排洪涵管设计.doc

排洪涵管课程设计

题目： 排洪涵管设计
姓名： aya
班级：级水利水电工程
学号： 2008162036
指导老师： hgh

2010-11
排水涵洞设计资料
1、工程布置
为了确保杂木灌区总干渠的安全，在渠底部修建27m长的排水涵管，排水涵管进口地面标高1987.3m，出口地面标高1986.76m。
2、结构设计
排水涵管采用Ⅱ级钢筋混凝土预制圆形断面排水管，，，每3m一节。管道的糙率系数取。
3、流量计算，验算及强度的计算，验算
涵洞流量的计算采用无压圆管的水力计算。由于圆管既是水力最优断面，又具有制作方便、受力性能好等特点。由于这类管道内的流动都具有自由液面，所以常用明渠均匀流的基本公式对其进行计算。
图3-1 无压圆管均匀流的过水
断面
圆形断面无压均匀流的过水断面如图3-1所示。设其管径为d水深为h，定义，称为充满度，所对应的圆心角称为充满角。由几何关系可得各水力要素之间的关系为：

过水断面面积：
（3-16）
湿周：
（3-17）
水力半径：
（3-18）
所以
（3-19）
（3-20）
为便于计算，表3-5列出不同充满度时圆形管道过水断面面积A和水力半径R的值。

不同充满度时圆形管道过水断面积A和水力半径R的值（表中d以m计） 表3-5
充满度
过水断面积A（m2）
水力半径（R）
充满度
过水断面积A（m2）
水力半径（R）
0.05
0.0147 d2
0.0326d
0.55
0.4426 d2
0.2649 d
0.10
0.0400 d2
0.0635 d
0.60
0.4920 d2
0.2776 d
0.15
0.0739 d2
0.0929 d
0.65
0.5404 d2
0.2881 d
0.20
0.1118 d2
0.1206 d
0.70
0.5872 d2
0.2962 d
0.25
0.1535 d2
0.1466 d
0.75
0.6319 d2
0.3017 d
0.30
0.1982 d2
0.1709 d
0.80
0.6736 d2
0.3042 d
0.35
0.2450 d2
0.1935 d
0.85
0.7115 d2
0.3033 d
0.40
0.2934 d2
0.2142 d
0.90
0.7445 d2
0.2980 d
0.45
0.3428 d2
0.2331 d
0.95
0.7707 d2
0.2865 d
0.50
0.3927 d2
0.2500 d
1.00
0.7845 d2
0.2500 d
（1） 涵管最大最小流量及最大流速的计算
由于进水口的高程为1987.3m，出水口的高程为1986.76m，则进水口与出水口的高差为h=1987.3-1986.76=0.54m。渠长L=27m。
则 底坡i=h/L=0.54/27=0.02。
当h/d=0.95时，Amax=Q/Q0=1.087，此时通过的流量为最大，恰好为满管流流量的1.087倍。
过水断面面积
(m2 )
水力半径：
(m)
谢才系数：

则 最大流量：
（m3/s）
由于设计要求涵管的充满度。
则取 此时通过的流量为最小。

过水断面面积
(m2 )
水力半径：
(m)
谢才系数：

则 最小流量：
（m3/s）

当h/d=0.81时，Bmax=v/v0=1.16，此时管中的流速为最大，恰好为满管流时流速的1.16倍。
当时，
过水断面面积：
(m2 )
水力半径：
(m)
谢才系数：

则 最大流速：
（m/s）

挡土墙的稳定分析
挡土墙的型式与尺寸确定后，需要验算抗滑稳定性和抗倾覆稳定等。首先要确定作用在挡土墙上的诸力。
1、 作用在挡土墙上的诸力。
（1） 墙身自重 墙身自重W竖直向下，作用在墙体的重心。
（2） 土压力 这是挡土墙的主要荷载。
（3） 基地反力 挡土墙的地基反力可以分解为竖直的法向分力和水平的分力两部分。
2、 抗滑稳定验算
（1） 将作用在挡土墙上的土压力Pa分解为两个分力。
（2） 水平分力Pax为使挡土墙滑动的力，
（3） 竖直分力Pay和墙自重W引起的摩擦力为抗滑力，
（4） 抗滑力与滑动力的比值，称为抗滑稳定安全系数，记为Ks。
（5） 抗滑稳定验算公式

式中 Ks——抗滑稳定安全系数；
Pax——主动土压力水平分力，可kN/m；
Pay——主动土压力竖直分力，kN/m；
μ——基地摩擦系数，砂摩擦系数取μ=0.5；

3、 抗倾覆稳定计算
挡土墙在满足抗滑力稳定要求的同时，还应该满足抗倾覆稳定性。
（1） 抗倾覆稳定验算以墙趾O点取力矩进行计算。
（2） 主动土压力的水平分力Pax乘以力臂h为墙倾覆的力矩。
（3） 主动土压力的竖直分力Pay乘以力臂b与墙自重乘以力臂a之和为抗倾覆力矩。
（4） 抗倾覆力矩与倾覆力矩之比称为抗倾覆稳定爱情系数，记作Kt。
（5） 抗倾覆稳定验算公式

式中 Kt——抗倾覆稳定爱情系数；
A、b、h——分别为W、Pay、Pax对O点的力臂。
4、地基承载力验算
挡土墙地基承载力验算，与一般的偏心受压基础验算方法相同，应该同时满足下列公式：

1截面Ⅲ——Ⅲ的挡土墙的稳定性验算
有已知资料查得混凝土的容重；内摩擦角；墙与填土摩擦角；砂砾的容重；墙背倾斜，倾角， ；填土表面倾斜，坡角度， ；由ε和β，查表得到。挡土墙与地面的摩擦系数μ=0.5。墙CD垂直，ε=0；β=0；所以查表得。
1）挡土墙的抗滑稳定性验算
（1） 截面Ⅲ——Ⅲ挡土墙的面积

（2） 挡土墙的重量

（3） 挡土墙上的土的面积

（4） 挡土墙上土的重量

（5） B点的主动土压力
kP
（6） AB面上的总的主动土压力
kP
（7） C点的主动土压力
kP
（8） D点的主动土压力
kP
（9） AB面上在水平面上的主动土压力
kP
（10） AB面上在垂直面上的主动土压力
kP
（11） BC面上的垂直主动土压力
kP
（12） CD面上的水平主动土压力
kP
（13） 水平面上的总的主动土压力
kP
（14） 垂直面上的总的主动土压力
kP
（15） 挡土墙的自重与挡土墙上土的重量之和
kP
（16） 抗滑稳定安全系数
；
所以抗滑稳定性满足要求。
2)挡土墙的抗倾覆稳定性验算
以O点为矩计算挡土墙重心到O点的距离

=0.25×0.8×0.5×0.25×24＋0.5×0.28×0.8×24×(0.25＋0.28)＋0.83×0.5×24×0.83×1/3=0.2357×24=w·a=A·r·a=A×24×a；
所以 a=0.3418 (m)

抗倾覆安全系数

所以抗倾覆稳定性满足要求。
3)地基承载力验算
1作用在矩形底面基础的力矩

2矩形底面的抗弯截面系数

3偏心力作用下的地基基础应力
（kP）
； 。

1截面Ⅳ——Ⅳ的挡土墙的稳定性验算
1） 挡土墙的抗滑稳定性验算
墙背倾斜，倾角， ；填土表面倾斜，坡角度， ；由ε和β，查表得到。挡土墙与地面的摩擦系数μ=0.5。墙CD垂直，ε=0；β=0；所以查表得。
（1） 截面Ⅳ——Ⅳ挡土墙的面积

（2） 挡土墙的重量

（3） 挡土墙上的土的面积

（4） 挡土墙上土的重量

（5） B点的主动土压力
kP
（6） AB面上的总的主动土压力
kP
（7） B点的主动土压力
kP
（8） C点的主动土压力
kP
（9） AB面上在水平面上的主动土压力
kP
（10） AB面上在垂直面上的主动土压力
kP
（11） BC面上的水平主动土压力
kP
（12） 水平面上的总的主动土压力
kP
（13） 垂直面上的总的主动土压力
kP
（14） 挡土墙的自重与挡土墙上土的重量之和

（15） 抗滑稳定安全系数
；
所以抗滑稳定性满足要求。
2)挡土墙的抗倾覆稳定性验算
以O点为矩计算挡土墙重心到O点的距离

=0.25×1.5×0.5×0.25×24＋0.5×0.675×1.5×24×(0.25＋0.675/3)＋0.5×0.925×24×0.925/2=w·a=A·r·a=A×24×a；
所以 a=0.373 (m)

抗倾覆安全系数

所以抗倾覆稳定性满足要求。

3)地基承载力验算
1作用在矩形底面基础的力矩

2矩形底面的抗弯截面系数

3偏心力作用下的地基基础应力
kP
； 。

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