许营渡槽设计说明书详实材料

摘 要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，专业基础知识及基础课等的理论；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规范；提高编写设计说明书和各种计算及制图的能力。根据设计任务书，说明书分为四章。第一章，基本资料。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，渡槽基础的结构计算及渡槽整体稳定性计算。AbstractThis design is a graduation project of undergraduation. Its main aim is to apply what have been learned in class, such as specialized courses, specialized basic courses, basic courses and so on, to initially master the content of design, the methods of design, the steps of design of the irrigation project; to have an intimate knowledge of the design standard of the irrigation project; to raise the capacity to compile the design exposition and the capacity of calculation and drawing.According to the task, the design exposition is made up of four chapters. Chapter one is the basic material. Chapter two is assignment on the whole, in which the aqueduct line and total length are decided, and make the hydraulic design to decide the slope of bottom and the altitude of exit and entrance. Chapter three is the structure design of aqueduct body, in which the cross section of aqueduct body is decided, and calculate the internal force and the structure of cross section and vertical section. Chapter four is the structure design of support structure, in which the dimensions of support structure are decided, and calculate the internal force and structure of support structure , and calculate the structure of aqueduct foundations, and check the stability of aqueduct on the whole. 内 容 摘 要Abstract第一部分 设计说明书11 基本材料12 地形地质情况22.1 地形资料22.2 地质资料22.3 灌区规划要求22.4 气象资料32.5 其他资料33 输水方案及建筑物型式的论证33.1 方案的论证34 整体布置44.1 渡槽的位置选择44.2 槽身的水力设计44.3 槽身支承结构型式的选择和布置44.4 跨度、跨数及轮廓尺寸的拟定54.5 进出口段的型式选择及布置55 槽身结构设计55.1 身槽横剖面型式及尺寸的拟定55.2 槽身纵向内力计算及配筋计算65.3 横向内力计算及配筋计算76 支承结构设计106.1 支承结构型式及尺寸的拟定106.2 槽墩与槽架的结构计算116.2.1 槽墩结构计算116.2.2 槽墩的基础结构126.2.3 渡槽的整体稳定性验算12第二部分 计算书131槽身的水力设计131.1 拟定槽身的纵坡i、净宽B0和净深H0131.2 渡槽的进出口高程计算132槽身纵向内力计算及配筋计算142.1 荷载计算152.2 内力计算162.3 正截面的配筋计算162.4 槽身纵向抗裂验算182.5斜截面抗剪计算193槽身横向内力计算及配筋计算193.1 底板的结构计算203.1.1 短跨方向213.1.2 长跨方向213.2 侧墙的结构计算223.3 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303.4 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354.1设计说明354.2 边墩的结构计算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374.3 槽墩的设计394.3.1 基本尺寸的确定394.3.2 应力计算404.3.3基础应力验算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485.1 伸缩缝与止水485.2 支座495.3 两岸连接506 工程量计算51谢辞52参考文献53英文文献及中文翻译54详细规范第一部分 设计说明书1 基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134亩。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57.61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，砾岩成分为石英砂岩、石英岩等，表面风化严重，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80。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，并通过技术经济比较，从中选择经济合理，安全可靠的可行性方案；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45m3/s。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20cm20cm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4m。本设计计算的部分主要包括渡槽的水利计算、槽身要求工况下的内力配筋计算、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、基础的内力配筋计算；槽台的基底应力及稳定验算。本设计的主要原则是：通过毕业设计，使所学到的知识得到巩固、扩大加深和系统化，同时加强运用理论知识来解决实际问题的能力，提高对实际工程的设计计算、绘图等基本技能，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基础。 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2.1 地形资料由地形图可知本设计是东一干渠上的一过水建筑物，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。地表沟壕大部分为南北向，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。2.2 地质资料跨越过水建筑物的起止桩号为70+29470+776.4，河底高程为235米，河槽部分覆盖层厚度约为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= 20 22,c=0.740.95/2，地下水位在219.4224.7米。2.3 灌区规划要求渠道的设计流量 Qd=40m3/s边坡系数 m=1.75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 2.4 气象资料本灌区属于华北干旱区，平均多年降雨量只有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。2.5 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） 若采用渡槽输水，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3.1 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。地质资料还表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，运用管理不如渡槽方便。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，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，运用管理也方便，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合适，故以下本设计选用渡槽方案。4 整体布置4.1 渡槽的位置选择渡槽的位置选择是选定渡槽的中心线及槽身起止点的位置。本设计的渡槽的中心线已选定。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，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，进口和出口避免急转弯，否则将恶化水流条件，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，避免位于河流转弯处；（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。4.2 槽身的水力设计（1）拟定槽身纵坡i、净宽B0和净深H0。渡槽的纵坡取为0.00087，根据计算书中的计算可得B0=4.565m，H0=3.652m。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21 渡槽水力计算图 (单位：cm)4.3 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若干节，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向梁作用。根据支点位置的不同，梁式渡槽有简支梁式双悬臂梁式和单悬臂梁式三种型式。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。4.4 跨度、跨数及轮廓尺寸的拟定槽身段长度为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。 4.5 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（46）h （21）式中 Lj进口段取Lj4h，出口段取Lj6h；h进出口渠道水深。则进口渐变段L143.744=14.98m，取L1=15.6m出口渐变段L263.021=18.2m，取L2=18.5m 5 槽身结构设计5.1 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：图 31 槽身横断面型式图5.2 槽身纵向内力计算及配筋计算 图32 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4.0，跨高比也比较大，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As=9099mm，选用436+440，钢筋布置见图33。图33 槽身纵向配筋图5.3 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Q1及Q2，其差值Q与荷载q维持平衡。Q在截面上的分布沿高度呈抛物线形，方向向上，它绝大部分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，则其荷载为满槽水时的水压力。计算简图如图34。图34中l1为肋间距，q1为作用于侧墙底部的水压力，q2为底板的重力与按满槽水计算的槽内水压力之和。 （a）计算简图 （b）沿槽身宽度方向 （c）沿槽身高度方向 图34 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10250，外侧为14250， 横槽向内侧为8/10250，外侧为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8/10250，顺槽向外侧为12/14250、横槽向外侧为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间距（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X1。 图35肋的结构计算图图32中P0为槽顶荷载，M0为槽顶荷载对侧墙中心所产生的力矩。求出赘余力X1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、底板及肋的弯矩图、剪力图和轴力图（图36）。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212，As=226mm2；侧墙肋的外侧钢筋选用212，As=226mm2，并按构造要求配置6200的箍筋。底板肋的内侧钢筋选用418+420，As=2275mm2，底板肋的外侧钢筋选用214，As=308mm2，并按构造要求配置6200的箍筋。图37 底板肋的配筋图 图38 侧墙肋的配筋图6 支承结构设计6.1 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0.81.0m，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510cm。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，基地面则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，也称槽台，除承受承受槽身传来的荷载外，还承受背面的填土压力，是挡土墙式结构，故高度一般不超过56m。背面坡的坡度系数一般为m=0.250.5。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。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。（a）边墩断面图 （b）重力式槽墩断面图图41 槽墩和槽墩结构的构造与尺寸图 6.2 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（主要是墩身与墩帽的结合面和墩身与基础的结合面）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42。图42 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。但基础的尺寸偏小，应改为5.863.5m2。6.2.2 槽墩的基础结构槽墩基础采用整体板式钢筋混凝土基础。由于这种基础设计时需考虑弯曲变形，故又称为柔性基础。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，适应不均匀沉陷的能力强，但需一定数量的钢材。对于槽墩结构，一般都采用这种基础。基础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和基础底板的有效厚度h0。基础板的面积应满足地基承载力的要求。基础底板的有效厚度是由基础材料决定的，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部分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。槽中无水为最不利计算条件。槽墩或槽架及其基础在水平荷载的作用下，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：当小时，对抗滑稳定是不利条件，故计算槽中无水情况。即中不包括槽中水重。为了保证渡槽工程的安全和正常运用，基底压应力及其分布须满足：max；基底合力偏心距应满足公路桥涵设计规范的规定，非岩石地基上槽墩（或架）的基础，要求在基本组合荷载情况下满足e00.1。渡槽浅基础的基底压应力演算按横槽向和顺槽向分别计算基底压力而不叠加，并分别考虑各自的不利条件。横槽向验算时，槽中通过设计流量或满槽水、河道高水位加横向风压力是验算基底合力偏心距的不利条件。经过验算，渡槽的整体稳定性符合要求。第二部分 计算书1槽身的水力设计1.1 拟定槽身的纵坡i、净宽B0和净深H0渡槽的纵坡取为i=1/1250。根据计算书中的计算可得B0=4.565m，H0=3.652m。渡槽的允许水头损失Z =0.8m，扣除进出口水头损失后余下的约0.6m，槽身总长度L=686m，初选槽底纵坡i=1/1250。因为槽身跨度较大，宜采用较大的宽深比值B0/H0值取0.8，经试算，得B0=4.565m，H0=3.652m，h0=3.25m，所以通过设计流量时，槽中实有水面超高值为H0-h0=3.652-3.25=40.2cm,要求值为（h0/12）+5= （325/12）+5=31.7cm,故最后确定i=1/1250，B0=4.565，H0=3.652m。1.2 渡槽的进出口高程计算进口段的布置形式较复杂，本设计选用长扭曲面，则进口段水面降落 Z1=（1+1） （14）式中 v1、v分别为上游渠道及渡槽内的平均流速； 1进口段的水头损失系数。根据式（11）可以推求渠道的试算公式如下： h=3/8 （15）式中 m渠道的边坡系数；b、h分别为渠道的宽和高；其他符号的意义与前相同。图11 渡槽水力计算图已知上游渠道的水力参数，Q=40m3/S，n=0.025，m=1.75，b=4.0m，i=1/1200，上游渠道的正常水深h1=271.224-267.48=3.744m。所以上游渠道的水流速度为v1=0.886m/s已知下游渠道的水力参数，Q=40m3/s，n=0.025，m=1.75，b=4.0m，i=1/1200，下游渠道的正常水深h2=269.701-266.68=3.021m。所以下游渠道的水流速度为v2=1.098m/s。渡槽内的流速为v=2.70m/s。取 1=0.10，则根据式（14）可得Z1=（1+0.10）=0.364（m）槽身段的水面降落Z2=iL=0.549m （16）式中 L槽身段的长度。出口段的水面降落值Z3可用下式近似计算，即 Z3=（1-2） （17）式中 2出口段的水头损失。取2=0.03，则根据式（17）可得Z3=0.30（m）通过渡槽的总水头损失Z可按下式计算，即Z=Z1+Z2-Z3 （18）则Z=0.364+0.549-0.30=0.613（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1=上+H1-Z1-H =267.61（m） 进口槽底抬高 y1=1-3=0.13（m） 出口槽底高程 2=1-iL=267.061（m） 出口渠底降落 y2= hs - Z3 H=3.744-0.3-3.25=0.194m 出口渠底高程 下=2y2=267.061-0.194=266.867m 验证：上 下 =267.48-266.867=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，对于梁式渡槽的槽身，跨宽比一般都大于4.0，跨高比也比较大，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：cm）2.1 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，所以渡槽的安全级别级，则安全系数为0=1.0，混凝土重度为=25kN/m3，正常运行期为持久状况，其设计状况系数为=1.0，荷载分项系数为：永久荷载分项系数G=1.05，可变荷载分项系数Q=1.20，结构系数为d=1.2。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g1k=0V1=250.25.365+0.23.6522+0.60.22+0.20.23+1.00.1+0.60.22 +0.27=86.69（kN/m）设计值 g1=G。g1k=1.0586.69=91.02（kN/m）水重 标准值 g2k=0V29.814.5653.652-0.20.22=162.76（kN/m） 设计值 g2=G。g2k=1.05162.76=170.90（kN/m）人群荷标准值 qk=2.81.21.0=7.09（kN/m）设计值q=1.27.09=8.51（kN/m）2.2 内力计算梁式渡槽的单跨长l=17.5m，槽高H=4.1m，则 跨高比l/H=17.5/4.1=4.724.0故可按梁理论计算，沿渡槽水流方向按简支或双悬臂梁计算应力及内力：图22 槽身纵向计算简图（单位：cm）计算长度l=l0-l=17.5-0.5=17.17（m）跨中弯矩设计值为 M=0（g1+g1+q）l2 =1.01.0270.92117.172 =9983.740（kN/m）跨端剪力设计值 Qmax=（q+g1+g2）l =1.01.0270.92017.17=2325.857（kN）2.3 正截面的配筋计算对于简支梁式槽身的跨中部分底板处于受拉区，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部分或全部底板的作用。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），则根据规范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，则截面的有效高度h0=h-a=4252-80=4172mm。根据计算简图和截面内力的平衡条件，并满足承载能力极限状态的计算要求可得两个基本设计公式： （21）fcbx=fyAS （22） 式中 M弯矩设计值，按承载能力极限状态荷载效应组合计算，并考虑结构重要性系数0及设计状况系数在内； Mu截面极限弯矩值； d结构系数，d=1.20； fc混凝土轴心抗压强度设计值，混凝土选用C25，则fc=12.5N/mm； b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=x/h0代入式（114）、（115），并令s=（1-0.5），则有 （23）fcbh0=fyAs （24）b （25）min （26）根据以上各式，计算侧墙的钢筋面积如下：=0.068min=0.15%选436+440 AS=9099（mm2）2.4 槽身纵向抗裂验算受弯构件正截面在即将开裂的瞬间，受拉区边缘的应变达到混凝土的极限拉伸值max，最大拉应力达到混凝土抗拉强度ft。钢筋混凝土构件的抗裂验算公式如下：MsmctftkW0 （27）MLMctftkW0 （28）式中 ct混凝土拉应力极限系数，对荷载效应的短期组合ct取为0.85；对荷载效应的长期组合，ct取为0.70； W0换算截面A0对受拉边缘的弹性抵抗距； y0换算截面重心轴至受压边缘的距离； I0换算截面对其重心轴的惯性距； ftk混凝土轴心抗拉强度标准值。混凝土的标号为C55，钢筋为级钢，则Ec=3.55104N/mm2，Es=2.0105N/mm2。故 =2547530.957（） 根据水工混凝土结构设计规范，选取m值。由bf/b2，hf/h0.2，查得m=1.40，在m值附表中指出，根据h值的不同应对m值进行修正。短期组合的跨中弯矩值 =1.0（86.69+162.76+7.09）=9229.361（kN.m）Ms长期组合的跨中弯矩值（人群荷载的准永久系数=0）1.0（86.69+162.76）17.172 =9192.51（kN.m）Ml综合上述计算可知，槽身纵向符合抗裂要求。2.5斜截面抗剪计算支座边缘截面剪力设计值 V=Qmax=2325.857（kN）截面有效高度hw=h0=4172mm，由于h0/b=4172/4006.0， 故截面尺寸满足抗剪要求。混凝土截面受剪承载力因此，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Q1及Q2，其差值Q与荷载q维持平衡。Q在截面上的分布沿高度呈抛物线形，方向向上，它绝大部分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。（a）计算简图 （b）沿槽身宽度方向 （c）沿槽身高度方向图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l1为肋间距，q1为作用于侧墙底部的水压力，q2为底板的重力与按满槽水计算的槽内水压力之和，根据图24所示条件可得 （31） （32） 以上各式中 水的重度；h钢筋混凝土的重度；底板厚度。3.1 底板的结构计算q2=1.01039.83.65+251030.2=40.77（kN/m）短长边之比l1/l2=2.254.88=0.50查表1，按直线插值x=0.0406，y=0.0105，x0=-0.0829，0y=-0.0570其中 x、y分别为平行于短边和长边方向板中心点弯矩系数；x0、y0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=系数plx2 （33）式中 lx短边边长。则 Mx=0.040640.772.252 = 8.380（kN.m）My=0.010540.772.252 = 2.167（kN.m）Mx0=-0.082940.772.252 = -17.111（kN.m）M0y=-0.057040.772.252 = -11.765（kN.m）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=30mm，h0=170mm，取单宽计算b=1000mm选用级钢筋，则fC=210N/mm2，分别计算正弯矩方向和负弯矩方向的配筋量：正弯矩Mx=8.308kN.m时，选10250，AS=314mm2负弯矩MX0=-17.111kN.m时，选14250，AS=616mm2。3.1.2 长跨方向：钢筋位于短跨方向配置的钢筋的内侧，故a=49mm，则板的有效高度为h0=h-a=200-49=151mm，fy=210N/mm2， 正弯矩My=2.167kN.m时，选8/10250，AS=258mm2。负弯矩M y0= -11.765kN.m时，选12250，AS=452mm2。3.2 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，其结果更安全。q1=h=9.81033.65=35.807（kN.m）短长边之比l1/h=2.25/3.65=0.616查表，按直线插值可得x=0.0374，y=0.0142，x0=-0.0784，y0=-0.0574根据式（33）可得，MX=0.037435.8072.252=6.780（kN.m）My=0.014235.8072.252=2.574（kN.m）MX0=-0.078435.8072.252= -14.212（kN.m）M0Y=-0.057135.8072.252= -10.351（kN.m）计算过程与底板相似，结果如下： 短跨方向：正弯矩的配筋为8/10250，AS=258mm2； 负弯矩的配筋为12/14250，AS=534mm2 长跨方向：正弯矩的配筋为8/10250，AS=258mm2 负弯矩的配筋为10/12250，AS=383mm23.3 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（肋两侧各取半个肋间距）。计算时由于拉杆的刚度较小，故杆端铰接考虑，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X1。3.3.1 内力计算图32 肋的结构计算简图图32中P0为槽顶荷载，M0为槽顶荷载对侧墙中心所产生的力矩。根据结构力学用力法解X1，列力法基本方程：11X1+1P=0 （34）式中 11基本体系在单位力X1方向产生的位移；1P基本体系在荷载作用下产生的位移。图33中MP图为所有荷载产生的弯矩，M1图为单位荷载产生的弯矩，即令X1=1所得到的弯矩图。 MP图 图图34 X1的计算简图图35 侧墙及肋截面 图36 底板及肋截面图侧墙及肋的惯性矩计算如下：A1=2.250.2+0.20.25=0.50（m2）底板及肋的惯性矩计算如下：A2=2.250.2+0.20.2=0.49（m2）将I1、I2、M0、q1l1、h代入基本方程，得求出赘余力X1后，可按以下各式计算各项横向内力，计算时，弯矩以外侧受拉为正，轴力以拉力为正。拉杆的拉力为NL=-X1=-2.71 （35） 由拉杆中心线到侧墙计算截面的距离为y处的弯矩为 My=-X1y+M0-l1y3/6 （36）离拉杆中心线距离为y处的侧墙及肋的轴力Ny按下式计算（只近似考虑侧墙截面承受剪力Q） （37） 式中 Q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 （38） 底板及肋的轴向拉力按下式计算Nd=l1h2/2-X1 （39） 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）。图37 肋的内力图图38 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38所示矩形进行配筋计算。不考虑纵向弯矩的影响。内力组合：Mmax= -159.60kN.m，N=55.628kN计算值：，故取偏心距为实际值=2869mm。，取1=1.0判断大小偏心，因为=1.00612869=2886.51mm0.3h0=0.3460=138mm所以，按大偏心受压构件计算。计算AS及AS：对于钢筋，st=0.396按最小配筋率计算AS，min=0.2%，所以AS=minbh0=0.2%225460=207（mm2）选用212，AS =226mm2计算值。选用212，AS =226mm2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，配筋图如下图所示。 图39 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，本设计因为是粗略计算，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。基本数据：ES=2.0105N/mm2，Ec=2.8104N/mm2， ftk=1.75N/mm2,d=1.12，偏压=d =1.12，st=0.7。具体计算如下：换算截面面积A0=bh+（bf-b）bf+EAs+EAs =225500+（2250-225）200+（226+225） =520728.6（mm2）换算截面的重心至受拉边缘的距离换算截面对其重心的惯性矩+=5328361990（mm4）则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=159.6kN.m，N=67.99kN.m由于底板与肋所构成的T形截面梁，翼缘受拉不起抵抗弯矩的作用，故可简化成矩形截面进行配筋计算。l0/h=4880400=12.28，故需考虑纵向弯曲的影响。，故取偏心距e0=2347mm1.0，取1=1.0。判断大小偏心，因为e0=1.02682347=2386.3（mm）0.3 h0，所以按大偏心受拉构件计算配筋。计算As及As：对于级钢筋，sb=0.396选用214，As=308mm2。（偏心受拉构件根据水工钢筋混凝土结构不需考虑min的限制。 选用418+420，AS=2275（mm2）第二组内力组合：M=113.46kN.m，N=67.99kN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bf=2250mm，高度hf=200mm，肋宽b=200mm，肋高h=400mm。，故按大偏心计算。重心轴到受拉边缘的距离为对于级钢筋，st=0.396 故按第一组内力组合求得的As=2275mm2满足第二组内力组合的配筋要求，所以As=2275mm2。同理可得，第一组内力组合的As=308mm2亦满足第二组内力组合As的要求。抗裂验算：已知：Es=2.0105N/mm2，Es=2.8104N/mm2，ftk=1.75N/mm2，m=1.12ct=0.7，则换算截面面积A0=bh+（bf-b）hf+EAs+EAs =200400+（2250-200）200+（2275+308） =508442.62（mm2）换算截面的重心到受压边缘的距离 换算截面对其重心的惯性矩 经过上述计算可验证所配钢筋混凝土截面满足抗裂要求。3.4 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N1，水平向荷载为风荷P1.(1) 槽身自重 N1 N1=1593/2=796.4 (2) 风压力 P1风压如下图2.2所示:图310 风压图计算公式为 式中： 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（空槽取小值，满槽水取大值）本设计； 风压高度变化系数，本设计取; 基本风压(KN/米)。当地如果没有风速资料,则可参照工业与民用建筑结构荷载规范(TJ9-74)中全国基本风压分布图上的等压线进行插值酌定=;则 =3.4.2 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