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1、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,专业根底知识及根底课等的理论；了解并初步掌握水利工程的设计内容,设计方法和设计步骤；熟悉水利工程的设计标准；提升编写设计说明书和各种计算及制图的水平.根据设计任务书,说明书分为四章.第一章,根本资料.第二章,整体布置,确定渡槽的线路和槽身总长度,进行水利计算,确定槽底纵坡以及进出口高程.第三章,槽身结构设计,确定槽身的横断面尺寸,进行槽身纵横断面内力计算及结构计算.第四章,支承结构设计,确定支承结构的尺寸,进行支承结构的结构计算,渡槽根底的结构计算及渡槽整体稳定性计算.AbstractThisdesignisagr
2、aduationprojectofundergraduation.Itsmainaimistoapplywhathavebeenlearnedinclass,suchasspecializedcourses,specializedbasiccourses,basiccoursesandsoon,toinitiallymasterthecontentofdesign,themethodsofdesign,thestepsofdesignoftheirrigationproject;tohaveanintimateknowledgeofthedesignstandardoftheirrigatio
3、nproject;toraisethecapacitytocompilethedesignexpositionandthecapacityofcalculationanddrawing.Accordingtothetask,thedesignexpositionismadeupoffourchapters.Chapteroneisthebasicmaterial.Chaptertwoisassignmentonthewhole,inwhichtheaqueductlineandtotallengtharedecided,andmakethehydraulicdesigntodecidethes
4、lopeofbottomandthealtitudeofexitandentrance.Chapterthreeisthestructuredesignofaqueductbody,inwhichthecrosssectionofaqueductbodyisdecided,andcalculatetheinternalforceandthestructureofcrosssectionandverticalsection.Chapterfouristhestructuredesignofsupportstructure,inwhichthedimensionsofsupportstructur
5、earedecided,andcalculatetheinternalforceandstructureofsupportstructure,andcalculatethestructureofaqueductfoundations,andcheckthestabilityofaqueductonthewhole.内容摘要IAbstractH第一局部设计说明书11根本材料12地形地质情况2地形资料2地质资料2灌区规划要求2气象资料3其他资料33输水方案及建筑物型式的论证3方案的论证34整体布置4渡槽的位置选择4槽身的水力设计4槽身支承结构型式的选择和布置4跨度、跨数及轮廓尺寸的拟定5进出口段的
6、型式选择及布置55槽身结构设计5身槽横剖面型式及尺寸的拟定5槽身纵向内力计算及配筋计算6横向内力计算及配筋计算76支承结构设计10支承结构型式及尺寸的拟定10槽墩与槽架的结构计算116.2.1槽墩结构计算116.2.2槽墩的根底结构126.2.3渡槽的整体稳定性验算12第二局部计算书131.槽身的水力设计13拟定槽身的纵坡i、净宽B0和净深H013渡槽的进出口高程计算132.槽身纵向内力计算及配筋计算14荷载计算15内力计算16正截面的配筋计算16槽身纵向抗裂验算18斜截面抗剪计算193.槽身横向内力计算及配筋计算19底板的结构计算203.1.1短跨方向213.1.2长跨方向21侧墙的结构计算
7、22肋的结构计算223.3.1内力计算233.3.2侧墙与肋所构成的T形梁的配筋计算273.3.3底板与肋所构成的T形截面梁的结构计算30槽身的稳定验算323.4.1槽身的计算简图及荷载计算323.4.2抗滑稳定验算333.4.3抗倾覆稳定验算344支承结构设计353.4.4353.4.5计算354.2.1荷载计算364.2.2抗滑稳定计算374.2.3抗倾覆稳定计算374.2.4基地正应力验算37槽墩的设计394.3.1根本尺寸确实定394.3.2应力计算404.3.3根底应力验算414.3.4墩顶应力验算444.3.5墩底应力验算455细部结构设计48伸缩缝与止水48支座49两岸连接506
8、工程量计算51谢辞52参考文献53英文文献及中文译54第一局部设计说明书1根本材料本设计取材于实际的工程许营渡槽,许营渡槽是陆浑灌区东一干渠上的跨越伊河上的建筑物.陆浑灌区是河南省较大的灌区之一,灌区处在半山区和丘岭地区,跨越洛阳、开封、郑州市三个地区的六个县,灌区灌溉面积134Wo整个灌区是由总干渠和东一、东二、西干三条干渠组成,全长290.5m,建筑物1134座渡槽32座,全长9.8Km.东一干渠规划灌溉面积亩,东一灌区内多为丘陵干旱地区,区内岗洼相间,地面覆盖为红色和棕色黏土及黄土,水文地质较差,缺乏地下水源.许营渡槽规划轴线长748.1m,该段为紫红色、红褐色砾岩和夹砂质黏土,砾岩成分
9、为石英砂岩、石英岩等,外表风化严重,凸凹不平,肉眼可见溶蚀,直径大小不一,洞内均有渗水现象.许营渡槽是东一干渠上较大的渡槽,因此,该渡槽的建成与否关系到整个东一干渠的规划灌溉面积,甚至整个陆浑灌区的规划灌溉面积.本设计建筑物级别按三级考虑,设计烈度为80o本设计的任务主要有两项,一是根据东一干渠许营段的地质地形条件,初拟两种不同类型的跨越河流的建筑物型式,并通过技术经济比拟,从中选择经济合理,平安可靠的可行性方案；二是根据选定的方案,确定结构尺寸,经指导教师认可后,进行水力与结构计算.方案论证主要对拱式U形断面渡槽和梁式矩形断面渡槽进行了论证,最后选定了梁式矩形断面渡槽.确定的方案设计主要包括
10、了槽身的整体布置、纵剖面设计、槽身的设计、支承结构设计等.整个渡槽长748.1m,分为39跨,每跨17.5m,设计流量40m3/s,加大流量45m7s.坡度为1/1300.槽身为普通钢筋混凝土结构,矩形断面带拉杆,槽身净宽4.56m,净深3.65m,侧墙厚20cm,高4.2m,底板厚40cm,拉杆为20cmX20cm的方形断面,间距2m.在主河槽段由于离地面距离大又有过水要求采用空心圆矩形断面的混凝土墩,共40个,墩身最大高度48.5m,四周以20:1的坡度向下扩展.渡槽两端设重力式槽台,纵剖面为一侧直立的梯形断面,整个槽台高4mo本设计计算的局部主要包括渡槽的水利计算、槽身要求工况下的内力配
11、筋计算、在横向风压下的稳定验算、抗裂验算；槽墩的墩身应力验算、在横向风压下基底的稳定和应力验算；槽架要求工况下的内力配筋计算、根底的内力配筋计算；槽台的基底应力及稳定验算.本设计的主要原那么是：通过毕业设计,使所学到的知识得到稳固、扩大加深和系统化,同时增强运用理论知识来解决实际问题的水平,提升对实际工程的设计计算、绘图等根本技能,培养和建立正确的设计思想,实事求是,刻苦钻研,通过自己的努力从中受益,为尽快适应将来的工作和学习打下坚实的根底.由于时间较短水平有限,有些地方难免做的不到位,做的不细致,望阅者给予指正.关键词:渡槽槽身槽墩内力计算2地形地质情况地形资料由地形图可知本设计是东一干渠上
12、的一过水建筑物,横跨浏间河,此灌区内多为低山丘陵干旱区,区内岗洼相间,地面覆盖为红色和棕红色黏土及黄土.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.地表沟壕大局部为南北向,对于排除地面径流与灌区渗水有利,不会产生盐碱化和沼泽化威胁.地质资料跨越过水建筑物的起止桩号为70+294-70-+,河底高程为235米,河槽局部覆盖层厚度约为520米,表层为中、重粉质壤土厚度为15米.其中,中粉质壤土为人工造田,下面为卵石厚度为1020米,卵石层透水性较小.重粉质壤土含少量砾石,钻进中孔壁一般稳固,结构密实.基岩为白云质灰岩,夹泥质灰岩.基岩埋深1020米,百云质灰岩多呈灰和深灰色.河
13、槽段风化溶蚀严重,风化溶蚀程度不一,最大深达1019米.左岸基岩裸露,岩石坚硬完整,有断层两条,充填密实,但上部岩石受断层的切割和风化较破碎,但稍加处理即可作地基.右岸基岩埋藏较深,约512米,呈棕黄色,土质较均一,结构密实,具有发缝构造,有风易风化剥蚀,边坡易于变形.土的平均干容重r=1.6g/cm3,饱和快剪=2022,c=-kg/cm2,地下水位在-224.7米.灌区规划要求渠道的设计流量Qd=40n3/s边坡系数m=出口渠底设计高程266.68m渠道纵坡i=1/1200渠底宽2.85m进口渠底设计高程267.48m允许总水头损失0.80m气象资料本灌区属于华北干旱区,平均多年降雨量只有
14、500600mm而且分布很不均匀,有6070%集中在汛期.作物生长出现严重缺水的情况,年平均蒸发量为2000mm其他资料(1)无论采用何等输水方式,此工程按三等建筑物设计.(2)灌区最大风速为18m/s,最大冻土深度0.5m.(3)根据洛阳地区地震局提供的相关资料,灌区的主要建筑物设计烈度为8.(4)假设采用渡槽输水,可不考虑交通要求和通航要求.(5)附图河南省陆浑灌区东一干渠地形图一张,比例尺1/1000;河南省陆浑灌区东一干渠地质纵剖面图一张,比例尺1/1000.3输水方案及建筑物型式的论证方案的论证初步设计时拟定了绕山渠道、渡槽、倒虹吸管三种方案,以下为三种方案的论证比较.绕山渠道,渠道
15、选线一般要求在满足输水任务的前提下,尽量使工程量小且造价低.对于灌溉渠道,渠线应与地形等高线大致平行且尽可能布置在灌区的脊线,以争取最大的自流灌溉面积.根据本设计所给的地形地质资料,修建绕山渠道露于地面便于维护管理,但由于要绕过地形起伏较大处,故渠线过长,该地段风化严重,增加了工期的不确定性.地质资料还说明该地段溶蚀洞穴较多,透水性强,输水量又难以保证.因以上原因排除绕山渠道方案.倒虹吸管,倒虹吸管是设置在渠道与河流谷地道路相交处的压力输水建筑物,与渡槽相比,通常具有造价低,施工方便等优点,但水头损失较大,运用治理不如渡槽方便.许营渡槽所处地段风化严重,易淤积,地形复杂,完工后的虹吸管稳定性差
16、,地下溶蚀洞穴较多,采用此方案水量损失严重,大大降低了该工程的经济效益,结合以上原因排除倒虹吸方案.渡槽,渡槽是渠道跨越河、渠、溪谷、道路的明流输水建筑物.虽施工要比渠道倒虹吸复杂,但由于其水头损失小,受地形地质条件影响小,在我国灌区建筑物中应用较为广泛,在设计施工方面也已有了较丰富的经验,运用治理也方便,不易淤积,又便于交通和通航.结合以上论述根据许营段的实际情况修建渡槽适宜,故以下本设计选用渡槽方案.4整体布置渡槽的位置选择渡槽的位置选择是选定渡槽的中央线及槽身起止点的位置.本设计的渡槽的中央线已选定.具体选择时可以从以下几方面考虑：(1)槽址应尽量选在地质良好、地形有利和便于施工的地方,
17、以便缩短槽身长度、减少工程量、降低墩架高度；(2)槽轴线最好成一直线,进口和出口预防急转弯,否那么将恶化水流条件,影响正常输水；(3)跨越河流的渡槽,槽轴线应与河道水流方向尽量成正交,槽址应位于河床及岸坡稳定、水流顺直的地段,预防位于河流转弯处；(4)为了在渡槽或上、下游填方渠道发生事故时停水检修,常常在进口段或进口前的适当位置设置节制闸,以便与泄水闸联合运用,使渠水泄入溪谷或河道.槽身的水力设计(1)拟定槽身纵坡i、净宽B和净深渡槽的纵坡取为,根据计算书中的计算可得Bc=4.565m,H)=3.652mo一般情况下,渡槽的总长度常大于进口前渠道的20倍.槽中水流按明渠均匀流计算图2-1渡槽水
18、力计算图(单位：cm)槽身支承结构型式的选择和布置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假设干节,并将槽身与进出口建筑物分开.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单悬臂梁式一般只在双悬臂梁式向简支梁式过渡或与进出口建筑物连接时使用.简支梁式槽身施工吊装方便,接缝止水构造简单,但跨中弯矩较大,底板受拉对抗裂防渗不利.简支梁式槽身常用的跨度为8-15m.由于该渡槽槽高较大,本设计采用简支梁式槽身,跨度取为17.5m.梁式渡槽的槽身采用钢筋混凝土结构.跨度、跨数及轮廓尺寸的拟定槽身段长度
19、为686米,跨度为17.5米,共39跨.第1、27、28跨为台槽,台槽下为重力墩支承,其他各跨均由重力空心墩支承.进出口段的型式选择及布置渡槽的进出口均需设置渐变段,渐变段采用扭曲面形式,一般用素混凝土建造.渐变段的长度L通常采用经验公式计算,即Lj(4-6)h(21)式中Lj进口段取Lj4h,出口段取L6h;h进出口渠道水深.那么进口渐变段L1=14.98m,取L1=15.6m出口渐变段L26X=18.2m,取L2=18.5m5槽身结构设计身槽横剖面型式及尺寸的拟定槽身横断面最常用的是矩形和U形.大流量钢筋混凝土梁式渡槽多采用断面根据灌区规划要求,渡槽无通航要求,且渡槽槽身上不设人行道,故为
20、了改善槽身的横向受力条件,沿槽顶每隔2m设一根拉杆,为了减薄侧墙和底板的厚度槽身每隔2m加设一根横肋.槽顶设人行桥,搁置于拉杆之上,以便检修.侧墙厚度为20cm底板厚为20cm,具体形式如下：向梁作用.根据支点位置的不同,图31槽身横断面型式图槽身纵向内力计算及配筋计算l0=1750l=50图3-2槽身纵向计算简图根据支承形式,跨宽比及跨高比的大小以及槽身横断面形式等的不同,槽身应力状态与计算方法也不同,对于梁式渡槽的槽身,跨宽比一般都大于,跨高比也比拟大,故可以按梁理论计算.计算简图见图22.槽身纵向一般按满槽水,即水深与拉杆下缘齐平的情况设计.纵向计算中的荷载一般按匀布荷载考虑,包括槽身重
21、力拉杆等小量集中荷载也换算为匀布的、槽中水体的重力及人群荷载.其中槽身自重、水重为永久荷载,而人群荷载为可变荷载.根据梁l=50的支承形式计算纵向梁内力,弯矩及剪力求出后,即可按受弯构件进行正截面及斜截面强度计算以及抗裂度验算.经计算具体计算过程见?计算书?2,槽身纵向配筋面积A=9099mm选用包36+4电40,钢筋布置见图33.图3-3槽身纵向配筋图横向内力计算及配筋计算由于在设计中选用了有拉杆加肋的矩形槽,所以横向计算时沿槽长取肋间距长度上的槽身进行分析.作用于单位长脱离体上的荷载除q自重力加水的重力外,两侧还有剪力Q及Q,其差值AQ与荷载q维持平衡.AQ在截面上的分布沿高度呈抛物线形,
22、方向向上,它绝大局部分布在两边的侧墙截面上.工程设计中一般不考虑底板截面上的剪力.侧墙与底板均按四边固定支承板设计,计算条件为满槽水,那么其荷载为满槽水时的水压力.计算简图如图34.图34中li为肋间距,qi为作用于侧墙底部的水压力,水计算的槽内q2为底板的重力与按满槽2_36240236240160160I水压力之和图3-4槽身横向结构计算简图经计算(具体计算见?计算书?),底板的配筋为,顺槽向内侧为小10250,外侧为小14250,为槽向内侧为小8/10250,外侧为小14250.侧墙的配筋均按最小配筋率配筋,顺槽向、 横槽向的内侧配筋均为小8/10250,顺槽向外侧为小12/14250、
23、横槽向外侧为小10/12250.肋所承受的是肋间距长度上的荷载,按有拉杆的矩形框架计算.肋和侧墙、 肋和底板构成T形截面(侧墙和底板是肋的翼缘),顶部是一根拉杆,顺槽向的长度为肋的问距(肋两侧各取半个肋间距).计算时由于拉杆的刚度较小,故杆端作绞接考虑,因此图示结构为一次超静定,不计轴力及剪力对变位的影响,用力法可求解赘余力X.图3-5肋的结构计算图(a)计算简图(b)沿槽身宽度方向(c)沿槽身高度方向8 84 4l2=4.88didi图3-2中R为槽顶荷载,M为槽顶荷载对侧墙中央所产生的力矩.求出赘余力X后,再计算各项横向内力,计算时,弯矩以外侧受拉为正,轴力以拉力为正.作出侧墙及肋、底板及
24、肋的弯矩图、剪力图和轴力图图36.113.46KN.mMS弯距的方向为受拉边图36肋的各项内力图求出肋的内力之后即可进行侧墙肋和底板肋的配筋计算.根据内力图选取最不利荷N0压为“+,拉为“-载组合,分别按偏心受压构件和偏心受拉构件计算侧墙肋和底板肋的配筋,再进行肋的抗裂计算.经过计算最终确定,侧墙肋的内侧钢筋选用2苴12,A=226mrg侧墙肋的外侧钢筋选用2苴12,A=226mm并 按 构 造 要 求 配 置 小6200的 箍 筋 . 底 板 肋 的 内 侧 钢 筋 选 用4幺18+4包20,A=2275mm底板肋的外侧钢筋选用2414,Afe=308mrn并按构造要求配置小6200的箍筋.
25、图3-7底板肋的配筋图图3-8侧墙肋的配筋图6支承结构设计支承结构型式及尺寸的拟定梁式渡槽的支承墩、架有重力式槽墩、钢筋混凝土槽架、混合式墩架和柱桩式槽架等型式.重力式实体墩的墩身可用石料、混凝土等材料建造,顶部顺渡槽水流方向的宽度稍大于槽身支承面所需要的宽度,一般不小于1.0m,垂直渡槽水流方向的长度约等于槽身的宽度.墩头一般采用圆形.墩身顶部用100号到200号混凝土作成墩帽,厚度不小于0.3m,四周比墩身顶部外伸510CR1为满足墩体强度和地基承载力的要求,墩身四侧常以20:140:1的坡度比向下扩大,基地面那么根据地质条件适当扩大.梁式渡槽的边墩常采用入土所示的挡土墙式实体重力墩,也称
26、槽台,除承受承受槽身传来的荷载外,还承受反面的填土压力,是挡土墙式结构,故高度一般不超过56nl反面坡的坡度系数一般为m=-0顶部也需要设置墩帽.墩下部设排水孔,孔径46cm,可设12排,孔进口设反滤层,出口高出地面1030cm梁式渡槽的槽架是钢筋混凝土结构,有单排架、双排架和A字形架等几种型式.214单排架的适应高度一般在15m以内,双排架是空间结构,在较大的竖向及水平向荷载作用下,其强度、稳定及地基应力较单排架容易得到满足,适应高度一般在1525m左右.(b)重力式槽墩断面图图4-1槽墩和槽墩结构的构造与尺寸图槽墩与槽架的结构计算6.2.1槽墩结构计算对于重力式槽墩,通常只验算水平截面(主
27、要是墩身与墩帽的结合面和墩身与根底的结合面)上的正应力,要求不出现拉应力.墩身的应力验算一般应考虑如下几种情况:满槽水加横向风荷载； 空槽加横向风荷载；施工过程中槽墩两侧(顺槽向)荷载不对称作用时.由于时间关系,本设计只进行边墩的结构计算.边墩的计算条件取满槽水.计算简图见图4-20350cm(a)边墩断面图mco51mco512_200cm0.1图4-2边墩的计算简图边墩的结构计算主要包括：抗滑稳定计算,抗倾覆稳定计算,以及基地正应力计算,最终确定边墩及支座的构造及尺寸.经计算,前面设计的边墩尺寸是合理的,结构是稳定的.但根底的尺寸偏小,应改为x3.5m2.6.2.2槽墩的根底结构槽墩根底采
28、用整体板式钢筋混凝土根底.由于这种根底设计时需考虑弯曲变形,故又称为柔性根底.它能在较小的埋置深度下获得较大的基底面积,故体积小施工方便,适应不均匀沉陷的水平强,但需一定数量的钢材.对于槽墩结构,一般都采用这种根底.根底板的尺寸的拟定主要包括：横槽向的长度L、顺槽向的宽度B和根底底板的有效厚度h0O根底板的面积应满足地基承载力的要求.根底底板的有效厚度是由根底材料决定的,应满足冲切强度要求.6.2.3渡槽的整体稳定性验算选定了各个局部的形式和布置尺寸后需验算渡槽及其地基的稳定性,如不满足要求,应修改布置方案.位于大风区的渡槽,轻型壳体槽身可能被风荷掀下来.因此需验算槽身的整体稳定性.槽中无水为
29、最不利计算条件.槽墩或槽架及其根底在水平荷载p的作用下,可能沿基底面产生水平滑动.因此需进行渡槽的抗滑稳定性验算与抗倾覆稳定性验算.计算条件： 当N小时,对抗滑稳定是不利条件,故计算槽中无水情况.即N中不包括槽中水重N10P2IP3Pl为了保证渡槽工程的平安和正常运用,基底压应力及其分布须满足：maxW6；基底合力偏心距应满足?公路桥涵设计标准?的规定,非岩石地基上槽墩或架的根底,要求在根本组合荷载情况下满足60iL=1/12506860.549m(16)式中L槽身段的长度.出口段的水面降落值AZ3可用下式近似计算,即22一、VV2,、,乙=(1-2)(17)2g式中己2出口段的水头损失.取己
30、2二,那么根据式(17)可得,乙二(砧通过渡槽的总水头损失AZ可按下式计算,即,Z=/ZI+/Z2-/Z3(18)那么,Z=+(m根据图11所示条件可确定出以下各值(符号意义见图11):进口槽底高程尸上+H-,Zi-H=(nj)上游渠道的正下游渠道的正卜72g进口槽底抬高yi=Vi-Va=(nrj)出口槽底高程2=i-iL=(rnj)出口渠底降落y2=hs-,乙-H=0.194m出口渠底高程飞=2-y2=266.867m验证：上-下=0.613m,计算无误,满足要求.2.槽身纵向内力计算及配筋计算根据支承形式,跨宽比及跨高比的大小以及槽身横断面形式等的不同,槽身应力状态与计算方法也不同,对于梁
31、式渡槽的槽身,跨宽比一般都大于,跨高比也比拟大,故可以按梁理论计算.槽身纵向一般按满槽水,即水深与拉杆下缘齐平的情况设计.图21槽身横断面型式(单位：cnj)荷载计算根据灌区规划方案中拟定,渡槽的设计标准为3级,所以渡槽的平安级别R级,那么平安系数为丫0=,混凝土重度为丫=25kN/nt正常运行期为持久状况,其设计状况系数为巾=,荷载分项系数为：永久荷载分项系数丫G=,可变荷载分项系数丫Q=,结构系数为丫d=o纵向计算中的荷载一般按匀布荷载考虑,包括槽身重力(拉杆等小量集中荷载也换设计值q=x=(kN/m)内力计算梁式渡槽的单跨长跨高比l=17.5m,槽高H=4.1m那么l/H=1故可按梁理论
32、计算,沿渡槽水流方向按简支或双悬臂梁计算应力及内力:F=50IIIIl0=1750l=50计算长度l=l20-3跨中弯矩设计值为图22槽身纵向计算简图单位：cm2(m)3乂二丫.4*1(g1+gI+q)l281XX-XX8算为匀布的、槽中水体的重力及人群荷载.其中槽身自重、水重为永久荷载,而人群荷载为可变荷载.槽身自重标准值gik=Y0巾YVi=25Xx+xx2+XX2+XX3+X+XX2+X7X0.24.1650.23.652204.052=(kN/m)17.5设计值g1=YGgk=x=(kN/m)水重标准值g2k=丫巾丫xx(kN/m)设计值g2=YGg2k=x=(kN/m)人群荷标准值q
33、k=x0.24.1657,(kN/m)17.5=(kN/m)1跨防男力设计值Qmax=Y巾x_(q+gi+g2)l21=XX-XX2=(kN)正截面的配筋计算对于简支梁式槽身的跨中局部底板处于受拉区,故在强度计算中不考虑底板的作用,但在抗裂验算中,只要底板与侧墙的接合能保证整体受力,就必须按翼缘宽度的规定计入局部或全部底板的作用.不考虑底板与牛腿的抗弯作用,将渡槽简化为由两边侧墙组成的矩形截面.渡槽处于露天(二类环境条件),那么根据标准查得混凝土保护层厚c=35mm排两排钢筋,所以受拉钢筋合力点至截面受拉边缘的距离a=80mm那么截面的有效高度h0=h-a=4252-80=4172mm根据计算
34、简图和截面内力的平衡条件,并满足承载水平极限状态的计算要求可得两个根本设计公式：11一x,一,、MMufcbx(h-)21)dd2fcbx=fyAS(22)式中M弯矩设计值,按承载水平极限状态荷载效应组合计算,并考虑结构重要性系数丫及设计状况系数也在内；Mu截面极限弯矩值；Yd结构系数,Yd=；fc混凝土轴心抗压强度设计值,混凝土选用C25,那么fc=mmb矩形截面宽度；x混凝土受压区计算高度；h0截面有效高度；fy钢筋抗拉强度设计值；As受拉区纵向钢筋截面面积；将己=x/h.代入式(114)、(115),并令as=(己),那么有1 ,一2、,一一、M(fcsbh0)(23)dfcbbh0=f
35、yAEbPWpmin根据以上各式,计算侧墙的钢筋面积如下:dM1.29983.74106s2=2-=fcbh22540041722112s0.070b0.544选4苴36+包40A/9099(mrm)槽身纵向抗裂验算受弯构件正截面在即将开裂的瞬间,受拉区边缘的应变到达混凝土的极限拉伸值emax,最大拉应力到达yM凝土抗拉强度ft.钢筋混凝土构件的抗裂验算公式如下：丫mactftkW(27)MLPmin=%(24)(25)(26)bh2hf-2(bfb)hf(hfEAsh0A04004252220020(4565400)200(4252)90994172223.552547530.9572860
36、.96(mm)由bf/b2,hf/hMhV0长期组合的跨中弯矩值(人群荷载的准永久系数p=0)_121M0(gki0)=xx(+)x88=()12mctftkW01.120.72.859306(kN.m)M42522861综合上述计算可知,槽身纵向符合抗裂要求.斜截面抗剪计算支座边缘截面剪力设计值V=Qna广(kN)V.I.bybf(hV0)3(bfb)(hv.hf)33400286133(4565400)345653(42522861)32EAs(h0y0)33(42522861200)2034.9561012(mm4)9099(41722861)2根据?水工混凝土结构设计标准?,选取丫m值
37、.短期组合的跨中弯矩值Ms0(79kl(2去去/2)88截面有效高度hw=h0=4172mm,由于hJb=4172/4000.2fcbh00.22540041728344kNdV1.22325.8572791.0(kN)故截面尺寸满足抗剪要求.混凝土截面受剪承载力Vc0.07fcbh00.072540041722920.4(kN)dN因此,无需配箍筋.3.槽身横向内力计算及配筋计算由于在设计中选用了有拉杆加肋的矩形槽,所以横向计算时沿槽长取肋间距长度上的槽身进行分析.作用于单位长脱离体上的荷载除q(自重力加水的重力)外,两侧还有剪力Q及Q,其差值AQ与荷载q维持平衡.AQ在截面上的分布沿高度呈
38、抛物线形,方向向上,它绝大局部分布在两边的侧墙截面上.工程设计中一般不考虑底板截面上的剪力.图31槽身横向计算计算简图侧墙与底板均按四边固定支承板设计,计算条件为满槽水图31中1I为肋间距,q1为作用于侧墙底部的水压力,水计算的槽内水压力之和,根据图2-4所示条件可得qhq2hh以上各式中丫水的重度;丫h钢筋混凝土的重度;q2M11川nmI(a)计算简图(b)沿槽身宽度方向(c)沿槽身图度万向q2为底板的重力与按满槽(31)(32)底板厚度底板的结构计算q2=xi03xX+25X103x=(kN/m)短长边之比ll/l2=+=查表,按直线插值OCx=y0C尸OCx=OCy=其中ax、ay分别为
39、平行于短边和长边方向板中央点弯矩系数；ax0、ay0分别为固定边中点沿短边方向和长边方向的弯矩系数.各弯矩值可按下式计算弯矩二系数Xplx2(33)式中lx短边边长.那么Mx=XX=()M=xx=()M=xx=()My=xx=()根据?水工钢筋混凝土结构?,板厚200mm受力钢筋间距取为250mm具体配筋计算如下：3.1.1短跨方向：a=30mmh0=170mm取单宽计算b=1000mm选用I级钢筋,那么fc=210N/mrh分别计算正弯矩方向和负弯矩方向的配筋量：正弯矩M二时,dMx1.280308106fcbh212.5100017021,12s1120.2780.0284选小10250,
40、As=314mm负弯矩M=时,0.0278Asfcb为12.50.02841000170fy210287.4(mm2)今六今六. .69%min0.15%Asminbh00.15%10001512选小8/10250,As=258mm负弯矩My0=时,0.04951,1-2-s1.1-2-0.04950.0508选412250,As=452mm侧墙的结构计算由于侧墙的受力为不均匀荷载,无法查表计算,故按最大值的匀布荷载进行配筋,其结果更平安.3,、q产丫h=x10 x=()短长边之比l1/h=查表,按直线插值可得OCx二,OCy=,0CX=,OCy=根据式(33)可得,dM；1.217.1111
41、06-220.0568fcbh212.5100017021,12s1,120,05680.0585fcbh012.50,05851000170fy2102、592.1(mm)Asmin2选小14250,As=616mm3.1.2长跨方向：钢筋位于短跨方向配置的钢筋的内侧,故a=49mm那么板的有效高度为h0=h-a=200-49=151mmfy=210N/m向正弯矩M二时,dMyfcbh21.22.1671060.00912.5100015121.120,0090.009fcbh012.50,009100015121081.3(mm2)bh0100015140,054min0.15%2226.
42、5(mm)fcbh0fy12,5005081000151210456.5(mm2)Asmin-61.211.7651012,510001512M=XX=()M=xx=()M0=xx=()MY=XX=()计算过程与底板相似,结果如下：1短跨方向：正弯矩的配筋为小8/10250,A=258mm2负弯矩的配筋为小12/14250,As=534mm2长跨方向：正弯矩的配筋为小8/10250,As=258mm负弯矩的配筋为小10/12250,As=383mm肋的结构计算肋所承受的是肋间距长度上的荷载,肋和侧墙、肋和底板构成T形截面(侧墙和底板是肋的翼缘),顶部是一根拉杆,顺槽向的长度为肋的间距(肋两侧各
43、取半个肋间距)计算时由于拉杆的刚度较小,故杆端钱接考虑,因此图示结构为一次超静定,不计轴力及剪力对变位的影响,用力法可求解赘余力X.3.3.1内力计算图32肋的结构计算简图图3-2中P0为槽顶荷载,M为槽顶荷载对侧墙中央所产生的力矩.P0P0P0500X1qili35.8072.2580.566kNq2li40.772.2591.733kN1P02.251.00.14.960.22.252530.71kN2M00.3P09.214kN.m根据结构力学用力法解X,列力法根本方程：占11乂+八e=0(34)式中 611根本体系在单位力X方向产生的位移；A1P根本体系在荷载作用下产生的位移.图33中
44、MP图为所有荷载产生的弯矩,M图为单位荷载产生的弯矩,即令X=1所得到的弯矩图.MMp-dxEI141211313先q1l1h-M0h)瓦(洌 MMlh丁2)M图M1图图34X1的计算简图1P1(4112(q1l1hlhEI26M0lh21332q2l1lh)LEH11MM1dx1EI1(*3h)EI2(hlh)EI13EI2h2l底板及肋的惯性矩计算如下:A2=x+x=(m2)X1111211313M0h2)(-q41h3lMlh-qhl3)2I263图35侧墙及肋截面侧墙及肋的惯性矩计算如下：Ai=x+x=(m2)10.20,5020.22(2.250.2)y1120.50133Ii-0,
45、2(0.50.125)320.12534.955103(m4)图36底板及肋截面图0.132(m)(2.250.2)(0.1250,2)3Y21；2132.55_2_2_0.20.40.2(2.250.2)0.2(0.4103(m4)I1、12、M、ql0.440.130(m)0.1)320.13(2.250.2)(0.10.2)21、h代入根本方程,得1P1,1仁qh1130N_=-Xi=(35)由拉杆中央线到侧墙计算截面的距离为y处的弯矩为3M=-Xiy+M-Tliy/6(36)离拉杆中央线距离为y处的侧墙及肋的轴力N按下式计算(只近似考虑侧墙截面承受剪力AQ)Q23Ny水(3hy2y)M
46、iP.(37)式中AQ-一作用于槽身横截面上的计算剪力,其值等于肋间距长度上的总荷载,即纵向计算中的匀布荷载q;t侧墙的厚度；其余符号意义同前.离侧墙中线距离为x处的底板及肋弯矩按下式计算l1h3xMxXihMo(hh)li(l-)x(38)62底板及肋的轴向拉力按下式计算凡=丫lih2/2-Xi(39)ii3.46KN.mM图(弯距的方向为受拉边)根据以上各式可作出侧墙及肋、底板及肋的弯矩图、剪力图和轴力图(见图37).500mm图3-8侧墙肋的配筋计算图3.3.2侧墙与肋所构成的T形梁的配筋计算由于侧墙与肋所构成的T形截面梁,翼缘受拉不考虑其抗弯作用,故可简化成如图3-8所示矩形进行配筋计
47、算.103650Qh5007.38图3-7肋的内力图.不考虑纵向弯矩的影响.内力组合:Mna)=)N=计算值：M159.60106h50032869mm-16.7mm,N55.6281033030故取偏心距为实际值e0=2869mme00.5fcbhdN0.512.54502251.25562810.531,取11=l0-15,21.0h12(l0/h)21460365021301()21.00611400e0/h014002869500判断大小偏心,构件计算.计算A及AS：由于T6=x2869=2886.51mm=乂460=138mnW以,按大偏心受压hee0-a22886.51500403
48、096.51(mm)对于II钢筋,ast=dNe%M*s_fy(h0a)_21.2556283096.5112.50.3962254600310(46040)按最小配筋率计算ASpmin=%所以A=pminbh0=%x225X460=207(m选用2立12,AS=226mrndNefyAs(h0a)stfcbh：1.255628309.51310226(46040)12.520046020.298112st1.120.2980.364b0.544xho0.364460167.5(mm)280mmS(10.5)0.364(10.50.364)0.298计算AS(AS)值.2选用2t12,AS=2
49、26mm斜截面受剪承载力计算：故截面尺寸满足抗剪要求.故可不进行斜截面受剪承载力计算,而按构造要求配置箍筋,配筋图如下列图所示.6200图3-9侧墙肋的配筋图抗裂验算：一般情况需按荷载效应的短期组合及长期组合分别验算,本设计由于是粗略计算,且可变荷载非常小,故只按荷载效应的长期组合进行抗裂验算.抗裂演算的对象为T形截面梁.根本数据：Es=x105N/mrri,E=xi04N/mrfi,ftk=mr2,yd=,丫偏压=1=,ast=.具体计算如下：换算截面面积A二bh+(bf-b)bf+aA+aA,/、2.0105/-=225X500+(2250-225)X200+4X(226+225)2.81
50、0(m金金dNl%sbh2fy(ha)225.5mm22minbh0207mm1.(0.25fcbh.)d269.531kNV10.251.267.99kN12.52254601.5fcbh0)0.07N0.212.52251.21.41.578.247kNV67.99kN4600.0755628换算截面的重心至受拉边缘的距离202075200400一(22646022640)2.8520728.6366.66(mm)换算截面对其重心的惯性矩by；bf(hy.)3b)(hy.hf)333322EAs(h0y0)EAS(y0-a)255366.6632250(500366.66)3(225050
51、0)(500366.66200)33335T0704P26(4602.810,所以按大偏心受拉构件计算配筋.Y0bh*2hf(bfb)hf(h5)EAsh0EAsa2255002ctftkW01.120.7520728.65328361990500366.66500520728.65328361990500366.6622366.66)(366.6640)100(kN)Nl55.628kN经过以上的验算可知,侧墙肋的配筋满足抗裂要求.3.3.3底板与肋所构成的T形截面梁的结构计算根据底板的内力图,选取两组内力按偏心受拉构件进行结构计算.第一组内力组合：M=N=由于底板与月*所构成的T形截面梁,
52、翼缘受拉不起反抗弯矩的作用,故可简化成矩形截面进行配筋计算.l0/h=4880+400=8,故需考虑纵向弯曲的影响.M159.60103h400e02347mm13.3mm,故取偏心距e0=2347mmN67.993030. .512.52554006.894,取(1=00.5fcbhdN计算A及A：hee0-a2386.32400402546.3(mm)对于II级钢筋,asb=dNeffy(hoa)1.232677.99102546.312.5225360八0310(36040)2选用2卫14,As=308mm(偏心受拉构件根据?水工钢筋混凝土结构?不需考虑p的限制.minstdNefyAs
53、(h0a)fcbh.21.2679902546.3308(36040)_212.52253600.4681J2st1120.486xh00.544360195.84(mm)0.833b0.5442a80mmAsfcbh)fyAsdNfy12.50.5443602253602253103081.2679902、2347.96(mm2)310选用4JL18+4JL20,A=2275(mr第二组内力组合：M=N=在此组内力组合作用下,肋的外侧受拉,所以必须通过配筋计算来保证肋外侧的受拉强度.计算截面为T形,受拉翼缘宽度b/=2250mm高度h二200mm肋宽b=200mm肋高h=400mmM1134
54、601668.8(mm)上,故按大偏心计算.N67.9930重心轴到受拉边缘的距离为bh-(bfb)hf(hh-)yn2-bh(bfb)hf2200一00-(2250200)200(400100)2283.7(mm)200400(2250200)200ee0ya1668.8283.7401912.5(mm)对于II级钢筋,ast=2hfdNefcstbh0(bfb)hf(h.)As222001.267990912.512.50,3962503602(2250200)200(360)310(36040)故按第一组内力组合求得的As=2275mmf足第二组内力组合的配筋要求,所以A,二2275mm
55、同理可得,第一组内力组合的A=308mm满足第二组内力组合As的要求.抗裂验算：E=X105N/mm,E=X104N/mmftk=mi7T,丫一一ct=,那么换算截面面积A=bh+(bf-b)hf+aA+a4,、2.0105,、=200X400+(2250-200)X200+4义(2275+308)2.810=(mrij)换算截面的重心到受压边缘的距离hf(bfb)hf(h万)EAAQEAA22004002050200(400100)空(227536030840)22.8508442.61274.7(mm)换算截面对其重心的惯性矩fy(h0a)bh2V.233bf(hyo)(bfb)(hyhf
56、)2EAs(hoyo)EAs(yoa)333200274.72250(4002747)(2250200)(400274.7200)3332898494591.120.71.75508442.62400274.92898494591168.8508442.62400274.9100(kN)55.628kN经过上述计算可验证所配钢筋混凝土截面满足抗裂要求.槽身的稳定验算3.4.1槽身的计算简图及荷载计算位于大风区的渡槽,轻型壳体槽身可能被风荷掀下来.因此需验算槽身的整体稳定性.最不利荷载的情况为槽中无水,槽身竖向荷载仅有N,水平向荷载为风荷R.(1)槽身自重N1N1=1593/2=KN(2)风压力
57、P1风压如下列图所示：Iby；103202一2275(360274.7)2.8138195878214754159584、2898494059(mm)202308(274.740)2.8284835694204851489.1121136524A0mctftkW0e0A0W0图310风压图计算公式为WKKzWo式中：k风载体型系数,与建筑物体型、尺度等有关,槽身为矩形断面时,取k1.21.3空槽取小值,满槽水取大值本设计k1.2；kz风压高度变化系数,本设计取1.45;Wo一根本风压KN/米2.当地如果没有风速资料,那么可参照?工业与民用建筑结构荷载标准?TJ9-74中全国根本风压分布图上的等
58、压线进行插值酌定Wo=0.35;那么WkkzW0=1.21.450.350.609KN/m23.4.2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、大小各不相同,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,我们称之为稳定平安系数kc,阻滑力fNik=c滑动力Pi式
59、中：Ni一所有铅直方向作用力的总和KN;Pi一所有水平方向作用力的总和(KN,本设计中等于半跨槽身风压总和,175pi-5.60.60929.841KN;2f一摩擦系数,与两接触面物体的材料性质及它们的外表粗糙程度有关,支座与支承都为钢板时取钢对钢的摩擦系数f=“fNi0.55796.4Kc14.68P29.841KcKC1.21.3所以满足抗滑稳定性要求3.4.3抗倾覆稳定验算(1)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及荷载组合与抗滑稳定性验算相
60、同.(2)抗倾覆稳定平安系数按下式计算：式中:铅直力到槽身支承点的距离;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.在止匕h1=mla=mM抗laNlaN2.38796.4八K033.082M倾Myph129.8411.92K0K01.21.3所以满足抗倾覆稳定性要求.=M抗KoM倾laNlaNMyph1lahi4支承结构设计设计说明本设计采用圆矩形空心重力墩,边墩常采用挡土墙式实体重力墩,既槽台.重力墩的墩身应力通常只验算水平截面上的正应力,并按?公路桥涵设计标准?（1）轴心受压（2）偏心受压压应力计算截面上的发向力总和；计算截面上的所有荷载对截面重心轴的力矩总和;截面面
61、积.Wl,W2曲平面内偏心方向及非偏心方向的截面反抗矩；Kr塑性影响系数,Kr11.560/y,对于矩形包括圆端形截面Kr=,对于非矩形截面,y为截面重心到偏心方向截面边缘的距离：根据墩身材料选用.本设计中由于此墩的受力情况应按偏心受压公式计算.材料选用粗料石砌体,厚2030厘米,宽度约为厚度的1一倍,长度为厚度的一4倍,外表凹陷深度不大于2厘米,外形为方正的六面体,错缝砌筑,缝宽不大于2厘米.预制快材料标号初次选为600,沙浆标号采用75#,平安系数为,容许轴心受压应力为公斤/平方厘米.对于重力式槽墩,通常只验算水平截面主要是墩身与墩帽的结合面和墩身与根底的结合面上的正应力,要求不出现拉应力
62、.墩身的应力验算一般应考虑如下几种情况：满槽水加横向风荷载；空槽加横向风荷载；施工过程中槽墩两侧顺槽向荷载不对称作用时.本设计中由于此墩的受力情况应按偏心受压公式2计算.边墩的结构计算边墩的计算条件取满槽水的情况.由于荷载在渡槽宽度方向上认为是匀布荷载,故结构计算取的对象为单位宽度的边墩.边墩的计算简图如图4-1o规定的容许盈利法验算.其主要公式如下:拉应力wlW2wlKra式中：N4.2.1荷载计算以单位宽度计算.地基土的剪切角巾=24,土体的湿容重为丫边墩自重W=X25+X(+)XX25+XX25=(kN)边墩所承受顶部半个槽身及水重的压力91.02170.98.511.755.57扬压力
63、丫mH=X=图4-1边墩计算简图水平土压力_2_Rqtg(45-)20.428kN/m2PP2.518tg2(45)39.406kN/m2P3F22.511tg2(45)51.004kN/m2土重W=X+X(+)XX+XXX3二m.3=m,浮谷重为丫/424.823kN上部荷载q91.02170.98.515.5748.551kNP3350cm4.2.2抗滑稳定计算式中Kc平安系数;2W作用于边墩滑动面以上的铅直力之和；f边墩与根底接触面的抗剪摩系数；PZV作用于滑动面的扬压力；2P-一作用于滑动面以上的水平力之和.根据地基土体的性质,及荷载组合的方式取K=,f=2W=+415+=2P=XX(
64、+)+XX(+)=()4.2.4基地正应力验算按材料力学偏心受压公式,上下边缘正应力6yu、7yd为Kcf(WPZV)(4-1)f(WPzv)P0.45(1211.62434.3)187.8052.82Kc1.05c4.2.3抗倾覆稳定计算KcMrMs(42)式中KJ抗倾覆稳定系数；M力绕倾覆点的抗倾覆力矩;Ms力绕倾覆点的倾覆力矩.M=XX25X+XXX25X(+1/3)+XX25X2+XX(+)+xx18X(+)xxx18x(+3)+xxx()x11+xX18X2+X=()M=xx(+2)+xx()义3+x义xx2/3Ms1226.945343.6513.570Kc1.3c2W-单位宽度上
65、全部荷载的铅直力总和包括或不包括扬压力2M-单位宽度上计算截面上全部荷载对于计算截面形心的力矩总和包括或不包括扬压力,以使上游面产生正压应力为正；L计算截面沿渡槽方向的长度.取边墩与土基相接触的截面为计算对象：包括扬压力的情况：L=3.5m2W=(kN/m)2M=xX25X()+XXX25X(+1/3)+x+XX18X(+3)+xxx()x11+x不包括扬压力的情况:L=3.5m12W=mEM=为了保证渡槽工程的平安和正常运用,基地压应力及其分布必须满足：7max00由于地基土的允许压应力为r=250kN/m2,综合以上计算,根底不满足要求.将根底加宽至10.57m,即每侧力口宽2.5m,其他
66、尺寸不变,那么边墩承受的荷载可以看作不变,所以有B=10.57m,L=3.5myuydWLWL6ML2-6M-L式中x18X()+x(+3)xx()x(=(kN)+3)xx()xxxx(x2/)1177.324yu3.56(243.404)3.52_2217.160(kN/m)117.324yd3.56(243.404)3.52455.596(kN/m2)yuyd1211.6243.51211.6243.56(208.389)3.526(208.389)3.52244.110(kN/m2)448.246(kN/m2)包括扬压力的情况:不包括扬压力的情况:槽墩的设计4.3.1根本尺寸确实定槽墩的形式为空心圆矩形,设计中墩的最大高度为48.5米,墩四周的坡度为20:1,在墩身内沿高度每隔3米设置300mm600mm的两根钢筋混凝土梁,本设计以最高的墩为例来计算说明.墩顶设置墩帽.顶部垂直渡槽水流方向的宽度大于槽身支承面所需要的宽度等于槽身的宽度,每边宽出20厘米,在本设计中取5.6米.顺渡槽水流方向的长度约等于槽身支承面所需要的宽度,一般不小于1.0m,在本设计中取0.8米,墩璧厚0.2米
