渡槽畢業(yè)設計學術參考

1、緒論一、渡槽的作用及發(fā)展渡槽是輸送渠道水流跨越河渠、道路、山?jīng)_、谷口等的架空輸水建筑物，是渠系建筑物中應用最廣的交叉建筑物之一，除用于輸送渠水進行農(nóng)田灌溉、城鎮(zhèn)生活用水、工業(yè)用水、跨流域調(diào)水外，還可供排洪和導流之用。當挖方渠道與沖溝相交時，為排泄沖溝來水和泥沙，不使山洪及泥沙進入渠道，可在渠道上面修建排洪渡槽。在流量較小的河流上修建閘、壩需用上下游圍堰攔斷河道時，可在基坑上面架設導流渡槽，使上游來水通過渡槽泄向下游。渡槽在中國已有悠久的歷史。古代，人們鑿木為槽用以引水，即為最古老的渡槽。據(jù)水經(jīng)注疏：長安城昆明“故渠又東而北屈，逕青門外，于穴水枝渠會。渠上承穴水于章門西。飛渠引水入城。東為倉池，

2、池在未央宮西?！薄帮w渠”即為渡槽，建于西漢，距今約2000年。又距中國水利史稿上冊考證，水經(jīng)沮水注中所述的鄭國渠“絕冶谷水”、“絕清水”中的“絕”就是指一種原始形態(tài)的渡槽。則渡槽見諸歷史記載者就比長安城的飛渠更早，這說明渡槽在中國已有2000年以上的歷史。20世紀50年代初期，我國新建渡槽多為木、石結(jié)構。木渡槽因木材是寶貴且維修費用大、壽命不長，故除少數(shù)用做臨時性引水外，已不再采用。石拱渡槽是就地取材的建筑工程，由于石料的開采、加工和砌筑常為手工操作，需用大量勞力，但可節(jié)約水泥、鋼材，且施工技術易為群眾掌握，因而知道20世紀70 年代，在不少灌區(qū)的渡槽工程中石拱渡槽仍占有相當大的比重。至于墩臺

3、結(jié)構，采用石料砌筑者就更為普遍。20世紀50年代中后期，隨著經(jīng)濟建設的發(fā)展，采用鋼筋混凝土渡槽日漸增多，施工方法以現(xiàn)場澆筑為主。1995年，黑龍江省首先采用了裝配式渡槽，裝配式渡槽較現(xiàn)場澆筑可節(jié)省大量木材和勞力、顯著降低工程造價、加快施工進度，并便于施工管理和提高工程質(zhì)量，因而到20世紀60年代初期以后，在許多省區(qū)逐漸得到推廣，其中以廣東省發(fā)展最為迅速。廣東省湛江地區(qū)除在建筑物型式及預制分塊構件的造型等方面不斷有所創(chuàng)新外，并在研究國外單向曲率殼槽的基礎上，提出了u形薄殼槽身的結(jié)構型式及其計算方法。此外，我國南方地區(qū)還建了一些鋼絲網(wǎng)水泥u形薄殼渡槽，但這種結(jié)構不耐久，已較少采用。20世紀60年代

4、后期至70年代中期，在鋼材、水泥供應較困難的條件下，渡槽工程中出現(xiàn)了各種類型的少筋，無筋混凝土結(jié)構，如三鉸片拱式、馬鞍式、拱管式、雙曲拱式渡槽等，這些型式由于存在一些缺點，現(xiàn)已很少采用，但確代表了渡槽結(jié)構型式發(fā)展的一個階段。珩架拱式渡槽也是這一階段發(fā)展起來的，山東省吸取橋梁工程中這一型式的特點，提出并自20世紀70年代初期開始在山東興建珩架拱渡槽。山東是我國修建珩架拱渡槽數(shù)量最多、類型最齊全的省份。從20世紀70年代中期至80年代的這一階段，水利事業(yè)發(fā)展中有幾項工作與渡槽型式的變化發(fā)展密切相關：一是水利工作集中抓了渠系配套工程建設，以充分發(fā)揮水利工程效益；二是大型灌區(qū)建設有了進一步發(fā)展；三是相

5、繼興建了一些跨流域、跨省的調(diào)水工程，如引灤入津、引大入秦等。這些工作使這一時期興建的渡槽的輸水流量，有過去的幾個、十幾個立方米每秒發(fā)展到幾十個甚至上百個立方米每秒，從而促進了渡槽結(jié)構型式的改進與創(chuàng)新。20世紀90年代以來，隨著計算機技術地迅猛發(fā)展，利用電子計算機及先進設計理論進行了各種流量、各種跨度渡槽結(jié)構型式的研究，以及結(jié)構型式優(yōu)選的研究，使得渡槽設計更趨先進合理。各種新材料、新技術也不斷應用于渡槽工程。例如，1990年在湖南省鐵山灌區(qū)建成地由桁（剛）架拱發(fā)展而來地第一座拱梁組合式渡槽涼清渡槽，設計流量19.5立方米每秒，校核流量21.54立方米每秒，槽身全長75.2米，由一跨50.4米地拱

6、梁組合式結(jié)構和兩端個一跨12.4米地簡支結(jié)構組成，槽身采用半圓薄殼斷面，內(nèi)徑為5.52米，直段高0.39米,槽壁厚13cm,拱肋采用二次拋物線形等界面雙鉸折線拱，矢跨比1/5.6，截面尺寸0.5m×1.0m。又如廣東省東江深圳供水改造工程，是香港、深圳以及工程沿線東菀城鎮(zhèn)提供飲水及農(nóng)田灌溉用水地跨流域大型調(diào)水工程，該工程中的樟洋渡槽設計流量q=90立方米每秒，采用預應力混凝土u形槽身，縱、橫兩個方向施加預應力，槽壁厚僅30cm，一節(jié)槽身跨度達到24m，同時，又將橋梁工程地先進施工技術移動模架施工法用于渡槽施工，取得了良好地經(jīng)濟效益和社會效益。特別需要指出的是，改革開放以來，隨著經(jīng)濟及

7、社會的發(fā)展，城市生活用水以及工業(yè)用水比重增長很快，中國地供水矛盾已集中到城市，主要用于發(fā)展城市、發(fā)展工業(yè)及保護環(huán)境，農(nóng)業(yè)用水的重點轉(zhuǎn)為節(jié)水灌溉和提高用水效率。為了解決我國水資源分布與供水需求不完全相適應地問題，需要對水資源做重新分配，由此南水北調(diào)工程列入了國家計劃。在南水北調(diào)中線總干渠上，規(guī)劃修建大型渡槽49座，大部分渡槽設計流量在300立方米每秒以上。目前世界上已建成地最大渡槽為印度戈麥蒂（gomti）渡槽，是薩爾達薩哈亞克調(diào)水工程總干渠跨越戈麥蒂河地大型交叉工程，槽身段長381.6m，設計流量357立方米每秒，過水槽寬12.8m，槽高7.45m，槽中水深6.7m，下部支承結(jié)構為空心槽墩和沉

8、井基礎。由于南水北調(diào)中線工程總干渠為自流輸水，水頭緊張，可以分配給各座渡槽的水頭損失較小，因而槽身斷面很大，不少渡槽水面總寬在25m以上，水深大于5m，其規(guī)模大大超過戈麥蒂渡槽水荷載特別巨大，槽身每延米荷載（不包括自重）可為鐵路荷載地的十幾乃至二三十倍。對于如此大型地渡槽，在確定安全的前提下，如何使工程達到經(jīng)濟合理，必然給規(guī)劃、設計、施工帶來了一系列需要研究解決的問題?？梢灶A見，隨著南水北調(diào)工程地實施，渡槽這一建筑物在結(jié)構型式、設計理論、新材料運用以及施工技術等方面，將會有一個更新更大的發(fā)展。二、渡槽的組成及類型渡槽是由槽身、支承結(jié)構、及進出口建筑物等部分組成。槽身擱置于支承結(jié)構上，槽身重及槽

9、中水重通過支承結(jié)構傳給基礎，再傳至地基。渡槽的類型，一般是指輸水槽身及其支承結(jié)構地類型。槽身及支承結(jié)構地類型各種各樣，所用材料又有不同，施工方法也各異，因而分類方法就甚多。按施工方法分，由現(xiàn)澆整體式、預制裝配式及預應力渡槽等。按所用材料分，有木渡槽、磚石渡槽、混凝土渡槽及鋼筋混凝土渡槽等。按槽身斷面形式分，有矩形槽u形槽、梯形槽、橢圓形槽及圓管形等，渡槽工程中常用地是前兩種。按支承結(jié)構型式分，則有梁式、拱式、桁架式、組合式以及斜拉式等。以上分類方法甚多，但能反映渡槽地結(jié)構特點、受力狀態(tài)、荷載傳遞方式和結(jié)構計算方法區(qū)別地則是按支承結(jié)構型式分類。（一）梁式渡槽。梁式渡槽的支承結(jié)構是重力墩或排架。槽

10、身擱置于墩（架）頂部，既起輸水作用，又是承受荷載而起縱梁作用地結(jié)構，在豎向荷載作用下產(chǎn)生彎曲變形，支承點只產(chǎn)生豎向反力。按支承點數(shù)目及布置位置地不同，又分為簡支、雙懸臂、單懸臂及連續(xù)梁四種型式。梁式渡槽的主要優(yōu)點是設計簡易、施工方便，是采用最為普遍的形式。（二）拱式渡槽。拱是一種軸線為曲線或折線形、在豎向荷載作用下拱腳產(chǎn)生水平推力的結(jié)構，條件是拱腳需有水平約束。如果拱腳無水平約束，在鉛直荷載作用下只產(chǎn)生豎向反力的拱形結(jié)構，只能稱為曲梁。拱式渡槽與梁式渡槽不同之處，是在槽身與墩臺之間增設了主拱圈和拱上結(jié)構。拱上結(jié)構將上部荷載傳給主拱圈，主拱圈再將傳來地拱上鉛直荷載傳給墩臺以水平推力。主拱圈是拱式

11、渡槽的主要承重結(jié)構，以承受軸向壓力為主，拱內(nèi)彎矩較小，因此可用抗壓強度較高地虧工材料建造，跨度可以較大（可達百米以上），這是拱式渡槽區(qū)別于梁式渡槽地主要特點。由于主拱圈將對支座產(chǎn)生強大 水平推力，對于跨度較大的拱式渡槽一般要求建于巖基上。主拱圈有不同的結(jié)構形式，如板拱、肋拱、箱形拱和折線拱等。可以設有不同鉸數(shù)，如雙鉸拱和三鉸拱，也可做成無鉸拱。并且，拱上結(jié)構又有實腹與空腹之分。因此，拱式渡槽還可分為不同類型。（三）桁架式渡槽。又分為桁架式和梁型桁架式。前者是用橫向聯(lián)系（橫系梁、橫隔板及剪刀撐等）將數(shù)榀桁架拱片連接而成整體結(jié)構。桁架拱片是主要的承重結(jié)構，其下弦桿或上弦桿作成拱形，既是拱形結(jié)構又具

12、有桁架的特點。槽身底版和側(cè)墻板可采用預制混凝土或鋼絲網(wǎng)混凝土微彎板組裝然后填平,而成為矩形斷面，有的也采用預制的矩形、u形整體結(jié)構。按槽身在桁架拱上位置的不同，桁架拱式渡槽可分為上承式、中承式、下承式和復拱式四種型式，按復桿的布置型式則有斜桿式桁架拱和豎桿式桁架拱（只有豎桿無斜桿）。拱形弦桿與墩臺的連接氛圍有鉸和無鉸兩種，無鉸拱要求較好的地基，實際工程中多采用兩鉸拱。桁架拱渡槽一般用鋼筋混凝土建造，整體結(jié)構剛性大，能充分發(fā)揮材料力學性能；結(jié)構輕巧，水平推力小，對墩臺變位的適應性也較好，因而對地基的要求較拱式渡槽低。梁型桁架是指在鉛直荷載作用下支承點只產(chǎn)生豎向反力的桁架，起作用與梁相同。梁型桁架

13、有簡支和雙懸臂兩種類型。按弦桿的外形分，有平行弦桁架、折線或曲線桁架、三角形桁架等。梁型桁架式渡槽的跨度較梁式渡槽為大，一般不小于20米，宜在中等跨越條件下采用。梁式和拱式渡槽是兩種最基本的型式，桁架式渡槽應用最廣。教-學1 基本資料1.1 引洮工程概況引洮工程是以解決城鄉(xiāng)生活供水及工業(yè)供水、生態(tài)環(huán)境用水為主，兼有農(nóng)業(yè)灌溉、發(fā)電、防洪、養(yǎng)殖等綜合利用的建設項目，從而實現(xiàn)水資源的優(yōu)化調(diào)度，從根本上緩解該地區(qū)水資源匱乏的問題。引洮工程供水范圍西至洮河、東至葫蘆河、南至渭河、北至黃河，受益區(qū)總面積為1.97萬km，涉及甘肅省蘭州、定西、白銀、平?jīng)?、天?個市轄屬的榆中、渭源、臨洮、安定、隴西、通渭、

14、會寧、靜寧、武山、甘谷、秦安等11個國家扶貧重點縣（區(qū)），155個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，總?cè)丝诩s300萬人。引洮工程由九甸峽水利樞紐及供水工程兩部分組成，計劃分兩期建設，一期工程建設內(nèi)容包括九甸峽水利樞紐及引洮供水一期工程。九甸峽水利樞紐是引洮供水工程自流引水的龍頭工程，樞紐主要建筑物包括鋼筋混凝土面板堆石壩、左岸1、2溢流洞、右岸泄洪洞、右岸引水發(fā)電洞、供水工程總干渠進水口等?；炷撩姘宥咽瘔卧O計壩頂高程2206.5m，最大壩高136.5m，水庫總庫容9.43億m，電站裝機容量3×100mw，年平均發(fā)電量10億kwh。引洮供水工程以洮河九甸峽水利樞紐工程為水源，總干渠設計引水流量32 m/s，加大

15、引水流量36 m/s，年調(diào)水總量5.5億m。一期工程年調(diào)水量2.19億m，配置非農(nóng)業(yè)用水1.53億m，約占總外調(diào)水量的70%；農(nóng)業(yè)用水0.66億m，約占總水量30%。由110.48km的總干渠、3條總長146.18km的干渠、20條總長238.18km的灌溉支（分支）渠、兩條總長47.02km的縣城以上城市供水專用管線、10條總長66.26km的鄉(xiāng)鎮(zhèn)專用供水管線等構成覆蓋全供水區(qū)的輸供水渠（管）網(wǎng)體系。受益區(qū)為定西、蘭州、白銀三個市轄的安定、隴西、渭源、臨洮、榆中、會寧六個縣區(qū)39個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，人口91.41萬人，發(fā)展高新農(nóng)業(yè)灌溉面積19萬畝。引洮供水工程屬大型跨流域自流引水工程，工程線路長，跨地域

16、范圍大，穿越流域多，供水區(qū)分散，工程地質(zhì)條件復雜?？偢汕跃诺閸{水利樞紐大壩上游洮河右岸取水，以隧洞、暗渠、渡槽形式依次穿越九甸山、宗石山、馱子山、尖山、漫壩河、東峪溝、新寨、秦祁河、高峰進入主要灌區(qū)及供水區(qū)，之后以明渠、渡槽、短隧洞形式沿內(nèi)官盆地南緣山腳向東行進，過香泉、吳家川、馬蓮溝、大營梁至馬河鎮(zhèn)結(jié)束?？偢汕こ桃运矶礊橹饕ㄖ?，初步設計階段布置隧洞15座92.97km，占全長的84.2%，其中3、6、7、9隧洞的長度分別為13152m、15100m、17190m、18245m，大于10km的隧洞占總干渠長度的57.6%。一干渠渠線自總干渠陽陰峽分水，沿內(nèi)官盆地南緣北側(cè)偏西方向前行，經(jīng)

17、店子街、稱溝至宛川河流域高崖水庫下游。二干渠自總干渠陽陰峽分水，渠線向北穿過內(nèi)官盆地，然后沿關川河支流西河左岸下行梁家莊止，與安定區(qū)已建成的西河渠、中河渠相接，經(jīng)定西市區(qū)以及巉口，沿關川河而下達會寧縣境內(nèi)的頭寨子。三干渠自總干渠馬河鎮(zhèn)分水，渠線沿大咸河左岸山坡腳與隴海鐵路平行向南下行，經(jīng)通安、云田，在小金家門入渭豐渠。隴西專用供水管線自總干渠7隧洞出口分水，沿秦祁河右岸山腳向下游前行，至張家堡后跨秦祁河，在左岸經(jīng)北寨鎮(zhèn)后下行至關門村，再次跨過秦祁河后在右岸行至隴西雙泉鎮(zhèn)結(jié)束，供水管線采用重力流輸水，為dn1000的玻璃鋼夾砂管。定西市專用供水管線自總干渠陽陰峽分水，沿正北方向前行，經(jīng)內(nèi)官營鎮(zhèn)后

18、沿內(nèi)官定西公路至祈家莊后，沿西河右岸順水流方向至李家咀與定西現(xiàn)有水廠銜接，直接向水廠供水，供水管線采用重力流輸水，為dn800的玻璃鋼夾砂管。引洮供水一期工程共布置各類建筑物2393座，其中總干渠138座，干渠536座，支渠工程1719座。13#渡槽是是引洮工程中連接5#隧洞和6#隧洞的重要連接建筑物。引洮供水一期工程總投資36.98億元，國家定額補助19.7億元，甘肅省配套資金17.28億元，工程建設工期為六年。1.2 13#渡槽基本資料1.2.1 13#渡槽的基本設計資料渡槽的設計流量為32，加大流量為36；渡槽的設計縱坡為；渡槽上游由2#退水閘及漸變段連接5#隧洞和13#渡槽，渡槽下游由

19、漸變段連接6#隧洞和13#渡槽,5#、6#隧洞縱坡均為1/1300，渡槽每跨10m，共5跨，全長50m。按照gb5028899灌溉與排水工程設計規(guī)范，確定該渡槽的工程級別為3級。1.2.2 13#渡槽的地形資料溝頂寬約50m，溝深約8米。屬狹長v型斷面。無常年流水，溝內(nèi)種植有經(jīng)濟作物。耕作深度為1.0m。1.2.3 13#渡槽的地質(zhì)資料渡槽地基上部為中重粉質(zhì)壤土（plq13），厚度為22m，下部為第三系泥質(zhì)粉砂巖（n2l）。中重粉質(zhì)壤土的天然密度為1.97g/cm3，干密度為1.66 g/cm3，比重2.70；含水量為18.6%；原狀壓縮系數(shù)為a2=0.13mpa；濕陷系數(shù)1.13%；屬于中壓

20、縮非自重濕陷性土層。原狀抗剪強度c=40.6kpa、=29.7o。壓縮模量為35mpa允許承載力為r=0.250.30mpa。1.2.4 13#渡槽的建筑材料及安全系數(shù)資料該工程主要的建筑材料為水泥、混凝土、鋼筋等?；炷林囟萺c25kn / m3，混凝土其他特性性能指標見表11。采用和級鋼筋，級鋼筋強度設計值fy=fy=210n/mm2。強度模量es2.1×105n/ mm2, 級鋼筋強度設計值fy=fy=300n/mm2,強度模量es2.0×105n/mm2。鋼筋混凝土重度r25kn/ m3。構件裂縫寬度允許值， flim0.30mm。構件撓度允許值，當lo10m時撓度

21、限值為lo/400，當lo10m時撓度限值為lo/500。表1-1 混凝土特性指標：（單位n/ mm2）混凝土強度等級軸心抗壓軸心抗拉彈性模量ec標準值fck設計值fc標準值fck設計值fcc2013.49.61.541.102.55×104c2516.711.91.781.272.8×104漿砌采用m15砂漿砌塊石。1.2.5 工程回填土及地基力學特性根據(jù)有關實驗報告結(jié)果rc16kn / m3；20.8。；c23kpa，修正后地基承載力特性值fa=290kpa?；A與地基摩擦系數(shù)f0.35，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)k1.5。根據(jù)水利水電工程等級劃分及洪水標準規(guī)定以及灌區(qū)規(guī)劃要求，

22、確定該渡槽為三級永久建筑物，結(jié)構安全級別為級，結(jié)構重要性系數(shù)為r01，短暫設計狀況系數(shù)1.0，偶然狀況系數(shù)0.85，鋼筋混凝土結(jié)構系數(shù)rd1.2。1.2.6荷載、氣象及施工條件其他荷載：人群荷載：3.0kn/ m2(人行橋上的活荷載)基本荷載：0.36kn/ m2(風壓)氣象：最高日平均氣溫30，最低日平均氣溫0，不考慮凍土深度。施工條件：采用裝載式鋼筋混凝土渡槽，預制吊裝。2 渡槽總體布置渡槽總體布置的主要內(nèi)容包括槽址選擇、形式選擇、進出口布置、基礎布置。渡槽總體布置基本要求： 1、流量、水位滿足灌區(qū)要求;2、槽身長度短，基礎、岸坡穩(wěn)定，結(jié)構選型合理；進出口順直通暢，避免填方接頭；少占農(nóng)田、

23、交通方便、就地取材等。2.1 槽址選擇注意問題：1、槽身長度短、基礎低，降低工程造價。2、軸線短、順直、進出口避免急轉(zhuǎn)彎，布置在挖方處。3、渡槽軸線盡量和河道正交。4、少占耕地、少拆民房。在選擇槽址時，除應滿足以上總體布置的要求外，還應考慮槽址附近是否有寬敞、平坦的施工場地，同時應滿足槽下的交通要求。綜合考慮各方面因素，在平面圖上確定槽址位置，畫出該斷面圖。 2.2 結(jié)構選型2.2.1 槽身的選擇槽身的橫斷面型式有矩、u形、圓形和拋物線形，其中常用的是矩形和u形。本設計中q設32m3/s，屬中小流量。渡槽長度為中型渡槽。矩形渡槽具有抗凍、耐久性好的特點，施工方便，故選用矩形渡槽?？稍O拉桿以減少

24、側(cè)墻厚度。2.2.2支承選擇該渡槽地址處溝深約8米，跨度約為50m，宜用梁式渡槽。綜合分析：選用簡式梁型式，雖彎距較大，但施工方便。2.3平面總體布置本設計布置等跨間距為10m的單排架共5跨，矩形渡槽采用簡支。上游漸變段4m與6m泄水閘相連，泄水閘再與5#隧洞相連；下有漸變段4m與6#隧洞相連。槽上根據(jù)交通要求設人行橋，凈寬0.85m。3 水力計算由于該渡槽由于進出口高程及槽身縱坡i已經(jīng)確定，水力計算時只要確定槽身的凈寬b和凈高h即可，而不必計算水頭損失來確定凈出口高程和槽身縱坡i。計算公式該渡槽的槽身l大于15倍的渡槽進口漸變段前上游水深h1(即l>15h1)，故采用采用明渠均勻流公式

25、計算。式中：q為渡槽的過水流量；a槽身的過水斷面面積（m2）；r為水力半徑（m）；i為渡槽底比降；n為槽身糙率，鋼筋混凝土槽身可取n=0.0130.015，砌石槽身可取0.017。計算槽身凈寬b和加大水深：根據(jù)通過加大流量qm槽中為滿水情況擬定b和h值。從過水能力看，應按水利最佳斷面的條件來選擇深寬比（矩形槽身水力最佳斷面的深寬比h/b=0.5），但梁式渡身的深寬比選得大些有利于加大槽身的縱向剛度，因此一般多采用深寬比大于0.5的窄式斷面，矩形槽身常采用的深寬比h/b=0.60.8。經(jīng)過綜合分析采用深寬比為h/b=0.7。把加大流量qm=36m3/s帶入計算可求的=2.95m，b=4.2m計算

26、設計水深h設：已知b=4.2m，q=32m3/s聯(lián)立以上式子解得h設=2.70m安全加高h計算：考慮到槽中水面可能產(chǎn)生波動的原因，為了保證渡槽有足夠的過水能力，槽身頂部在水面以上應有一定的超高。超高應滿足以下要求：當槽身通過設計流量時，矩形斷面槽壁頂部超高不小于槽內(nèi)水深的1/12再加5cm，即 h1=h設/12+5=27.5cm；當槽身通過加大流量時，槽中水面與槽身頂部（對無拉桿槽身）或拉桿底面（對有拉桿槽身）的高差不應小于510cm，取h2=10cm。h=h設+h1=270+27.5=297.5cmh=h加+h2=295+10=305cm取兩者最大值，故取h=3.05m（不計拉桿的高度），b

27、=4.2m。4 槽身設計4.1 槽身斷面尺寸擬定根據(jù)前面計算結(jié)果，槽內(nèi)凈寬b=4.2m,高h=3.2m（拉桿高0.15m），其他尺寸按下面計算確定。該渡槽無通航要求，槽頂設拉桿有利于減小側(cè)墻的厚度，間距取s=2m；側(cè)墻厚度t按經(jīng)驗數(shù)據(jù)確定t/h=1/121/16確定，h為側(cè)墻高度3.2m，t=（1/121/16）h=(0.20.267)m,為了減小側(cè)墻的重量取側(cè)墻頂部厚度t1=0.2m側(cè)墻底部取t2=0.30m；底板厚度取跨度的（1/121/35），t=（1/121/35）b=(.350.12)，但為了滿足抗裂要求取底板厚度t3=0.40m；渡槽要滿足行人要求，故在側(cè)墻外側(cè)設置人行板，板寬取b

28、=0.85m，板外側(cè)厚度t4=0.1m，板內(nèi)側(cè)厚度t5=0.125m；為了減小底板的拉應力，槽身底板高于側(cè)墻底緣0.1m；側(cè)墻和底板連接處設角度為45o的貼角邊長取30cm以減小轉(zhuǎn)角處的應力集中。槽身的斷面圖如圖4-1 所示。圖4-1槽身橫斷面圖（單位：mm）4.2 槽身橫向結(jié)構計算 帶拉桿的矩形斷面槽身橫向計算也括側(cè)墻和底板兩部分。側(cè)墻于底板連接處為剛性連接，側(cè)墻頂部與橫桿的連接近似按鉸接考慮。考慮到槽頂人群荷載產(chǎn)生的彎矩對側(cè)墻及底板最大彎矩影響很?。ㄐ∮?%），計算可近似忽略不計。圖4-2橫斷面計算簡圖（單位：mm）4.2.1側(cè)墻計算（1）內(nèi)力計算側(cè)墻各截面彎矩按彎矩分配法推算的下列公式計

29、算：，式中：（彎矩符號以使側(cè)墻內(nèi)側(cè)受拉為正）my距墻頂距離為y的截面彎矩，kn.m；ma側(cè)墻底部彎矩，kn.m；側(cè)向水壓力作用的固端彎矩，滿槽水(h=h)時，kn.m；y截面距墻頂距離，m;h槽內(nèi)設計水深，m；h墻頂凈高（底板頂面至墻頂高），m;t1側(cè)墻平均厚，m；t2底板厚，m；i1側(cè)墻截面慣性矩，m4；i2底板截面慣性矩，m4；q水荷載與底板自重之和kn/m2；r水水的重度，采用r水=10kn/m2；r自鋼筋混泥土的重度，采用r自=25kn/m2；u分配系數(shù)；計算：設計水深時：槽身自重為不變荷載，荷載分項系數(shù)為1.05；水重為可變荷載，荷載分項系數(shù)為1.20。滿槽水深：槽身自重為不變荷載，

30、荷載分項系數(shù)為1.05；水重為可控可變荷載，荷載分項系數(shù)為1.10。表4-1側(cè)墻各截面彎矩計算結(jié)果（單位：彎矩kn·m，長度m）0.81.62.43.2設計水深標準值-0.4301.26810.00630.905設計值0.0362.20111.40532.770滿槽水深標準值-2.879-1.11710.40536.807設計值-2.5220.40311.47538.234（2）配筋計算按一般受彎構件計算，由表4-1可知最不利荷載組合為滿槽水深情況。側(cè)墻外側(cè)：側(cè)墻外側(cè)存在最大彎矩m=2.522 kn·m（y=0.8m），按單筋進行配筋計算。采用c25混凝土，fc11.9n/

31、mm2，級鋼筋，m=2.522kn·m，h=225mm，b=1000mm，k=1.2， ，故按最小配筋率配筋，選b10250，實際面積。側(cè)墻內(nèi)側(cè):側(cè)墻內(nèi)側(cè)存在最大彎矩m=2.522 kn·m（y=0.8m），按雙筋進行配筋計算。采用c25混凝土，fc11.9n/mm2，級鋼筋，。m=38.234kn·m，h=300mm，b=1000mm，k=1.2， 受壓鋼筋應力達不到抗壓強度，故按下式受拉鋼筋截面面積。，故按最小配筋率配筋，選b10120，實際面積。（3）抗裂驗算側(cè)墻按受彎構件進行抗裂驗算，可選擇彎距最大的斷面進行計算。彎矩最大值出現(xiàn)在側(cè)墻底部mk=36.807

32、kn.m，按標準荷載計算，考慮鋼筋作用。驗算基本公式如下：rm受彎構件的塑性影響系數(shù)；rm1.55，因0.7300/h =0.7+300/1500>1.1,故rm1.55×1.11.71。act拉應力限制系數(shù)，取0.85a0換算截面面積，a0=ac+aeasftk混凝土軸心受拉強度標準值，c25標準值為1.78n/mm2w0換算截面對受拉邊緣的彈性地抗拒。, 故滿足抗裂要求4.2.2 底板計算（1） 內(nèi)力計算底板各截面彎矩及軸向力按下列公式計算：式中：mx為距底板左端墻底中心距離為x的截面彎矩，kn.m;x為截面距底板左端墻底中心的距離，m；na為底板軸向拉力，kn；彎矩符號以

33、使底板內(nèi)側(cè)受拉為正；軸向力以拉力為正；其余符號意義同前；表4-2底板各截面彎矩計算結(jié)果（單位：彎矩kn.m,長度m）0.150.5561.1131.6692.225設計水深標準值18.972-9.165-37.785-54.958-60.682設計值19.757-10.927-42.139-60.866-67.109滿槽水深標準值23.504-7.864-39.773-58.918-65.299設計值24.105-9.213-43.103-64.437-70.216表4-3底板彎矩最大值及軸力計算結(jié)果（單位：彎矩kn.m,軸力kn）mmaxna設計水深標準值-60.68235.856設計值-6

34、7.10936.439滿槽水深標準值-65.29944.436設計值-70.21644.882（2） 配筋計算底板按拉彎構件進行配筋計算，計算控制截面為端部截面及跨中截面，端部截面控制最大正彎矩控制控制底板上層鋼筋布置，跨中截面最大負彎矩控制底板下層鋼筋布置。若槽身較寬，還應進行1/4截面計算，以使底板的鋼筋布置更加經(jīng)濟合理。此處，由于槽身寬度較小，故選取端部截面及跨中截面為控制截面，最不利荷載組合為滿槽水深。端部截面（x=0.15m）：采用c25混凝土，fc11.9n/mm2，級鋼筋，fy=fy=300n/mm2。m=24.105kn·m，n=44.882kn，h=400mm，b=

35、1000mm，k=1.2， 故按大偏心受拉構件配筋：基本公式為： 計算表明不需要配筋，但仍應按構造要求配筋。min=0.2%， as min0.002×1000×370740（mm2)，鋼筋取b12150 ， ；說明按所選進行計算就不需要混凝土承擔任何內(nèi)力了，這就意味著實際上的應力不會達到屈服強度，故按計算。mm2>=373.3mm2，故按最小配筋率配筋，選b，實際面積mm2?？缰薪孛妫翰捎胏25混凝土，fc11.9n/mm2，級鋼筋，fy=fy=300n/mm2。m=70.216kn·m，n=44.882kn，h=400mm，b=1000mm，k=1.2，

36、30mm 。 故按大偏心受拉構件配筋：基本公式為： 計算表明不需要配筋，但仍應按構造要求配筋。 min=0.20%，as min0.002×1000×370740 mm2，鋼筋取b12150 as=754 ； 說明按所選進行計算就不需要混凝土承擔任何內(nèi)力了，這就意味著實際上的應力不會達到屈服強度，故按計算。 mm2<=915.829mm2，故按最小配筋率配筋，選b，實際面積mm2。（3） 抗裂驗算底板按拉彎構件進行抗裂驗算，由于底板全截面配筋相同，故選擇彎距最大的斷面進行計算。彎矩最大值出現(xiàn)在側(cè)墻底部mk=65.299kn.m，nk=44.436。按標準荷載計算，考慮

37、鋼筋作用。驗算基本公式如下：式中rm受彎構件的塑性影響系數(shù)；rm1.55，因0.7300/h =0.7+300/400>1.1,故rm1.55×1.11.71為偏心受拉構件的截面抵抗距塑性系數(shù)，1.660act拉應力限制系數(shù)，取0.85。a0換算截面面積，a0=ac+aeasftk混凝土軸心受拉強度標準值，c25標準值為1.78/mm2w0換算截面對受拉邊緣的彈性地抗拒a0=0.4133m2，i0=0.00572m4，y0=0.201mm3故滿足抗裂要求4.2.3 橫桿計算由于橫截面計算簡圖4-2可知橫桿相單于二力桿，所以配筋計算按軸向拉力計算。（1） 內(nèi)力計算橫桿軸向力按下式

38、計算：式中：n為橫桿軸力，以拉力為正，kn；s為橫桿間距，m；其余符號同前；表4-4橫桿軸力計算結(jié)果（單位：軸力kn）n設計水深標準值1.188設計值0.022滿槽水深標準值8.785設計值7.893（2） 配筋計算由于橫截面計算簡圖4-2可知橫桿相單于二力桿，所以配筋計算按軸向拉力計算。橫桿最不利荷載組合為滿槽水深情況。用c25混凝土，fc11.9n/mm2，級鋼筋，fy=fy=300n/mm2。m=0kn·m，nk=7.893， h=150mm，b=100mm，k=1.2，故按最小配筋率配筋，選2b8,，實際面積。由于剪力較小，按計算不需配箍筋，故按構造配箍筋a6200，。（3）

39、 裂縫驗算由于拉桿在水上環(huán)境，可以不進行抗裂驗算但須進行裂縫驗算。裂縫驗算基本公式： 式中： （當<0.3時，取0.3）為受拉鋼筋有效概率 。有效受壓混凝土截面面積為受拉鋼筋重心至受拉邊緣的距離。 考慮構件受力特征和荷載長期作用的綜合影響系數(shù)，偏心受拉構件取2.4。受拉鋼筋的應力c最外層受拉鋼筋外邊緣至受拉底邊的距離。 d受拉鋼筋直徑，mm。 故裂縫寬度滿足要求。4.3 槽身縱向結(jié)構計算 4.3.1 荷載計算人群荷載： 槽身自重：設計水重： 滿槽水重：槽身自重為不變荷載，荷載分項系數(shù)為1.05；滿槽水重為可控可變荷載，載項系數(shù)為1.10設計水重和人群荷載為可變荷載，荷載分項系數(shù)為1.20

40、。荷載組合： 經(jīng)比較可知，最不利荷載組合為滿槽水深情況。4.3.2 內(nèi)力計算縱向計算中得荷載一般按均布荷載考慮，它包括槽身重、槽中的水重及人群荷載、人行板荷載等。計算簡圖如圖43所示。43 槽身縱向計算簡圖計算跨度計算：簡支梁 式中： ln梁的經(jīng)跨度，ln=9.1 m； a梁的支撐長度 ，a=0.45 l0=ln+a=9.1+0.45=9.55m l0=1.05ln=1.059.1=9.555m 取較小值l0= 9.55m內(nèi)力計算：跨中彎矩 支座剪力 4.3.3 配筋計算 （1） 計算截面擬定渡槽縱向為受彎構件，矩形斷面槽身縱向結(jié)構計算時，一般將槽身簡化為矩形，倒t形，工字形計算截面。矩形截面

41、高度為側(cè)墻高度，寬度為兩側(cè)墻寬度之和；倒t形計算截面高度為側(cè)墻總高，腹板寬度為兩側(cè)墻寬度之和下翼緣寬度為槽身總寬下翼緣厚度為底板厚度；工字形截面上翼緣寬度為人行道底板總寬，厚度為人行道底板厚，其余與t形截面相同。矩形計算截面的計算相較簡單，但因未考慮底板的受力作用，因此計算偏于安全和保守；倒t形計算截面按側(cè)墻與底板共同受力考慮，因此計算結(jié)果比較經(jīng)濟合理；因側(cè)墻頂人行道板相對比較薄，為了留有一定的安全度，因此一般不宜按工字性計算截面計算。經(jīng)比較，決定簡化為矩形計算截面，如圖4-4所示。4-4矩形計算截面（單位：mm）（2） 正截面計算采用c25混凝土，fc11.9n/mm2，級鋼筋，fy=fy=

42、300n/mm2，m=2818.39kn·m，h=3700mm，b=500mm，k=1.2，c=35mm，=c+35=35+35=70mm。mm2>=3175.7mm2，故按最小配筋率配筋，選8b，實際面積mm2。（3） 斜截面計算已知：v1180.48kn，kv=1416.57kn。截面尺寸驗算： 故截面尺寸滿足要求。驗算是否需要計算配筋：vc=0.7 ftbh00.7×11.9×500×36301613.54kn> kv=1416.57kn?？芍从嬎悴恍枰涔拷睿毎礃嬙炫涔拷?，選配雙肢箍筋a8200。4.3.4 抗裂驗算忽略補角和人

43、行道板作用，將斷面化為如圖45所示。圖4-5縱向抗裂計算斷面簡圖（單位：cm）沿槽身縱向的危險斷面是在跨中，按標準荷載計算，滿槽水深時彎距為： 可按下式進行抗裂計算; 式中： rm受彎構件塑性影響系數(shù)；rm1.55×（0.7300/3700）=1.21ml按標準荷載計算的彎距；ct混凝土拉應力限制系數(shù)。長期組合為0.7，短期組合為0.85；w0換算截面a0對受拉邊緣的彈性抗矩，；i0換算截面重心軸慣性矩；y0換算截面重心軸至受壓邊緣距離；ftk混凝土抗拉強度標準值，c25混凝土抗裂強度標準值ftk1.78n/mm2。y0=2.596m i0=4.2789m4 w0=2.3471m3故

44、槽身縱向滿足抗裂要求。4.4 人行板配筋計算人行板按懸臂板考慮，沿槽身長度取單位長度b=1000mm，厚度取平均厚度h=（100+125）/2=113mm，荷載考慮人行板自重和人群荷載。荷載計算： 配筋計算：,所以按構造以最小配筋率配筋，選配a6/8200，實配面積面積為，。沿槽身長度方向配置a6200分布筋。4.5 吊裝計算設置四個吊點，按雙懸臂梁計算。吊點設在第二根拉桿處。因吊點產(chǎn)生負上部受拉，下部受壓，故可按t形梁校核上部配筋。如圖4-6所示。圖4-6槽身吊裝驗算圖q= g2k=95.03kn/m?？紤]動力系數(shù)1.2，故q1.2×95.03114.04kn/m。計算時忽略槽底突

45、出部分的作用，斷面尺寸取b 400mm，h3560mm，bf4700mm，hf400mm的t形梁。按短暫狀況設計。吊點頂計算彎距：m228.08kn·m判斷截面類型： 故截面為一類截面為滿足吊裝要求槽身頂部配置4b10， as=314mm2。5 排架設計5.1 1#排架設計5.1.1 1#排架結(jié)構尺寸擬定排架高程為8m，立柱長邊b1為排架高的（1/201/30），常取0.40.7這里b1取0.45m，短邊h1=（0.50.8）b1，常用0.30.5m，這里取0.3m，立柱的間凈距為l=4.2m；橫梁高為（1/61/8）l，取h2=0.4m，梁寬b2=0.3m，橫梁間距取3.8m，其他

46、尺寸如圖5-1，排架尺寸如圖5-1所示：圖5-1 1#排架結(jié)構布置圖5.1.2 1#排架荷載計算（1）風荷載計算風荷載分項系數(shù)rq=1.3沖溝內(nèi)無常年流水，故不考慮水荷載對排架的作用。1 作用于槽身的橫向風壓力作用于槽身的風荷載強度按下式計算：式中：風壓值，； 風振系數(shù)，由于渡槽高度不大，可取1.0；風載體型系數(shù)，l/b=10/3.7=2.7>1.5，取 =0.9；風壓高度變化系數(shù)，與地面粗糙度有關，因槽身迎風面形心距地面高度約10m,近似取=1.0；地形地理條件系數(shù)，取1.2；作用于槽身風荷載強度為：已知槽身高度3.7m，一節(jié)槽身長10m（包括兩端伸縮縫寬度），則作用于槽身上的橫向風壓

47、力為： 2 作用于排架上的橫向風壓力基本公式：式中：風壓值，。風振系數(shù)，由于渡槽高度不大，可取1.0.風載體型系數(shù)，l/b=8/4.5=1.78>1.5取1.3風壓高度變化系數(shù)，與地面粗糙度有關，因排架迎風面形心距地面高度約4m,近似取= 0.64地形地理條件系數(shù)，取1.2。從安全角度出發(fā)，不考慮立柱前柱對后柱的擋風作用，取1.0。 作用于排架上的風荷載強度為： （2） 作用于排架節(jié)點上荷載圖5-2 1#單排架計算簡圖（單位：mm） 槽身自重 ： 滿槽水重： 1 槽身傳遞給排架頂部的荷載作用于槽身的橫向風壓力pz通過支座摩阻作用，以水平力形式傳遞到排架頂部；同時，pz距排架頂高度1.85

48、m，對排架頂高程所產(chǎn)生的力矩將轉(zhuǎn)化為一對方向相反的集中力，分別作用于兩立柱頂部，迎風面力的方向向上，背風面力的方向向下。槽身的自重及槽中水重也通過支座傳到排架頂部。滿槽水中加橫向風壓力情況 = =1213.09kn = =1228.47kn 空槽加橫向風壓力情況： =491.22kn =506.60kn 2 作用于排架節(jié)點上的橫向風壓力 （3） 橫向風壓力作用下的排架內(nèi)力計算由于結(jié)構對稱而荷載反對稱，所以采用采用無剪力分配法進行計算。1 桿端彎矩計算 下述計算中，彎矩以順時針為正以逆時針為負 kn·m kn·m2 桿端彎矩計算分配系數(shù)計算：令，則：力矩分配計算如下表 5-1

49、，彎矩如圖5-3；表5-1力矩分配計算表（單位：力矩kn.m）結(jié)點123桿端11'122122'2332相對勁度系數(shù)2.669112.6691分配系數(shù)0.889 0.111 0.1 0.800 0.1 傳遞系數(shù)-1-1-1-1固端彎矩-18.525 -18.525 -20.043 -20.043 力矩傳遞與分配16.469 2.056 -2.0563-4.062 4.062 32.500 4.062 -4.062 3.612 0.451 -0.451 -0.045 0.045 0.361 0.045 -0.045090.040 0.005 20.121 -20.121 -16.

50、925 32.861 -15.936 -24.151 5-3 1#排架內(nèi)力圖（4） 排架立柱軸力計算滿槽水加橫向風壓力情況作用于迎風柱的軸力：作用于背風柱的軸力：空槽加橫向風壓力情況作用于迎風柱的軸力： 作用于背風柱的軸力： 排架橫向結(jié)構計算時，迎風側(cè)下一層的排架柱為計算控制段，該柱段彎矩最大，軸力最小。根據(jù)直線比例關系，按下式計算最下一層排架柱的反彎矩據(jù)節(jié)點2距離x 根據(jù)對背風側(cè)最下一層排架柱的反彎點的力矩平衡關系，按下式計算迎風側(cè)排架柱由水平荷載作用產(chǎn)生的軸向力： =12.516kn按下式計算最下一層排架柱的軸力 5.1.3 1#排架柱混凝土結(jié)構計算（1） 排架立柱配筋計算由于風向的方向不

51、確定，因此立柱按壓彎構件進行對稱配筋。采用c25混凝土，fc11.9n/mm2，級鋼筋，fy=fy=300n/mm2滿槽水情況下： m=24.151kn·m，n=1242.154kn，k=1.2，=45mm ，故 判斷截面類型 ：； ；，故按小偏心對稱配筋計算： 滿足最小配筋率，選配4b14， ,空槽水情況： m=24.151kn·m，n=520.284kn，k=1.2，=45mm ，故 判斷截面類型 ：； ；，故按小偏心對稱配筋計算： 由上式可知構建屬于大偏心受壓構件，所以按大偏心重新計算。按計算不須配筋，所按構造配筋故選配3b 10 經(jīng)比較，最終選配選配4b14，。由于剪力較小，按計算不需配箍筋，故按構造配箍筋a10200，。（2） 排架頂梁配筋計算頂梁在在反水平對稱荷載作用下，其軸力為0；豎向荷載只使立柱產(chǎn)生軸力對頂梁不產(chǎn)生內(nèi)力。所以頂梁按受彎構件進行配筋且對稱配筋，以橫梁上的桿端彎矩位計算控制彎矩。m=20.121kn·m，h=300mm，b=450mm，k=1.2，=45mm 滿足最小配率筋要求，故鋼筋選用3b10，。由于剪力較小，按計算不需配箍筋，故按構造配箍筋a8200，。（3） 排架橫梁配筋計算