XX河龍?zhí)稕_（拱式）渡槽設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

龍?zhí)稕_渡槽位于XX省XX縣XX河灌區(qū)西干渠上游處，樁號(hào)為1+800，竣工年限在1961年~1962年，經(jīng)過(guò)三十多年的運(yùn)行，該渡槽出現(xiàn)嚴(yán)重的老化問(wèn)題，加之灌區(qū)面積增加和流量增大，該渡槽已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能擔(dān)負(fù)輸水灌溉的任務(wù)，根據(jù)白蓮河水庫(kù)灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造規(guī)劃成果(2003年），要求重建白蓮河渡槽。考慮到原渡槽所在渠道位于一較大的沖谷處，該段渠道在山洪期間常受洪水危脅。經(jīng)灌區(qū)重新規(guī)劃，將原山谷下的沿山渠道進(jìn)行截彎取直，在截彎處新建新的龍?zhí)稕_渡槽，工程為III等工程，主要建筑物為3級(jí)。新建的渡槽采用矩形拱式渡槽，拱跨87m，共兩跨，槽底寬為4.0m，側(cè)墻高3.92m，設(shè)有間距為1.5m，高為0.1m的拉桿，考慮到交通要求，還設(shè)有1m寬的人行板。本設(shè)計(jì)布置等跨的間距為15m的單排架共12跨，與漸變段連接處采用漿砌石槽臺(tái)。排架與地基的連接采用整體基礎(chǔ)。槽身、排架、拱圈以及基礎(chǔ)采用預(yù)制吊裝形式。白蓮河龍?zhí)稕_（拱式）渡槽設(shè)計(jì)引言引言0.1、研究背景及意義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，是灌區(qū)水工建筑物中應(yīng)用最廣的交叉建筑物之一，除用于輸送渠水外還可排洪和導(dǎo)流等之用。我國(guó)幅員遼闊，但水資源十分短缺，且由于地形和氣候的影響，水資源在時(shí)空上分布不均勻，有一半的國(guó)土處于缺水或嚴(yán)重缺水狀態(tài)。無(wú)論是資源性缺水還是工程性缺水，工程手段作為優(yōu)化配置的方法之一，主要就是在水源處修建取水工程，然后通過(guò)輸水工程把水送到不同的用戶，如南水北調(diào)工程、引灤入津、引灤入唐、引黃濟(jì)青、引黃入晉和東北的北水南調(diào)工程等等都是如此。渡槽便是其中一種重要渠系建筑物。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)為白蓮河灌區(qū)龍?zhí)稕_輸水渡槽的初步設(shè)計(jì)。目的在于培養(yǎng)我們了解并初步掌握水利工程的設(shè)計(jì)內(nèi)容、方法和步驟，通過(guò)設(shè)計(jì)，能夠較熟練地運(yùn)用和鞏固有關(guān)專業(yè)課、專業(yè)基礎(chǔ)課及基礎(chǔ)課所學(xué)的理論知識(shí)，并鍛煉運(yùn)用所學(xué)理論去解決實(shí)際水利工程問(wèn)題的能力，并提升編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)、進(jìn)行各種計(jì)算和繪制水利工程圖的能力。0.2、國(guó)內(nèi)外關(guān)于渡槽設(shè)計(jì)課題的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)世界上最早的渡槽誕生于中東和西亞地區(qū)。公元前29世紀(jì)前后,埃及在尼羅河上建考賽施干砌石壩,壩高15m,壩長(zhǎng)450m,是文獻(xiàn)記載最早的壩,并建渠道和渡槽,向孟菲斯城供水。公元前700余年,亞美尼亞已有渡槽。公元前703年,亞述國(guó)王西拿基立(Sennacherib)下令建一條483km長(zhǎng)的渡槽引水到國(guó)都尼尼微。渡槽建在石墻上,跨越澤溫的山谷。石墻寬21m,高9m,共用了200多萬(wàn)塊石頭。渡槽下有5個(gè)小橋拱,讓溪水流過(guò)。渡槽在我國(guó)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)·渭水注》:長(zhǎng)安城故渠“上承泬水于章門(mén)西,飛渠引水入城,東為倉(cāng)池,池在未央宮西?！薄帮w渠”即為渡槽,建于西漢,距今約2000年?；蛘f(shuō)公元前246年興建的鄭國(guó)渠“絕”諸水即利用了渡槽。這說(shuō)明渡槽在中國(guó)已有2000年以上的歷史。我國(guó)古代比較著名的渡槽有:古代陜西關(guān)中地區(qū)大型引涇灌區(qū)—鄭國(guó)渠,是中國(guó)古代最宏大的水利工程之一。公元前246年(秦始皇元年)由韓國(guó)水工鄭國(guó)主持興建,約十年后完工。它位于涇水和渭水的交會(huì)處,干渠西起涇陽(yáng),引涇水向東,下游入洛水,全長(zhǎng)150余km,其間橫穿了好幾道天然河流,可能使用了“渡槽”技術(shù)。鄭國(guó)渠的建成,使關(guān)中干旱平原成為沃野良田,糧食產(chǎn)量大增,直接支持了秦國(guó)統(tǒng)一六國(guó)的戰(zhàn)爭(zhēng)。我國(guó)從20世紀(jì)50年代開(kāi)始建造渡槽,目前國(guó)內(nèi)已建的各類渡槽有很多。其中單槽過(guò)流量最大的為1999年新建的新疆烏倫古河渡槽,設(shè)計(jì)流量120/s,為預(yù)應(yīng)力混凝土矩形槽。單跨跨度最大的為廣西玉林縣萬(wàn)龍渡槽,拱跨長(zhǎng)126m。2002年完成的廣東東江——深圳供水改造工程在旗嶺、樟洋、金湖的3座渡槽上采用了現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土U型薄殼槽身,為國(guó)內(nèi)首創(chuàng)。根據(jù)目前我國(guó)渡槽的發(fā)展?fàn)顩r，渡槽在橫斷面上,以U型和矩形槽應(yīng)用較為廣泛,特別是隨著施工方法的改進(jìn),如采用預(yù)制吊裝的渡槽,越來(lái)越廣泛的采用各種更輕、更強(qiáng)、更巧、更薄的結(jié)構(gòu),即槽身趨向采用U型、半橢圓型、環(huán)型、拋物線形等薄殼結(jié)構(gòu)或薄壁肋箱等。在支承型式上,除梁式渡槽和拱式渡槽外,又發(fā)展了一種拱梁組合式,拱梁式渡槽是從20世紀(jì)90年代逐步發(fā)展起來(lái)的,是在折線拱和桁架梁渡槽的基礎(chǔ)上,經(jīng)過(guò)研究改進(jìn)發(fā)展起來(lái)的一種新型渡槽結(jié)構(gòu)形式。它具有結(jié)構(gòu)輕巧,受力狀態(tài)良好,外形美觀,便于施工,安全可靠,經(jīng)濟(jì)適用等特點(diǎn)。如湖南岳陽(yáng)地區(qū)的涼清渡槽,槽身全長(zhǎng)75.2m,由一跨50.4m的拱梁組合式結(jié)構(gòu)與兩端各一跨12.4m的簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)組成。1990年建成后投入使用,運(yùn)行狀況良好。在材料使用上,在使用一般鋼筋混凝土的基礎(chǔ)上,趨于使用鋼絲網(wǎng)水泥、高標(biāo)號(hào)預(yù)應(yīng)力混凝土,鋼材采用高強(qiáng)鋼絲、低合金鋼等。采用這種材料后一是降低混凝土槽身的壁厚,能使混凝土的壁厚由過(guò)去的幾十厘米減為十幾厘米;其次由于渡槽槽身構(gòu)件采用預(yù)應(yīng)力工藝處理后,使渡槽在結(jié)構(gòu)上發(fā)生了質(zhì)的變化,抗裂性、抗震性和剛度大大提高,克服了鋼筋混凝土過(guò)早出現(xiàn)裂縫的弱點(diǎn),充分發(fā)揮了高強(qiáng)鋼材的潛力,渡槽的斷面和變形也相對(duì)減少,而跨度卻可顯著地增大。從施工方法角度出發(fā),渡槽越來(lái)越趨于裝配式,由于灌溉及用水事業(yè)的發(fā)展和地形的需要,大流量、大跨度的裝配式渡槽逐年增多,并且這些大跨度、大流量的渡槽結(jié)構(gòu)多采用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)和拱架支承。小型殼槽則較多采用鋼絲網(wǎng)水泥結(jié)構(gòu)以有利于農(nóng)村小型工地的運(yùn)輸和裝配。從施工工藝方面,預(yù)應(yīng)力施工工藝逐漸廣泛地被采用,槽身的張拉,小型殼槽則采用先張法,即在預(yù)制廠內(nèi)固定的臺(tái)座上成批張拉高強(qiáng)鋼絲或鋼絞線,大型槽身則采用后張法施工,以構(gòu)件本身為臺(tái)座。在采用裝配式渡槽方面,由于吊裝技術(shù)和設(shè)備的改進(jìn),構(gòu)件的單元重量也逐漸增大,以適應(yīng)大斷面、大跨度結(jié)構(gòu)的需要。如湖北省1973年修建的排子河裝配式渡槽,采用鋼桁架梁垂直吊升巨型的槽身構(gòu)件,起重量達(dá)200t,提升高度達(dá)50多m。目前,渡槽發(fā)展研究的總趨勢(shì)是,適應(yīng)各種流量、各種跨度特別是大跨度渡槽結(jié)構(gòu)型式的研究;應(yīng)用先進(jìn)理論和先進(jìn)手段進(jìn)行結(jié)構(gòu)型式優(yōu)化設(shè)計(jì);材料及施工技術(shù)的改進(jìn)等。如斜拉式及懸吊式這類跨越能力最大的渡槽型式的研究;過(guò)水與承重相結(jié)合的合理結(jié)構(gòu)型式的研究;利用電子計(jì)算技術(shù)及先進(jìn)設(shè)計(jì)理論優(yōu)選結(jié)構(gòu)型式的研究;早強(qiáng)快干混凝土和鋼纖維混凝土等材料以及新型止水材料的研制應(yīng)用;構(gòu)件預(yù)制工廠化及大型機(jī)械吊裝等,有的已在逐步開(kāi)展，有的在探索中,但是可以預(yù)見(jiàn),渡槽工程在結(jié)構(gòu)型式、設(shè)計(jì)理論、建筑材料以及施工技術(shù)等方面,將有一個(gè)新的發(fā)展。0.3、畢業(yè)設(shè)計(jì)的基本要求及本設(shè)計(jì)主要內(nèi)容1）渡槽型式的選擇、工程總體布置及主要尺寸的擬定；2）渡槽的水力計(jì)算并編制相應(yīng)渡槽水力計(jì)算軟件一個(gè)；3）渡槽槽身的結(jié)構(gòu)及配筋計(jì)算；4）渡槽排架(拱圈)的結(jié)構(gòu)及配筋計(jì)算；5）渡槽的穩(wěn)定計(jì)算；白蓮河龍?zhí)稕_（拱式）渡槽設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)基本資料一、設(shè)計(jì)基本資料1.1、工程概況綜合說(shuō)明龍?zhí)稕_渡槽位于湖北省浠水縣白蓮河灌區(qū)西干渠上游處，樁號(hào)為1+800，竣工年限在1961年-1962年，經(jīng)過(guò)三十多年的運(yùn)行，該渡槽出現(xiàn)嚴(yán)重的老化問(wèn)題，加之灌區(qū)面積增加和流量增大，該渡槽已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能擔(dān)負(fù)輸水灌溉的任務(wù)，根據(jù)白蓮河水庫(kù)灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造規(guī)劃成果(2003年）(以下簡(jiǎn)稱灌區(qū)新規(guī)劃)，要求重建白蓮河渡槽?？紤]到原渡槽所在渠道位于一個(gè)較大的沖谷處，該段渠道在山洪期間常受洪水災(zāi)害。經(jīng)灌區(qū)重新規(guī)劃，將原山谷下的沿山上渠道進(jìn)行截彎取直，在截彎處新建新的龍?zhí)稕_渡槽，其位置見(jiàn)龍?zhí)稕_渡槽總體平面布置圖。1.2、水文氣象本流域?qū)儆趤喼迻|南季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫和濕潤(rùn)，夏季濕度大而炎熱，冬季干燥而寒冷，流域年平均氣溫約17℃左右。雨量豐富，多年平均降雨量約1300~1400mm（近年偏?。?，降水量在年內(nèi)分配不均，每年4-9月為主要雨期，降水量占全年降水量的70%左右。6月中旬至7月中旬是梅雨季節(jié)，梅雨時(shí)期雨強(qiáng)大、歷時(shí)長(zhǎng)，籠罩面積寬廣，往往有內(nèi)澇發(fā)生。本地區(qū)最大風(fēng)力為9級(jí)，相應(yīng)風(fēng)速為24m/s，基本風(fēng)壓。1.3、工程地質(zhì)新建龍?zhí)稕_渡槽處地形高差（最低與最高）近30m，兩側(cè)崇山坡預(yù)計(jì)變蓋厚度5m-10m，特別是出口斜坡地段，出露的巖層有黑去斜長(zhǎng)片麻巖、角閃片麻巖（小河床內(nèi)可見(jiàn)），一般基巖致密堅(jiān)硬是建水工建筑物較好基礎(chǔ)。河床為砂卵石，覆蓋層厚度為5.0m；兩側(cè)為風(fēng)化的花崗巖，覆蓋層厚較薄。渡槽軸線的右端有一平臺(tái)，高程在85.00m左右，粘土厚度為2.50m。1.4、工程任務(wù)與規(guī)模新建龍?zhí)稕_渡槽進(jìn)口位于干渠樁號(hào)1+800，出口位于干渠5+000處。新建渡槽對(duì)原干渠樁號(hào)1+800-1+500段進(jìn)行了截彎取直，使原來(lái)沖谷下的渠道不再承擔(dān)輸水任務(wù)。根據(jù)灌區(qū)新規(guī)劃，新建渡槽設(shè)計(jì)流量=。新建渡槽仍采用鋼筋混凝土矩形簡(jiǎn)支梁式渡槽，支承采用排架型式。1.5、上、下游渠道資料上游渠底高程為78.6m，下游渠底高程78.2m，Q設(shè)＝26m3/s，Q加大＝31.2m3/s，i＝1/800，渡槽上、下游渠道，渠底寬4.0m，糙率n＝0.017。內(nèi)、外邊坡分別為1:1和1:1，該渡槽規(guī)劃時(shí)允許水頭損失為0.4m。表1-1上、下游渠道過(guò)水?dāng)嗝嫠σ亓髁浚╩3/s）縱坡i底寬b（m）流速v（m3/s）邊坡糙率n水深h（m）Q設(shè)＝261/25004.02.6861:11:10.0172.8Q加大＝31.21/25004.02.801:11:10.0173.071.6、建筑材料及安全系數(shù)該工程主要的建筑材料為水泥、混凝土、鋼筋等。混凝土重度rc＝24KN/m3，溫度膨脹系數(shù)dc＝1.0×10－5/℃,混凝土其他特性性能指標(biāo)見(jiàn)表1－2。采用Ⅰ和Ⅱ級(jí)鋼筋，Ⅰ級(jí)鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fy=fy’=210N/mm2。強(qiáng)度模量Es＝2.1×105N/mm2,Ⅱ級(jí)鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fy=fy’=310N/mm2,強(qiáng)度模量Es＝2.1×105N/mm2。鋼筋混凝土重度r＝35KN/m3。構(gòu)件裂縫寬度允許值，短期組合[Wmax]＝0.3mm，長(zhǎng)期組合[Wmin]＝0.25mm。表1-2混凝土特性指標(biāo)：（單位N/mm2）混凝土強(qiáng)度等級(jí)軸心抗壓軸心抗拉彈性模量Ec標(biāo)準(zhǔn)值fck設(shè)計(jì)值fc標(biāo)準(zhǔn)值fck設(shè)計(jì)值fcC2013.510.01.501.102.55×104C2517.012.51.751.302.8×104漿砌采用M15砂漿砌塊石。1.7、設(shè)計(jì)要求按初步設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，局部可深入考慮。進(jìn)行渡槽總體布置，包括槽身、支撐、基礎(chǔ)等結(jié)構(gòu)型式的選擇。水力計(jì)算槽身設(shè)計(jì)支承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)1.8、畢業(yè)設(shè)計(jì)參考書(shū)目1、灌區(qū)水工建筑物叢書(shū)《渡槽》，水利水電出版社；2、河海大學(xué)等《水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)學(xué)》，中國(guó)水利水電出版社；3、清華大學(xué)出版《結(jié)構(gòu)力學(xué)》；4、《水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（DL/T5057-1996）；5、《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GBJ7-89）；6、《水工建筑物荷載設(shè)計(jì)規(guī)范》（DL5077-1997）白蓮河龍?zhí)稕_（拱式）渡槽設(shè)計(jì)二、渡槽的水力計(jì)算二、渡槽的水力計(jì)算2.1、渠道斷面的水力計(jì)算進(jìn)出口渠道斷面取m=1，B=4.0m，i=1/2500，n=0.017。按照明渠均勻流計(jì)算，根據(jù)公式Q=A（1-1）式中Q-為渡槽的過(guò)水流量（）為槽身過(guò)水?dāng)嗝婷娣e（）R-為水力半徑（m）i-為槽底比降n-為槽身糙率，鋼筋混凝土槽身可取n=0.014。得出渠道進(jìn)出口尺寸試算如下表（2-1）：表2-1渠道進(jìn)出口水力試算表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，設(shè)計(jì)流量=26時(shí)，進(jìn)口渠道水深為2.80m，流速為1.54762m/s，加大流量=31.2,時(shí)，進(jìn)口渠道水深為3.07m，流速為1.620872m/s。2.2、槽身過(guò)水能力計(jì)算首先根據(jù)通過(guò)加大流量=31.2時(shí)槽中為滿水情況擬定i、B和H值?？捎?jì)算出上下游渠道的水面線高程級(jí)總允許水頭損失[ΔZ]：=+=78.6+3.07=81.67m=+=78.2+3.07=81.27m[ΔZ]=0.4m初步選定槽底縱坡i=1/800。因槽身長(zhǎng)度初擬值為180m，大于15倍渡槽進(jìn)口前隧洞水深，故可按下式（1-1）驗(yàn)算槽身過(guò)水能力Q=A（1-1）式中Q-為渡槽的過(guò)水流量（）為槽身過(guò)水?dāng)嗝婷娣e（）R-為水力半徑（m）i-為槽底比降n-為槽身糙率，鋼筋混凝土槽身可取n=0.014。經(jīng)試算，選取槽身凈寬B=4.0m，通過(guò)加大流量時(shí)槽內(nèi)水深H=2.79m，槽壁糙率n=0.014。過(guò)水?dāng)嗝婷娣eA=4*2.79=11.16濕周χ=4+2*2.79=9.58m水力半徑R=A/χ=11.16/9.58=1.16493m流量Q=31.20256計(jì)算所得流量稍大于加大流量，故滿足要求，再以i和B試算通過(guò)設(shè)計(jì)流量=26時(shí)的槽內(nèi)水深。設(shè)h=2.42m，則過(guò)水?dāng)嗝婷娣eA=4*2.42=9.68濕周χ=4+2*2.42=8.84m水力半徑R=A/χ=9.68/8.84=1.09502m流量Q=26.009所得流量Q稍大于設(shè)計(jì)流量，可以滿足要求。試算數(shù)據(jù)如下表（2-2）：表2-2槽身水力計(jì)算試算表BHARniQ42.419.641.092971.061060.0140.0012525.8311042.429.681.095021.062390.0140.0012526.009042.439.721.097071.063710.0140.0012526.1104842.7811.121.163181.106020.0140.0012531.0596442.7911.161.164931.107130.0140.0012531.2025642.8011.21.166671.108230.0140.0012531.345572.3、水頭損失及水面銜接計(jì)算按渡槽通過(guò)加大流量=31.2計(jì)算。2.3.1、進(jìn)口漸變段水面降落值：=(1+)(-)/2g+*式中：v--為槽身流速，v=31.2/11.16=2.7957m/s；--為進(jìn)口段漸變始端斷面平均流速，=31.2/19.2489=1.614163m/s；--為進(jìn)口漸變段局部水頭損失系數(shù)之和，取漸變段損失系數(shù)為0.2，門(mén)槽損失系數(shù)為0.050.2+0.05=0.25；--為進(jìn)口漸變段長(zhǎng)度，取=7.2m;--為進(jìn)口漸變段的平均水力坡降，=（）/(),根據(jù)進(jìn)口漸變段兩端斷面的A、R和n值，求出：=1/2*（0.017+0.014）=0.0155=1/2*（19.2489+11.16）=15.24445=1/2*(1.16493+1.610307)=1.38762m則=0.00065將以上各值代入，可求得：=(1+0.25)()/(2*9.81)+0.00065*7.2=0.336971m2.3.2、槽身段水面降落值：=iL=（1/800）*180=0.225m2.3.3、出口漸變段水面回升值：=(1-)((-)/(2*9.81)-*式中：--為出口漸變段末端渠道斷面平均流速，=31.2/19.2489=1.614163m/s；--為出口漸變段局部水頭損失系數(shù)之和，取漸變段損失系數(shù)為0.3，門(mén)槽損失系數(shù)為0.05，=0.3+0.05=0.35；--為出口漸變段長(zhǎng)度，=13.35m；--為出口漸變段平均水力坡降，=（）/（），根據(jù)出口漸變段兩端斷面的A、R和n值，求出=1/2*（0.017+0.014）=0.0155=1/2*（19.2489+11.16）=15.24445=1/2*（1.16493+1.610307）=1.38762m則=0.00065可求得=（1-0.35）（）/（2*9.81）-0.00065*13.35=0.164266m2.3.4、總水頭損失△Z=+-=0.336971+0.225-0.164266=0.397705m求得的△Z值略小于允許水頭損失[ΔZ]=0.4m，滿足設(shè)計(jì)要求。2.3.5、進(jìn)、出口高程的確定：上下游渠道的渠底高程分別為：=78.6m，=78.2m上下游渠道水面高程為：=78.6+2.8=81.4m，=81.0m通過(guò)設(shè)計(jì)流量時(shí)水深=2.8m；槽內(nèi)水深h=2.42m，進(jìn)口漸變段水面降落=0.337m，槽身延程水面降落=0.225m，出口漸變段水面回升=0.1643m；下游渠道水深=2.8m。根據(jù)下式確定渡槽進(jìn)出口高程。進(jìn)口槽底高程=+--h=78.6+2.8-0.337-2.42=78.643m進(jìn)口槽底抬高=-=--h=78.643-78.6=0.043m出口槽底高程=-=-iL=78.643-0.225=78.418m出口渠底降低=--h=2.8-0.043-2.42=0.337m出口渠底高程=-=78.418-0.337=78.081m2.4、通過(guò)設(shè)計(jì)流量時(shí)的水面銜接情況檢查和超高檢查按槽身通過(guò)設(shè)計(jì)流量=26計(jì)算。已知：進(jìn)口漸變段始端斷面=16.8，=1.511m，=1.54762m/s；出口漸變段末端斷面=16.8，=1.551m，=1.54762m/s；槽身過(guò)水?dāng)嗝?9.68，=1.095m，=2.686m/s。2.4.1、進(jìn)口水面銜接檢查=1/2*（0.017+0.014）=0.0155=1/2*（16.8+9.68）=13.24=1/2*(1.511+1.095)=1.303m則=0.000651將以上各值代入，可求得：=(1+0.25)()/(2*9.81)+0.000651*7.2=0.311721m按通過(guò)加大流量時(shí)確定的進(jìn)出口槽底高程，計(jì)算此時(shí)上游渠道出口與槽身進(jìn)口的水位差：=（78.6+2.8）-（78.2+2.42）=0.78m即＜（差值為0.468m），進(jìn)口發(fā)生落水現(xiàn)象。2.4.2、出口水面銜接情況檢查：=1/2*（0.017+0.014）=0.0155=1/2*（16.8+9.68）=13.24=1/2*（1.511+1.095）=1.303m=0.000651=（1-0.35）（）/（2*9.81）-0.000651*13.35=0.151m按通過(guò)加大流量時(shí)確定的出口槽底高程和出口渠底高程，計(jì)算此時(shí)兩斷面的水位差：=（78.08448+2.8）-（78.41974+2.42）=0.04474m即＞（差值為0.10626m），不發(fā)生壅水。2.4.5、復(fù)核水面超高h(yuǎn)/12+5=242/12=35.167(cm)＜279-242=37（cm）故滿足要求。2.4.6、漸變段布置進(jìn)出口漸變段長(zhǎng)度計(jì)算：利用經(jīng)驗(yàn)公式=C(-)式中C-系數(shù)，進(jìn)口取C=1.5-2.0；出口取C=2.5-3.0；、-渠道及渡槽槽身水面寬度。=1.5(8.8-4)=7.2m；=2.5(8.8-4)=13.35m圖2-1槽身水力計(jì)算簡(jiǎn)圖白蓮河龍?zhí)稕_（拱式）渡槽設(shè)計(jì)三、槽身結(jié)構(gòu)計(jì)算三、槽身結(jié)構(gòu)計(jì)算3.1、縱向結(jié)構(gòu)計(jì)算3.1.1、槽身剖面形式及尺寸擬定參考已建工程，初定槽身結(jié)構(gòu)尺寸如下圖3.1所示，渡槽長(zhǎng)180m，每跨長(zhǎng)度選定15m，共12跨，支撐結(jié)構(gòu)選取排架形式，每節(jié)槽身由兩個(gè)排架支撐，故等同于簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算。槽身橫斷面最常采用的是矩形和U形。本次設(shè)計(jì)選擇矩形渡槽斷面，渡槽無(wú)通航要求。為改善橫向受力條件槽頂設(shè)置拉桿，每隔1.5m設(shè)置一根拉桿，于渡槽拉桿上布置人行道，底板寬1m，高0.1m。側(cè)墻厚度根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式t/=1/12-1/16，取側(cè)墻厚度t=20cm，側(cè)墻高為=3.20m，底板地面高于側(cè)墻底緣，以減少底板的拉應(yīng)力，底板厚度為20cm，側(cè)墻和底板的連接處加設(shè)角度為的貼角。根據(jù)前面計(jì)算結(jié)果，槽內(nèi)凈寬B=4m，高H=2.89m（拉桿0.1m），拉桿斷面尺寸：高*寬=10cm*10cm。具體結(jié)構(gòu)尺寸如圖3-1所示。3.1.2、各類系數(shù)的確定該渡槽屬于Ⅲ級(jí)水工建筑物，采用C25混凝土，Ⅱ級(jí)鋼筋。結(jié)構(gòu)重要系數(shù)=1.0，設(shè)計(jì)狀況系數(shù)ψ=1.0，承載能力極限狀態(tài)使得機(jī)構(gòu)系數(shù)=1.20，永久荷載分項(xiàng)系數(shù)=1.05，可變荷載分項(xiàng)系數(shù)=1.20。槽身橫斷面圖槽身縱斷面圖（Ⅰ-Ⅰ斷面）圖3-1槽身結(jié)構(gòu)尺寸圖（單位：mm）3.1.3、荷載計(jì)算縱向計(jì)算中的荷載一般按均布荷載考慮，包括槽身重力（拉桿等是少量集中荷載也換算為均布荷載）、槽中水體的重力及人群荷載，其中槽身自重、水重為永久荷載，人群荷載為可變荷載。3.1.3.1、永久荷載設(shè)計(jì)值：永久荷載設(shè)計(jì)值=永久荷載分項(xiàng)系數(shù)×永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值（其中＝1.05）（1）自重：槽身斷面面積=2.68槽身自重標(biāo)準(zhǔn)值=2.68*25=67槽身自重設(shè)計(jì)值=*=67*1.05=70.35（2）水重：過(guò)水?dāng)嗝婷娣e=9.64；=11.08設(shè)計(jì)水深時(shí)值水重標(biāo)準(zhǔn)值（h=2.42m）=9.64*10=96.4設(shè)計(jì)水深時(shí)值水重設(shè)計(jì)值（h=2.42m）=96.4*1.05=101.22加大水深時(shí)值水重標(biāo)準(zhǔn)值（h=2.79m）=11.08*10=110.8加大水深時(shí)值水重設(shè)計(jì)值（h=2.79m）=110.8*1.05=116.34（按加大流量時(shí)進(jìn)行計(jì)算）3.1.3.2、可變荷載設(shè)計(jì)值：可變荷載設(shè)計(jì)值=可變荷載分項(xiàng)系數(shù)×可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值（其中＝1.2）人群荷載：人群荷載標(biāo)準(zhǔn)值=2.0*1.0m=2人群荷載設(shè)計(jì)值=2*1.20=2.43.1.4、縱向內(nèi)力計(jì)算如圖所示單跨長(zhǎng)度15m，槽身每邊支座寬50cm，取計(jì)算跨度l=1.05=1.05*（15-1）=14.7m，槽身寬度B=4m，寬跨比l/B=14.7/4=3.675，因此可按梁法計(jì)算槽身內(nèi)力。縱向結(jié)構(gòu)計(jì)算可將矩形槽身截面概化為工字型，槽身側(cè)墻為工字梁的腹板，側(cè)墻厚度之和即為腹板厚度，b=2*20=40cm；槽身底板構(gòu)成工字梁的下翼緣（由于簡(jiǎn)支梁槽身底板處于受拉區(qū)，故在強(qiáng)度計(jì)算中不考慮底板的作用，但在抗裂驗(yàn)算中加以考慮）；側(cè)墻加大部分和人行道板構(gòu)成工字梁的上翼緣，翼緣的高度為h=10+10=20cm，工字梁高為H=3.3m，翼緣的計(jì)算寬度等于與腹板厚度即=40cm。考慮到側(cè)墻頂部和人行道寬度擴(kuò)大較小，可近似的將側(cè)墻看作矩形截面，故計(jì)算簡(jiǎn)圖可簡(jiǎn)化為3300*400mm的矩形截面（如圖3.2所示）。縱向計(jì)算簡(jiǎn)圖橫截面計(jì)算簡(jiǎn)圖圖3.2槽身縱向計(jì)算圖跨中最大彎矩：=1/8*（++）=1/8*（70.35+116.34+2.4）*=5107.56KN.m跨中彎矩設(shè)計(jì)值：M=**ψ=5107.56kN.m跨端剪力設(shè)計(jì)值：=*ψ*1/2*（++）*l=1.0*1.0*1/2*（70.35+116.34+2.4）*14.7=1389.81kN3.1.5、配筋計(jì)算簡(jiǎn)支梁跨中部分應(yīng)處于受壓區(qū)，故在強(qiáng)度計(jì)算中不考慮底板（受拉）的作用；側(cè)墻高度較大時(shí)，沿墻壁配置Φ6～Φ12的縱向鋼筋，其間距不宜大于30cm；因槽身底板在受拉區(qū)，故槽身在縱向按h＝1.71mm，b＝0.3m的矩形梁進(jìn)行配筋計(jì)算。渡槽處于露天（二類環(huán)境類別），根據(jù)規(guī)范差得取混凝土保護(hù)層厚度c=35mm，預(yù)估鋼筋直徑d=20mm，鋼筋兩排布置，所以鋼筋合理作用點(diǎn)到梁受拉邊緣的距離a=c+d=35+20=55mm，截面有效高度為=3300-55=3245mm。正截面：截面抵抗拒系數(shù)：===0.11641ζ=1-=0.12411＜=0.614，不會(huì)發(fā)生超筋破壞?？v向受力鋼筋面積：=ζb=0.12411**400*3245=6495.76配筋率：ρ===0.5％＞=0.2％選配鋼筋6φ25+6φ28,=6640斜截面：已求得=1389.81kN，=（0.07）=3.07*kN＞故按構(gòu)造要求，在兩側(cè)布置Φ8@500的雙肢箍筋。3.1.6、抗裂校核忽略補(bǔ)角的作用，將斷面簡(jiǎn)化為如下圖（3.3）所示圖3.3抗裂計(jì)算簡(jiǎn)圖受彎構(gòu)件正截面在即將開(kāi)裂的瞬間，受拉區(qū)邊緣的應(yīng)變達(dá)到混凝土的極限拉伸值，最大拉應(yīng)力達(dá)到混凝土抗拉強(qiáng)度?；炷翗?gòu)件的抗裂驗(yàn)算公式如下：≤≤式中--混凝土拉應(yīng)力的極限系數(shù)，對(duì)荷載效應(yīng)的短期組合=0.85；對(duì)荷載效應(yīng)的長(zhǎng)期組合=0.7。--換算截面對(duì)受拉邊緣的彈性抵抗矩；--混凝土軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；—截面抵抗矩系數(shù)，=1.55；以及--換算截面重心軸慣性矩；--換算截面重心軸至受壓邊緣距離；--換算截面A0對(duì)受拉邊緣的彈性抗矩，=；混凝土標(biāo)號(hào)C25，鋼筋為Ⅱ級(jí)鋼筋，=3.1*105N/mm2.=2.8*N/mm2==7.5=200*3600+400*3100=1960000=，b=400，=4000，h=3300，=200（mm）==1597.96mm==1/3*400*+1/3*400+1/12*（4000-400）+（4000-400）*200*=2.619*===1.54*彎矩標(biāo)準(zhǔn)值：短期組合==（67+110.8+2）*/8=4856.62KN.m=0.85*1.55*1.75*1.54*=3550KN.m＜長(zhǎng)期組合==1.0*（67+110.8+2*0.5）*/8=4829.61KN.m=0.7*1.55*1.75*1.54*=2920KN.m＜故均會(huì)產(chǎn)生裂縫，繼續(xù)進(jìn)行裂縫寬度驗(yàn)算：受彎構(gòu)件的鋼筋應(yīng)力：==式中--分別為由荷載標(biāo)準(zhǔn)值按荷載效應(yīng)短期組合及長(zhǎng)期效應(yīng)組合計(jì)算的彎矩。==265.17N/==263.70N/受拉鋼筋有效配筋率:===0.169最大裂縫開(kāi)展寬度：=（3c+0.1）=（3c+0.3）式中--為構(gòu)件受力特征系數(shù)，本構(gòu)件取=1.0；—為鋼筋表面形狀系數(shù)，=1.0；—為荷載長(zhǎng)期作用影響系數(shù)，對(duì)短期荷載組合=1.5，對(duì)長(zhǎng)期荷載組合=1.6。經(jīng)查表得鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的最大裂縫寬度允許值{}（二類環(huán)境類別），短期組合為0.3mm，長(zhǎng)期組合為0.25mm。短期荷載組合：=1.0*1.0*1.5*（3*35+0.1）=0.23mm＜0.3mm長(zhǎng)期荷載組合：=1.0*1.0*1.5*（3*35+0.1）=0.23＜0.25mm故縱向抗裂滿足要求。3.2、橫向結(jié)構(gòu)計(jì)算本次設(shè)計(jì)渡槽設(shè)有拉桿，故按照滿槽水進(jìn)行計(jì)算。3.2.1、荷載計(jì)算延槽長(zhǎng)方向取1/5跨度即3m寬為橫向計(jì)算單元，側(cè)墻于橫斷面剛性連接，拉桿與側(cè)墻固定連接，每個(gè)計(jì)算單元含拉桿2根。3.2.1.1、拉桿標(biāo)準(zhǔn)值：=2=2*0.01*25=0.5kN/m設(shè)計(jì)值：g==1.05*0.5=0.525kN/m3.2.1.2、側(cè)墻上水壓力（水壓力呈三角分布，滿槽時(shí)底端有最大壓力）標(biāo)準(zhǔn)值：=hb=10*2.69*3=80.7kN/m設(shè)計(jì)值：==1.2*80.7=96.84kN/m3.2.1.3、底板自重標(biāo)準(zhǔn)值：==0.2*3*25=15kN/m自重設(shè)計(jì)值：g==1.05*15=15.75kN/m3.2.1.4、底板上水壓力（水壓力呈均勻分布，滿槽時(shí)假設(shè)水面與拉桿中心線重合）標(biāo)準(zhǔn)值：=hb=10*2.69*3=80.7kN/m設(shè)計(jì)值：q==1.2*80.7=96.84kN/m3.2.1.5、人群荷載（人群荷載換算成作用于中心軸線上的集中荷載）標(biāo)準(zhǔn)值：=2*3=6kN設(shè)計(jì)值：P==7.2kN計(jì)算簡(jiǎn)圖如下：圖3.4橫向計(jì)算簡(jiǎn)圖3.2.2、橫向結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算圖3.5M-橫向結(jié)構(gòu)彎矩圖（kN.m）圖3.6Q-橫向結(jié)構(gòu)剪力圖（kN）圖3.7N-橫向結(jié)構(gòu)軸力圖（kN）使用力學(xué)求解軟件，求的橫向結(jié)構(gòu)內(nèi)力簡(jiǎn)圖如上圖（圖3-5、3-6、3-7），具體內(nèi)力如下：內(nèi)力計(jì)算桿端內(nèi)力值(乘子=1)桿端1桿端2單元碼軸力剪力彎矩軸力剪力彎矩1123.186159236.439000-103.276905123.186159-236.439000-103.2769052-4.70250000123.186159-103.276905-4.70250000-19.1686401-20.1250038319.1686401-4.70250000-20.125003819.1686401-3.60000000-28.8426288419.16864013.60000000-28.842628819.16864014.70250000-20.12500385-4.7025000019.1686401-20.1250038-4.70250000-123.186159-103.2769053.2.3、配筋計(jì)算3.2.3.1、底板配筋與抗裂校核：（按底板中部彎矩配筋）采用C25混凝土，＝12.5N/mm2，Ⅱ級(jí)鋼筋，==310N/mm2，M=144.98kN.m，N=123.19kN。鋼筋保護(hù)層厚度c=30mm，預(yù)估鋼筋直徑d=12mm，則有a=c+d/2=36mm=，h=200mm，=h-a=164mm。=M/N=144.98/123.19=1.18m＞h/2-a=64mm，故按大偏心受拉構(gòu)件配筋,底板上側(cè)受拉，鋼筋面積為，下側(cè)鋼筋，e=-h/2+a=1180-100+36=1116mm。==0.614=由上式得=＜0，說(shuō)明要按最小配筋率配筋。=b=0.2％*3000*164=984選配4φ18@200（=1018）==0.1365ε=1-=0.1474===4419選配4φ28+8φ18@200（=4499）ρ===0.914％＞=0.20％，滿足要求。裂縫寬度驗(yàn)算：驗(yàn)算跨中截面的裂縫，先考慮短期組合，近似取短期組合彎矩標(biāo)準(zhǔn)值=M/=144.98/1.05=138.08kN.m，則有鋼筋應(yīng)力：===215.1N/有效配筋率計(jì)算：===0.021為構(gòu)件受力特征系數(shù)，本構(gòu)件取=1.0；為鋼筋表面形狀系數(shù)，=1.0；為荷載長(zhǎng)期作用影響系數(shù)，對(duì)短期荷載組合=1.5，對(duì)長(zhǎng)期荷載組合=1.6。最大允許裂縫寬度{}：短期取0.30，長(zhǎng)期取0.25（mm）。=（3c+0.1）=1.0*1.0*1.5*（3*30+0.1*）=0.292mm＜0.30mm，故抗裂符合設(shè)計(jì)要求。3.2.3.2、側(cè)墻配筋與抗裂校核 由內(nèi)力計(jì)算簡(jiǎn)圖得知，側(cè)墻與底板的固結(jié)處彎矩和剪力均達(dá)到最大，其值分別為=103.28kN.m，=123.19kN。彎矩設(shè)計(jì)值M=Ψ=103.28kN.m剪力設(shè)計(jì)值Q=Ψ=12.19kN正截面：鋼筋保護(hù)層厚度c=30mm，預(yù)估鋼筋直徑d=12mm，則有a=c+d/2=36mm。截面抵抗拒系數(shù)：===0.1229ζ=1-=0.13153＜=0.614，不會(huì)發(fā)生超筋破壞?？v向受力鋼筋面積：=ζb=0.13153**3000*164=3852配筋率：ρ===0.7％＞=0.2％，滿足要求。按板進(jìn)行配筋計(jì)算，由于計(jì)算單元寬b=3m，故每米需要配筋面積=/3=1284，選配4φ16+2φ18（=1313）斜截面：=0.07=0.07*12.5*3000*164=430.5kN＞Q=1.2*123.19=147.83kN，故只需按構(gòu)造配置鋼筋，根據(jù)規(guī)范要求可選配φ8@200的箍筋。側(cè)墻的抗裂校核：驗(yàn)算貼腳頂端處截面的裂縫，先考慮短期組合，由于只有活載，則=M/=92.952kN.m，M為貼腳處的彎矩設(shè)計(jì)值，可近似假設(shè)彎矩為線性分布按比例求出，則有鋼筋應(yīng)力：===165.4N/有效配筋率計(jì)算：===0.0182為構(gòu)件受力特征系數(shù)，本構(gòu)件取=1.0；為鋼筋表面形狀系數(shù)，=1.0；為荷載長(zhǎng)期作用影響系數(shù)，對(duì)短期荷載組合=1.5，對(duì)長(zhǎng)期荷載組合=1.6。最大允許裂縫寬度{}：短期取0.30，長(zhǎng)期取0.25（mm）。=（3c+0.1）=1.0*1.0*1.5*（3*30+0.1*）=0.223mm＜0.30mm，故抗裂符合設(shè)計(jì)要求。3.2.3.3、拉桿的配筋計(jì)算跨中彎矩M=28.84kN.m，軸力N=19.17kN。拉桿所承受的剪力很小，可不進(jìn)行斜截面強(qiáng)度計(jì)算。鋼筋保護(hù)層厚度c=25mm，預(yù)估鋼筋直徑d=10mm，則有a=c+d/2=30mm=，h=100mm，=h-a=70mm。=l=3600mm。=M/N=28.84/19.17=1.50m=1500mm，屬于偏心受壓構(gòu)件?？紤]構(gòu)件在彎矩作用平面內(nèi)繞曲對(duì)軸向力偏心距的影響，應(yīng)將軸向力對(duì)截面偏心距乘以偏心距增大系數(shù)η。η=1+=，=1.15-0.01/h式中--偏心距；—構(gòu)件的計(jì)算長(zhǎng)度；h—截面的計(jì)算高度；--截面的有效高度；B—構(gòu)件的截面面積；--截面對(duì)應(yīng)變截面曲率的影響；--構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比對(duì)截面曲率的影響系數(shù)；N—截面所受的軸力；--混凝土抗拉強(qiáng)度；--結(jié)構(gòu)系數(shù)，=1.2。經(jīng)計(jì)算得：==2.72，則取=1.0；=1.15-0.01*3600/100=0.79；η=1+=1.034；η=1.034*1500=1550＞0.3=23.3屬于大偏心受壓構(gòu)件，配置對(duì)稱鋼筋，可得：===0.009；x==0.009*70=0.63＜2=60mm==，式中=η-h/2+=1550-50+30=1530mm===4060，由于計(jì)算單元寬b=3m，含拉桿兩根，故每根鋼筋面積為==4190/2=2030。選配2φ36鋼筋。配筋率：ρ===1.9％＞=0.2％，滿足要求。白蓮河龍?zhí)稕_（拱式）渡槽設(shè)計(jì)四、支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)四、支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1、支撐結(jié)構(gòu)的形式及尺寸擬定支撐結(jié)構(gòu)選取空腹排架式拱式渡槽，拱上結(jié)構(gòu)為排架，排架采用等跨間距15m，槽身至于排架頂部，主拱圈采用肋拱。上下游漸變段各取8m與梯形混凝土渠道連接，渡槽全長(zhǎng)180m，拱墩臺(tái)及排架基礎(chǔ)墩均采用漿砌石重力墩。槽下兩岸墩間用漿砌石護(hù)坡?；炷翉?qiáng)度等級(jí)C25。4.1.1、主拱圈設(shè)計(jì)主拱圈采用鋼筋混凝土變截面懸鏈線雙肋無(wú)鉸拱。拱上布置排架，排架間距15m，并在排架所在截面于兩肋間設(shè)置橫系梁。主拱圈兩拱腳處設(shè)拱座，連接處設(shè)槽墩，拱座建于堅(jiān)固的新鮮基巖上，可不考慮拱腳變位對(duì)拱圈應(yīng)力的影響?；炷翉?qiáng)度等級(jí)C25?；緟?shù)有拱跨L、矢跨比f(wàn)/L和寬跨比b/L。（1）拱跨L根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，取計(jì)算跨度L=87m，共兩跨。（其中兩跨連接處槽墩頂寬3m）（2）矢跨比f(wàn)/L由于槽身底面到地面最大高差約15m，主拱圈形式采用肋拱，故選取矢跨比1/6，f=14.5m（3）寬跨比b/L拱寬b一般與槽身寬相等，槽寬為4m。4.1.2、拱軸系數(shù)m的確定及拱圈幾何特性計(jì)算主拱圈采用等寬度變厚度矩形截面肋拱，擬定肋寬=1m、拱頂寬度=1m、厚度變化系數(shù)n=0.5。拱寬為4+1=5m。初步選取拱軸系數(shù)m=1.167，將半跨拱肋等分為12段，根據(jù)《渡槽》書(shū)后附錄懸鏈線無(wú)鉸拱計(jì)算用表，計(jì)算出拱軸線的縱坐標(biāo)及拱軸任一點(diǎn)處切線水平傾角的正切，根據(jù)式（4-1）計(jì)算各截面的拱厚d，進(jìn)而計(jì)算各項(xiàng)幾何數(shù)據(jù)，由式（4-2）、（4-3）計(jì)算拱圈內(nèi)、外緣坐標(biāo)、、、，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4-1，具體尺寸布置見(jiàn)圖4-5d=（4-1）式中--為拱頂?shù)暮穸龋沪巍獮楸硎竟敖孛嫖恢玫墓拜S橫坐標(biāo)無(wú)量綱參變量；n—為拱圈截面慣性矩變化系數(shù)，此處n=0.5；（4-2）（4-3）表4-1拱圈幾何特性計(jì)算表(1)截面號(hào)0-拱頂0123456789101112-拱頂(2)X43.539.87536.2532.6252925.37521.7518.12514.510.8757.253.6250(3)1.0000.8370.6890.5560.4380.3340.2450.1700.1080.0610.0270.0070.000(4)14.5012.139.9878.0616.3494.8473.5532.4621.5730.8840.3920.0980.000(5)4107.53733.53367.93009.82658.62313.31973.21637.61305.7976.7649.9324.60.0(6)0.6850.6220.5610.5020.4430.3860.3290.2730.2180.1630.1080.0540.000(7)0.8250.8490.8720.8940.9140.9330.9500.9650.9770.9870.9940.9991.000(8)0.8250.8490.8720.8940.9140.9330.9500.9650.9770.9870.9940.9991.000(9)0.9380.9470.9550.9630.9710.9770.9830.9880.9920.9960.9981.0001.000(10)1.2601.2271.1971.1701.1451.1221.1011.0811.0631.0461.0291.0141.000(11)d(頂厚)1.1821.1621.1431.1271.1111.0961.0821.0681.0541.0411.0271.0141.000(12)A=b*d1.1821.1621.1431.1271.1111.0961.0821.0681.0541.0411.0271.0141.000(13)=1.4321.3681.3111.2601.2151.1751.1391.1071.0791.0551.0331.0151.000(14)J=0.1380.1310.1250.1190.1140.1100.1060.1020.0980.0940.0900.0870.083(15)0.4880.4930.4990.5040.5080.5110.5140.5150.5150.5140.5110.5060.500(16)0.3340.3070.2800.2530.2250.1970.1690.1410.1120.0840.0550.0270.000(17)=(2)-(16)43.16639.56835.97032.37228.77525.17821.58117.98414.38810.7917.1953.5980.000(18)=(4)+(15)14.98812.62510.4868.5646.8575.3594.0662.9772.0881.3970.9030.6040.500(19)=(2)+(16)43.83440.18236.53032.87829.22525.57221.91918.26614.61210.9597.3053.6520.000(20)=(4)-(15)14.01211.6399.4887.5575.8414.3363.0391.9471.0580.370-1.18E-01-4.08E-01-5.00E-014.2、拱上排架設(shè)計(jì)在已求出槽身底部高程的條件下，按照拱上排架布置方案，可定出排架底部高程并求得每個(gè)排架的高度H，進(jìn)一步計(jì)算設(shè)計(jì)條件下通過(guò)排架立柱傳給拱肋的鉛直荷載。由地形圖可知，槽身底部于地表最大高差約15m，渡槽的坡降為1/800。4.2.1、排架底部高程及高度H（m）截面號(hào)0123456-15.0-6.4-1.550.00-1.55-6.4-15.0H15.56.881252.01250.443751.9756.8062515.3875截面號(hào)789101112-6.4-1.550.00-1.55-6.4-15.0H6.768751.90.331251.86256.6937515.2754.2.2、排架形式及尺寸的選擇以0號(hào)排架為例，采用C25混凝土，H=15.5m，B=4.4m，排架短邊=0.4m，長(zhǎng)邊=1.0m，排架截面每隔4.0m設(shè)置一根橫梁，梁高=0.5m，梁寬=0.4m，牛腿h=1.0m，牛腿處傾角θ=，牛腿長(zhǎng)度c=0.5m。具體布置見(jiàn)下圖：圖4-2拱上排架布置圖（0號(hào)）4.2.3、排架荷載計(jì)算4.2.3.1、槽殼自重=+=70.35+2.4=72.75，=72.75*15=1091.254.2.3.2、滿槽水重設(shè)計(jì)水深時(shí)值水重設(shè)計(jì)值（h=2.42m）=96.4*1.05=101.22加大水深時(shí)值水重設(shè)計(jì)值（h=2.79m）=110.8*1.05=116.344.2.3.3、排架自重（以0號(hào)排架為例）經(jīng)計(jì)算排架的橫截面積為=18.775，故=18.775*1.0*25=469.375故可計(jì)算出通過(guò)排架傳給拱肋的鉛直荷載，見(jiàn)下表：（單位）表4-2半跨鉛直荷載分布表3305.7253044.732897.302849.794.2.3.4風(fēng)荷載計(jì)算A、作用于槽身的橫向風(fēng)壓力作用于槽身的風(fēng)荷載強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值按下列公式（4-4）計(jì)算：=（4-4）式中：W0--為基本風(fēng)壓值，根據(jù)資料取35kg/m2（即0.35kN/m2）；μs--為風(fēng)載體形系數(shù)，本渡槽為矩形槽身，H/B=2.79/4=0.7，根據(jù)《渡槽》①中的表1-6可查得空槽時(shí)取1.70，滿槽時(shí)取1.74；μz--為風(fēng)壓高度系數(shù)，因?yàn)椴凵淼挠L(fēng)面距地面約15m，參考《渡槽》中的表1-5可近似取其值為1.14μt--為地形、地理?xiàng)l件系數(shù)，根據(jù)資料提供的地形圖可取1.2,；βz--為風(fēng)振系數(shù)，其值由自振周期T1決定，T1由下式（4-5）計(jì)算：=3.63(4-5)式中：H--為槽身重心至地面高度（m），近似取16m；M--為擱置于排架頂部的槽身質(zhì)量(空槽情況)或槽身及槽中滿槽水的總質(zhì)量（kg），根據(jù)前面計(jì)算取2.9×105kg；E--為排架材料的彈性模量（N/m2），近似取C25混凝土的彈性模量2.8×1010N/m2；J--為排架橫截面的慣性矩（m4），J=（1.0×0.43/12+1.0×0.4×2.4752）×2=4.91m4；A--為排架的橫截面面積（m2），A=2×1.0×0.4=0.8m2；ρ--為排架材料的密度（kg/m3），取鋼筋混凝土密度2.5×103kg/m3；由此可計(jì)算出自振周期：=1.089s由此根據(jù)《渡槽》中表1-7可查得βz=1.45。將上述各參數(shù)的取值代入公式（4-4）可計(jì)算得：=1.45*1.74*1.14*1.2*0.35=1.21kN/m2由于風(fēng)荷載為活荷載，則槽身風(fēng)荷載強(qiáng)度設(shè)計(jì)值：==1.2*1.21=1.452kN/m2已知槽身高3.29m，一節(jié)槽身長(zhǎng)15m（包括兩端伸縮縫長(zhǎng)度），則作用于槽身上的橫向風(fēng)壓力設(shè)計(jì)值為：=3.29*15*1.452=71.66kNB、作用于排架的橫向風(fēng)壓力（以0號(hào)排架為例）由于排架兩立柱間間距為4m較大，安全起見(jiàn)，不考慮前柱對(duì)后柱的擋風(fēng)作用，排架的風(fēng)荷載強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值按下式（4-6）計(jì)算：=（4-6）式中各參數(shù)意義參見(jiàn)公式（4-4），計(jì)算式參考《渡槽》中的表1-5、1-6、1-7可取各參數(shù)的值為：μs=1.4，μz=0.9，μt=1.2，βz=1.45，由此可計(jì)算得：=2*1.45*1.4*0.9*1.2*0.35=1.53kN/m2同理可計(jì)算出排架風(fēng)荷載強(qiáng)度設(shè)計(jì)值：==1.2*1.53=1.836kN/m2作用于排架上的橫向風(fēng)壓力可視作均勻分布在立柱上，則有風(fēng)荷載強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為：=*1.0=1.836kN/m4.2.3.5、作用排架節(jié)點(diǎn)上的荷載A、槽身傳遞給排架頂部的荷載作用于槽身的橫向風(fēng)壓力通過(guò)支座的摩阻作用，以水平力的形式傳到排架頂部；同時(shí)距排架頂?shù)母叨?.7m，對(duì)排架頂?shù)母叱趟a(chǎn)生的力矩將轉(zhuǎn)換為一對(duì)方向相反的集中力，分別作用于兩立柱頂端，迎風(fēng)面力的方向向上，背風(fēng)面力的方向向下，槽身自重及槽中水重也通過(guò)支座傳到排架頂部，立柱自重不產(chǎn)生彎矩，可不計(jì)。滿槽水加橫向風(fēng)壓力的情況：=(+)/2-*1.7/4.0=(1091.25+1745.1)/2-71.66*1.7/4.0=1387.715kN=(+)/2+*1.7/4.0=(1091.25+1745.1)/2+71.66*1.7/4.0=1448.635kN===71.66/2=35.83kN空槽加橫向風(fēng)壓力的情況：=/2-*1.7/4.0=1091.25/2-71.66*1.7/4.0=515.165kN=/2+*1.7/4.0=1091.25/2+71.66*1.7/4.0=576.085kN===71.66/2=35.83kN排架上橫梁的自重標(biāo)準(zhǔn)值=0.4*0.5*25=5kN/m設(shè)計(jì)值=1.2*5=6kN/m4.2.3.6、計(jì)算工況的確定A、滿槽水加橫向風(fēng)壓力B、空槽加橫向風(fēng)壓力4.2.4、排架的內(nèi)力計(jì)算4.2.4.1、滿槽水加橫向風(fēng)壓力根據(jù)前面的荷載計(jì)算，可用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器求得排架的各種內(nèi)力。對(duì)于立柱抗拉剛度EA1=2.8×1010×1.0×0.4=1.12×1010N；抗彎剛度EI1=2.8×1010×1.0×0.43/12=0.18×1010；對(duì)于橫梁有抗拉剛度EA2=2.8×1010×0.5×0.4=0.56×1010+N；抗彎剛度EI2=2.8×1010×0.4×0.53/12=0.14×1010。內(nèi)力計(jì)算結(jié)果如下圖所示：（1）排架荷載分布圖（滿槽）（2）排架彎矩圖（滿槽）（3）排架軸力圖（滿槽）（4）排架剪力圖（滿槽）圖4-30號(hào)排架內(nèi)力計(jì)算圖（滿槽）具體內(nèi)力計(jì)算數(shù)據(jù)如下：內(nèi)力計(jì)算桿端內(nèi)力值(乘子=1)桿端1桿端2單元碼軸力剪力彎矩軸力剪力彎矩1-1150.6075650.9906065-119.668128-1150.6075643.646606569.60629782-2.80121585-63.6440756144.576192-2.80121585-87.6440756-158.0001093-885.19243049.1273935-119.181648-885.19243049.127393577.32792524-1214.2516446.4478223-74.9698949-1214.2516439.103822396.13339445-797.54835546.3261776-80.6721844-797.54835546.3261776104.6325266-2.15176734-97.5317683178.591834-2.15176734-73.5317683-163.5352397-1287.7834141.2555896-67.4018446-1287.7834133.911589682.93251408-8.34441031-99.9315867219.583014-8.34441031-123.931586-228.1433329-700.01658644.1744103-73.9593082-700.01658644.1744103102.73833210-1387.7150042.2560000-136.650500-1387.7150035.8300000-0.0000000011-576.08500035.8300000-0.00000000-576.08500035.8300000125.4050004.2.4.2、空槽加橫向風(fēng)壓力空槽加橫向風(fēng)壓力時(shí)的內(nèi)力計(jì)算同滿槽時(shí)的計(jì)算方法一樣，只是槽身傳到立柱頂部的集中力減小，計(jì)算結(jié)果如下圖4-4所示：（1）排架彎矩圖（空槽）（2）排架剪力圖（空槽）（3）排架軸力圖（空槽）圖4-40號(hào)排架內(nèi)力計(jì)算圖（空槽）具體內(nèi)力計(jì)算數(shù)據(jù)如下：內(nèi)力計(jì)算桿端內(nèi)力值(乘子=1)桿端1桿端2單元碼軸力剪力彎矩軸力剪力彎矩1-311.63273350.9906065-186.818456-311.63273343.64660652.455969492-2.80121585-63.0203934143.328828-2.80121585-87.0203934-156.7527453-1724.1672649.1273935-186.331977-1724.1672649.127393510.17759684-374.65312646.4478223-140.872858-374.65312639.103822330.23043055-1637.1468746.3261776-146.575148-1637.1468746.326177638.72956226-2.15176734-93.2569464170.042190-2.15176734-69.2569464-154.9855957-443.91007341.2555896-124.755164-443.91007333.911589625.57919418-8.34441031-71.2549267162.229694-8.34441031-95.2549267-170.7900139-1543.8899244.1744103-131.312628-1543.8899244.174410345.385013010-515.16500042.2560000-136.650500-515.16500035.8300000-0.0000000011-1448.6350035.83000000.00000000-1448.6350035.8300000125.4050004.2.5、排架的配筋計(jì)算4.2.5.1、立柱的配筋計(jì)算正截面：立柱尺寸h=400mm，b=1000mm，選用Ⅱ級(jí)鋼筋，ft=310N/mm2由于渡槽的環(huán)境類別為二類，可取混凝土保護(hù)層厚度c=c′=35mm，預(yù)估鋼筋直徑d=16mm，且鋼筋布置一排，所以受力鋼筋合力作用點(diǎn)到梁受拉邊緣的距離a=a′=c+d/2=35+16/2=43mm；將立柱視為一端固定一端為不移動(dòng)的鉸接，則計(jì)算長(zhǎng)度l0=0.7H=0.7*15.5=10.85m，計(jì)算高度=h-a=400-43=357mm初始偏心距=M/N=119.18/1724.2=0.069m偏心距增大系數(shù)由于l0/h=10.85/0.4=27.1＞8===1.20=1.15-0.01/h=1.15-0.01*27.1=0.879由此可計(jì)算得偏心距增大系數(shù)η=1+=1+*1.2*0.879=4.6η=4.6*0.069=0.32m=320mm＞0.3=0.3*400=120mm故按大偏心受壓構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算。由于風(fēng)荷載方向的不確定性，立柱采用對(duì)稱配筋，則截面受壓高度：x===165.5mm＜=0.614*357=219.2mm故屬于大偏心受壓構(gòu)件，且x=165.5mm>2a=2×43=86mm。鋼筋面積、=0.614e=η+-a=320+400/2-43=477mm====3184選配4φ28+2φ22鋼筋（=3223），ρ===0.805％＞=0.20％，滿足要求斜截面：驗(yàn)算截面尺寸：（0.25b）=*（0.25*12.5*1000*357）=929kN＞V=123.9kN，截面尺寸滿足要求。下面計(jì)算是否需要按計(jì)算配置箍筋：λ===21.7＞3取λ=3，對(duì)應(yīng)軸向壓力值N=885.2kN＜0.3A=0.3*12.5*1000*357=1338.75kN（b）+0.07N=*（12.5*1000*357）+0.07*885.2=227.3kN＞49.2kN故無(wú)需按計(jì)算配筋，選配φ10@200的箍筋。4.2.5.2、橫梁的配筋計(jì)算橫梁按受彎構(gòu)件進(jìn)行配筋計(jì)算：正截面：由于渡槽的環(huán)境類別為二類，可取混凝土保護(hù)層厚度c=35mm，預(yù)估鋼筋直徑d=16mm，且鋼筋布置一排，所以受力鋼筋合力作用點(diǎn)到梁受拉邊緣的距離a=c+d/2=35+16/2=43mm；因此截面的有效高度h0=500-43=457mm。截面抵抗拒系數(shù)：===0.082ζ=1-=0.0857＜=0.614，不會(huì)發(fā)生超筋破壞?？v向受力鋼筋面積：=ζb=0.0857**500*457=790配筋率：ρ===0.346％＞=0.2％，滿足要求。選配4φ16（=804）斜截面：支座邊最大剪力設(shè)計(jì)值=（0.07b）=*（0.07*12.5*500*457）=166.6kN＞v=97.5kN故斜截面抗剪滿足要求,只需按構(gòu)造要求在底板及兩邊側(cè)墻中配置φ10@200的箍筋。4.2.6、排架的縱向計(jì)算4.2.6.1、排架一端槽身已就位，另一端尚未吊裝的情況（無(wú)水）半節(jié)槽身重/2=1091.25/2=545.625kN，考慮到施工荷載，取動(dòng)力系數(shù)n=1.3，則該情況下的荷載N=1.3×545.625=709.315kN，偏心距e0=500mm。偏心距增大系數(shù)由于l0/h=10.85/1.0=10.85＞8===2.94，取1。=1.15-0.01/h=1.15-0.01*10.85=1.0415由此可計(jì)算得偏心距增大系數(shù)η=1+=1+*1.2*1.0415=1.075η=1.075*500=537.5mm＞0.3=0.3*357=107.1mm故按大偏心受壓構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算。配筋計(jì)算由于施工順序的不確定性，立柱采用對(duì)稱配筋，則截面受壓高度：x===170.24mm＜=0.614*357=219.2mm故屬于大偏心受壓構(gòu)件，且x=170.24mm>2a=2×43=86mm。鋼筋面積、=0.614e=η+-a=537.5+1000/2-43=994.5mm==＜0故按最小配筋率配筋，=0.2％*1000*400=800故原立柱的配筋能滿足要求。4.2.6.2、無(wú)水平風(fēng)向荷載作用，僅渡槽最大垂直荷載作用下，立柱為軸心受壓狀態(tài)。此時(shí)按軸心受壓長(zhǎng)住進(jìn)行承載力復(fù)核，l0/b=10.85，根據(jù)《水工混凝土結(jié)構(gòu)》中表3-1查得軸心受壓柱穩(wěn)定系數(shù)φ=0.96，As′=3223mm2，則有：=φ（+）=*0.96（12.5*1000*400+210*3223）=4541.5kN最大垂直荷載N=(1091.25+1745.1)/2=1418.175kN，故原配筋滿足要求。4.3、拱圈設(shè)計(jì)4.3.1、拱軸系數(shù)m的校核拱肋重力按分段法計(jì)算，將半跨拱肋等分為12段，每段水平長(zhǎng)度△x=43.5/12=3.625m，各分段重力按下列公式計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表（4-3）：=γ（3+）=γ（3+）=γ（i=0,1,2，….5，7，8，….11）=γ（3+）=γ（3+）=γ（+3）式中：γ為拱肋材料重度，γ=25表4-3拱肋重力分段計(jì)算表單位（）61.83123.9889118.82977114.23024110.12747106.4709352.0251.25100.338797.80021695.57949793.65540292.00940245.49半跨拱肋重1263.621。求出和后，分別計(jì)算和對(duì)1/4拱跨處v點(diǎn)的力矩和對(duì)拱腳k點(diǎn)的力矩，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表（4-4）：表4-4拱上各點(diǎn)彎矩計(jì)算表荷載名稱荷載值Kn對(duì)v點(diǎn)力臂對(duì)k點(diǎn)力臂3044.73013.541103.862897.306.7519556.77528.592573.052849.7921.7561982.93343.5133965.961.83000123.988903.625449.4598118.8297707.25861.5158114.23024010.8751242.254110.12747014.51596.848106.47093018.1251929.78652.02020.843751084.29251.250.9062546.44531322.656251161.133100.33873.625363.7277925.3752546.09597.8002167.25709.05157292836.20695.57949710.8751039.42732.6253118.28193.65540214.51358.003336.253395.00892.00940218.1251667.670439.8753668.87545.4921.75989.407543.51978.815∑84713.1345090.6===4.074m=-1=1.149計(jì)算得m值與初擬值m=1.167接近，下面計(jì)算時(shí)用m=1.1674.3.2、彈性壓縮系數(shù)的計(jì)算由式=式中=，=由《渡槽》書(shū)后附錄B中表B7和B6查得：=1.06，v=1.2=0.097725已知：拱頂截面=100*100=，==3.33*；C25混凝土彈性模量E=2.8*kN/。則=0.097725*=0.01918==0.0153==0.0135將、代入上式，求得彈性壓縮系數(shù)：==0.01514.3.3、鉛直荷載作用下的內(nèi)力計(jì)算由于上部鉛直荷載是通過(guò)排架立柱傳給主拱圈的，故按集中荷載計(jì)算。拱圈自重（）所產(chǎn)生的內(nèi)力，應(yīng)根據(jù)施工方法的不同而按無(wú)鉸拱或有鉸拱計(jì)算，本例計(jì)算中按無(wú)鉸拱考慮。對(duì)于變截面懸鏈線無(wú)鉸拱在集中荷載作用下的內(nèi)力，采用拱腳內(nèi)力影響線計(jì)算。首先利用附錄B表B14、表B15查算不計(jì)彈性壓縮影響左拱腳的彎矩、水平推力的影響線縱坐標(biāo)，同時(shí)還可以從表B16查得左拱腳鉛直反力的影響線縱坐標(biāo)。在單位鉛直荷載（）的作用下，考慮彈性壓縮影響，左拱腳截面的內(nèi)力彎矩和水平推力H按以下公式計(jì)算：=-（f-）H=（1-）式中：--為彈性中心位置，可查附錄B表B3。本例中，由m=1.167，n=0.5查得=0.275f。已知f=14.5m，所以=0.275*14.5=3.9875m將f、、各值代入上式，計(jì)算坐公交彎矩、水平推力影響線縱坐標(biāo)的具體計(jì)算式如下：=-0.0151（14.5-3.9875）=-0.15874=（1-0.0151）=0.9849圖4-5拱圈幾何圖形與荷載左拱腳的彎矩、水平推力和鉛直反力影響線縱坐標(biāo)值得查算結(jié)果列于下表（4-5）：表4-5拱上各點(diǎn)彎矩、水平推力、鉛直反力計(jì)算表截面號(hào)012345678/l0-0.0353-0.0578-0.0717-0.0754-0.0716-0.0616-0.0474-0.0302f/l00.00510.01910.04030.06680.09650.12760.1580.18610-3.0711-5.0286-6.2379-6.5598-6.2292-5.3592-4.1238-2.627400.03060.11460.24180.40080.5790.76560.9481.11660-3.07596-5.04679-6.27628-6.62342-6.32111-5.48073-4.27429-2.8046500.0301380.112870.2381490.3947480.5702570.7540390.9336851.09973910.99580.98340.96290.93460.89880.85620.80740.7531截面號(hào)9101112/l-0.01180.00650.02330.03740.0480.05470.05730.05620.0517f/l0.210.22840.24010.24410.24010.22840.210.18610.158-1.02660.56552.02713.25384.1764.75894.98514.88944.49791.261.37041.44061.46461.44061.37041.261.11660.948-1.226610.3479631.7984193.0213093.9473194.5413634.7850884.7121514.3474141.2409741.3497071.4188471.4424851.4188471.3497071.2409741.0997390.9336850.69410.63150.56640.50.43360.36850.30590.24690.1926截面號(hào)/l0.04460.03560.02580.01620.00790.00220f/l0.12760.09650.06680.04030.01910.005103.88023.09722.24461.40940.68730.191400.76560.5790.40080.24180.11460.030603.7586693.005292.1809771.3710170.6691080.18654300.7540390.5702570.3947480.2381490.112870.03013800.14380.10120.06540.03710.01660.00420利用左拱腳的彎矩、水平推力和鉛直反力影響線縱坐