©2010-2026 宁波自信网络信息技术有限公司 版权所有
客服电话：0574-28810668 投诉电话：18658249818
浙ICP备2021020529号-1 | 浙B2-20240490
关注我们 ：
1、 毕 业 设 计 漕河渡槽工程设计 院系名称： 成教学院 专业年级：二〇一四级水利水电工程 学 号： 学生姓名： 指导教师： 提交日期： 2016.5.20 目 录 1 工程概况 4 1.1 工程简介 4 1.2 气象水文 4 1.3 主要建设内容及技术经济指标 4 1
2、4 工程地质 4 2 整体布置 7 2.1水工结构 7 2.1.1 建筑物结构形式选择 7 2.1.2 渡槽轴线位置的选择 7 2.1.3进出口段布置 7 2.1.4 渡槽长度比选 8 2.1.5渡槽过水断面和纵坡的确定 8 2.1.6 渡槽上部结构型式确定 8 2.1.7 渡槽下部结构型式确定 9 2.1.8渡槽型式比选 9 2.1.9渡槽水力设计 9 2.1.10槽身结构计算 9 2.1.11稳定计算 9 2.2 金属结构 9 2.2.1 漕河渡槽出口检修闸 9 2.2.2 防腐设计 10 2.3 施工地质 10 3漕河渡槽设计 11 3.1漕河渡
3、槽进口段设计 11 3.2漕河渡槽槽身设计 14 3.3漕河渡槽出口段设计 23 4 漕河渡槽槽身断面设计 23 4.1断面截面尺寸确定 23 4.2水力计算 24 4.1.1水头损失验算 25 4.1.2进出口高程确定 26 4.2 U型渡槽截面其他尺寸确定 27 4.3 横杆、人行便道及端肋尺寸确定 27 4.4 进出口的形式选择及布置 28 5 槽身的结构计算 29 5.1 矩形渡槽静风荷载计算 29 5.2 槽身纵向结构计算 31 5.2.1 抗滑稳定验算 31 5.2.2 抗倾覆稳定验算 32 5.3 槽身纵向结构计算 33 5.3.1 内力计算
4、 33 5.3.2 纵向配筋计算 34 5.3.3 正截面的抗裂验算 35 5.3.4 斜截面承载力计算 36 5.4 槽身横向结构计算 37 5.4.1满槽水情况下的内力计算 38 5.4.2半槽水情况下的内力计算 41 5.4.3 横向配筋计算 45 5.4.4 横向抗裂验算 47 5.5 拉杆结构及配筋计算 48 5.5.1 内力计算 48 5.5.2 配筋计算 49 5.6 端肋结构及配筋计算 50 5.6.1 内力计算 51 5.6.2 配筋计算 53 5.7支撑系统计算 55 5.7.1主梁验算 55 5.7.2次梁验算 56 5.7.3底板验算
5、 57 致谢 35 参考文献 35 1 工程概况 1.1 工程简介 总干渠漕河段是南水北调中线工程京石段应急供水工程上的重要渠段，位于河北省保定市满城县境内，距满城县约10km。漕河渡槽为I等工程，主要建筑物级别为1级，次要建筑物为3级/。漕河段总长9319.7m,建筑物长度6473.0m，渠道长度2846.7m，设计流量125m3/s，加大流量150m3/s。地震烈度为6度区。 1.2 气象水文 漕河流域属暖温带大陆性季风气候区，四季分明。极端最低气温-23.4℃，极端最高气温40.4℃，多年平均日照时数2711小时，多年平均分速2.2m/s，最大风速18m/s，风向
6、为NW。平均无霜冻期191天，最大冻土深度66cm。 1.3 主要建设内容及技术经济指标 漕河渡槽洪水标准为100年一遇设计，300年一遇校核；交叉断面处河道100年一遇洪峰流量为4494m3/s，相应水位为46.67m ；300年一遇洪峰流量为5885m3/s，相应水位为47.07m。技术特性见表1.1。 表1.1 漕河特性表 河流 名称 建筑物长度(m) 漕河河道 设计渠底高程 300年 100年 50年 进口（m） 出口（m） 水位（m） 流量 （m2/s) 水位（m） 流量 （m2/s) 水位（m） 流量
7、m2/s) 漕河 2199 47.07 5885 46.67 4494 46.39 3640 62.243 61.525 1.4 工程地质 漕河渡槽地处太行山山前丘陵地带，地形、地貌变化较大。 进口渐变段地面高程63.0～67.0m，渠底为弱风化燧石条带白云岩。进口闸室段地面高程67.0～68.0m，覆盖层厚0.3～3m，为含壤土碎石，其下为燧石条带白云岩，闸基坐落在弱风化岩体上。 进口连接段地面高程65.0～68.0m，覆盖层厚1～3m，为含壤土碎石，其下为燧石条带白云岩，强风化岩厚1～1.5m，槽身坐落在弱风化岩上。落地矩形槽段地面高程56.0～68.5m，覆
8、盖层厚1～9.3m，为碎石、黄土状壤土及含碎石红粘土，其下为燧石条带白云岩，强风化层厚度1.5～6m。 20m跨多侧墙段采用桩基础或扩大基础，跨越二级阶地，地面高程47.0～58.0m，覆盖层厚6～28.5m，岩性为黄土状壤土、微含碎石粘土及微含碎石红粘土，基岩为燧石条带白云岩，全、强风化岩厚7.0～20.1m。 漕河渡槽右岸阶地：上部为黄土状壤土，碎石土，下部为基岩的多层结构。河床及漫滩：上部为较薄的砂壤土，卵（砾）石、碎石土，下部为基岩的多层结构。覆盖层厚度1.5～32.2m。左岸：山体为岩体单一结构，燧石条带白云岩地表为弱风化岩，节理较发育。漕河河道基岩中规模不等的裂隙、夹泥层、新层
9、破碎带、岩脉、溶洞和溶隙均有发现，地质条件十分复杂。 30m跨多侧墙段采用桩基础或扩大基础，地貌为高漫滩、低漫滩及现代河床，地面高程42.5～44.5m。本段地质结构上部碎石土，下部燧石条带白云岩双层结构。覆盖层厚6～32.2m，地表为卵石层，厚6～28.4m，其下为壤土、含碎石壤土及含壤土碎石，厚度3～19m。全、强风化岩一般厚3～5m，仅在桩号376+500～376+630段全、强风化岩厚达12～16m。 出口段为河床岸坡，地表基岩裸露，岩性为弱风化燧石条带白云岩。（具体设计情况见表1.2） 表1.2 漕河渡槽设计情况表 序号 名称 单位 数量 备注 一 建设地
10、点 满城县神星镇 二 水文 1 槽址以上汇流面积 km2 588 2 天然水位 设计洪水标准 P(%) 1.0 设计洪水流量 m3/s 4494 设计洪水位 m 46.67 校核洪水标准 P(%) 0.333 校核洪水流量 m3/s 5885 校核洪水位 m 47.07 施工洪水标准 P(%) 5.0 施工洪水流量 m3/s 1390 施工洪水位 m 45.43 3 布置建筑物后水位 P=
11、5%洪水位 m 45.61 设计洪水位 m 47.03 校核洪水位 m 47.48 三 渡槽 1 地震基本烈度/设防烈度 度 6 2 进口渐变段 375+357～375+402 地基特性 弱风化白云岩 渐变段型式 直线扭曲面 长度 m 45 底部高程（始端/末端） m 62.243/62.414 底部宽度（始端/末端） m 22.5/20.4 3 进口闸室段 375+402～375+412 长度 m 10 闸宽
12、孔数×单孔宽度） m 3×6.0 闸门型式 露顶式平面钢闸门 闸门尺寸 m 6.0×5.0 启闭机型式 移动式电动葫芦 启闭机容量 2×100kN 4 渡槽 上部结构型式 板梁式 基础型式 桩基(扩大基础) 输水断面尺寸(宽×高) m×m 6.0×5.4 3槽一联 总水头差 m 0.718 进口连接段 m 8.4 375+412～375+420.4 落地矩形槽段 m 240 375+420.4～375+660.4 2
13、0m跨多侧墙段 m 710 375+660.4～376+370.4 上部结构型式 板梁式 基础型式 桩基及扩大基础 输水断面尺寸(宽×高) m×m 6.0×5.4 3槽一联 总水头差 m 0.718 漕河渡槽总水头差 30m跨多侧墙段 m 1230 376+370.4～377+600.4 出口连接段 m 10.6 377+600.4～377+611 槽底纵坡 1/3900 槽底高程 m 62.414～61.848 槽底宽度 m 20.6 1 设计流量 m3/s
14、 125 2 加大流量 m3/s 150 设计水深 m 4.150 加大水深 m 4.792 5 出口闸室段 377+611～377+621 长度 m 10 闸宽（孔数×单孔宽度） m 3×6.0 闸门型式 露顶式平面钢闸门 闸门尺寸 m 6.5×5.0 启闭机型式 移动式电动葫芦 启闭机容量 2×100kN 6 出口渐变段 377+621～377+657 地基特性 弱风化白云岩 渐变段型式 直线
15、扭曲面 长度 m 36 底部高程（始端/末端） m 61.848/61.525 底部宽度（始端/末端） m 20.4/22.5 2 整体布置 2.1水工结构 2.1.1 建筑物结构形式选择 漕河是总干渠跨越的较大河流之一，交叉断面附近河谷宽阔，宽度约1150m，河床高程一般在42.1～44.5m。主河床两侧为二级阶地和高漫滩，高程一般在43～62m。综合考虑流量关系、水位关系及总干渠水头确定南水北调中线总干渠与漕河的交叉建筑物型式采用渡槽型式。 2.1.2 渡槽轴线位置的选择 漕河渡槽地形条件比较复杂，长度大，工程量大，轴线位置的选择应通过
16、方案比较确定其位置。主要考虑一下几个方面： （1） 应尽量选在地形有利，地质条件良好的地方，以便于缩短槽身长度，降低支撑结构高度和基础工程量。 （2） 渡槽进出口渠道与槽身的连接在平面上应争取成一条直线，不可急剧转弯，以使水流平顺。 （3） 跨越河流是，轴线与河道水流方向应尽量正交，槽址应选在河道顺直，岸坡稳定处。 （4） 跨越河流的渡槽，槽址应位于河床稳定，水流顺直的河段，避免位于河流转弯处，以免凹岸和基础冲刷 （5） 应选在进出口建筑物方便的位置，进出口争取建在挖方渠道上，尽量不要建在高填方渠道上。应保证泄水闸有通畅的排水出口，以防冲刷。 （6） 渡槽发生事故需停水检修，或为了
17、上游分水等目的，常在进出口段或进口前段，渠道的合适位置安装节制阀，方便于泄水阀联合运用，使渠水进入溪谷或河道。 漕河渡槽轴线位置先后比较了3条线路，综上述考虑地形、地质条件、建筑物布置、工程施工条件及工程移民占迁因素，推荐现有路线方案。 2.1.3进出口段布置 进出口段属渐变段，一般常采用底板与侧墙相互分离的钢筋混凝土结构，侧墙是直线扭曲面，渐变段采用贴坡式挡墙，末端采用重力式挡墙，墙顶高程和总干渠堤顶（或一级马道）高程相同。 进出口闸井室采用开敞式整体钢筋混凝土结构，孔数和渡槽孔数相同，单孔净宽都是6m，墩顶高程和总干渠堤顶（或者一级马道）高程相同。 2.1.4 渡槽长度比选 漕
18、河渡槽长度的确定不以河道行洪为控制条件，而是受地形、地质条件制约。首先是渡槽进口闸室位置的确定，根据地形地质条件，考虑到渡槽进口有条件将闸室布置在原状地基上。其次是出口位置的确定，漕河的深槽位于漕河河道的左岸，且漕河左岸地表基岩裸露，岩性为弱风化燧石条带白云岩，工程地质条件良好，漕河渡槽的出口闸室直接布置在左岸山体上，渡槽出口不会束窄河道。根据地形、地质条件和总干渠的渠底高程与现状地形的关系，渡槽长度确定为2300m, 相应起止桩号为375+357～377+657。 2.1.5渡槽过水断面和纵坡的确定 渡槽过水断面和纵坡都是通过水力计算来确定的。渡槽通过设计流量时槽内水流是明渠均匀
19、流，用进出口底板高程来确定渡槽的纵坡，通过调整底宽使渡槽总水头损失与已定的设计水头统一。槽内通过加大流量时，采用水面线明渠非均匀流能量方程，分段试算法进行推求，渡槽水力要素见表2.1。 经两槽、三槽、四槽不同断面组合的经济比较分析， 确定漕河渡槽的结构断面尺寸为3孔6m×5.4m。 表2.1 渡槽工程水力要素表 河流 名称 流量（m2/s） 水深（m） 设计底高程（m） 设计水位（m） 设计 加大 进口 出口 进口 出口 进口 出口 漕河 125 150 5.072 5
20、022 62.243 61.525 66.743 66.025 漕河渡槽设计为3槽一联的多侧墙矩形槽结构，纵坡为1/3900，单孔跨度主河槽段30米，旱渡槽段20米。 2.1.6 渡槽上部结构型式确定 漕河渡槽主河槽段由于净面空间较大，结构选择采取了拱式和梁式结构的比较选择。漕河渡槽旱渡槽段，槽底净面空间高度较小，只能采用梁式结构，所以进行了多个纵面梁的矩形槽简支、多侧墙矩形槽简支、简支U型槽、上承式桁架拱和中承式桁架五种拱式结构方案的比较。 多侧墙矩形槽简支结构可利用渡槽的侧墙和中隔墙作为槽身的承重结构，与多纵梁简支结构相比，工程量变化不大，而整体承载能力
21、和适用跨度却大大增加。墙体内增设的预应力钢束既能承担纵向力，又能承担横向剪力。墙体底板整体浇筑，和由多种杆件组成的桁架拱结构相比，其整体性能好、安全可靠度高。 2.1.7 渡槽下部结构型式确定 在渡槽的总体设计中，下部结构的选型对整个设计方案有较大的影响。根据地形、地质情况进行合理的选型，可使上、下部结构协调一致，通过对多种结构型式、多种跨度的比较，漕河渡槽下部结构型式采用空心重力墩与桩基或扩大基础组合型式，跨度阶地段为20m，河槽段为30m。 2.1.8渡槽型式比选 首先比较了板梁式结构方案与拱式结构方案，拱式结构比选了中承式和下承式桁架拱结构；板梁式结构比选了两联矩形槽结构、两联多
22、纵梁结构、三槽一联多侧墙结构和四槽两联多侧墙结构。通过技术、经济分析阶地段采用20m跨三槽一联多侧墙结构，河槽段采用30m跨三槽一联多侧墙结构。 2.1.9渡槽水力设计 水力设计的目的是根据建筑物给定的设计水头和设计流量以及地形条件，确定出合理的渡槽过水断面尺寸以及进出口底板高程，并根据其通过加大流量时推算的加大水位，确定渡槽的超高。 2.1.10槽身结构计算 槽身内力计算采用结构力学方法，按平面问题横向、纵向分别计算。横向计算时，底肋支承在侧墙上，横断面为加肋带拉杆的多支座矩形闭合框架；侧墙按一端简支，一端固结的T型梁计算，用三边固结，一边简支的板复核，底板既是支撑在底肋上的连续板，
23、按5跨连续梁计算，也是侧墙纵向I字梁的翼缘，按简支梁计算，纵向产生的拉应力由底板中的纵向预应力钢绞线来平衡。纵向计算时，侧墙作为简支梁，以横向计算中求出的支座反力作为纵向荷载，按简支受弯构件计算内力。 依据内力计算成果，本设计对槽身分别进行承载能力和正常使用计算。底板按矩形、侧肋按Ｔ形截面受弯构件，底肋按Ｔ形偏心受拉构件，侧墙按简支受弯梁计算配筋及抗裂。 2.1.11稳定计算 本设计分别对槽身、墩身、进出口闸室、桩基、退水闸等结构进行了抗滑、抗倾等计算。计算结果表明，所有结构的抗滑、抗倾安全系数均大于相关规范的规定值；地基应力满足设计要求。 2.2 金属结构 2.2.1 漕河渡槽出口
24、检修闸 进口检修闸共3孔，设置2扇检修闸门。闸门为平面滑动叠梁闸门，闸门采用增强型钢基聚甲醛四层复合材料滑块支承，其孔口尺寸为6.0m×5.0m（宽×高），设计水头4.792m，每扇检修闸门分2节，每节高2.5m。闸门配置1根机械式自动抓梁，启闭机采用1台移动式电动葫芦启闭，电动葫芦容量为2×100kN，扬程7m，电动葫芦采用工字型轨道，轨道型号I56a。叠梁检修闸门的操作方式为静水启闭，平压方式为小开度节间充水平压。该检修闸设置了1个门库，电动葫芦停放在门库内。 2.2.2 防腐设计 闸门、埋件、抓梁外露非不锈钢表面采用喷稀土铝锌加涂料的方式进行防腐；启闭机、电动葫芦轨道及附件采用涂料
25、的方式进行防腐。 2.3 施工地质 (1)漕河渡槽进口渐变段至落地矩形槽段边坡（桩号375+357～375+490.4）变化 进口渐变段至连接段左侧部分，边坡面覆盖薄层含红粘土碎石，部分坡面覆盖薄层全风化岩。桩号375+412～375+490.4段左侧为全、强风化白云岩，边坡稳定性较差。 根据现场实际情况，将进口渐变段至连接段左侧含红粘土碎石以及全风化岩清除至岩基面，并挂网锚喷支护；对扭坡面碎石和含碎石红粘土清除；落地矩形槽左侧边坡采用挂网喷锚防护。 (2) 漕河渡槽扩大基础 1#扩大基础开挖至建基面后，基础左侧出现强风化岩，右侧为全风化岩。为防止承台出现不均匀沉降，将全风化岩清除
26、至强风化岩，用混凝土回填至建基面；15#墩弱风化岩面受破碎带影响相差较大，从而采用扩大基础。16#墩受15#、17#开挖的影响，亦改为扩大基础。15#、16#墩基础均座落在全风化岩上；27#～31#扩大基础开挖揭露地质情况基本与原设计一致，均为全风化岩，仅局部揭露少量强风化岩；37#墩建基面左侧大部分强风化岩石出露，右侧有煌斑岩脉侵入，对煌斑岩脉部位进行了挖槽回填混凝土。40#、41#墩全风化岩面均有抬高，将建基面可抬高至34.1m。38#、39#墩建基面为全风化白云岩，75#、76#扩大基础墩建基面为弱风化白云岩。 (3)漕河渡槽桩基础 漕河段采用桩基础的槽墩共有59座，总桩数616根
27、 (4)漕河渡槽77#枕梁基础 77#枕梁开挖至建基面发现岩体裂隙发育，部分岩面低于设计建基面, 因而采用了混凝土对岩面降低部位进行了回填处理。 (5)漕河渡槽出口段 本段岩体完整，仅对局部松散岩体进行了清除 3漕河渡槽设计 漕河渡槽工程由进口段、槽身段、出口段三部分组成。总长2300m。渠段设计水深4.5m，渡槽前后渠底宽度19.5/26.5m。漕河渡槽纵坡为1/3900，槽内设计水深4.15m，水头0.718m。 3.1漕河渡槽进口段设计 进口段由进口渐变段及进口检修闸室组成。进口段长55m，其中渐变段长45m，检修阀室段长10m，检修阀室为3孔，没孔净宽为6m，边墙顶宽1
28、m、底宽1.5m，中墙宽1.2m，底板厚1.2m。基础座落在弱风化白云岩上。两侧为钢筋混凝土直线扭曲面结构，其始端与总干渠梯形明渠相接，底宽19.5m，边坡系数2.5，末端与闸室连接，底宽20.4m。 详见下图3.1 图3.1 进口段布置与结构图 3.2漕河渡槽槽身设计 （1）渡槽槽身段：包括进口连接段、落地矩形槽段、20m跨架空段、30m跨架空段、出口连接段5部分，全场2199m。槽身均按3槽布置，单槽净宽6.0m。其中进口连接段长8.4m，起链接阀室与槽身的作用
29、落地矩形槽段长240m，共24节，每节长10m；20m跨架空段长710m。共35跨，其中有20跨为弯道段，分界点桩号为375+920.4处。转弯半径第一段为531.139m，中心角21.57468°，第二段半径为483.090m，中心角 23.72063°，第34跨由于跨越铁路的需要该跨跨度布置为35m。详见下图3.2 图3.2 （2） 20m和30m跨均为槽身架空段，槽身为3槽一联的多侧墙多纵梁预应力钢筋混凝土结构，横向总宽度均为22m，单槽断面尺寸为6×5.4m，底板厚0.5m，边墙厚0.6m，中墙厚0.7m上部设人行道板和拉杆，边墙外侧竖向设侧肋，底板下横向设底肋，纵向设
30、4根纵梁，为满足预应力钢绞线布置要求，将纵墙底板以下断面扩大形成“马蹄”状，并在纵墙和底板连接处设有贴角，因此这种结构又叫做带“马蹄”的多纵墙矩形槽结构。“马蹄”断面尺寸（b×h），中墙1.4m×1.5m，边墙1.3m×1.5m。拉杆、侧肋和底肋间距均为2.5m,断面分别为0.3×0.4m、 0.5×0.7m、0.5×0.9m。槽身在纵向、横向以及边墙的竖向分别设置了预应力，称3向预应力结构，混凝土等级为C50W6F200。详见下图3.3 （3）槽身架空段共76跨，计77个墩体，除1#墩和77#枕梁为实体墩外，其余75个墩体均为空心墩，墩体的高度为1.6～29.3m不等，由墩台、墩身和
31、墩帽组成。到目前为止，经过进一步的地质勘察已经确定采用扩大基础的墩体为20个，其余57个仍为端承桩墩体。槽身跨度为20m的，每个墩体下设端承桩8根；30m的设12根；桩径为1.5m，每根桩的设计承载力为1300t。详见下图3.4 主河槽段漕河渡槽立视图 岩基落地矩形槽结构图 20m跨架空段槽身结构图 30m跨架空段槽身结构图 20m和30m跨槽墩桩基及墩台结构图 扩大基础墩台结构图 3.3漕河渡槽出口段设计 出口段：长46m，其中闸室段10m，渐变段36m。闸室为3孔，每孔净宽为6m。 详见下图3.5 4 漕河渡槽槽身断面设
32、计 4.1断面截面尺寸确定 水力的计算主要在于合理的选择纵坡值。纵坡大，可以减小槽身断面的面积，节省建筑材料。当纵坡越大时沿程水头损失会迅速增加，且流速大将会增加进口水头的损失，进一步增加渡槽的总水头损失，自流灌溉面积也会减小，使得灌溉不利。而纵坡小，虽然使断面面积、建筑材料用量增加了，但是水头损失将会减小。 本设计方案允许水头损失为[▽Z]等于0.88m，最小损失不大于0.88m。根据相似工程经验，初步拟定，纵坡坡率可在1/500至1/1500之间选择。假如根据初拟定i、B和H值来计算所得的流量（等于或大于）最大流量，说明拟定的i、B和H值合适，假如（小于或大于）最大流量，说明应必须加
33、大B和H值，直到满足最大流量为止。 初拟定i、B和H值后，还需要再拟定通过设计流量时的水深值，可以根据计算的方式来确定通过设计流量时的水深值。求得水深值后，利用公式来计算通过设计流量时的进口水面降落及出口水面回升值，而后再计算槽身的沿水头损失和总水头损失。如果总水头损失值等于或略小于允许水头损失值，则初拟定的i、B和H值可以当确定值。 4.2水力计算 由于渠道多数都会在一定长度内，具有相同的流量、断面尺寸、堤坡及相近的渠道渡槽糙率，渠内满足明渠均匀流的条件，所以渠道横断面尺寸将采取明渠均匀流方式来确定，即 Q=wC 其中Q 通过渡槽的设计流量（m3/s） i 槽底纵坡，
34、本设计采用i=1/1200： C 谢水系数，可采用曼宁公式来计算，，n为糙率系数，对于混凝土及钢筋混凝土槽身，可取用n=0.013～0.014，此设计采用的是n=0.014。 漕河渡槽槽身断面高宽比H/B会影响槽身结构的横向稳定、纵向受力及进出口水流条件。对于梁式渡槽的槽身起纵梁作用，槽身采用较大的高宽比，可以提高其纵向刚度，减少跨中挠度和梁内承载力，有利于受力，由于槽身高度、侧面受风面积及横向风载力都大，不利于槽身横向稳定，且槽身高度和侧面受风面积大，不利于槽身横向稳定；而高度宽度较小而槽底纵坡较大时，槽内水深又小，为了满足槽底设计流量处水面衔接进口能抬高比较大，此时假如渠道通过
35、小流量时，渡槽进口就会时常会出现比较大的壅水现象，而当通过大流量时，槽前上游的渠道又会产生较大的降水段，使的渠道遭受冲刷。因此合理的高宽比一般会通过方案比较来确定，初步拟定时一般可用经验值，U形断面多用0.7～0.8，本设计取H/B=0.8，试算过程及结果如图4.1所示： 表4.1截面尺寸初步计算表 D R0 H0 w x R C Ri Q 4.40 2.20 1.32 13.41 9.55 1.40 75.58 0.00140 0.037 37.98 4.50 2.25 1.35 14.02 9.77 1.44 75.87 0.00
36、144 0.038 40.42 4.60 2.30 1.38 14.65 9.98 1.47 76.17 0.00147 0.038 42.78 4.70 2.35 1.41 15.30 10.20 1.50 76.42 0.00150 0.039 45.60 4.80 2.40 1.44 15.96 10.42 1.53 76.68 0.00153 0.039 47.7 由表4.1可初定，槽半圆直径D=4.7m，用最接近设计流量的值计算总水头损失，用效核流量来确定截面尺寸，计算过程及结果见表4.2： 表4.2截面尺寸确定计算
37、表 D R0 H0 w x R C Ri Q 4.70 2.35 1.10 13.84 9.58 1.44 75.90 0.00144 0.038 39.92 4.70 2.35 1.11 13.89 9.60 1.45 75.99 0.00145 0.038 40.11 4.70 2.35 1.13 13.98 9.64 1.45 75.99 0.00145 0.038 40.36 4.70 2.35 1.37 15.11 10.12 1.49 76.34 0.00149 0.039 44.
38、97 4.70 2.35 1.38 15.16 10.14 1.50 76.42 0.00150 0.039 45.18 4.70 2.35 1.39 15.20 10.16 1.50 76.42 0.00150 0.039 45.30 由表4.2可确定选取圆心轴以上通过设计流量Q0时的水深h0=1.11m 4.1.1水头损失验算 漕河渡槽进口处，水流经过渐变段与连接段时的水面降落值为Z，工程设计中经常会采用下列淹没宽顶堰流公式计算，即 式中 渡槽设计流量（m3/s） 上游渠道流速； 上游渠道水深 过水断面面积
39、则 流速分部系数，可取a=1.0； 、流速系数和侧收缩系数，可取0.90至0.95，此设计中两者都可取0.95 g重力加速度 g=9.8 m2/s 则 则 槽内水面坡降Z1:Z1=iL=×660=0.55m 出口水面回升Z2:Z2= 综上所述，水流经过渡槽时的总水头损失△Z为 △Z=Z+Z1-Z2=0.461+0.55-0.183=0.828m＜0.88m 故符合要求。 4.1.2进出口高程确定 通过设计流量时，上游渠道水深h1=3.744m，槽中水深， 则有 进口槽底高程 式中，为进口前渠底高程；
40、 进口槽底抬高 出口槽底高程 出口渠底降低 出口渠底高程 计算的规划值大，满足要求。具体如图示4.1： 图4.1 渡槽水利计算图 4.2 U型渡槽截面其他尺寸确定 经上述流量及水头损失条件，可计算出符合要求的槽底直径为，以此类推计算出槽截面其它尺寸。 槽壁厚度 , 取 直线段高 ， 考虑安全超高，则取 槽顶加宽部分 ，取 ，取 4.3 横杆、人行便道及端肋尺寸确定 横杆尺寸： 高， 宽， 间距 人行便道尺寸： 厚 宽，单侧扶手 端肋尺寸：为了缓和渡槽的纵向受力形
41、态，并且方便架设安装，在槽身的支座部位应该设置外形轮廓为矩形的端肋。U型渡槽的底部端肋厚度为，槽壳从端肋向外延伸用以方便设置止水，变形缝宽为，端肋其余尺寸是，，，如图4.2 图4.2 渡槽基本尺寸示意图 4.4 进出口的形式选择及布置 为方便水流进出槽身时比较平顺，有利于减小水头损失及防止冲刷，渡槽进出口都需要设置渐变段，渐变段实施扭曲面形式。渐变段和槽身之间经常因为给中因素需要再设置一节连接段。对于U形槽槽身，允许设置连接段与渐变段末端矩形断面连接。连接段的长度常依据具体情况结合布置决定。通常会采用以下经验公式确定渐变段长度 式中 ——系数，进口取，此设计为；出口取，此
42、设计采用 、——渠道及渡槽槽身水面宽度 由上述公式可得： 进口渠道水面宽度 出口渠道水面宽度 进口渐变段长 ，取 出口渐变段长 ，取 本设计中根据一般经验连接段长度为，进口连接段长，出口连接段长。 5 槽身的结构计算 5.1 矩形渡槽静风荷载计算 渡河渡槽位于太行山北脉左侧，沿线最大风速16～28m/s，多为西北风或北风。渡槽处于河谷地带，地表风速大，加上渡槽槽身的迎风面比较大，风荷载对结构的影响不可忽视。因为过去对渡槽抗风的问题研究很少，设计中也无规范可循，在之前建造的渡槽中，有些抗风能力严重不足的，曾
43、遇大风出现过倒塌事故。槽身形体特殊，不同于普通建筑和桥梁。渡槽结构处于高墩之上，槽身内有大量水体，结构头重脚轻，刚度较弱，自振周期较长，若遇较大风荷容易引起结构振动和失衡。 作用在渡槽上的静风荷载类型参数主要由两种来确定，一种是代表结构物所在场地的风场特性参数，如基本风速（风压）、高度修正系数等；另一种是代表结构在风场中的受力特性参数等三分力系数，即阻力、扭转力和升力系数， 这类系数与结构的体型有关， 由于渡槽结构体型及特征和桥梁不完全相同。所以渡槽静风荷主要问题划分为为三分力系数的确定。计算如下 槽壳自重： 标准值 设计值 拉杆重：
44、 标准值 设计值 人行道板重： 标准值 设计值 扶手栏杆重： 标准值 设计值 设计水位水重： 标准值 设计值 校核流量水位水重： 标准值 设计值 满槽水重： 标准值 设计值 人群荷载： 标准值 设计值 风压力： 作用于建筑
45、物表面的风压力W（KN/m）按下式计算 式中： ——风载体型系数，与尺度、建筑物体型等有关，对于排架结构取； ——风压高度变化系数，本设计取; ——基本风压为(N/m),.其中由设计资料计算得出。根据国情内陆一般地区取，则有 由以上数据可得风压力： 标准值 设计值 5.2 槽身纵向结构计算 渡槽使用时，在自重及外力（如水压力、土压力、风压力和一些其它的力）作用下，槽身稳定有一定的几率会受到破坏，而影响渡槽的正常
46、工作，还有可能发生事故。比如在风压作用下，可能会沿支撑顶部表面位置发生滑动或倾覆。渡槽的实际需要是不断变化的，在槽中没有水受到风向压力的工作情况下，最容易出现稳定问题，所以要对这种情况进行稳定验算，计算单元是一节槽身。 5.2.1 抗滑稳定验算 稳定分析，作用于渡槽上的力尽管其类型、大小、方向归结为两大类：一类是推动槽身滑动的力，如水平方向的动水压力、风压力等，称之为滑动力；另一类是保持槽身稳定、阻止渡槽滑动的力，主要是在铅直方向承载作用下，槽身底部与支承结构顶部之间产生的摩擦力，称之为阻滑力。槽身会不会产生沿其支承结构顶部发生水平滑动，主要取决于这两种力的比值，这个比值说明了渡槽的水平抗
47、滑稳定性，我们称之为稳定安全系数 式中：——空槽时所有铅直方向作用力的总和（KN）； ——所有水平方向作用力的总和（KN）； ——摩擦系数，和两个接触面物体的材料性质及它们的表面粗糙程度相关，本设计取0.6。 ——抗滑稳定安全系数，与建筑物安全级别和荷载组合情况有关，按照《公路桥涵设计规定》中取 所以满足抗滑稳定性要求。 5.2.2 抗倾覆稳定验算 槽身在风压作用下可能会发生倾覆，抗倾覆稳定性验算是为了验算槽身空水受压作用下会不会绕背风面支承点发生倾覆，抗倾覆稳定的与抗滑稳定的不利条件是一样的，所以抗倾覆稳定性验算的计算条件、抗滑稳定性及荷载组合的
48、验算相同，抗倾覆稳定安全系数设为，本设计取 式中： ——铅直力到槽身支承点的距离； ——空槽时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； , 则 所以满足抗倾覆稳定性要求。 5.3 槽身纵向结构计算 U型断面槽是薄壳结构，它的纵向内力计算法和跨长L同槽宽D的比值相关。可是水利工程中的U型渡槽大多数,隶属长壳结构（此设计中），仍可按梁计算，即将其看做是U型断面梁，承受由自重和满槽水重构成的均匀承载。计算单元单跨槽身。
49、 图5.1 槽身纵向应力分布图 5.3.1 内力计算 跨中弯矩设计值 跨端剪力设计值 其中为一槽身的均布荷载 则 横截面的总面积 形心轴到圆心轴的距离 横截面对圆心轴的惯性矩 代入数据求得 令 （以弧度计），则有 故 由以上数据可求得受拉区的总拉力 代入数据求得 5.3.2 纵向配筋计算 U型槽槽身的纵向钢筋，大多数会按总拉力法计算，也就是考虑受拉区混凝土已经开裂的情况下计算， 不能再承担拉力，形心轴以下的拉力全部由钢筋承担。 由公式
50、计算受拉钢筋总面积 式中 ——钢筋混凝土受弯构件的强度安全系数。查《中国电力企业联合会标准化部.电力工业标准汇编.水电卷.水工》第31条（表8）得 ——钢筋抗拉强度设计值，选用Ⅱ级钢筋， 则有 选用和 配筋图如下图5.2： 5.3.3 正截面的抗裂验算 令 , 则换算截面的面积为： 则换算截面对重心轴的惯性矩 故可由上述求得最大拉应力（抗裂验算） 式中 ——截面抵抗矩的塑性系数，查《水工钢
©2010-2026 宁波自信网络信息技术有限公司 版权所有
客服电话：0574-28810668 投诉电话：18658249818
浙ICP备2021020529号-1 | 浙B2-20240490
关注我们 ：
