河海大学《水工建筑物》渡槽省名师优质课赛课获奖课件市赛课一等奖课件.ppt

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢,第八章 渠系建筑物,:,渡槽,aqueduct,;,flume,（,1,）、,调整建筑物,：调整水位、分配流量，如节制闸、分水闸,（,2,）、,交叉建筑物,：输送渠水跨越沟谷、河流、道路等，如渡槽、,涵洞、倒虹吸等,（,3,）、,落差建筑物,：连接差集中渠段，如跌水、陡坡等,8.1.1,渡槽作用、类型及位置选择,一、渡槽作用、组成、类型,渡槽,是输送渠水跨越山冲、谷口、河流、渠道及交通道路等交叉建筑物,作用,：输水为主，兼排洪，导流。,组成,：槽身、支承结构、基础、进口、出口等部分。,第1页,分类,：,二、渡槽位置选择,轴线,(,中心线,),起止点,普通来说，在渠系规划设计时，已经从全局上初步确定了渡槽位置，这对于中、小型渡槽，已无多大选择余地，而对于大型渡槽，因工程量及投资大，将包括到位置选择方案比较问题，这些方面与地形和地质条件等原因亲密相关。,第2页,位置选择,时，拟考查,主要原因,：,(1),地形、地质条件：利用有利地形缩短槽身长度；选择良好地质条件处，以降低基础处理工程量，尽可能使进出口落在挖方渠道上。,(2),渡槽轴线尽可能布置成直线，防止进出口急转弯；,(3),跨越河流渡槽，尽可能与河流正交，并满足槽下净空要求，对于跨越公路、铁路渡槽，亦是如此；,(4),为了对于大型渡槽及上、下游填方渠道发生事故时进行检修，在进口段之前适当位置，设置节制闸,(5),尽可能少占耕地，降低拆迁，选择有较宽大施工场地，并便于交通运输。,第3页,8.1.2,渡槽水力设计，荷载及荷载组合,（一）、渡槽水力设计,任务,：,槽身断面选型；,确定断面尺寸；,确定进出口高。,详细包含：纵坡,i,；水深,h,；净宽,b,；起止点高程。,基本步骤,：,按最大过流量,Q,max,，确定槽身纵坡,I,，净宽,b,，净深,h,。,按设计流量,Q,设,，计算渡槽全长范围内总水头损失,z,；若,z,等于或小于,z,允许值，可最终确定,I,h,b,值，进而定出相关高程。,第4页,1,、水力设计计算方法及总水头损失计算,渡槽长度,L(15,20)H,，,(H,槽中水深,),称短渡槽过流量,Q,按淹没宽顶堰计算,长渡槽,L(15,20)H,按明渠均匀流计算,A,过水断面积；,C,谢才系数；,R,水力半径；,I,纵坡,(,槽身,),。,第5页,渠道水流，经过,渡槽,时,水面线,改变过程，共可划分为三个阶段：,(1),进口段：槽内流速大于渠道内流速，,U,进口段形成水面跌落，其值记,Z,，影响范围,L,1,：,损失系数见表,8,1,；,U1,渠内流速。,第6页,(2),渡槽段：明渠均匀流速，仅表现为沿程损失,记,Z1,iL,(3),出口段：渠道内流速小于渡槽内流速,U,，出口段形成水面回升，其值记为,Z2,，影响范围,l2,。,依表,8,2,查求,注：表,10,2,是由模型试验总结近似关系。,总损失：,z,(Z-Z2)+Z1 (8,3),注意点：,富裕高度,(,槽壁超高,),经过设计流量时；,z,允许水头损失，渠道规划设计时确定；,检验由设计流量,Q,求得,H(,槽内水深,),，即求得,h,。,第7页,当,hh-H and ZZ,h,槽深,按,Q,max,确定,I,b,h,，直至满足要求。,2,、槽底纵坡,I,，槽身净宽,b,和净深,h,设计,(1),底纵坡,I,：,影响关系,：,底坡,i,大工程量,U Z,浇灌面积 效益,底坡,i,小结果相反,综合比较确定。,(2),净宽,b,，净深,h,(,确定,h/b),影响关系,：,h/b,纵向刚度 风力 稳定,h/b,且,i,过大，水深小，进口槽底抬高值,y1,过大，流量大时，进口降水段过小，当引发渠道冲刷。故需作综合比较选择。,经验取值,(,初拟,),i=1/500,1/5000,且,iJc,临界坡,h/b,0.6,1.0,第8页,3,、进出口高程确实定,当设计确定,i,，,b,，,h,计算设计流量,Q,设对应,H,，,Z2,各值后，依图,10,2,求出槽身起止点高程,1,，,2,深入计算进口槽底抬高,y1,，出口渠底降低,y2,，普通,y1,，,y2,均为正值,H1,进口渠道水深,H2,出口渠道水深,y2,要求,0.1,第9页,（二）、渡槽荷载及其组合,1,、荷载：,注意：上述荷载，并不是任何渡槽都出现，应依据详细情况取舍！,风压力：,温度、砼收缩、徐变 温度改变荷载,(,对拱结构渡槽,),，取决于封拱温度及可能出现高温与低温,(,同拱坝部分,),第10页,2,、荷载组合,基本组合,(,设计条件,),：,特殊组合,(,校核条件,),：,第11页,8.1.3,梁式渡槽,一、槽身结构,(,一,),槽身结构布置与结构,1,、槽身纵向支承形式和跨度,梁式渡槽槽身是搁置槽墩或槽架上，它既起着输水作用又起着纵梁作用。为了适应温度改变及地基不均匀沉陷等原因而引发变形，须用横向变形缝将槽身分为独立工作若干节。变形缝之间每一节槽身，沿纵向普通是两个支点。,按支点位置分：,(1),简支梁式：,第12页,(2),悬臂梁式：,(3),连续梁式：,受力条件很好，但对地基,不均匀沉陷敏感，采取较,少。,第13页,2,、槽身横断面形式和结构,(1),断面形式：,分为,第14页,第15页,主要控制性尺寸：,1,、深宽比,(h/b),：水力计算确定,2,、侧墙厚高比,(t/h1),，有拉杆矩形槽,t/h11/12,1/6,，,f,10,20cm,。,U,形槽主要控制性,(,图,10,5),断面,半园矩形,(,上部,),1,）,R,0,，,h,0,由水力计算确定,R,0,内半径,h,0,上部矩形高,2,）经验尺寸：,t,(11/10,1/15)R,0,；,h,0,=(0.4,0.6)R0,a=(1.5,2.5)t,；,b=(1,2)t,，,C=(1,2)t,；,d,0,=(0.5,0.6)R0,t,0,=(1.0,1.5)t,第16页,（二）槽身结构计算,1,、槽身结构计算方法简述,依据支承形式，跨宽比及跨高比大小以及槽身断面形式等不一样，槽身应力状态与计算方法将有所不一样。总体上讲，主要有,弹性力学方法,，,结构力学方法,以及,板壳理论方法,。伴随计算机普及，有限元方法将会成为一发展方向。,在计算结构中，主要有二方向内容，一是,纵向计算,，二是,横向计算,。这里将主要介绍横向计算。,2,、纵向计算,1,）、计算工况：满槽水运行情况,2,）、关键点：,用结构力学方法，依据支承情况，选择计算力学模型,(,简图,),，如多跨连续梁，简支梁，悬 臂梁等；计算出弯矩及剪力；,第17页,矩形槽：,a),侧墙,作纵梁考虑，计算内力及配筋，抗裂及开裂宽度验算，最终定出相关尺寸；,b),因为底板相对较薄、刚度较小，不考虑底板纵向作用，偏保守。,3,、横向计算,槽身横向结构计算方法和原理，在结构力学课程中已全方面细致地进行过讲解，没有必要重复。不过，要求同学们能抽出时间，对结构力学作必要温习与回顾。在这里，将着重叙述矩陈与,U,形槽身横向计算荷载，计算假定及计算简图选择。,第18页,原理：沿槽长方向取,1.0m,作为计算分析对象,(,图,10,8),，同时，考虑两截面上剪力差值,Q,Q1,Q2,，然后按框架结构求解其横向内力。,基本荷载：水重，自重,(1,米槽长,),注：,Q,在截面沿高度上呈抛物线形分布，方向向上，绝大部分分布在两侧墙截面上。,计算简图：,a),不带拉杆：简化为矩形开口框架 图,8,8,中去掉顶端水平链杆；,第19页,第20页,假定：设拉杆处横向内力与不设拉杆处横向内力相同，将拉杆均匀化，且不计拉杆抗弯作用与轴力对变位影响，拉杆按铰接考虑。拉杆实际拉力为计算拉力,x,1,乘以拉杆间距。,不计底板上截面上剪力，侧墙截面上剪力不影响侧墙横向弯矩，将它集中置于侧墙底面，按链杆考虑。依对称性得,(,图,8,10),第21页,第22页,(2),有拉杆,U,形槽身,原理：沿槽长方向取,1,米进行计算分析，其荷载与带拉杆矩形槽身相同；,基本假定：,1,）槽身薄壳断面上剪力分布,(2t),成抛物线形,(,图,811),2),剪力方向沿槽壳厚度中心线切线方向。,注意：二者方向相反，起抵消作用,第23页,2,、拉杆作用,按均化法处理,(,方法同前,),依对称性，取二分之一考虑取得图,8,11(b),当取得计算简图和荷载后，内力计算方法详见结构力学教材。,U,形槽身应力分布规律：,上半部外侧受拉；,下半部内侧受拉。,配筋：,双层布筋：按内外侧控制截面分别配筋；,单层布筋：按弯矩图形将钢筋布置在受拉一侧。,第24页,第25页,第26页,（三）、槽墩和槽架,1,、槽墩,第27页,2,、槽架,(1),、槽架形式和结构,三种基本形式,第28页,第29页,单排架,由两根铅直立柱与横梁组成单跨多层钢筋砼刚架结构，多用于高度,1/20,第43页,增稳办法：,渡身断面：深度减小，宽度加大,自拱顶至拱脚逐步加宽,矢高,(f),当拱脚高程一定，矢高可变余地较小；,普通需满足净空要求,(,如航运、交通,),拱脚高程,(,跨河渡槽,),应高于最高洪水位,逢跨比,(f/l),普通取,(1/4,1/10),（三）、主拱圈结构设计,主要内容,：结构布置；结构计算。,1,、拱轴线形式与选择,(1),小跨度主拱圈：,a),中心角：,120,o,130,o,b),半园拱：应力分布差,(2),较大跨度排架拱：荷载近于均布，宜用二次抛物线,标准,：拱轴线靠近于荷载压力线（各断面压力中心连线）。,第44页,(3),实腹式渡槽,(,图,10,32),名词：拱轴系数,m=g,k,/g,S;,g,k,拱脚荷载强度,gs,拱顶荷载强度,经推导，可得荷载压力线,(,即拱轴线,),当,1,，,y,1,=f,时，,第45页,2.,主拱圈结构计算,主要内容：,内力计算；,强度、稳定性验算。,拱稳定性问题，普通来说，只能对一些经典结构，在经典荷载作用下，这在一些力学书籍和专著中，有比较准确解答。因为拱式渡槽主拱圈，结构形式及荷载均较复杂，尤其是难于合理考虑拱上结构对主拱稳定影响。当前，已经有计算方法是近似。,拱圈内力计算方法，总体上讲，因结构形式，拱轴线形式、设铰数目以及荷载形式不一样而各异；另外，渡槽横向荷载作用下内力，准确计算也比较复杂，也常采取近似方法计算。拱圈稳定问题及横槽向荷载作用下内力计算问题等，可参考桥梁及渡槽工程相关书籍和资料。此处主要介绍铅直荷载作用下无铰拱内力计算等问题。,鉴于拱式渡槽主拱圈，因结构与荷载普通情况下多为对称，可取二分之一进行计算分析，如图,(8,32).,第46页,第47页,关键点,：,由对称性知，在,弹性中心,，将只有对称超静定未知力,x1,和,x2,。同时，仅作用有实腹拱设计荷载,(,不论是实腹拱还是空腹拱，依据实际情况决定计算荷载均可,),。,对于无铰拱，拱圈内剪 力及拱轴曲率对弹性中心变位影响很小，可忽略不计，只计算由内力弯矩,M,产生弯曲变形和由轴力,N,产生弹性压缩而引发弹性中心变位。也就是说：,弹性中心变位弯矩,M,引发变位轴力,N,引发变位,。,在拱荷载作用下，基本结构任意截面,弯矩,Mp,，轴力,NP,，剪力,QP,，应用力法求解得：,第48页,拱圈任意截面内力：,注意点：拱圈在本身重力作用下内力，是否按无铰拱计算应依据施工方法决定。,3,、主拱圈强度及稳定验算,（,1,）主拱圈强度验算,在各种荷载作用下，计算主拱圈各截面内力，求出各截面在各种荷载最不利组合情况下产生内力（包络图），最终进行强度验算。,荷载组合：,1,）基本组合：设计水深水重,+,自中,+,人群荷载；,2,）特殊荷载：,a,）满槽水重,+,自重,+,人群荷载,+,横向风载,+,温升；,b,）自重,+,横向风载,+,温降,+,混凝土收缩（检修）,第49页,（,2,）主拱圈稳定验算,1,）纵向稳定验算,按轴向受压构件强度计算方法验算,2,）横向稳定验算,第50页,（四）槽墩、拱座及槽台,依据受力情况，槽墩分为：,第51页,8.1.5,渡槽进、出口建筑物及总体布置,（一）、进、出口建筑物,作用与要求：平顺衔接渠道与槽中水流，减小水头损失；,连接槽跨结构与两岸渠道，防止漏水及由此引发过大沉降与滑坡；,满足适用交通、泄水等要求。,主要尺寸：,进、出口渐变段长度,l,j,=C(b,1,-b)(8,34),b,1,渠道水面宽度；,b,槽身水面宽度,第52页,其它结构设计,a)U,形槽,设连接段与渐变段未端矩形断面连接；,b),考虑交通要求,交通桥或人行桥；,c),考虑停水检修,节制闸或预留检修门槽；,d),注意止水、防渗。,（二）槽身与两岸渠道连接,1,、槽身与填方渠道连接,(,图,8,37,，,8,38),第53页,第54页,斜坡式连接,连接段置于柔性地基上，因为填土沉降，易引发裂缝、漏水，注意地基碾压，扎实，防渗，止水。,挡土式连接：,(,图,8,38),边跨槽身一端支承在重力式挡土墙或边槽墩上，并与渐变段或连接段连接。,第55页,2,、槽身与挖方渠道连接,(,图,8,39),第56页,第57页,