1、 U型斷面拱式渡槽1 設(shè)計(jì)基本資料1.1工程概況本設(shè)計(jì)資料來源于白銀市某引黃灌溉的大型電力提灌工程。工程于上世紀(jì)70年代中期建成運(yùn)行，80年代進(jìn)行了工程的續(xù)建和改建，設(shè)五級(jí)泵站，總揚(yáng)程232.6m，提水高度214.5m，設(shè)計(jì)灌溉面積30萬畝。干渠總長27.85km，設(shè)計(jì)流量4.0m3/s，加大流量5.0 m3/s。按照灌區(qū)渠線規(guī)劃，在輸水干渠4+050處，渠道須跨越一洪水溝，經(jīng)方案比較，決定修建渡槽。根據(jù)GB5028899灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：主要建筑物按3級(jí)建筑物設(shè)計(jì)，次要建筑物按照4級(jí)設(shè)計(jì)，建筑物按7度抗震標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防，其他均按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行。渡槽進(jìn)口前渠底高程為1500.0m，

2、出口前渠底高程為1498.0m。設(shè)計(jì)水深為1.30m，流速為0.84 m/s。加大水深為1.50 m，流速為1.2 m/s i1/3500。渡槽上、下游渠道，渠底寬2.5m，糙率n0.017。內(nèi)、外邊坡分別為1:10和1:1.5，該渡槽規(guī)劃時(shí)允許水頭損失=0.25m，水力要素如表11。表1-1 上、下游渠道過水?dāng)嗝嫠σ亓髁浚╩3/s）縱坡i底寬b（m）流速v（m/s）堤高H（m）邊坡糙率n水深h（m）超高H（m）渠口寬b（m）Q設(shè)4.01/35002.50.841.831: 11:1.51：1.50.0171.300.56.10Q加大=5.01/35002.51.22.001: 11:1.

3、50.0171.500.56.401.2地形地貌工程區(qū)在地貌單元上屬強(qiáng)烈侵蝕堆積的黃土區(qū)，屬隴西黃土高原的西北部分，黃土覆蓋在起伏較小的第三系及白堊系紅層之上，地勢(shì)北高南低，地形較平緩，山坡坡角15º25º，地形破碎。地面平均高程約為1554m。梁峁頂高出溝谷底1030m，沿渠線溝口寬120m，溝谷縱坡為1015。黃土丘陵是本區(qū)最主要的地貌類型，高低起伏，植被稀少。1.3 地層巖性溝內(nèi)表層覆蓋沙礫石厚約23m，自然容重1.87噸/立米。下層土壤抗剪強(qiáng)度參數(shù)21。，C24Kpa。出露地層主要為下白堊系地層及第四系松散堆積物：分布及巖性如下（1）下白堊系地層(K1hk)：巖性以

4、紅色砂礫巖、中粗粒砂巖為主。含鈣質(zhì)結(jié)核，較為致密，塊狀構(gòu)造，內(nèi)碎屑結(jié)構(gòu)。巖石強(qiáng)度屬中等，抗壓強(qiáng)度為2550MPa，抗風(fēng)化及抗水能力較差，遇水易崩解，表面風(fēng)化強(qiáng)烈。強(qiáng)風(fēng)化層厚約0.51.0m。厚度較大，是黃土丘陵下部基巖地層。（2）第四系地層：主要為沖洪積壤土層，風(fēng)積黃土層及沖洪積砂礫石層、粉質(zhì)壤土層。 沖洪積黃土狀土(Q31)：主要分布于工程區(qū)側(cè)向支溝內(nèi)下部，為黃土狀粉質(zhì)壤土，厚34m，較為致密，堅(jiān)硬。 風(fēng)積黃土(Q32)：整體覆蓋于工程區(qū)現(xiàn)代黃土丘陵上部，最大厚度不超過30m，呈淡黃色，干燥稍濕，具大孔隙（孔徑13mm）和垂直節(jié)理，手捏易碎，偶有鼠洞，地表有較多植物根系。具高壓縮性和強(qiáng)濕陷性

5、。干密度為1.42g/cm3，濕陷系數(shù)為0.079。 第四系全統(tǒng)地層(Q4)：主要分布于工程區(qū)溝谷上部，巖性具雙層結(jié)構(gòu)形式，上部為第四系沖積黃土狀土，較為松散，含砂土及少量礫石，不均質(zhì)，具中等濕陷性及高壓縮性，厚24m。其下部為第四系沖洪積砂礫石層，稍密狀，較均質(zhì)，厚3m左右。1.4水文氣象該地區(qū)的多年平均降雨量是在300毫米左右，年蒸發(fā)量在1600mm以上。降雨主要集中在夏秋季節(jié)，當(dāng)有暴雨時(shí)溝內(nèi)經(jīng)常有洪水短期洪水通過。本地區(qū)風(fēng)向多為西北風(fēng)，最大風(fēng)速17m/s。最大凍土深130cm。溝內(nèi)無常年流水，僅在洪水期溝內(nèi)有短期洪水通過。1.5 天然建筑材料 當(dāng)?shù)爻霎a(chǎn)天然優(yōu)質(zhì)砂石料砂礫料，平均運(yùn)距35k

6、m。工程距109國道越2km,縣鄉(xiāng)公路相通，交通方便。施工用水可提黃河水，對(duì)普通水泥無侵蝕性。2 渡槽總體布置渡槽是輸送渠水跨越山?jīng)_、谷口、河流、渠道及交通道路的交叉建筑物，是渠系建筑物中應(yīng)用最廣泛的交叉建筑物之一。 它的總體布置的主要內(nèi)容包括槽址選擇、形式選擇、進(jìn)出口布置、基礎(chǔ)布置。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(chǔ)、岸坡穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)選型合理；3、進(jìn)出口順直通暢，避免填方接頭；4、少占農(nóng)田、交通方便、就地取材等。2.1 槽址選擇2.1.1注意問題：1、盡量利用有利的地形、地質(zhì)條件，以便縮短槽身長度、減少基礎(chǔ)工程量、降低墩架的高度。進(jìn)出口力求落在挖方渠道上。2、

7、槽軸線最好成一直線，進(jìn)口和出口避免急轉(zhuǎn)彎，否則將惡化水流條件，影響正常輸水，大流量及縱坡陡的渡槽更應(yīng)該注意這一點(diǎn)問題。如確因地形地質(zhì)條件必須轉(zhuǎn)彎時(shí)，轉(zhuǎn)彎半徑應(yīng)較大，應(yīng)在彎道與槽身間設(shè)直線連接段。3、跨越河流的渡槽，槽軸線應(yīng)盡量與河道水流方向正交，槽址應(yīng)位于河床及岸坡穩(wěn)定、水流順直的地段，避免位于河道轉(zhuǎn)彎處。過陡而不穩(wěn)定的岸坡應(yīng)當(dāng)消除。對(duì)于通航的河道，槽下應(yīng)滿足凈空的要求。 4、為了在渡槽或上、下游填方渠道發(fā)生事故時(shí)進(jìn)行停水檢修，或?yàn)榱松嫌畏炙饶康模Ｐ柙谶M(jìn)口段或進(jìn)口前德適當(dāng)位置設(shè)置節(jié)制閘門，以便與泄水閘聯(lián)合運(yùn)用，是渠水泄入溪谷和河道。5、盡量少占耕地，少遷民房，并盡可能的有較寬敞的施工場(chǎng)地。

8、盡量靠近建材產(chǎn)地，以便就地取材。交通應(yīng)較為方便，水、電供應(yīng)條件較好。6、在位置優(yōu)選中應(yīng)包括環(huán)境指標(biāo)，盡可能減少和改善對(duì)環(huán)境的不利影響，有利于促進(jìn)環(huán)境質(zhì)量的提高。2.2 結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)中Q設(shè)4.0m3/s，屬中小流量。渡槽長度為中型渡槽。U形渡槽具有耐久性好的特點(diǎn)，施工方便，故選用U形渡槽。2.2.2支承選擇：渡槽根據(jù)支撐形式可分為梁式渡槽和拱式渡槽。梁式渡槽的槽身是直接擱置于槽墩或槽架之上的。為適應(yīng)溫度變化及地基不均勻沉陷等原因而引起的變形，必須設(shè)置變形縫將槽身分為獨(dú)立工作的若干節(jié)，并將槽身與進(jìn)出口建筑物

9、分開。變形縫之間的每一節(jié)槽身沿縱向是兩個(gè)支點(diǎn)所以既起輸水作用又起縱向梁作用。根據(jù)支點(diǎn)位置的不同，梁式渡槽有簡支梁式、雙懸臂梁式、單懸臂梁式三種型式。拱式渡槽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(gòu)。如果拱腳無水平向約束，在鉛直向荷載作用下只產(chǎn)生豎向反力的拱形結(jié)構(gòu)，只能稱為曲拱。拱式渡槽的支承結(jié)構(gòu)是由墩臺(tái)、主拱圈和拱上結(jié)構(gòu)組成的，與梁式渡槽相比增加了主拱圈和拱上結(jié)構(gòu)兩部分。槽身荷載通過拱上結(jié)構(gòu)傳給主拱圈，再由主拱圈傳給墩臺(tái)。主拱圈是拱式渡槽的主要承重結(jié)構(gòu)。拱式渡槽可分為實(shí)腹式和空腹式。考慮設(shè)計(jì)資料中該處溝內(nèi)無常年流水，僅在洪水期溝內(nèi)有短期洪水通過。綜合分析：選用U形肋拱式

10、渡槽。2.3 平面總體布置本設(shè)計(jì)為U形肋拱渡槽，拱布置為一跨，拱跨72.36m，跨高23m，拱上設(shè)單排架。渡槽主拱上排架間距為8m，拱上共9跨，上游漸變段8m，設(shè)一6m跨兩8m跨，下游漸變段10m，設(shè)一6m跨。渡槽全長142.64m。排架與拱肋的連接采用預(yù)留插筋式。槽上根據(jù)交通要求設(shè)人行橋。拱墩臺(tái)及排架基礎(chǔ)墩均采用漿砌石護(hù)坡。總體布置圖見圖2-1。 圖2-1 總體布置圖 （單位：m)3 水力計(jì)算渡槽的進(jìn)口段、槽身、和出口段，構(gòu)成輸送渠水的明渠渠道。渡槽水力計(jì)算的任務(wù)主要是通過水力計(jì)算確定與水流條件有關(guān)的各個(gè)部分的布置形式。尺寸和高程。槽身水利計(jì)算一般是按通過最大流量Qmax來擬定槽身的坡度i、

11、凈寬b、和凈深h，然后按通過設(shè)計(jì)流量Q0計(jì)算水流通過渡槽的總水頭損失z如果z等于或略小于規(guī)劃定出的允許水頭損失，則可最后確定i、h、和b，進(jìn)而定出有關(guān)高程。3.1 槽身過水?dāng)嗝娉叽鐢M定3.1.1尺寸擬定選定縱坡i1/600，凈寬b2.5m。糙率n0.015，Q設(shè)4.0 m3/s，Q加5.0m3/s。因槽長大于1520倍槽內(nèi)水深，故按明渠均勻流計(jì)算。計(jì)算公式為：其計(jì)算結(jié)果：Q設(shè)4.0m3/s時(shí)，h設(shè)1.13 m；Q加5.0m3/s時(shí)，h加1.30 m。b/h分別為2.21和1.92，根據(jù)工程特殊情況，寬深比適當(dāng)提高滿足要求。3.1.2輸水水頭通過渡槽的輸水水頭損失，包括進(jìn)出口水頭損失、槽身沿程水

12、頭損失與進(jìn)出口水面回升三方面，詳見圖31所示。(1)水頭損失Z：水流過渠道漸變段進(jìn)入槽身時(shí)，流速增大，水面發(fā)生降落。工程中常近似按淹沒寬頂堰計(jì)算： （31）式中 K1進(jìn)口段按局部水頭損失系數(shù)，與漸變段形式有關(guān)，扭曲0.1，八字面為0.2，圓弧直墻為0.2，急變形式為0.4，K1=0.1； V、V0槽身與上下游渠道的流速，m/s； g重力加速度，取9.8m/s2. 具體計(jì)算見表31所示。(2)水頭損失Z：水流經(jīng)過全槽后水面發(fā)生降落，按明渠均勻流計(jì)算： Z1=iL （32）式中：L槽身長度，L120（m）;I槽身坡降，要經(jīng)方案比較，使水頭損失滿足規(guī)劃要求，并注意到前面已假定了i1/600、比較時(shí)可

13、取1/500、1/700、1/800。詳見表31。（3）出口水面回升：水流經(jīng)槽身、渠道出口漸變段進(jìn)入下游渠道因流速減少，部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能，水面回升： （33）式中：K2出口局部水頭損失系數(shù)，取0.2： V槽身流速，m/s： V1下游渠道流速，m/s。（4）總水頭損失 ZZ+ Z1- Z2 (34) 規(guī)劃中允許水頭損失為0.2m，計(jì)算值應(yīng)等于或略小于此值，具體計(jì)算見表31。 表3-1 輸水水頭損失計(jì)算表 計(jì)算情況ihA(m)X(m)R(m)Q(m3/s)V(m/s)Z(m)Z1(m)Z2(m)Z(m)設(shè)計(jì)1/5001.051.9533.5150.5544.02.010.1840.240.137

14、0.287校核1/5001.232.4033.8650.6185.02.20.2320.240.1690.303設(shè)計(jì)1/6001.132.533.6850.5844.01.90.1630.200.1190.244校核1/6001.302.5784.0250.6415.02.010.1870.200.1380.249設(shè)計(jì)1/7001.192.3033.8050.6054.01.800.1420.170.1040.209校核1/7001.362.7284.1450.6585.01.910.1650.170.1210.215設(shè)計(jì)1/8001.2428534.2450.6154.01.700.1230

15、.150.2140.183校核1/8001.412.9544.5250.6725.01.810.1440.150.2190.189表31中已完成計(jì)算，通過計(jì)算，用允許水頭損失作為一個(gè)重要指標(biāo)。但在工程中一般i的值大一些渡槽的工程量及總投資將減少，但是槽中的流速將增大，故 沿程損失和進(jìn)口損失也將增大，自流灌溉面將減小，影響灌溉效益。當(dāng)i1/600 i=1/700, i=1/800 時(shí) Z的值小于規(guī)劃允許的水頭損失Z=0.25m。綜合考慮以上計(jì)算結(jié)果，本設(shè)計(jì)中選取i=1/600 。為了保證渡槽有足夠的過水能力，并考慮渡槽水面可能出現(xiàn)波動(dòng)等因素，常要求通過設(shè)計(jì)流量時(shí)槽壁具有一定的富裕高度h，其值按經(jīng)

16、驗(yàn)公式 h=H/12+5（cm）計(jì)算即h=113/12+5=14.4（cm）。當(dāng)通過加大流量時(shí)，槽中水面與槽身頂部（無拉桿槽身）或拉桿低面（有拉桿槽身）間的高度應(yīng)不小于10cm。本設(shè)計(jì)中hh-H=17cm，且求得z等于或略小于渠系規(guī)劃布置所規(guī)定的允許水頭損失z，則按通過最大流量Qm擬定的i、b、h值便相應(yīng)的確定。所以初步選定的斷面尺寸符合規(guī)劃要求。3.2 渡槽進(jìn)出口的底部高程確定為了時(shí)渡槽與上下游渠道高程水面平順連接，合理利用水頭損失而不影響過水能力，渡槽進(jìn)出口渠底的降低要與水流情況相適應(yīng)。（如圖31）進(jìn)口抬高值： y1h1-Z- h21.30-0.63-1.13=0.007(m)出口降低值：

17、 y2h3-Z2- h21.30-0.119-1.130.051(m)進(jìn)口槽底高程： 13y11500.0+0.0071500.007（m）出口槽底高程： 21Z11500.007-0.21499.807（m）出口槽渠底高程： 42y21499.807-0.0511499.756（m）圖31 渡槽水力計(jì)算圖3.3 進(jìn)出口漸變段水流通過渡槽，由于槽身寬與渠寬不一致，為了使水流能平順過渡，渡槽進(jìn)出口常采用漸變段銜接。本設(shè)計(jì)中采用扭面，一般由混凝土建造。漸變段長度L通常采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，即： Lj（46）h （35) 式中 Lj進(jìn)口段取Lj4h，出口段取Lj6h； h進(jìn)出口渠道水深。則進(jìn)口漸變段L1

18、 4h4×1.35.2（m）， 取8m： 出口漸變段L2 6h6×1.37.8（m）， 取10m。4 槽身設(shè)計(jì)鋼筋混凝土U形槽身常采用半圓加直段的斷面形式槽頂一般設(shè)拉桿，槽壁頂端常加大，以增加剛度，跨度較大時(shí)，為便于布置縱向受力鋼筋并增加槽殼的縱向剛度，常將底部弧形段加固。4.1 槽身斷面尺寸立定根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果選定縱坡i=1600，凈寬D=2R=2.5m。直段加高 f=0.6m通過設(shè)計(jì)流量似的水深1.30m，通過加大水深時(shí)槽內(nèi)水深為1.50m，每節(jié)槽身長8米，兩節(jié)槽身間伸縮縫寬0.04m。沿槽身縱向每隔2m布置一根拉桿，一節(jié)槽身共設(shè)5根拉桿，槽身頂部兩側(cè)設(shè)有人行道板欄桿。為了

19、將槽身安于排架上，槽身兩側(cè)設(shè)有端肋，端肋厚b=30cm。4.1.1擬定槽身截面尺寸如下 1、槽身橫斷面尺寸確定槽身斷面尺寸可參考下列經(jīng)驗(yàn)公式來擬定斷面尺寸：槽殼壁厚t=（1/101/15）R0=0.0830.125m，本設(shè)計(jì)取t=0.12 m。直段高度f=（0.40.6）R0=0.50.75m，本設(shè)計(jì)取f=0.6m。頂部尺寸a=(1.52.5）t=0.180.30m，本設(shè)計(jì)取a=0.2m，b= (12)t=0.120.24取b=0.2m，c =(12)t=0.120.24m，取c=0.15m。2、槽身縱斷面尺寸確定槽殼總長L=8.0 m，橫桿高度=0.2 m，橫桿寬度，=0.2 m，橫桿間距e

20、=1.33 m（近似值）。3、便橋：預(yù)制橋板厚度=0.1m，預(yù)制橋板寬度B=0.52m。欄桿的尺寸為： 柱a×a×H=0.12m×0.12m×1.2m，間距e1.5m，扶手橫檔bf×hf=0.08m×0.01m。便橋的有效寬度：B2=0.52 m+0.08 m=0.6m。槽身計(jì)算跨度l=8-0.6=7.40 m，寬跨比l/D=7.40/2.5=2.96，因此可按梁法計(jì)算槽身內(nèi)力。具體尺寸參見圖4-1 圖4-1 槽身結(jié)構(gòu)布置圖 （單位：mm）4.2 槽殼橫向內(nèi)力計(jì)算為便于計(jì)算，取沿槽中水流方向取1.0m長槽身為計(jì)算體計(jì)算槽殼的橫向內(nèi)力，

21、計(jì)算簡圖參見圖4-2。圖4-2 橫向內(nèi)力計(jì)算簡圖4.2.1設(shè)計(jì)水深時(shí)的內(nèi)力計(jì)算 （1）求均勻化拉桿的軸向力X11） 計(jì)算槽頂集中力G0和槽頂荷載對(duì)直段頂部中點(diǎn)的力矩M0，槽頂結(jié)構(gòu)重力、曹可頂部加大部分的重力及槽頂人群荷載之和為;G0=5.039(kN)M0=-0.0789(kNm)2) 計(jì)算直段上的剪力T1=(kN)T2=7.153(kN)T=T1+T2=1.499+7.153=8.652 (kN/m)3) 計(jì)算形變位 （4-1） 式中:=h/R=0.5/1.31=0.382，。 計(jì)算得：11=4) 計(jì)算載變位。 其中X1等于1時(shí)在O點(diǎn)引起的變位， 分別為槽頂集中力G0 槽頂彎矩 自重、水壓力

22、、剪應(yīng)力在O點(diǎn)引起的變位，h1圓心軸至水面高度，h圓心軸至拉桿中心高度，水的重度，h鋼筋混凝土的重度，E混凝土的彈性模，槽頂荷載作用彎矩，q單位長度槽殼的全部荷載。 計(jì)算得： 5） 計(jì)算X1 （4-3） (1)各截面彎矩及軸向力計(jì)算。 （4-4） (4-5)式中Mm、MG、MH、MW、MI、MX分別為彎矩，集中力、槽殼自重、水壓力、剪應(yīng)力和多余未知力X1在圓弧不分引起的彎矩，值以弧度計(jì)。 (4-6) （4-7） 式中：y為從拉桿中心向下為正量起的縱坐標(biāo)；為從通過圓心的水平軸量起的角度。 按式（4-4）、（4-5）、（4-6）、(4-7)可以求出任意截面的橫向彎矩M和軸力N。現(xiàn)將槽殼自重進(jìn)行圓弧

23、部分橫向彎矩Mh和軸向力Nh計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表4-1. 表4-1 槽殼自重作用下圓弧部分橫向彎矩和軸力計(jì)算 橫向彎矩計(jì)算截面（kNm）0-5.4810.458(1-1)+0-0×1=0150-5.1480.458(1-0.966)+0.259-/12×0.966=-0.112300-5.1480.458(1-0.866)+0.5-/6×0.866=-0.556450-5.1480.458(1-0.707)+0.707-/4×0.707=1.473600-5.1480.458(1-0.5)+0.866-/3×0.5=-1.473750-5.148

24、0.458(1-0.259)+0.259-5/12×0.259=-4.976900-5.1480.458(1-0)+1-/2×0=-7.506軸向力計(jì)算截面（kN）03.93(0.458+0) ×1=1.8001503.93(0.458+/12) ×0.966=2.7323003.93(0.458+/6) ×0.866=3.344503.93(0.458+/4) ×0.707=3.4546003.93(0.458+/3) ×0.5=2.9577503.93(0.458+5/12) ×0.259=1.7989003.

25、93(0.458+/2) ×0=0槽內(nèi)為設(shè)計(jì)水深時(shí)的槽殼的橫向彎矩和軸力的計(jì)算結(jié)果如表4-2和表4-3。 表4-2 設(shè)計(jì)水深下橫向彎矩成果表 （單位：kNm） 彎矩截面Y=0=0=150=300=450=600=750=900-0.079-0.079-0.079-0.079-0.079-0.079-0.079-0.079MG00-0.225-0.884-1.933-3.301-4.893-6.601Mh00-0.112-0.556-1.473-2.944-4.976-7.506MW0-0.0002-2.273-5.118-7.966-11.749-18.394-26.342Mi0.1

26、4990.14992.5925.59.72315.85824.0534.032MX00.5780.9841.3551.6731.9772.072.1230.0710.6580.4280.218-0.055-0.298-2.206-4.373注：彎矩以槽殼外側(cè)受拉為正，壓力為負(fù)。 表4-3 設(shè)計(jì)水深下軸向力成果表 (單位：kN） 截面軸力y=0=0=150=300=450=600=750=9005.0415.0414.8654.3643.5632.5201.306001.82.7333.343,4542.9571.7970NW00-0.071-0.447-1.353-2.943-5.276-8.

27、829Ni0-8.652-20.054-29.905-36.465-38.312-34.617-29.182Nx000.3040.5780.8291.0161.1351.1755.041-1.815-12.22-22.464-29.963-34.762-35.655-36.838注：軸向力受壓為正，反之為負(fù)。根據(jù)表中數(shù)據(jù)繪出的彎矩及軸力圖，如圖4-3所示。 圖4-3 彎矩及軸力圖4.2.2 加深水深時(shí)的內(nèi)力計(jì)算 加深水深時(shí)的內(nèi)力計(jì)算時(shí)11以及和的數(shù)值不變。由于槽內(nèi)水深加大，槽殼直段上的剪力T及重新計(jì)算，現(xiàn)將計(jì)算結(jié)果列出如下：T1=1.642(kN/m)T2=7.831(kN/m)T=T1+T2

28、=9.473(kN/m)（m）（m） 則 X1=-(kN) 加大水深作用下的內(nèi)力計(jì)算結(jié)果列于表4-4和表4-5，根據(jù)表中數(shù)據(jù)繪出的彎矩及軸力圖，如圖4-4所示。 表4-4 加深水深作用下橫向彎矩成果表（單位：kNm） 截面彎矩y=0=0=150=300=450=600=750=900-0.079-0.079-0.079-0.079-0.079-0.079-0.079-0.079MG00-0.225-0.884-1.933-3.301-4.893-6.601MG00-0.112-0.556-1.473-2.944-4.976-7.506MW0-0.206-3.943-7.912-11.16-16

29、.283-24.246-32.458Ni0.16420.16422.8376.62110.64517.36126.33237.258MX01.1362.2083.0393.7534.34.6544.7620.0851.1950.6860.229-0.243-0.946-3.217-4.624 表4-5 加大水深下軸向力成果表 （單位：kN） 截面軸力y=0=0=150=300=450=600=750=9005.0395.0394.8674.3643.5632.521.304001.82.7323.3403.4542.9571.7980NW00-0.469-1.383-2.931-5.222-8

30、.265-13.957Ni-1.127-9.473-22.270-32.751-39.893-41.943-37.892-29.756Nx000.6811.3161.862.2792.5422.6313.912-2.634-14.389-25.114-33.946-39.409-40.522-41.091 圖4-4彎矩及軸力圖 槽身采用雙層配筋，根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果得當(dāng)=0時(shí)的截面正彎矩最大，當(dāng)=900時(shí)的截面負(fù)彎矩最大，因此兩截面的內(nèi)力分別計(jì)算槽身內(nèi)側(cè)和外側(cè)所需鋼筋面積。由于設(shè)計(jì)水深和加大水深作用的強(qiáng)度安全系數(shù)不同，分別計(jì)算如下：=0截面 設(shè)計(jì)水深時(shí) k設(shè)=0.658（kNm） Nk設(shè)=1.81

31、3 （kN） M設(shè)=1.4×0.658=0.721（kNm） 加大水深時(shí) k加=1.195（kNm） Nk加=2.634（kN） Mk加=1.35×1.195=1.613（kNm）=900截面 設(shè)計(jì)水深時(shí) k設(shè)=4.373（kNm） Nk設(shè)=36.836（kN） M設(shè)=1.4×4.373=1.439（kNm） 加大水深時(shí) k加=4.624（kNm） Nk加=41.091（kN） M加=1.35×4.624=6.242（kNm）根據(jù)計(jì)算結(jié)果，確定以加大水深似的內(nèi)力作為配筋計(jì)算依據(jù)。4.2.3 槽身的配筋計(jì)算采用C20混凝土，fc10N/mm2,級(jí)鋼筋，fy

32、=fy=210N/mm2， （1）：當(dāng)=900時(shí)：M4.624（KN·m），N41.091（KN·m）。設(shè) aa30，h120，h0ha90（mm） e0M/N=4.624/41.091=0.153(m)>h/2-a=30(mm) 故按大偏心受拉構(gòu)件配筋：b（查表）設(shè) 查 ee0h/2+a=153-120/2+30=123(mm) =<0選配 <2=60 mm故按 計(jì)算 式中：e軸向拉力到合力之間的距離 軸向拉力到合力之間的距離軸向力對(duì)截面重心的偏心距 故配置 （2）：當(dāng)=0時(shí)：M1.163（KN·m） N2.634（KN·） e0M/

33、N=1.163/2.634=0.612 (m)>h/2-a=30(mm) 故按大偏心受拉構(gòu)件配筋：b（查表）設(shè) 查 ee0h/2+a=612-120/2+30=582(mm) =<0選配 故按 計(jì)算 因?yàn)樗园磁浣?故配置 8200，As As min251mm2 (配筋圖如附圖2所示）。（3）：截面抗裂驗(yàn)算:根據(jù)內(nèi)力及鋼筋布置，時(shí)截面為抗裂最不利截面，選擇該截面進(jìn)行抗裂驗(yàn)算。鋼筋彈性模量與混凝土彈性模量之比n為:換算截面重心至受壓邊緣的距離為： 換算截面面子：=則=6.11 (cm)W0換算截面A0對(duì)受拉邊緣的彈性抗矩 rm受彎構(gòu)件塑性影響系數(shù)；=1.55計(jì)算抗裂安全系數(shù)為:建筑

34、物鋼筋混凝土大偏心受拉構(gòu)件的允許抗裂安全系數(shù)為1.1,上述抗裂安全系數(shù)計(jì)算值1.13大于允許抗裂安全系數(shù)，表明抗裂滿足要求。4.2.4人行板的配筋計(jì)算按受彎構(gòu)件配筋：Q=7.787(kN/m)，計(jì)算跨中彎矩為： Mr0·=1×0.95×1/8×7.787×1.4121.838（KN·m） 按單排架單筋計(jì)算，取a25mm，b840m，h100mm，rd1.2，h075mm。 0.041 0.042 0.00199<min=0.2%故按最小配筋率進(jìn)行配筋計(jì)算： Asb h00.2%×840×74124.3（mm2

35、) 查水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)附錄三故選配： 6200，As 141mm2 （配筋圖如圖4-5所示） 圖4-5 人行板配筋圖 （單位：mm)4.2.5拉桿的配筋： 橫桿的間距是1.25m計(jì)算的跨徑為L=2R0=21.25=2.5m作用荷載包括人群與人行板重q及橫桿自重g ， =0.070.1mL=2R0=21.25=2.5m固端彎矩M為：跨中最大的彎矩Mmax為：剪力Q為： 加大水深是作用拉力N為： 配筋計(jì)算： 軸向力作用點(diǎn)至截面重心的偏心矩e0為：故而按大偏心受拉構(gòu)件，按端部截面進(jìn)行鋼筋計(jì)算 e軸向拉力到合力之間的距離 b（查表）設(shè) 查 故選配 =101mm2 故按計(jì)算軸向拉力到合力之間的距離 查

36、水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)附錄三 故選配： 28 As=101mm2 設(shè)計(jì)水深是作用拉力N為： 軸向力作用點(diǎn)至截面重心的偏心矩e0為： 故而按大偏心受拉構(gòu)件，按端部截面進(jìn)行鋼筋計(jì)算e軸向拉力到合力之間的距離 （查表）設(shè) 查 故選配 =101mm2故按計(jì)算軸向拉力到合力之間的距離 查水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)附錄三 故選配： 28 As=101mm2綜合可知，設(shè)計(jì)水深和加大水深時(shí)選配的鋼筋為 (拉桿配筋如圖4-6所示）。 圖4-6 拉桿配筋圖4.3 槽身縱向內(nèi)力計(jì)算對(duì)于不同的支承形式、跨寬比、高跨比以及槽身截面形式，在荷載作用下槽身應(yīng)力狀態(tài)是不同的。U形槽身斷面結(jié)構(gòu)計(jì)算的基本假定是，斷面上剪力分布呈拋物線形，方

37、向沿槽殼厚度中性線的切線方向。該力對(duì)槽殼產(chǎn)生的彎矩和軸向力與水平力和自身重力等荷載產(chǎn)生的彎矩和軸向力方向相反，起抵消作用，因此槽殼厚度可以減薄。4.3.1槽殼橫向截面幾何力學(xué)參數(shù)計(jì)算 A=t(R+2f)2ab K=t(2R2-f2)-aB(2f-B)+aB2 y1=K+f y2=R0-K+t (4-8) I=+tf3)+2aBf(f-B)+tR3-t(2R2-f2)-aB(2f-B)K Sl=2tR(Rcos+K-r/2) (4-9)圖4-7 總拉力計(jì)算圖式中：R槽殼的平均半徑； F槽殼直段加高距離； A槽殼橫斷面面積； K截面重心至圓心的高度； y1截面重心至槽頂?shù)木嚯x； y2截面重心至槽頂

38、的距離； I截面慣性矩； SI截面重心以下面子對(duì)重心軸的面子矩。具體參數(shù)表示見圖4-7所示。 計(jì)算得： A=t(R+2f)2ab=0.718m2 K=t(2R2-f2)-aB(2f-B)+aB2=0.289m y1=K+f=1.007m y2=R0-K+t =1.081m I=+tf3)+2aBf(f-B)+tR3-t(2R2-f2)-aB(2f-B)K =0.2078 m4 Sl=2tR(Rcos+K-r/2)=0.455m3 4.3.2求作用與槽身上的均布荷載q 人群荷載取2kN/鋼筋混凝土重度h=25kN/m3,水重度=9.81kN/m3。根據(jù)結(jié)構(gòu)布置圖和以上數(shù)據(jù)計(jì)算各項(xiàng)荷載。槽總重：

39、G=24.1×8=192.8（kN）槽殼重：Gk=0.718×8×25=143.6（kN）槽頂結(jié)構(gòu)重：Gd=拉桿重+承托重+橋面板重+欄桿柱重+縱桿重 = G- Gk =192.8-143.6=49.20(kN)人群荷載：GZ=2×0.6×2×8=19.2(kN) 設(shè)計(jì)水深時(shí)水重: Gw1=9.81×(×1.252+2.5×0.05) ×8=202.334(Kn) 加深水深時(shí)水重: Gw2=9.81×(×1.252+2.5×0.025) ×8=241.60

40、(kN) 則作用于槽身的均布荷載為: 設(shè)計(jì)水深時(shí): q設(shè)=51.793(kN/m) 加深水深時(shí): q加=56.698(kN/m)4.3.3槽身縱向跨中彎矩正應(yīng)力及總拉力計(jì)算 按標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算，跨中彎矩:設(shè)計(jì)水深作用下: Mk設(shè)=q設(shè)l2=414.332(kN/m)加深水深作用下： Mk加=q加l2=453.573(kN/m)按設(shè)計(jì)值計(jì)算，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)度安全系數(shù)基本荷載組合K=1.40，特殊荷載組合K=1.35，則: 設(shè)計(jì)水深時(shí) M設(shè)=1.40×414.331=580.060（kNm）加深水深時(shí) M加=1.35×453.571=612.319（kNm）故以槽中通過加深水

41、深為控制情況。跨中圓弧段縱向正應(yīng)力： Lmax=215.5341 （kPa） 計(jì)算跨槽底混凝土邊緣拉應(yīng)力為 式中：混凝土塑性系數(shù)采用r=1.35 200號(hào)混凝土的抗裂設(shè)計(jì)強(qiáng)度=210 N/cm2； 三級(jí)建筑物的鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的抗裂系數(shù)為=1.1. 根據(jù)上述計(jì)算，<界面滿足正截面抗裂要求，實(shí)際抗裂安全系數(shù)計(jì)算值為：K=跨中截面受拉區(qū)的總拉力Zl=Sl=907.215(kN/m)配筋計(jì)算：受拉鋼筋總面積As為： As=KZl/Rg （4-10） 式中，校核水深時(shí)為特殊荷載組合，3級(jí)建筑物特殊荷載組合的混凝土受彎構(gòu)件安全系數(shù)為K=1.4，采用級(jí)鋼筋設(shè)計(jì)強(qiáng)度采用Rg=310N/mm2由式（4

42、-3）得：As=497.45（mm2） 查水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)附錄三 故選用 8 As=503mm24.4 抗裂計(jì)算4.4.1縱向抗裂計(jì)算 將斷面簡化為圖4-8所示 圖4-8 計(jì)算簡圖沿槽身縱向的危險(xiǎn)斷面是在跨中，按標(biāo)準(zhǔn)荷載計(jì)算，通過假定流量時(shí)彎距為： M453.683（KN·m） 按標(biāo)準(zhǔn)荷載計(jì)算，通過設(shè)計(jì)流量時(shí)彎距為： M=414.328（KN·m） b0.3m，bf2.5m，h=2.35m，hf=0.12m h1=2.35-0.38=1.97(m) 可按下式進(jìn)行抗裂計(jì)算; (49) 式中 rm受彎構(gòu)件塑性影響系數(shù)； rm1.55×（0.7300/1970）=1.

43、321 Ml按標(biāo)準(zhǔn)荷載計(jì)算的彎距； ct混凝土拉應(yīng)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(duì)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(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值,C20混凝土抗裂強(qiáng)度標(biāo)值ftk1.5N/mm2.I0、y0可按下列公式計(jì)算： A00.3×2.35+2×0.120.957（m2) 1.392（m） I01/3×0.3×1.39221/3×0.3（2.351.392）3 1/12（2.50.3）×0.123（2.50.3）×0.12（1.97-1

44、.392-0.12/2）2 =0.353(m4) (m3)通過加大流量時(shí)，Ms453.568（KN·m） 1.321×0.85×0.368×1.2×103619.813（KN·m） Ms453.568 (KN·m）通過設(shè)計(jì)流量時(shí)，Ml414.328（KN·m） 1.321×0.7×0.368×1.2×103510.434（KN·m） Ml414.328(KN·m）故槽身縱向滿足抗裂要求。4.5 端肋內(nèi)力計(jì)算由圖4-1得框架個(gè)項(xiàng)尺寸如下:底梁截面尺寸 豎桿的

45、截面尺寸豎桿高H= 底橫梁跨度由前計(jì)算結(jié)果知槽身均布荷載(按加深水深工況計(jì)算) q=56.696（kN/m）4.5.1求作用于框架底橫梁和豎桿上的荷載（1） 一個(gè)端肋的重力 （2）作用于隔離體截面上的剪力Q（kN）其中： 1）作用于槽殼截面重心軸一下部分的剪力鉛直分量。 （kN）2）作用于槽殼一側(cè)直段上的剪力。（kN） 3）框架豎桿承受lb長度上的水平水壓力。（kN/m） 4）作用于框架底梁上的均布荷載。（kN/m） 5）TQ1對(duì)豎桿中線位置的力矩。 （kN·m）4.5.2 求“拉桿”軸力X1 (4-11) 計(jì)算得，I23=0.0016(m4)，I21=0.00082(m4)，u23

46、=0.459,X1=-7.89(kN)4.5.3端肋底橫梁跨中截面內(nèi)力計(jì)算 軸力： （kN） 彎矩： （kN·m）4.5.4端肋的配筋計(jì)算 M23.672（kN·m）。N40.157（kN·m）。 設(shè) aa30，h120，h0ha90（mm） 軸向力作用點(diǎn)至截面重心的偏心矩e0為： e0M/N=23.672/40.157=0.589(m)>h/2-a=30(mm) 故按大偏心受拉構(gòu)件配筋：b（查表）設(shè) 查 e軸向拉力到合力之間的距離 ee0h/2+a=589-120/2+30=559(mm) =故選配6130 =217mm2 0.042故按X=2a=50mm

47、計(jì)算軸向拉力到合力之間的距離 查水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)附錄三故選配： 1680， As 2513mm2 (配筋圖如附圖所示）。4.6 吊裝計(jì)算為操作方便，設(shè)置四個(gè)吊點(diǎn)，按雙懸臂梁計(jì)算。吊點(diǎn)設(shè)在第二根拉桿出，因吊點(diǎn)產(chǎn)生負(fù)彎矩，上部受拉，下部受壓，故可按T形梁校核上不配筋。吊裝計(jì)算時(shí)部分荷載計(jì)算：（理想矩形化）側(cè)墻重：（kN）沿水流方向（kN/m）設(shè)計(jì)值：（kN/m）拉桿重：G2k25×（0.12×20.12）=0.75（kN） 沿水流方向（kN/m）設(shè)計(jì)值（kN/m）支持板重：G4k25×（2.5×0.120.320.32×0.1）=9.1（kN）沿水流方向：（kN/m）設(shè)計(jì)值：（kN/m） （kN/m）考慮動(dòng)力系數(shù)1.2，故q1.2×24.9729.964（KN/m）。計(jì)算時(shí)忽略槽底突出部分的作用，斷面尺寸取b300mm， h2350mm，bf2500mm，hf150mm的T形梁。按短暫狀況設(shè)計(jì)：ro1，0.95計(jì)算彎距：M1×0.95×1/2×29.969×2