，Q加大8.1 m3/s，i1/3500，渡槽上、下游渠底宽2.5m，糙率n0.017。上、下游渠道的内、外边坡设计相同，分别为1:1和1:1.5，该渡槽允许水头损失为0.25m，具体的水力要素如表1。渡槽糙率为0.015。表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设计6.51/35002.50.861.831:10.0171.330.56.16Q校核8.11/35002.50.122.001:10.0171.500.56.502本工程设计的目的和意义本次毕业设计的技术路线

3、和研究方法主要是通过相关工程类比，大量的结构分析和配筋计算来完成，在完成结构设计以后，会结合结构力学求解器软件来对所得结构的应力进行相关的分析。使学生通过此次毕业设计会对渡槽的结构型式，水力学结算，结构力学中的应力计算，配筋计算及其强度校核都有深刻的认识，强化学生对工程的设计步骤及相关内容的了解。3设计的具体内容、步骤和成果首先阅读任务书，大致了解工程相关资料；然后查阅与有关渡槽设计的资料，阅读相关渡槽论文，查找有关渡槽类似的设计方案，列出设计相关步骤，按照林家河相关水文资料制定设计步骤，然后进行相关水力学和结构力学的计算：计算类型主要是手算，并且辅助工具是计算器和计算机；当确定了初步尺寸后，

4、应该进行配筋计算，配筋计算结束后，要结合结构力学求解器对所设计的渡槽进行应力分析。设计相关步骤图如下图所示：阅读、分析任务书查阅林家河相关地质、水文资料确定渡槽的路线和基本形式结构力学计算水力学计算 荷载计算确定各个结构尺寸根据荷载进行结构的配筋计算检验应力强度是否满足要求调整相关尺寸利用有限元进行强度校核31进行渡槽总体布置，包括槽身、支撑、基础等结构型式的选择32水力计算:水力计算的基本步骤3.2.1 渡槽进出口总水头损失已定情况下的水力计算步骤(1)拟定槽身纵坡及相应的沿程水头损失Z3=iL，L为槽身长；(2)计算确定槽身宽度B(槽内水深h一般为给定值)；(3)根据槽身宽度B计算渡槽进口

5、水面降落值Z1；(4)根据进口水面降落Z1确定出口水面回升值Z2；(5)计算渡槽进出口总水头损失Z；(6)如Z小于已定的总水头损失值，则加大槽身纵坡，反之则减小槽身纵坡，重复(1)(5)步骤，直至Z与已定总水头损失值相等时为止；(7)根据最后确定的槽身纵坡、过水断面及进出口水头损失，确定进出口槽底高程及相应的水面高程。3.2.2 渡槽进出口总水头损失未限定情况下的水力计算步骤(1)给定槽身纵坡i及水深h(或给定槽身宽度B及水深h)，相应Z3=iL；(2)计算确定槽身宽度B(如给定槽身过水断面，则计算确定槽身纵坡i及相应的Z3=iL)；(3)根据槽身宽度B计算进口水面降落值Z1；(4)根据进口水

6、面降落Z1确定出口水面回升值Z2；(5)计算渡槽进出口总水头损失Z；(6)确定进出口槽底高程及相应水面高程。3.2.3 槽身水力计算(1)在槽身水力计算中，槽内水深多为给定值，一般略小于上下游渠道水深，必要时也可等于或略大于上下游渠道水深。(2)槽身水力计算采用明渠均匀流公式：Q=AR2/3i1/2/n (3.1)式中：Q设计流量，m3/s；A槽身过水断面面积，m2；R水力半径，m；i槽身纵坡；n糙率系数，混凝土槽身一般采用n=0.0130.014。3.2.4 总水头损失计算(1)渡槽进口流态与淹没的开敞式水闸相似，一般按淹没式宽顶堰流量公式计算进口水面降落值： Z1=Q2/(2g22A2)-

7、V21/2g (3.2)式中：Z1进口水面降落，m；侧收缩系数，一般可采用0.95；流速系数，一般可采用0.95；V1上游渠道流速，m/s；g重力加速度。(2)出口水面回升Z2值一般根据进口水面降落按下式计算：Z2=Z1/3 (3.3)(3)槽身沿程损失Z3计算： Z3=iL (3.4)式中：i槽身纵坡；L槽身长度。(4)槽身进出口总水头损失Z按下式计算：Z=Z1-Z2+Z3 (3.5)3.3 支撑结构设计3.3.1 结构尺寸拟定(1)排架柱截面顺槽方向边长b1可取排架总高H的1/201/30，一般采用b1=0.40.7 m。排架柱截面横槽方向边长h1可取为(0.50.7)b1，一般采用h1=

8、0.3 m0.5 m。柱顶短悬臂梁(牛腿)悬臂长可取为c=0.5b1，梁高h3b1，倾角=30°45°。(2)排架柱间距L主要由槽宽决定；横梁间距大约与排架柱间距相同，一般采用横梁间距为3 m5 m。横梁高h2一般采用为(1/61/8)L，横梁宽b2可取为(0.50.7)h2，或采用与排架柱宽b1相等。(3)排架基础根据不同情况，可采用整体板式基础或钻孔桩基础。3.3.2 计算参数(1)排架总高： m；(2)排架柱间距： m；(3)排架层数： ；(4)底层横梁间距： m；底层以上各层横梁间距： m；(5)排架柱顺槽方向边长： m；排架柱横槽方向边长： m；(6)横梁高： m

9、； 横梁宽： m；(7)上部槽身作用于每一排架柱顶端的垂直荷载：仅计算槽身自重时： kN；自重、人群荷载及设计水深时： kN；自重、人群荷载及校核水深时： kN；(8)风荷计算资料：基本风压： kN/m2；风荷载体型系数： ；风压高度变化系数 ；槽身长： m；槽身侧墙高： m；(9)排架混凝土标号： ；(10)钢筋混凝土容重： kN/m3；(11)混凝土轴心抗拉设计强度： MPa；(12)混凝土弯曲抗压设计强度： MPa；(13)钢筋设计强度： kN/cm2；(14)混凝土弹性模量： kN/m2；(15)钢筋混凝土受弯安全系数： 。3.3.3 横向内力计算3.3.3.1 杆端弯矩计算排架为对称

10、结构，可将节点水平荷载T1、T2等分解为T1/2、T2/2的对称及反对称两组荷载。对称荷载不产生弯矩，反对称荷载可取结构的一半用"无切力分配法"列表进行弯矩分配计算，确定各杆端弯矩值。3.3.3.2 排架柱轴向力计算(1)各柱段反弯点按下式计算：xi=LiM1/(M1+M2) (3.6)式中：xi反弯点距柱段上端节点距离；M1及M2分别为柱段上端及下端弯矩；Li柱段长(横梁间距)，底层为L0，以上各层为L1。(2)各柱段由水平荷载产生的拉力(迎风侧排架柱)及压力(背风侧排架柱)Ni分别按下式计算：柱段12(自上而下第一层柱)：N1=T1x1/L (3.7)式中：T1作用于节

11、点1(排架柱顶端节点)的水平荷载；x1第一层柱反弯点距节点1的距离；L排架柱间距。柱段23(第二层柱)：N2=T1(L1+x2)+T2x2/L (3.8)式中：T2作用于节点2的水平荷载；L1第一层柱段长；x2第二层柱反弯点距节点2的距离；其余符号同前。柱段34(第三层柱)：N3=T1(2L1+x3)+T2(L1+x3)+T3x3/L (3.9)式中：T3作用于节点3的水平荷载；L1第一层柱段长及第二层柱段长(底层以上各柱段长相等)；x3第三层柱反弯点距节点3的距离；其余符号同前。以下各层柱之Ni值依此类推计算。(3) 各柱段轴向力Ni计算(4) 排架柱为偏心受压构件，空槽迎风侧排架柱轴向压力

12、最小，为最不利情况，各柱段轴向力按下列公式计算：柱段12 N1=P-P+P1-N1 (3.10)柱段23 N2=P-P+P1+P2-N2 (3.11)柱段34 N3=P-P+P1+P2+P3-N3 (3.12)以下各柱段之轴向力依此类推计算。各式中： P为空槽时上部槽身作用于排架柱顶的垂直荷载；P1、P2分别为作用于节点1、2的排架自重，各为该节点相邻的上半柱、下半柱及半跨横梁重之和；其余符号同前。3.3.3.3 横向钢筋计算(1)排架柱一般以弯矩最大及轴力最小的柱底截面作为全柱的配筋依据，按对称的偏心受压构件计算配筋。当排架较高时，也可分段计算配筋。计算中，当l0/h18时，应考虑纵向弯曲影

13、响，将轴向力Ni对截面重心的偏心距e0乘以偏心距增大系数。式中h1为排架柱截面横槽向边长；l0为柱段计算长，按底层柱段计算时为L0，按底层以上各柱段计算时为L1。值按SDJ 20-78式(61)计算。(2)横梁轴向力很小，可按受弯构件计算配筋。3.3.3.4 纵向钢筋计算(1)等间距排架，取校核水深情况的背风侧排架柱(轴向压力最大情况)，按轴心受压构件计算配筋。(2)排架间距不相等时，按偏心受压构件计算，并考虑槽身温度应力对排架柱顶产生的摩阻力影响。(3)如施工期间，可能出现仅一侧有槽身荷载作用于柱顶的较大偏心荷载情况，应按偏心受压构件验算配置钢筋。3.4基础设计3.4.1 结构尺寸拟定(1)

14、当排架柱作用的垂直荷载较小时，一般采用阶梯形实体基础板；当排架柱作用的垂直荷载较大时，为减少基础板厚，一般采用梁板式基础。(2)基础板面积应满足地基承栽力要求，边长可按下列经验公式初步确定： B3b1 (3.13) LS+5h1 (3.14)式中：B及L分别为基础板顺槽向边长及横槽向边长； b1排架柱截面顺槽向边长； h1排架柱截面横槽向边长； S排架柱净距。(3)基础板厚度由应力验算确定。梁板式基础的板厚h一般采用20 cm30 cm；阶梯形基础板的最小厚度根据混凝土的冲切强度按下式确定： KAt0.75Rlbph0 (3.15)式中：t基底单位面积上的地基反力(可扣除基础自重及其上的土重)

15、，当为偏心荷载时可取最大单位反力； A考虑冲切荷载时取用的多边形面积； h0基础冲切破坏锥体的有效高度； Rl混凝土抗拉设计强度； K冲切强度安全系数，1级建筑物K=2.3；2、3级建筑物K=2.2；4、5级建筑物K=2.1； bp冲切破坏锥体斜截面上边长bs与下边长bx的平均值，bp=(bs+bx)/2； bs冲切破坏锥体斜截面的上边长。当计算柱与基础交接处的冲切强度时，取柱宽；当计算基础变阶处的冲切强度时，取上阶宽； bx冲切破坏锥体斜截面的下边长。当计算柱与基础交接处的冲切强度时，取柱宽加两倍基础有效高度；当计算基础变阶处的冲切强度时，取上阶宽加两倍该处的基础有效高度。3.4.2 地基承

16、载力验算(1)基底压应力按下式计算max=N0/(BL)+6M0/(BL2)+q (3.15)min=N0/(BL)-6M0/(BL2)+q (3.16)式中：B及L基础板顺槽向及横槽向边长； q基础板自重及板上土重之和，按均布荷载考虑； N0两个排架柱作用于基础板的上部垂直荷载之和，即N0=N1+N2； M0两个排架柱作用于基础板力矩之和，即M0=M1+M2+(N2-N1)a； N1及N2分别为左右排架柱作用于基础板的垂直荷载； M1及M2分别为左右排架柱作用于基础板的力矩，以顺时针旋转为正； a排架柱距基础板中心距离，左右排架柱之a值相同。(2)基底压应力应小于地基容许承载力。3.4.3

17、内力计算3.4.3.1 阶梯形实体基础板横槽向弯矩按下列公式计算左边悬臂段(xc)弯矩：M=(min-q)Bx2/2+(max-min)Bx3/(6L) (3.17)跨中段(cxL-c)弯矩：M=(min-q)Bx2/2+(max-min)Bx3/(6L)+M1-N1(x-c) (3.18)右边悬臂段(xL-c)弯矩：M=(min-q)Bx2/2+(max-min)Bx3/(6L)+M1+M2-N1(x-c)-N2(x-c-2a) (3.19)式中：c基础板悬臂段长(板端至排架柱截面中心)； x计算截面距左板端距离；其余符号同前。3.4.3.2 梁板式基础分别计算顺槽向悬臂板的弯矩及横槽向梁的

18、弯矩(1)顺槽向悬臂板支点弯矩按下式计算：M=(max-q)(b3+b2/2)/2 (3.20)式中：b2及b3分别为基础的梁宽及基础板悬臂段长;其余符号同前。(2)横槽向梁的弯矩计算公式与阶梯形实体板基础相同，仅将式(3.17)(3.19)中的B改为B/2。3.4.3.3 钢筋计算(1)基础板及梁均按受弯构件计算配置受力钢筋。(2)由于槽身承受风压的方向是改变的，因此基础各部位钢筋均应对称布置。3.5细部构造设计（无横杆无肋断面槽身结构计算）3.5.1 计算参数(1)支承型式(简支或双悬臂)： (2)每节槽身长： m；(3)中跨净跨长： m；(4)悬臂段长： m；(5)槽身净宽： m；(6)

19、底板厚： m；(7)侧墙高： m；(8)侧墙顶厚： m；(9)侧墙底厚： m；(10)人行道悬臂板宽： m；悬臂板平均厚： m；(11)槽内设计水深： m；槽内校核水深： m；(12)人群荷载： kN/m2；(13)槽身混凝土标号： ；(14)钢筋混凝土容重： kN/m3；(15)混凝土轴心抗压设计强度： MPa；(16)混凝土抗裂设计强度： MPa；(17)混凝土弯曲抗压设计强度： MPa；(18)钢筋设计强度： MPa；(19)截面抵抗矩的塑性系数： ；(20)安全系数见表5.1。表5.1 安全系数荷载组合钢筋混凝土受弯钢筋混凝土抗裂钢筋混凝土斜截面受剪基本荷载组合特殊荷载组合3.5.2

20、横向计算侧墙按底部为固端的悬臂板计算；底板按两端以竖向支承链杆支承于侧墙底部的板计算，除承受水重及自重作用外，两端还作用有侧墙传来的端弯矩及轴向拉力。3.5.2.1 侧墙计算(1)侧墙底部最大弯矩MA按下式计算：MA=h3/6+M0 (3.21)式中：水的容重；h水深，设计情况时用设计水深，校核情况时用校核水深；M0槽顶荷载(人行道板重及人群荷载等)对侧墙底部中心产生的力矩。(2)侧墙钢筋计算时可不计轴向力影响，近似按受弯构件计算配置受力筋。(3)侧墙临水面均受拉，应满足抗裂要求，按下式验算抗裂：KfMRfW0 (3.22)式中：M计算弯矩；W0换算截面受拉边缘的弹性抵抗矩；Kf抗裂安全系数；

21、塑性系数；Rf混凝土抗裂设计强度。3.5.2.2 底板计算(1)底板轴向拉力NA按下式计算：NA=h2/2 (3.23)(2)距底板左端距离为x的截面弯矩Mx按下式计算：Mx=qx(b-x)/2-MA-NAt3/2 (3.24)(3)底板跨中弯距Mc按下式计算：Mc=qb2/8-MA-NAt3/2 (3.25)式中：b底板计算跨度，b=B+t2，B为槽身净宽；t2为侧墙底厚；q均布荷载，水重及底板自重之和，q=h+ht3，t3为底板厚；h混凝土容重；其余符号同前。(4)底板跨中最大弯矩发生在槽内水深等于槽半宽即h=B/2时，因此式(3.25)中q的水重部分为B/2，相应轴向力NA=B2/8。(

22、5)底板钢筋按偏心受拉构件计算配置。两端以补角边缘截面作为控制截面计算配置底板顶层受力筋。式(3.24)中q的水重部分及式(3.23)中的h，在设计情况时用设计水深，校核情况时用校核水深。底板底层受力筋以跨中截面作为控制条件进行计算。(6)按下式分别验算底板两端(顶面)及跨中(底面)抗裂要求：KfN(RfW0)/(e0W0/A0) (3.26)式中：N轴向拉力；A0换算截面面积；e0偏心距，e0=M/N；其余符号同前。3.5.2.3 人行道板计算人行道板一般为支承在侧墙顶部的外伸悬臂板，按受弯构件计算配置面层受力筋。3.5.3 纵向计算3.5.3.1 计算假定(1)计算荷载按均布荷载考虑。均布

23、荷载q包括槽身自重、水重及人群荷载等。设计情况时水重按设计水深考虑，校核情况时水重按校核水深考虑。(2)根据支承方式，纵向结构分为简支梁式及三种双悬臂梁式(等跨双悬臂梁式、等弯矩双悬臂梁式和不等跨不等弯矩双悬臂梁式)。等跨双悬臂及等弯矩双悬臂的悬臂段计算长分别为0.5 l及0.354 l，l为中跨计算跨径。(3)根据槽身横断面布置型式，钢筋计算及抗裂校核均近似采用工字形计算截面。计算截面的梁肋宽为2倍侧墙厚，上翼缘及下翼缘的计算宽度按规范采用。如人行道悬臂板与底板相比宽度及厚度均较小时，计算截面可不考虑上翼缘作用，即按倒T形截面计算。(4)纵向受力钢筋按受弯构件计算配置。侧墙较高时，需沿侧墙高

24、配置912的纵向构造筋，间距30 cm左右。3.5.3.2 内力计算(1)简支梁式内力按下式计算：跨中弯矩 M=ql2/8 (3.27)支座剪力 Q=ql/2 (3.28)式中：q均布荷载；l计算跨径，l=1.05 l0，l0为净跨。(2)等弯矩双悬臂梁式内力按下式计算：跨中及支座弯矩 M=0.0625 ql2 (3.29)支座两侧剪力 Q1=0.5 ql (3.30)Q2=0.354 ql (3.31)式中：符号同前。(3)等跨双悬臂梁式内力按下式计算：支座弯矩 M=ql2/8 (3.32)支座两侧剪力 Q1=Q2=0.5 ql (3.33)式中：符号同前。(4)不等跨不等弯矩双悬臂梁式内力

25、按下式计算：跨中弯矩 M=ql2/8-ql2s/2 (3.34)支座弯矩 M=ql2s/2 (3.35)支座两侧剪力 Q1=0.5 ql (3.36)Q2=qls (3.37)式中：ls悬臂段计算长；其余符号同前。3.5.3.3 斜截面强度验算(1)计算截面应满足如下要求：KQ0.3 Rabh0 (3.38)式中：Q剪力；K斜截面受剪强度安全系数；Ra混凝土轴心抗压设计强度；b计算截面梁肋宽，即2倍侧墙厚；h0计算截面的有效高度。(2)计算截面符合下列要求时不需验算斜截面强度：KQ0.07 Rabh0 (3.39)式中：符号同前。(3)不设弯起钢筋时，斜截面抗剪强度应满足下列要求：KQQkh

26、(3.40)Qkh=0.07 Rabh0+1.5 RgAkh0/s (3.41)式中：Qkh斜截面上受压区混凝土及侧墙竖向钢筋的抗剪强度；Ak配置在同一截面内的竖向钢筋面积。侧墙横向计算配置的横向受力筋不能兼做承受主拉应力的钢筋，因此Ak应为在所需截面配置在侧墙内外侧或墙内的附加竖筋；s顺槽向附加竖筋的间距；Rg竖筋设计强度；其余符号同前。(4)配置弯起钢筋时，斜截面抗剪强度应满足下列要求：KQQkh+0.8 RaAwsin (3.42)式中：Aw配置在同一弯起平面内的弯起钢筋截面面积；弯起钢筋与纵轴线的夹角；其余符号同前。3.5.3.4 抗裂验算(1)正截面抗裂按式(5.2)验算。(2)斜截

27、面抗裂按下式验算：KfzlRf (3.43)zl=3 Q/(2bh) (3.44)式中：zl最大主拉应力；b2倍侧墙厚；h包括底板厚在内的侧墙高；Q剪力。渡槽是渠道跨越其他水道、洼地、道路和铁路等修建的桥式交叉建筑物，实际上，渡槽就是用来输水的桥梁。实际工程中经常利用渡槽来输水，中国南水北调工程中就包含了40余座大型渡槽，组成了目前世界上最大的渡槽体系。渡槽由进出口段、槽身、支撑结构和基础部分组成。到目前为止，我们已经对渡槽的结构做了许多的研究，但大体可以归为以下几个方面：随着经验的积累，我们从一开始只是对渡槽的结构受力进行分析到后来深入到对渡槽的抗震分析，然后是对减震进行研究；而且，随着技术

28、的发展和实际的生活生产要求的提高，修建的渡槽从一开始很小的规模到了现在的大型渡槽结构，大型渡槽中水的重量往往是渡槽重量的2倍甚至更多，这些因素也导致了我们在考虑渡槽的荷载时除了以前所考虑的自重，风荷载及地震荷载等，还要考虑在外荷载作用下产生的大体积水体扰动对渡槽结构的作用，总而言之，对渡槽的研究是由浅入深，由易变难。在本次毕业设计中，我们将对该工程进行设计，通过设计、计算、校核等步骤提出一套良好的渡槽设计方案。将本科所学的水力学、结构力学、材料力学、土力学等基础力学知识和钢筋混凝土结构学，结构力学求解器和AutoCAD绘图软件得到充分的利用，同时参照水利规范（SL2007），完成此次林家河渡槽

29、的毕业设计。本次课程设计是以林家河渡槽为背景，根据所提供的工程概况和初步设计资料，按照设计规范和相关要求，完成渡槽整体布置，包括槽身、支撑、基础等机构形式的选择，水力计算、槽身设计、支撑机构设计、基础设计、细部构造设计。 最后得到设计图纸，主要成果如下：1，水力计算；2，结构配筋计算；3，稳定性和强度校核；4，计算说明书60页，3万字以上；5,4页A1的图纸和2页A2的图纸；4 参考文献 1. 赵文华主编. 渡槽. 水利电力出版社 ；2. 顾辉 陈卫国等主编. 渡槽工程勘察设计95例. 中国水利水电出版社；3. 周厚贵主编.南水北调中线漕河渡槽工程施工的关键技术问题；4. 四校合编. 水工钢筋混凝土结