毕业设计渡槽设计说明

67/73设计总说明本次设计作为水利水电工程专业本科生的毕业设计，主要目的在于运用所学的有关专业课，专业基础知识与基础课等的理论；了解并初步掌握水利工程的设计容，设计方法和设计步骤；熟悉水利工程的设计规；提高编写设计说明书和各种计算与制图的能力。根据设计任务书，说明书分为六章。第一章，基本资料。第二章，渡槽的整体布置和渡槽断面形式的选择，以与支承结构形式的确定。第三章，拟定渡槽断面尺寸，确定槽身总长度，进行水力计算，从而确定槽底纵坡以与进出口高程。第四章，槽身的结构设计，进行槽身纵横断面力计算与结构计算并配置钢筋。第五章，排架和牛腿的结构计算，进行排架顺槽向和横槽向的结构与配筋计算，并验算其稳定性。第六章，细部结构设计，对伸缩缝、止水、支座和两岸的连接做近一步的要求。DesignGeneralInformationContentabstractthisdesigntookthewaterconservationwaterandelectricityprojectspecializedundergraduatestudent'sgraduationproject,themainpurposeliesintherelatedprofessionalcoursewhichtheutilizationstudies,specializedelementaryknowledgeandbasiccourseandsoontheory;Understandingandpreliminarygraspinghydraulicengineeringdesigncontent,designmethodanddesignprocedure;Familiarhydraulicengineeringdesignstandard;Enhancesthecompilationdesigninstructionbookletandeachkindofcomputationandchartingability.Accordingtothedesignprojectdescription,theinstructionbookletdividesintosixchapters.Thefirstchapters,fundamentaldata.Andsecondchapters,theaqueductoverallarrangementandaqueductsectionformchoice,supportingstructureformascertainingthat.Thirdchapters,designtheaqueductsectiondimension,ascertainslotbodygeneralthelength,carryoutahydrauliccomputation,ascertainthelongitudinalslotbottomslopeandimportandexportelevationthereby.Fourthchapters,physicaldesignoftheslotbody,calculationandstructurecarryingouttheslotbodysectionverticalandhorizontalinternalforcecalculateanddeployareinforcedbar.Andfifthchapters,rowracksandstructureofthelegofcattlesecretlyschemeagainst,therowbeinginprogressputsupsecretlyschemingagainstalongtheslottocomposinginreplythestructurethatthehorizontalstrokeslotfacesandmatchingtendon,checkingcalculationitsstability.Sixthchapters,detailphysicaldesign,water,abutmentandbothbanksconnectionjustdoclosesingle-steprequesttotheexpansionjoint.毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作与取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得与其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了意。作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部容。作者签名：日期：学位论文原创性声明本人重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期：年月日学位论文使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名： 日期：年月日导师签名：日期：年月日指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（设计）过程1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神□优□良□中□与格□不与格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度□优□良□中□与格□不与格3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力□优□良□中□与格□不与格4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性□优□良□中□与格□不与格5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况□优□良□中□与格□不与格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规？□优□良□中□与格□不与格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订与附件）？□优□良□中□与格□不与格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义□优□良□中□与格□不与格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？□优□良□中□与格□不与格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平□优□良□中□与格□不与格建议成绩：□优□良□中□与格□不与格（在所选等级前的□画“√”）指导教师：（签名）单位：（盖章）年月日评阅教师评阅书评阅教师评价：一、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规？□优□良□中□与格□不与格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订与附件）？□优□良□中□与格□不与格二、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义□优□良□中□与格□不与格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？□优□良□中□与格□不与格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平□优□良□中□与格□不与格建议成绩：□优□良□中□与格□不与格（在所选等级前的□画“√”）评阅教师：（签名）单位：（盖章）年月日教研室（或答辩小组）与教学系意见教研室（或答辩小组）评价：一、答辩过程1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况□优□良□中□与格□不与格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况□优□良□中□与格□不与格3、学生答辩过程中的精神状态□优□良□中□与格□不与格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规？□优□良□中□与格□不与格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订与附件）？□优□良□中□与格□不与格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义□优□良□中□与格□不与格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？□优□良□中□与格□不与格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平□优□良□中□与格□不与格评定成绩：□优□良□中□与格□不与格（在所选等级前的□画“√”）教研室主任（或答辩小组组长）：（签名）年月日教学系意见：系主任：（签名）年月日目录设计总说明1DesignGeneralInformation21基本资料51.1工程概况51.1.1灌区基本概况51.1.2东一干概况61.2地形地质情况61.2.1地形61.2.2地质61.3气象71.4基本数据72整体布置92.1渡槽位置的选择92.2槽身断面形式的选择92.3槽身支承结构形式的选择92.4槽身接缝构造103槽身断面设计113.1断面截面尺寸确定113.1.1水力计算113.1.2水头损失验算123.1.3进出口高程确定133.2U型渡槽截面其他尺寸确定143.3横杆、人行便道与端肋尺寸确定143.4进出口的形式选择与布置153.5其他资料164槽身的结构计算174.1荷载计算174.2槽身纵向结构计算194.2.1抗滑稳定验算194.2.2抗倾覆稳定验算204.3槽身纵向结构计算214.3.1力计算214.3.2纵向配筋计算224.3.3正截面的抗裂验算234.3.4斜截面承载力计算244.4槽身横向结构计算254.4.1满槽水情况下的力计算264.4.2半槽水情况下的力计算294.4.3横向配筋计算334.4.4横向抗裂验算354.5拉杆结构与配筋计算364.5.1力计算364.5.2配筋计算374.6端肋结构与配筋计算394.6.1力计算404.6.2配筋计算425排架设计445.1排架尺寸的确定445.2荷载分布455.3排架横槽向结构计算465.3.1满槽水+侧向风压的计算工况465.3.2空槽加侧向风压的计算工况515.3.3立柱的配筋计算515.3.4横梁的配筋计算535.4排架顺槽向结构计算545.4.1验算单根立柱的竖向稳定性545.4.2施工吊装验算555.4.3排架起吊时的强度验算565.5牛腿尺寸验算586细部构造设计616.1渡槽与两岸渠道的连接616.2渡槽的伸缩缝616.3支座62辞63参考文献64专业参考文献65译文731基本资料1.1工程概况陆浑灌区是省较大的灌区之一，灌区跨越，、市三个地区的六个县，灌区围居住人口大约100万人。陆浑灌区的主要水源是陆浑水库。1.1.1灌区基本概况陆浑水库位于省嵩县境，它是伊河上的一座大型水库，控制流域面积，多年平均径流量亿总库容亿，兴利库容亿，兴利水位。大坝坝顶高程，最大坝高，溢洪道位于大坝东岸。为加大部分洪库容溢洪道上设有闸门，闸底槛高程，闸顶高程，门高。溢洪道最大泄水流量为，泄洪洞位于大坝与溢洪道之间，为的城门洞型明流无压洞，洞长，进口底高程。出底高程，最大泄流量。整个灌区是由总干渠和东一、东二、西干三条干渠组成的，全长共，建筑物座，其中主要建筑物有隧洞座，全长；渡槽座，全长；另外还有倒虹吸等输水建筑物。灌区设计灌溉面积万亩，总干渠进口设计流量为，相应水位，总干渠末端设计流量，相应水位。灌区三条干渠规划成果如表1—1所示：表1—1陆浑灌区总干、主干渠规划数据表渠名项目总干渠东一干东二干西干区渠长（KM）45.30137.9051.8055.50控制面积（万亩）165.8085.3044.7017.50规划面积（万亩）120.0457.6127.3616.77水库引灌（万亩）113.5852.7325.7816.77反调节灌（万亩）6.464.881.5801.1.2东一干概况东一干渠规划灌溉面积万亩，其中万亩，伊川万亩，偃师万亩，汞阳万亩。一干渠设计流量考虑近期与远期两种情况，也就是在同一渠段上的建筑物，如渡槽，隧洞等的输水能力按远期规划确定设计流量（譬如东一干进口段上的建筑物设计流为）,以使留有余地。而渠道土石方开挖断面按近期规划确定尺寸，（譬如东一干进口段的渠道设计流量为。东一干渠自埠到已水河的渠段设计长度为。共有各种建筑物座，其中隧洞座，累计长度；渡槽座，累计长度，桥座，（包括公路桥座，生产桥座，人行桥座，排洪桥座），还有退水闸与节制闸座，涵洞（管）座，流槽座，跨渠渡槽座，支斗渠引水口座。东一干全部工程量：土方开挖万立方米，回填土方万立方米，石方开挖万立方米，砌石万立方米，混凝土万立方米，钢筋混凝土万立方米。需要净工日（包括民工和技工）2475万个，基本建设投资6180万元。开挖土石方用炸药1257吨，三大材需用量分别为：水泥81800吨，钢材3575吨，木材73000立方米。1.2地形地质情况1.2.1地形陆浑灌区处于伏牛山北麓，嵩山和熊耳山后谷地一带，地形复杂。东一干渠灌溉区域多为低山丘陵干旱区，区岗洼相间，地面覆盖为红色和棕红色粘土与黄土。在龙门以东偃师、巩县的半山区和丘陵区水文地质较差，缺乏地下水源。地表沟壕大部分为南北向，对于排除地面径流与灌渠（区）渗水比较有利，不会产生盐碱化或沼泽化威胁，灌区地形平均坡降为1／100～1／200。1.2.2地质东一干渠规划线路从桩号30+762.0～31+314.1（位于许营附近），该段是横跨伊河上的一条支流，下面根据河道横断地形，参照省水利厅勘探队的钻井资料分段介绍地质情况。陡坡段长度大约20米，该段为紫红色、红褐色砾岩夹砂质粘土岩，砾岩成分为石英砂岩、石英岩等。粒径一般在5~20cm，最大的达60cm，胶结较差。表面风化严重，凸凹不平，肉眼可见溶蚀的洞穴，直径大小不一，小者1m左右，大的在10m以上，洞均有渗水现象。砂质粘土岩的成份多为泥砂质组成。表面段出有断续相间的渗水，说明砂质粘土岩有隔水性能，砾岩表面覆盖有2m左右的黄色粉质壤土。河槽段长度约150m，表面主要为近代冲积砂卵石，卵石粒径多为20~50cm，也有少量卵石直径在50cm以上，分选性差。中粗粒含量约占30%。钻孔过程中经常出现塌孔，卡钻现象，漏浆量大，透水性强。冲积层平均深度约在6m左右。下伏新三系（N），砾岩夹白色泥质灰岩，成份多为石英砂岩与火成岩。钙质胶结较差，钻取岩心呈粒状，质地均一，含砾石少许，性脆较坚硬，呈透镜体壮，岩长10~30cm，局部风化较重，手用力即可搓掉粉粒，河槽段桩号0+020~0+090为河漫滩一级台地，表面为上文新统（Q3）黄色粉质壤土，具直立性，结构较疏松，少有丰粒层深2~3m，含少量砾石具有黄土性质。下伏中更新统（Q2）含泥沙卵石（成份同上），泥质含量5~10%微有胶结。（其中局部夹有薄层壤土透镜体）钻进中有回水、卡钻现象。台地段长度大约536m为更新统。其表层为黄色中粉质壤土，下部为黄色重粉质壤土含结核，粘粒含量20%左右。台地段土层厚在18~20m，具有直立性（可以开挖空洞）。有粘性的局部夹砂卵石透镜体厚0.8~15m，自上而下逐渐密实。Q3与Q2界限明显，密实程度有显著差异。下伏中更新统（）为黄色重粉质壤土，固结密实，粘粒含量在20%以上，具有塑性，可以搓成细条。中含有少量结核，局部夹有砂卵石透镜体，厚3m左右。该层上面覆盖厚1m左右的钙质结核含土层，（桩号0+440~0+706）。结构密实，不易开挖，结核直径2~7cm。当地开凿料石困难。1.3气象本灌区属于华北干旱区，平均多年降雨量只有500～600mm，而且分布很不均匀，有60%~70%集中在汛期。作物生长期常出现严重干旱缺水的情况。年平均蒸发量为2000mm，根据专区的水文资料记载：“光绪3~4年（1877~1878年）连续三个季度未曾下雨，洛河干枯……。”解放以来1959、1966、1972年三年最旱。其中1972年伏旱严重、地区72年6~9月降雨量仅占历年月期平均降雨量（P平均=422mm）的63.5%。最大风速为18m/s，最大冻土深度0.5m。1.4基本数据（1）拟建许营渡槽段桩号：，全长，设计流量。加大流量。（2）渡槽段与其进出口渠道的有关数据与断面示意，详见表1—2和示图。表1—2许营渡槽与上下游渠道段基本数据建筑物类型起止桩号间距坡降i水头损失设计水位相对位置土渠29+040~30+5661516m1/120000.126m281.224m许营上游渡槽30+566~31+314.1748.1m0.80m208.398m许营土渠31+314.1~36+7505345.9m1/120000.445m279.701m许营下游（3）与渡槽段相连接的上下游渠道均已建成，横断面为梯形，渠底和边坡均采用浆砌石保护。基本尺寸如图1.1所示：图1.1与渡槽进出口相连的渠道横断面图（4）根据地区地震局提供的有关资料，陆浑灌区上的主要建筑物设计烈度定为80。（5）许营段跨越式建筑物，不论采用哪种类型，均按三级建筑物考虑。（6）跨越建筑物不考虑交通要求和无通航要求，若采用渡槽方案只设人行便道即可。2整体布置2.1渡槽位置的选择渡槽位置的选择包括轴线位置与槽身起点位置的选择。对于地形条件复杂，长度大，工程量大的工程，应通过方案比较确定其位置。主要考虑以下几个方面：应尽量选在地形有利，地质条件良好的地方，以便于缩短槽身长度，降低支撑结构高度和基础工程量。渡槽进出口渠道与槽身的连接在平面上应争取成一条直线，不可急剧转弯，以使水流平顺。跨越河流是，轴线与河道水流方向应尽量正交，槽址应选在河道顺直，岸坡稳定处。跨越河流的渡槽，槽址应位于河床稳定，水流顺直的河段，避免位于河流转弯处，以免凹岸和基础冲刷。应便于进出口建筑物的布置，进出口争取落在挖方渠道上，尽量不建在高填方渠道上。应保证泄水闸有顺畅的泄水出路，以防冲刷。渡槽发生事故需停水检修，或为了上游分水等目的，常在出进口段或进口前渠道的适宜位置设置节制闸，以便于泄水闸联合运用，使渠水进入溪谷或河道。2.2槽身断面形式的选择槽身断面有矩形，梯形，U形等。一般常采用矩形和U形断面。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形槽身多用钢筋混凝土制作，当跨径较大时，可采用预应力钢筋混凝土，以利于抗裂防渗。也有用钢丝网水泥制作的，但抗冻、防渗与耐久性差。本设计采用U形断面，槽顶设拉杆，以增加侧墙稳定性，改善槽身的横向受力条件。槽壁顶端常加大以增加刚度。U形槽身是一种轻型而经济的结构，具有水利条件好，纵向刚度大而横向力小等优点，且便于施工吊装。2.3槽身支承结构形式的选择梁式渡槽的槽身直接支撑于槽墩或槽架上，伸缩缝之间的每一节槽身沿纵向是两个支承点，故既起输水作用又起纵向梁作用，根据支承点位置的不同，梁式渡槽有简支梁式，双悬臂梁式和单悬臂梁式三种。前两种是常用的型式，单悬臂梁式只在特殊条件下采用。根据对已建渡槽的观察，双悬臂式槽身在支座附近容易产生裂缝，单悬臂式一般只在双悬臂式向简支梁式过渡或进出口建筑物连接时采用。本设计采用简支梁式钢筋混凝土结构。其优点是结构简单，施工吊装方便。槽身接缝处的止水构造简单，但跨中弯矩较大，底板受拉，对抗裂防渗不利。梁式渡槽的跨度是这类渡槽最关键的尺寸，根据实践经验与资料统计，简支梁式U形槽身跨度一般为15~20m。2.4槽身接缝构造为适应槽身因温度变化引起的伸缩变形缝和允许的沉降位移，应在槽身与进出口建筑物之间与各节槽身之间用变形缝分开，缝宽3~5cm。变形缝必须用既能适应变形又能防止渗漏的柔性止水封堵。常见的有沥青止水、橡皮压板式止水、粘合式止水或套环填料式止水等。本设计采用粘合式止水，这种止水是用环氧树脂等粘合剂将橡皮粘贴在混凝土上，施工简单，止水效果好。3槽身断面设计3.1断面截面尺寸确定水力计算的关键是合理的选择纵坡值。纵坡大，可减小槽身断面面积，节省建筑材料。但纵坡越大则沿程水头损失将迅速增加，且流速大将增加进口水头损失，从而增加渡槽的总水头损失，自流灌溉面积将减小，对灌溉不利。纵坡小，虽然使断面面积增加，建筑材料用量增加，但是会使水头损失减小。此设计的允许水头损失为[▽Z]=0.88m，最大损失不超过0.88m。根据工程经验初步拟定时，纵坡坡率可在1/500～1/1500之间选用。如果根据初步拟定的i、B和H值计算所得的流量等于或略大于最大流量，则说明拟定的i、B和H值合适，如果小于或大于最大流量，则应必须加大B和H值，直到满足最大流量为止。初步拟定i、B和H值后，须再拟定一系列通过设计流量时的水深值，通过试算的方式确定通过设计流量时的水深值。求得水深值后利用公式计算通过设计流量时的进口水面降落与出口水面回升值，之后在计算槽身沿程水头损失和总水头损失。若总水头损失略小于或等于允许水头损失值，则初步拟定的i、B和H值可为确定值。3.1.1水力计算由于渠道大多在一定长度具有一样的流量、底坡、断面尺寸与相近的渠槽糙率，渠符合明渠均匀流条件，故渠道横断面尺寸采用明渠均匀流公式来确定，即其中——通过渡槽的设计流量（）——槽底纵坡，本设计采用；——才系数，可用曼宁公式计算，为糙率系数，对于混凝土与钢筋混凝土槽身可取，本设计采用。槽身断面高宽比H/B影响槽身结构的纵向受力、横向稳定与进出口水流条件。对于梁式渡槽槽身起纵梁作用，采用较大的高宽比，可提高其纵向刚度，减小梁应力和跨中挠度，对受力有利，但槽身高度大，侧面受风面积大，横向风载大，对槽身横向稳定不利，且槽身高度大，侧面受风面积大，对槽身横向稳定不利；而高宽较小且槽底纵坡较大时，槽水深小，为满足设计流量水面衔接进口处槽底抬高较大，此时，当渠道通过小流量时，渡槽进口常会出现较大的壅水现象，而当通过大流量时，槽前上游渠道又可能产生较长的降水段，使渠道遭受冲刷。合理的高宽比一般应通过方案比较确定，初拟时一般可取经验值，U形断面多用0.7~0.8，本设计取H/B=0.8，试算过程与结果如表3.1所示：表3.1截面尺寸初步计算表RCRiQ4.402.201.3213.419.551.4075.580.001400.03737.984.502.251.3514.029.771.4475.870.001440.03840.424.602.301.3814.659.981.4776.170.001470.03842.784.702.351.4115.3010.201.5076.420.001500.03945.604.802.401.4415.9610.421.5376.680.001530.03947.7由表3.1可初定，槽半圆直径D=4.7m，用最接近设计流量的值计算总水头损失，用校核流量来确定截面尺寸，计算过程与结果见表3.2：表3.2截面尺寸确定计算表DRCRiQ4.702.351.1013.849.581.4475.900.001440.03839.924.702.351.1113.899.601.4575.990.001450.03840.114.702.351.1313.989.641.4575.990.001450.03840.364.702.351.3715.1110.121.4976.340.001490.03944.974.702.351.3815.1610.141.5076.420.001500.03945.184.702.351.3915.2010.161.5076.420.001500.03945.30由表3.2可确定选取圆心轴以上通过设计流量时的水深。3.1.2水头损失验算渡槽进口水流经过渐变段与连接段时的水面降落值Z，工程设计中常近似采用下列淹没宽顶堰流公式计算，即式中——渡槽设计流量（）——上游渠道流速；上游渠道水深过水断面面积，则——流速分布系数，可取；、——侧收缩系数和流速系数，可取，本设计中两者均取——重力加速度则则槽水面坡降：出口水面回升：综上所述，水流经过渡槽时的总水头损失为故符合要求。3.1.3进出口高程确定通过设计流量时，上游渠道水深，槽中水深，则有进口槽底高程式中，为进口前渠底高程；进口槽底抬高出口槽底高程出口渠底降低出口渠底高程计算的规划值大，满足要求。具体如图示3.1：图3.1渡槽水利计算图3.2U型渡槽截面其他尺寸确定由上述流量与水头损失条件，可得符合要求的槽底直径为，由此可得槽截面其它尺寸。槽壁厚度,取直线段高，考虑安全超高，则取槽顶加宽部分，取，取3.3横杆、人行便道与端肋尺寸确定横杆尺寸：高，宽，间距人行便道尺寸：厚宽，单侧扶手端肋尺寸：为改善渡槽的纵向受力状态，并便于架设安装，在槽身的支座部位应设置端肋，端肋的外形轮廓做成矩形。U型渡槽底部端肋厚，槽壳从端肋向外伸出以便设置止水，变形缝宽，端肋其余尺寸为，，，如图3.2图3.2渡槽基本尺寸示意图3.4进出口的形式选择与布置为使水流进出槽身时比较平顺，以利于减小水头损失和防止冲刷，渡槽进出口均需设置渐变段，渐变段采用扭曲面形式。渐变段和槽身之间常因各种需要再设置一节连接段。对于U形槽身，许设置连接段与渐变段末端矩形断面连接。连接段的长度常根据具体情况由布置决定。常采用以下经验公式确定渐变段长度式中——系数，进口取，本设计采用；出口取，本设计采用、——渠道与渡槽槽身水面宽度由上述公式可得：进口渠道水面宽度出口渠道水面宽度进口渐变段长，取出口渐变段长，取本设计中根据一般经验连接段长度为，进口连接段长，出口连接段长。3.5其他资料渡槽总长，由上述计算知渐变段长，连接段长，槽身总长。取每跨槽身长，共跨。渡槽的设计标准为级，故其结构安全级别为Ⅱ级，则结构重要性系数，正常运行期为持久状况，其设计状况系数，永久荷载分项系数，可变何在分项系数，结构系数。钢筋混凝土重度混凝土强度（），钢筋强度Ⅰ级，Ⅱ级，人群荷载4槽身的结构计算4.1荷载计算槽壳自重：标准值设计值拉杆重：标准值设计值人行道板重：标准值设计值扶手栏杆重：标准值设计值设计水位水重：标准值设计值校核流量水位水重：标准值设计值满槽水重：标准值设计值人群荷载：标准值设计值风压力：作用于建筑物表面的风压力W（KN/m）按下式计算式中：——风载体型系数，与建筑物体型、尺度等有关，对于排架结构取；——风压高度变化系数，本设计取;——基本风压(N/m),.其中由设计资料知。对于我国陆一般地区取，则有由以上数据可得风压力：标准值设计值4.2槽身纵向结构计算渡槽运用时，在自重与外力（如水压力、土压力、风压力以与一些其它的力）作用下，其稳定可能受到破坏，从而影响渡槽的正常工作，甚至失事。例如在风压作用下，可能沿其支撑顶部表面发生滑动或倾覆。渡槽的工作情况是不断变化的，在槽中无水受风压的工况下最易出现稳定问题，故本设计要对这种情况进行稳定验算，计算单元为一节槽身。4.2.1抗滑稳定验算稳定分析，作用于渡槽上的力尽管其类型、方向、大小各不一样，但根据它们在槽身沿支承结构顶端发生水平滑动时所起的作用看，可以归纳为两大类：一类是促使槽身滑动的力，如水平方向风压力、动水压力等，称为滑动力；另一类是维持槽身稳定、阻止渡槽滑动的力，主要是在铅直方向荷载作用下，槽身底部与支承结构顶端之间产生的摩擦力，称之为阻滑力。槽身是否会产生沿其支承结构顶端发生水平滑动，主要取决于这两种力的比值，这个比值反映了渡槽的水平抗滑稳定性，我们称之为稳定安全系数式中：——空槽时所有铅直方向作用力的总和（KN）；——所有水平方向作用力的总和（KN）；——摩擦系数，与两接触面物体的材料性质与它们的表面粗糙程度有关，本设计取0.6。——抗滑稳定安全系数，与建筑物安全级别与荷载组合情况有关，按照《公路桥涵设计规定》中取所以满足抗滑稳定性要求。4.2.2抗倾覆稳定验算槽身受风压作用可能发生倾覆，抗倾覆稳定性验算的目的是验算槽身空水受压作用下是否会绕背风面支承点发生倾覆，抗倾覆稳定的不利条件与抗滑稳定的不利条件是一致的，所以抗倾覆稳定性验算的计算条件与荷载组合与抗滑稳定性验算一样，抗倾覆稳定安全系数，本设计取式中：——铅直力到槽身支承点的距离；——空槽时基底面承受的铅直力总和；——水平力的总和；——水平力到槽身支承点的距离；,则所以满足抗倾覆稳定性要求。4.3槽身纵向结构计算U型断面槽属于薄壳结构，其纵向力计算法与跨长L同槽宽D的比值有关。但水利工程中的U型渡槽大多,属于长壳结构（本设计中），仍可按梁计算，即将其视为U型断面梁，承受由自重和满槽水重构成的均布荷载。计算单元一跨槽身。图4.1槽身纵向应力分布图4.3.1力计算跨中弯矩设计值跨端剪力设计值其中为一槽身的均布荷载则横截面的总面积形心轴到圆心轴的距离横截面对圆心轴的惯性矩代入数据求得令（以弧度计），则有故由以上数据可求得受拉区的总拉力代入数据求得4.3.2纵向配筋计算U型槽身的纵向钢筋一般按总拉力法计算，即考虑受拉区混凝土已经开裂，不能再承担拉力，形心轴以下的拉力全部由钢筋承担。由公式计算受拉钢筋总面积式中——钢筋混凝土受弯构件的强度安全系数。查《中国电力企业联合会标准化部.电力工业标准汇编.水电卷.水工》第31条（表8）得——钢筋抗拉强度设计值，选用Ⅱ级钢筋，则有选用和配筋图如下图4.2：4.3.3正截面的抗裂验算令,则换算截面的面积为：则换算截面对重心轴的惯性矩故可由上述求得最大拉应力（抗裂验算）式中——截面抵抗矩的塑性系数，查《水工钢筋混凝土结构学》得，修正后得；——混凝土抗裂设计强度；——钢筋混凝土受弯构件的抗裂安全系数。查《中国电力企业联合会标准化部.电力工业标准汇编.水电卷.水工》第8条(表1)得,第34条(表9)得.。可知满足抗裂要求。4.3.4斜截面承载力计算可将U型截面简化为T型截面,如图所示，图4.3截面尺寸如下：取，则又故截面尺寸满足受剪承载力的要求。又有故则需按计算配置腹筋。初选双肢箍筋,由于梁较高,箍筋不能太细,选用,即有.,选用Ⅰ级钢筋时,其箍筋抗拉强度.求得满足抗剪要求.满足箍筋最小配筋率要求。4.4槽身横向结构计算沿槽长取槽身按平面问题求解横向力.作用与单位长脱离体上的荷载除,两侧截面上还有与,其差值与荷载维持平衡.因结构与荷载均对称,故可取一半按图示4.4计算横向弯矩与轴力.其中以槽壳外壁受拉为正,以使槽壳受压为正.图中为槽顶荷载,为槽顶荷载对槽壳直线段顶部中心的力矩,为分布与槽壳顶部加大部分截面上的剪力,为“均匀化拉杆”的拉力,因拉杆的抗弯能力小,故一次超静定结构求解。设计时应考虑满槽水情况和非满槽水情况下的力计算公式。圆弧力计算时，一般每隔取一计算截面（即），计算和。图4.4横向力计算图4.4.1满槽水情况下的力计算（取）引入以下参数：则有据以上数据按以下步骤求解均匀化拉杆的拉力（其中为水的重度）计算形变位：代入数据得计算各弯矩系数：计算载变位：故均匀化拉杆的拉力为：由下列公式计算槽壳直线段的横向力弯矩与圆弧段的横向力，弯矩以槽壳外壁受拉为正。（——拉杆中心线至直线段计算截面的距离，以向下为正）列表计算如下：表4.1横向弯矩YM00-0.8361.296000.460.2-0.8361.296-0.0131.74042.1870.4-0.8361.296-0.1053.48083.8360.6-0.8361.296-0.3535.22125.3280.8-0.8361.296-0.8366.96166.5861.0-0.8361.296-1.6338.70207.5291.2-0.8361.296-2.82210.44248.0801.4-0.8361.296-4.48212.18288.1611.6-0.8361.296-6.69013.92327.6931.71-0.8361.2968.16714.88047.173表4.2横向弯矩0-7.707000014.8877.180-7.707-1.80320.648-12.766-15.38620.3863.346-7.707-7.09039.890-22.891-27.97325.460-0.311-7.707-15.50156.412-28.035-37.76129.839-2.752-7.707-26.46169.091-26.432-44.75033.200-3.059-7.707-39.22577.061-17.103-48.94035.312-0.601-7.707-52.92277.7790-50.33136.0334.852计算各轴力系数：由下列公式计算槽壳直线段的轴力和圆弧段的轴力。轴力以结构受压为正：代入数据则有列表计算如下：表4.3横向轴力00021.778-56.187-34.409-15.561-5.25321.036-56.187-55.965-30.061-9.42018.860-56.187-76.808-42.573-11.53715.339-56.187-94.837-52.067-10.87710.889-56.187-108.242-58.073-7.0385.637-56.187-115.662-60.12200-56.187-116.3094.4.2半槽水情况下的力计算（取）荷载：水重均布荷载槽顶荷载槽顶荷载对槽壳直线段顶部中心的力矩分布于槽顶加大部分截面上的剪力形变位已经求得求各弯矩系数计算载变位故均匀化拉杆的拉力由以下公式计算槽壳直线段的横向力弯矩与圆弧段的横向力弯矩，弯矩以槽壳外壁受拉为正。表4.4横向弯矩Y0-0.8360.87400.0380.2-0.8360.874-0.808-0.770.4-0.8360.874-1.616-1.5780.6-0.8360.874-2.424-2.3860.8-0.8360.874-3.232-3.1941.0-0.8360.874-4.040-4.0021.2-0.8360.874-4.848-4.8101.4-0.8360.874-5.656-5.6181.6-0.8360.874-6.464-6.4261.71-0.8360.874-6.908-6.870表4.5横向弯矩00.03760000-6.911-6.8740.03760.56712.450-1.236-10.371-9.452-8.0040.03762.2324.052-2.216-18.855-11.820-6.5710.03764.87634.014-2.715-25.452-13.853-3.0910.03768.32541.658-2.559-30.163-15.4131.8860.037612.34046.464-1.656-32.987-16.3947.8050.037616.64948.1030-33.924-16.72814.137由下列公式计算各轴力系数由下列公式计算槽壳直线段的轴力和圆弧段的轴力，轴力以结构受压为正。代入数据得值计算列表如下：表4.6横向轴力000-6.852-11.327-18.179-13.487-0.509-6.619-11.327-31.941-26.055-0.912-5.934-11.327-44.228-36.847-1.117-4.845-11.327-54.137-45.129-1.053-3.426-11.327-60.935-50.334-0.680-1.773-11.327-64.117-52.11000-11.327-63.4374.4.3横向配筋计算由上述计算可知，，对应的截面尺寸：；；；；。选用Ⅰ级钢筋，U形侧墙按直墙简化计算（槽壳外壁受拉），（槽壁受拉）则作用在的外侧，属大偏心受拉构件先设，对于一级钢筋查的则选配说明按所选的进行计算就不需要混凝土承担任何力了，这意味着实际上的应力不会达到屈服强度，故按计算。选取，满足要求。配筋图如下：ФФФФ图4.54.4.4横向抗裂验算查的矩形截面抵抗矩的塑性系数，修正系数为，取修正系数为，则有，换算截面的面积换算截面重心至受压边缘的距离换算截面对其重心轴的惯性矩则弹性抵抗矩一般情况下需按荷载效应的短期组合与长期组合分别验算本设计。因是粗略计算，且可变荷载很小，故只按荷载效应的长期组合进行抗裂验算。取，（混凝土抗拉强度标准值）则，满足抗裂要求。4.5拉杆结构与配筋计算4.5.1力计算图4.6计算简图荷载计算横拉杆自重：标准值设计值人行道板重：标准值设计值人群荷载：标准值设计值由公式可求得固端弯矩，其中，，代入数据得由公式可求得跨中弯矩代入数据得4.5.2配筋计算（1）按固端弯矩配筋，则作用在之外，属大偏心受拉构件。先设，对于Ⅱ级钢筋，则选配为Φ16（）故可按计算又故选取Φ16（）（2）按跨中弯矩配筋即作用在之外，同属大偏心受拉构件。设，Ⅱ级钢筋代入数据得选配Φ8.2（）代入数据得即可按计算有故可选取Φ8.2（）综上所述，按固端弯矩所配钢筋可满足拉杆两端和跨中的配筋要求。即所选钢筋为：Φ16（），同。横拉杆的配筋图如下图4.7拉杆配筋图4.6端肋结构与配筋计算为使槽身便于支撑在槽架上，常设置支撑肋，对于简支梁式槽身则为端肋。对于简支梁式U形槽，可用到槽端距离为的Ⅰ-Ⅰ截面分隔槽身（离肋中线半个到一个拉杆间距），图中L为半跨槽身长度，b为支撑肋的厚度，其余尺寸与符号意义如图所示（a）（b）(c)图4.8U形槽端肋计算图4.6.1力计算基本尺寸：排架间距；另外，槽身均布荷载一个端肋重由以上数据可求得各项荷载计算J和计算端肋顶部拉杆的轴力（以拉为正），按一次超静定求解计算端肋底横梁跨中截面的轴力（拉力为正）和弯矩（下缘受拉为正）4.6.2配筋计算知，，故按大偏心受拉计算先设，对于Ⅱ级钢筋查的选配为7Φ18（）故按计算选配为5Φ25（），配筋图如下：图4.95排架设计5.1排架尺寸的确定本设计采用单排架，拟定排架高度。排架两根立柱的中心距取决于槽身宽度，应使槽身传来的荷载的作用线与立柱中心线重合，使立柱为中心受压构件。故排架总宽为。支柱断面尺寸：长边（顺槽向），取短边（横槽向）取排架两支柱间设置横梁，以减小支柱的弯矩。横梁间距一般取，本设计取。梁高取。梁宽取。横梁由上到下等间距布置。横梁与支柱连接处常设置补角（又称承托），以改善交角处的应力状态。为支撑槽身，排架顶部伸出短悬臂梁式牛腿，悬臂长度高度，取，倾角，取。具体尺寸如图5.1图5.1单排架构造尺寸5.2荷载分布作用在排架上的荷载有水平荷载和垂直荷载，如图5.2,水平荷载本设计中仅考虑槽身与立柱上的风压力，水平压力在计算中可简化成节点力，即。图5.2排架计算简图为槽身和节点1下半柱围的风压之和，即式中——风压荷载设计值——槽身受风面积，（为槽身高，为每跨槽身长）——立柱纵向尺寸——钢架节点间距等的计算与一样垂直荷载有：=1\*GB3①槽身自重和满槽水重，=2\*GB3②作用于槽身的水平风压通过槽身支座转化为作用于支柱顶的一拉一压垂直轴向力=3\*GB3③钢架自重，计算中可化为节点力。其中（为横梁高，为立柱中心距）5.3排架横槽向结构计算根据荷载的最不利组合情况分别进行计算。本设计考虑两种工况：=1\*GB3①满槽水+侧向风压，按持久状况的基本组合考虑。=2\*GB3②空槽+侧向风压，按短暂状况的基本组合考虑。（排架立柱与横梁剪力一般不大，可不做计算）5.3.1满槽水+侧向风压的计算工况（1）水平荷载：（2）垂直荷载：（3）力计算：（主要考虑作用产生的）铅直向节点荷载只使支柱产生轴向力。水平节点荷载可分解成对称荷载和反对称荷载。对称荷载作用下，只有横梁承受的压力，其它杆件满足平衡条件。因结构对称，故在反对称荷载作用下可取一半按图5.3用“无剪力分配法”计算排架力。=1\*GB3①固端弯矩立柱AB，BC，CD，DE为剪力静定杆，由平衡方程求得剪力为：图5.3排架力计算图将杆端剪力看作杆端荷载，可求得固端弯矩如下：=2\*GB3②分配系数令则有结点A：结点B：结点C：结点D：=3\*GB3③力矩分配和传递如图5.4所示。（立柱的传递系数为-1）（4）各杆的杆端弯矩为：各柱的轴力为：图5.4计算过程图5.3.2空槽加侧向风压的计算工况在此工况下，仅垂直荷载P发生变化，其余荷载不变。即有，各杆的杆端弯矩同满槽水+侧向风压的计算工况各柱的轴力为：5.3.3立柱的配筋计算立柱按偏心受压构件进行配筋，立柱控制配筋的截面是柱顶与柱底两个截面。因为风向是变化的，可来自左右两个方向，故立柱承受正负两个方向的弯矩，应按对称配筋计算。同时要考虑纵向弯曲的影响，其计算长度取,立柱的截面尺寸：取两种计算工况中偏心距较大的柱进行配筋，即，考虑到长细比对承载力降低的影响，需修正，即乘以偏心距增大系数。，，式中——轴向力对截面重心的偏心距，当<时，取——构件的计算长度——截面高度——截面有效高度A——构建的截面面积——考虑截面应变对截面曲率的影响系数，当>1时，取——考虑构件长细比对截面曲率的影响系数，当时，取取取则（∵）则，故属于小偏心受压。由于构件破坏时的应力一般达不到屈服强度，因此为节约钢材，可按最小配筋率即构造要求配筋，，选用根据求解的公式并将代入公式：可得下列方程：联立求解得取与（当时，取），从而求解和解得与均小于零，故按最小配筋率要求配筋：故各选取即，不再需对的用量进行复核。5.3.4横梁的配筋计算横梁所受的轴力很小，在配筋计算中可忽略不计，按受弯构件考虑。横梁两端截面（正、负弯矩最大处）为控制配筋的截面，荷载组合同立柱。同样由于风压来自左右两个方向，横梁的配筋也采用对称配筋。取截面尺寸：选配箍筋的选配：箍筋间距应满足且且（其中为纵向钢筋的最小直径，为柱截面短边尺寸），即选箍筋。即在立柱与横梁中均采用的箍筋。图5.5立柱配筋图图5.6横梁配筋图5.4排架顺槽向结构计算5.4.1验算单根立柱的竖向稳定性计算工况为满槽水+人群重，考虑纵向弯曲的影响，计算简图如下图5.7荷载计算：轴向力计算长度查得稳定系数图5.7选配5.4.2施工吊装验算当一跨槽身吊装完毕而另一跨槽身尚未吊装时，立柱在顺槽向承受偏心受压作用。如图5.8所示截面尺寸需考虑纵向弯曲的影响故按实际偏心距计算取图5.8则故按大偏心受压计算故有选配配筋图如5.55.4.3排架起吊时的强度验算排架一般是放在地上预制的。排架在吊装时，一端刚离开地面，另一端还支撑在地上，此时排架受力最为不利，应对此进行验算，对于时刻采用四吊点，吊点位置一般设于立柱与横梁的交点附近，并使最不利时刻立柱所受的正负弯矩相等或接近相等，以充分发挥材料的承载力。对求出的力还应乘以动力系数1.1～1.3。本设计取1.2。计算简图如下图5.9（1）力计算（取半边钢架进行，其中均布荷载q为单根立柱重，集中荷载P为半根横梁自重）均布荷载：集中力：支座负弯矩：支座反力：对B点取矩得求得跨中x处的弯矩：=1\*GB3①令则x不符合要求。=2\*GB3②令则=3\*GB3③令则x不符合要求。则最危险截面x=4.5m截面尺寸：则选配综上所述，最终确定立柱顺槽向配筋与配筋图如下：选配图5.9立柱配筋图5.5牛腿尺寸验算（1）通常牛腿的宽度与柱的宽度一样，本设计中与排架同宽。牛腿的高度可根据裂缝的控制要求确定。一先假定牛腿高度h，然后按下式进行验算（时）式中——由荷载标准值按荷载效应短期组合计算的作用于牛腿顶部的竖向力。——由荷载标准值按荷载效应短期组合计算的作用于牛腿顶部的水平拉力。本设计中。——裂缝控制系数，对于承受静荷载作用的牛腿，取——竖向力作用点至下柱边缘的水平距离，应考虑安装偏差20mm，竖向力作用点位于下柱以时，取——牛腿宽度，取——牛腿与下柱交接处的垂直截面有效高度取，在此，，与的意义如图5.11。本设计中取。图5.10牛腿尺寸由5.1中排架尺寸的拟定可知取则即有则牛腿尺寸满足要求。（2）牛腿受力钢筋的确定按公式确定当时，取（本设计中）式中——钢筋混凝土结构的结构系数——作用在牛腿顶部的竖向力设计值——作用在牛腿顶部的水平拉力设计值选配，选配箍筋剪跨比，故应设弯起筋选配6细部构造设计6.1渡槽与两岸渠道的连接（1）槽身与填方渠道的连接。槽身与填方渠道的连接方式通常有斜坡式和挡土墙式两类。本设计采用挡土墙式，它是将边跨槽身的一端支承在重力挡土墙式边槽墩上，以保证稳定并减小沉陷，两侧用一字或八字形斜挡土墙。为了降低挡土墙背后的地下水压力，在墙身和墙背面应设置排水设施。为了防止产生过大的沉陷，渐变段和连接段下面的填土宜用砂性土填筑，并严格分层夯实，上部铺筑厚0.5～1.0m的防渗粘土铺盖以减少渗漏的影响。为了防渗，进出口建筑物的防渗长度一般应不小于渠道最大水深的3～5倍。渗径不足时，可在连接段底部与两侧设置截水齿环以增长渗径。需用渐变段防渗时，浆砌石渐变段必须砌筑密实，迎水面用水泥砂浆勾缝或浇筑5～10cm厚的混凝土护面。为保证土坡的稳定，填方渠道末端的锥体土坡不宜过陡，并采用砌石或草皮护坡，在坡脚处设排水沟以导渗和排水。（2）槽身与挖方渠道的连接。边跨槽身靠近岸坡的一端支承在地梁或高度不大的实体墩上，与渐变段用连接段连接。这种布置的连接段地板和侧墙沿水流方向基本上不承受弯矩作用，所以可采用浆砌石或混凝土建造。有时为了缩短槽身长度，可将连接段向槽身方向延长，并建造在用浆砌石砌筑的底座上。6.2渡槽的伸缩缝梁式渡槽的伸缩缝，设在各段槽身之间。槽身与进出口建筑物之间与各节槽身之间必须用变形缝分开，缝宽3～5cm。变形缝必须既能适应变形又能防止渗漏的柔性材料封堵。特别是槽身与进出口建筑物之间的接缝止水必须严密可靠。否则，不仅会造成大量漏水，还可能促使岸坡滑塌影响渡槽安全，在设计和施工时应给予足够的重视。渡槽槽身接缝止水所用的材料和构造型式多种多样。本设计中采用粘合式止水。如图6.1图6.16.3支座支座是连接渡槽上部结构和下部结构的重要部件，其作用是将上部结构的荷载传递给槽架，为此要求支座必须有足够的承载力，同时支座应能自由变形，能适应槽身因温度变化、混凝土收缩徐变与荷载作用而引起的位移，使结构实际受力情况与计算图相符合。本设计采用切线钢板支座。支座的上下座板分别采用厚的钢板，并将下座板顶面刨成弧面，成为切线式支座。如图6.21—槽身2—锚栓3—上坐板4—垫板5—下座板6—齿板7—槽架