毕业设计（论文）-高店村沟排水渡槽设计

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河北工程大学毕业设计各专业完整优秀毕业论文设计图纸摘要高店村沟排水渡槽位于河北省邢台市所辖沙河市高店村西北，位于总干渠南沙河倒虹吸南侧，是南水北调中线工程总干渠上的一座左岸排水建筑物。渡槽为跨越式建筑物，采用矩形渡槽排架结构，按三级建筑物考虑。设计地震烈度为。渡槽上游高程，水位；下游高程，水位，不考虑交通要求，只需设置人行道板；无通航要求。渡槽总长60m，进口渐变段，出口渐变段，渡槽进口底部高程，出口底部高程。渡槽槽身净宽，水面宽，侧墙厚，底板厚，人行道板宽度为。本设计对渡槽进行了认真的方案比选和详细的尺寸设计，并针对设计要求进行了安全校核，保证建筑物的安全运行。关键词：高店村、渡槽、槽身、建筑物。 河北工程大学毕业设计AbstractGaodianvillageislocatedinhebeiprovincexingtaicityhadjurisdictionoverthevillageditchdrainageaqueductGaodianvillagenorthwest,locatedinthesouthareaofnanshariverinvertedsiphonofthemaincanalisthemaincanalofsouth-to-northwatertransferprojectonaleftbankdrainagestructures.Aqueductforleapbuildings,bentrectangularaqueductstructure,thelevel3buildings.Designearthquakeintensityis.Aqueductupperelevation,waterlevel;Elevation,downstreamwaterlevel,regardlessofthetrafficrequirements,onlyneedtosetupthepavementplate;Nonavigationrequirements.Aqueduct60m,gradualchangesectionimport,export,thegradualelevationatthebottomoftheaqueductimportandexportthebottomelevation.Aqueductwithwidth,widewatersurface,sidewallthickness,platethickness,platewidthtothepavement.Thisdesignhascarriedontheearnesttoaqueductschemeischosenandthesizeofthedetaileddesign,anddesignrequirementsforthesecuritycheck,ensuresafeoperationofthebuilding.Keywords:highshopvillage,aqueduct,slot,andbuildings.7 河北工程大学毕业设计目录绪论5第一章工程概况及基本资料61.1工程概况61.2设计资料与数据61.2.1地形地质资料6第二章渡槽选型与布置82.1渡槽位置的选择82.2槽身断面形式的选择82.3槽身支撑结构形式的选择92.4接缝构造10第三章槽身纵剖面设计113.1进出口段的连接形式113.2渡槽的水力计算113.2.1比降的确定113.2.2渡槽过水能力计算113.2.3水头损失验算123.2.4进出口高程的确定143.3进出口的形式选择及布置143.4其它资料15第四章槽身结构计算164.1渡槽基本尺寸的确定164.1.1槽身高度164.1.3人行道板164.1.4栏杆174.2槽身的稳定验算174.2.1槽身的计算简图及荷载计算174.2.2抗滑稳定验算184.2.3抗倾覆稳定验算194.3槽身纵向结构计算194.3.1荷载、内力计算194.3.2槽身的纵向配筋计算224.3.3槽身纵向抗裂验算244.3.4槽身纵向裂缝开展宽度验算254.3.5槽身纵向挠度验算274.4槽身的横向结构计算284.4.1荷载与内力计算284.4.2槽身的横向配筋计算344.4.3槽身的抗裂验算364.4.4槽身的裂缝开展宽度验算374.5槽身的吊装验算397 河北工程大学毕业设计4.5.1吊装内力计算394.5.2吊装配筋验算40第五章支承结构的设计415.1排架的设计415.1.1排架基本尺寸的确定415.1.2排架的内力计算425.1.3配筋计算485.1.4横梁的配筋计算495.2吊装验算495.2.1吊装内力计算505.2.2牛腿尺寸验算51第六章槽台的设计536.1槽台型式与尺寸的确定536.2槽台的结构计算536.2.1稳定验算536.2.2基底应力验算55第七章细部结构设计577.1伸缩缝与止水577.2支座577.3两岸连接58参考文献597 河北工程大学毕业设计绪论本次设计作为水利水电建筑工程专业的毕业设计，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，说明书分为六章。第一章，基本资料。第二章，渡槽的整体布置和渡槽断面形式的选择，以及支承结构形式的确定。第三章，拟定渡槽断面尺寸，确定槽身总长度，进行水力计算，从而确定槽底纵坡以及进出口高程。第四章，槽身的结构设计，进行槽身纵横断面内力计算及结构计算并配置钢筋。第五章，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。第六章，槽台的设计。第七章，细部结构设计，对伸缩缝、止水、支座和两岸的连接做近一步的要求。7 河北工程大学毕业设计工程概况及基本资料1.1工程概况高店村沟排水渡槽位于邢台市所辖沙河市高店村西北，位于总干渠南沙河倒虹吸南侧，总干渠测量桩号（92+852）。据沙河市约11km，东聚京广铁路及107国道约9.0km，是南水北调工程总干渠上的一座左岸排水建筑物。1.2设计资料与数据1.2.1地形地质资料（1）地形高店村沟流域地处太行山东麓丘陵区与山前倾斜平原过渡地带，冲积发育，高店村沟在本区走向近东西。建筑物处在南沙河河滩地上，河床一般由细砂、壤土组成。交叉断面河床宽度在50m～80m之间，两岸地势平缓，没有明显的河沟。（2）地质工程区地处沙河河漫滩上，地层岩性以Q1粘土、Q1壤土、Q1中砂、Q33卵石和Q4含砾中砂为主，均为冲洪积物。其分布情况自下而上依次为：(1)Q1粘土：棕红—棕黄色，杂灰绿色，稍湿，可硬塑，细腻致密，见油脂光泽，具涨缩性，底部含粗砂及小砾。分布于75.0m高程以下，厚约7.0m。(2)Q1壤土：棕黄—棕色，夹少量杂灰绿色斑块，湿，可塑，较致密，呈透镜体状。(3)Q1中砂：浅黄色—灰白色，湿，密实，长石风化强烈，含泥质，局部夹灰绿色斑块。分布于高程80.0～73.0m，厚度1.25～7.8m。(4)Q33卵石：棕黄色，卵石含量约为60％～80％，最大粒径35cm，一般粒径2～15cm，主要成分为石英砂岩，磨圆度好或呈次磨圆状，其间被中粗砂填充。分布于高程89.0～80.0m范围内，厚度4.8～9.25m。(5)Q4含砾中砂:棕黄色，湿，松散，卵砾含量约为30％，最大粒径20cm，一般粒径2～15cm，多为次磨圆状，主要成分为石英砂岩，分布于86.0m高程至地表，厚度1.0～3.8m。本层含有孔隙潜水，水量较丰富，地下水位88.55～89.0m，埋深1.24～1.73m。工程地质条件简要评价：(1)本区地震基本烈度为Ⅶ度。(2)总干渠渠底高程81.198m，处于Q33卵石和Q17 河北工程大学毕业设计壤土透镜体中，承载力标准值分别为500kPa和220kPa，主要持力层Q1中砂承载力标准值250kPa，属中等压缩性地基。(3)地下水位高程88.55～89.0m，埋深1.24～1.73m。卵石及含砾中砂为主要含水层，水量较丰富，对基础开挖有一定影响。（3）气象概况高店村沟流域位于河北省南部，四季分明。春季温暖，偏北风或偏西风盛行，气候干燥，蒸发量大，降雨稀少；夏季炎热，降雨量集中；秋季晴朗气爽，降雨稀少；冬季寒冷少雪多北风。该流域多年平均气温为13.1℃；月平均最低气温-7.9℃，出现在一月份；极端最低气温-22.3℃，出现在1990年2月1日；月平均最高气温32.6℃，出现在6月；极端最高气温42.7℃，出现在1979年6月13日。多年平均日照时数2479小时。无霜期220天，初霜期一般在10月下旬，终霜期一般在3月中旬。封冻期最早在11月18日，解冻期最晚在2月22日。最大冻土深度为54cm。多年平均蒸发量1858.9mm。最大风速16m/s，为南风。流域多年平均降水量为480.8mm，年内分配不均，年降水量的70%～80%集中在汛期，且多以暴雨形式出现在7、8月份；降水的年际变化更为明显，丰水年与枯水年之比达数倍。高店村沟无实测径流资料，椐《河北省地表水资源》中径流深等值线图，查得高店村沟流域多年平均径流深在50mm左右。（4）基本数据（1）拟建高店村渡槽身长60m，设计流量，加大流量，渡槽进口底高程90.209m，渡槽出口底高程89.938m。（2）与渡槽段相连接的上下游渠道均已建成，横断面为梯形，渠底和边坡均采用浆砌石保护。（3）根据邢台地区地震局提供的有关资料，高店村沟灌区的主要建筑物设计烈度定位。（4）高店村渡槽段跨越式建筑物，不论采用哪种类型，均按三建筑物考虑。（5）跨越建筑物不考虑交通要求和无通航要求，若采用渡槽方案直设人行便道即可。7 河北工程大学毕业设计第二章渡槽选型与布置2.1渡槽位置的选择渡槽位置的选择包括轴线位置及槽身起点位置的选择。对于地形条件复杂，长度达，工程量大的工程，应通过方案比较确定其位置。主要考虑以下几个方面：（1）槽址应尽量选择在地形地质条件有利之处，使渡槽长度短，高度小，基础工程量小，槽轴线最好为直线，并与进、出口渠道顺直连接，避免在平面上急转弯，以保证水流平顺；渡槽进、出口尽量布置在挖方渠道上，以使槽身与渠道连接安全可靠。（2）跨越河流时，槽址应尽量布置于河床稳定、水流顺直的河段，避免布置在水流转弯处，槽轴线尽量与河道主流垂直。有通航要求的河道，槽下应有足够的通航净空。（3）当渡槽上、下游为填方渠道时，为了满足渡槽及渠道的检修要求，常在进口段或稍前适当位置布置节制闸与泄水闸，此时泄水闸应有顺畅的泄水出路。（4）支承型式选择。当渡槽跨越深谷或水深流急河流，且两岸地质条件较好时，宜采用大跨径拱式支承；两岸地形平坦，槽高不大，地质条件较差时，宜采用小跨径梁式支承；若渡槽跨越的河谷断面一侧为深谷，另一侧为浅滩时，宜采用深谷部位为拱式，浅滩部位为梁式的联合支承型式。（5）基础布置。当河谷冲刷线或稳定边坡埋深较大时，宜采用深基础（埋深不小于5m）如桩基、沉井等，否则可采用浅基础（埋深小于或等于5m）。2.2槽身断面形式的选择槽身断面有矩形、U型（半圆型上加直墙）、多侧墙等（如图2.1），一般常用矩形断面和U型断面，故将两种断面形式做以下比较论证。图2.1槽身断面的型式45 河北工程大学毕业设计大流量的钢筋混凝土梁式渡槽槽身多采用矩形断面，对与中小流量也常采用中小型流量的多设拉杆，间距2米左右。有通航要求时不设拉杆，侧墙做成变厚的。矩形槽身施工方便，耐久性、抗冻性好，结构简单特别时适用于有通航要求的中型渡槽；U型槽身断面为半圆加直段，槽顶一般设拉杆，槽壁顶端常加大以增加刚度，多采用钢筋混凝土或钢丝网水泥结构，与矩形槽身相比有水力条件好、纵向刚度大，省刚才等优点，但抗冻性差、不耐久，施工工艺要求高，如果施工质量不高，容易引起表面剥落、钢丝网锈蚀、甚至有漏水现象产生。综上所述，根据所给资料结合高店村地段的实际情况，本设计槽身断面采用矩形断面。2.3槽身支撑结构形式的选择槽身的纵向支承形式常用的有墩式支承、排架式支承和拱式支承三种类型。拱式支承常用于大跨越离地面高度不大的槽身，拱式支承虽受力情况好，但是其墩台对地基的沉降要求高、施工质量要求高难度大。根据高店村的地形情况本段设计不采用拱式支承。在主河槽部分由于有过水要求采用墩式支承，滩地部分采用排架支承。墩式支承分为重力墩和空心重力墩两种类型，重力墩节省钢材，墩身强度以及纵向稳定性易满足要求，但由于其自重过大，特别是墩身较高并承受竖向荷载与水平荷载时，要求地基有较大的承载力，墩式多用于墩身高度不太大而地基承载力较高的岩基和较好的土基上。空心重力墩的外形轮廓尺寸和墩帽结构于实体重力墩基本相同。水平截面有圆矩形、双工字形和矩形三种型式（如图2.2）图2.2空心墩的截面形式圆矩形水流条件好，外形美观。另外由于做成空心而节省了材料，减轻了自重和作用于地基上的荷载，空心重力墩比实体重力墩的抗弯刚度大，可以改善自身的受力条件。双工字形施工方便，对y轴的惯性矩大，故边缘应力较小，但水流条件差，动水压力大。矩形墩施工最方面，截面惯性矩也较大，水流条件处于前二者之间，适用于河水不深的滩地和两岸无水的槽墩。鉴于以上所述本设计排架式钢筋混凝土结构，其自重轻地基应力较之墩容易得到满足，排架有单排架、双排架和A字形排架三种形式（如图2.3）45 河北工程大学毕业设计(a)(b)(c)图2.3槽架型式(a)单排架(b)双排架(c)A型排架单排架体积小，重量轻，现场浇筑和预制吊装都方便，在墩槽工程中应用十分广泛。双排架是由两个单排架，中间以横梁连接而成，属空间结构受力较复杂。A字形排架式两片单排架的脚放宽。顶端连在一起而成的，其稳定性好，适应高度较大，但造价较高，施工复杂。鉴于以上所述，根据高店村段的地质地形条件本设计采用单排架。2.4接缝构造为适应槽身因温度变化引起的伸缩缝变形缝和允许的沉降缝位移，应在槽身与进出口建筑物之间及各节槽身之间用变形缝分开，缝宽3—5cm。变形缝必须用既能适应变形又能防止渗漏的柔性止水封堵。常见的有沥青止水、橡皮板式止水、粘合式止水或套环填料式止水等。本设计采用粘合式止水，这种止水是用环氧树脂粘合剂将橡皮贴在混凝土上，施工简单，止水效果好。45 河北工程大学毕业设计第三章槽身纵剖面设计渡槽的纵剖面设计的任务是确定进出口段的连接形式，根据设计流量及水流通过的允许水头损失值选择适当的渡槽纵坡和断面，并拟定出渡槽进出口高程。3.1进出口段的连接形式进出口段的连接应力、力求水流衔接良好。平顺的流入流出，下游渠道不发生冲刷，水头损失小。本设计采用长扭曲面使渠道与渡槽连接。3.2渡槽的水力计算渡槽水利计算的任务：1）确定合理的比降；2）确定槽身断面尺寸；3）通过水头损失及水面衔接的计算，确定渡槽进出口高程与连接形式。3.2.1比降的确定槽身的比降对过水断面的影响很大，确定槽底纵坡时，应考虑渡槽过流能力，水头损失、冲刷、通航及工程造价等因素，一般要求在满足渠系规划的水头损失前提下尽量陡些，以提高过流能力，节省造价。通常也要求比上下游渠道的底坡稍陡些，以免槽内泥沙淤积。但槽底纵坡大，槽内流速大，水头损失也大，且易对出口渠道产生冲刷及不利通航。一般常采用1/500～1/1500。本设计渡槽比降定位1/1200。3.2.2渡槽过水能力计算由于渠道大多在一定长度内具有相同的度量、底坡、断面尺寸及相近的渠槽糙率。渠内符合明渠均匀流条件。故渠道横断面尺寸采用明渠均匀流公式来确定，即式中：——渡槽的过水流量(m3/s)；——渡槽过水断面面积(m2)；——谢齐系数，常用曼宁公式：；——糙率系数，钢筋混凝土槽身可取n=0.013～0.014，浆砌块石槽身n≥0.017，根据具体情况而定，本设计n取0.0135；——水力半径(m)；45 河北工程大学毕业设计——渡槽纵坡，本设计；槽身断面高宽比H/B影响槽身结构的纵向受力、横向稳定及进出口水流条件，对于梁式渡槽槽身起纵梁作用，采用较大的高宽比，可提高其纵向刚度，减小梁内应力和跨中挠度，对受力有利，但槽身高度大，侧面受风面积大，横向风载大，对槽身横向稳定不利，且槽身高度大，侧面受风面积大，对槽身横向稳定不利，而宽度较小且槽底纵坡较大时，槽内水深小，为满足设计流量水面衔接进口处槽底抬高较大，此时，当渠道通过小流量时，渡槽进口常会出现较大的壅水现象，而当通过大流量时，槽前上游渠道又可能产生较长的降水段，使渠道遭受冲刷。合理的高宽比一般应通过方案比较确定，初拟时一般可取经验值，试算过程及结果如表3.1所示：表3.1截面尺寸初步计算表Bmb/hHARCQ410.894.538.2516.722.2967.530.05129.240.71.1433.522.5812.541.864.880.02739.340.51.1433.520.1311.831.7064.270.02633.73411.253.223.0413.051.7764.670.02739.6440.51.253.217.9211.161.6163.650.02528.95由上表初定，用最接近设计流量的值计算总水头损失，用校核流量来确定截面尺寸，计算过程及结果见表3.2：表3.2截面尺寸确定计算表BHARCQ43.212.810.41.2373.940.03937.114312101.273.630.03834.2242.911.69.81.1873.460.03832.733.2.3水头损失验算渡槽槽身水面与上下游渠道水面衔接的设计包括进口水面的降落，槽身水面降落和出口水面回升三个部分（如图3.1）45 河北工程大学毕业设计（1）进出口水面降落进出口水面降落的水流现象与明渠流相近似，工程上常用明流公式计算进口水面的降落值Z，即过水断面积则则进口水面坡降为：（2）槽身水面降落槽身段水流为均匀流,故水面降落等于底坡降落:(3.3)45 河北工程大学毕业设计式中：——渡槽槽身段长度，初定为80m则槽内水面坡降为：（3）出口水面回升出口水流仍有水头损失,但是由于出口处流速较槽身内的流速为小,部分动能转化为位能,因此渡槽出口处的水面比槽身末端的水面要高,水面产生回现象。根据水电部原北京勘测设计院的试验资料，渡槽出口水面回升值与进口水面降落值有关，一般取综上，水流经过渡槽时总水头损失为该总水面降落值近似等于允许水头损失值，符合要求。故选定渡槽宽度B=4m,设计流量时水深为3m。3.2.4进出口高程的确定为了适应进出口水流流态变化，渡槽进口底部应抬高，出口底部应降低。进口槽底抬高：下游水位高程：下游水面深度：出口槽底降低：渡槽进口底部高程：渡槽出口底部高程：3.3进出口的形式选择及布置渡槽进出口渐变段,应保证进出口水面衔接良好,水流平顺,水头损失小,下游渠道不发生冲刷,较常用型式为直线扭面式。渡槽进出口渐变段的长度通常采用经验公式：式中：——渠道水面宽度，m；——渡槽水面宽度，m；——系数，进口取1.5~2.0，本设计采用1.7；出口取C=2.5~3.0，本设计采用2.7。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45 河北工程大学毕业设计出口渐变段长，取3.4其它资料渡槽总长80m，由上述计算知渐变段长58.1m，槽身总长690m。取每跨槽身长15m，共46跨。渡槽的设计标准为级，故其结构安全级别为Ⅱ级，则结构重要性系数，正常运行期为持久状况，其设计状况系数，永久荷载分项系数，可变荷载分项系数，结构系数。钢筋混凝土重度混凝土强度（），钢筋强度Ⅰ级，Ⅱ级，人群荷载45 河北工程大学毕业设计第四章槽身结构计算4.1渡槽基本尺寸的确定根据前面计算结果，槽内净宽B＝4.0m，。该渡槽无通航要求，槽顶设拉杆，间距2m，拉杆的截面尺寸为2020cm，拉杆长5.4m；侧墙厚度t按经验数据t/h=1/12～1/16确定，在此取t＝0.2m，侧墙总高5.4m；底板厚通常做成恻墙等厚，因此也取0.2m；渡槽要满足行人要求，故在拉杆上设置人行板，板宽取100cm，厚10cm。砌其断面尺寸如图：4.1.1槽身高度不计超高，用校核水深3m确定槽身的高度，即从底板上表面至横杆中心的高度为3m。4.1.2横拉杆横杆的正方形截面，取为150×150mm，横杆的间距为2m。4.1.3人行道板45 河北工程大学毕业设计由横杆间距为2m，安装施工缝为2cm，可知人行道板的长度为1.98m，人行道板宽度一般取800~1200m，厚度取为60~100mm，故选人行道板宽度为（650+350）mm=1000mm，厚度为100mm。4.1.4栏杆栏杆取为1.2m高。4.2槽身的稳定验算4.2.1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N1N1==97(2)风压力P1风压如下图所示: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，45 河北工程大学毕业设计取（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=4.2.2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平滑动时所起的作用看，可以归纳为两大类：一类是促使槽身滑动的力，如水平方向风压力、动水压力等，称为滑动力；另一类是维持槽身稳定、阻止渡槽滑动的力，主要是在铅直方向荷载作用下，槽身底部与支承结构顶端之间产生的摩擦力，称之为阻滑力。槽身是否会产生沿其支承结构顶端发生水平滑动，主要取决于这两种力的比值，这个比值反映了渡槽的水平抗滑稳定性，我们称之为稳定安全系数=式中：—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），本设计中等于半跨槽身风压总和，；f—摩擦系数，与两接触面物体的材料性质及它们的表面粗糙程度有关，支座与支承都为钢板时取钢对钢的摩擦系数f=0.35；>所以满足抗滑稳定性要求4.2.3抗倾覆稳定验算45 河北工程大学毕业设计（1）槽身受风压作用可能发生倾覆，抗倾覆稳定性验算的目的是验算槽身空水受压作用下是否会绕背风面支承点发生倾覆，抗倾覆稳定的不利条件与抗滑稳定的不利条件是一致的，所以抗倾覆稳定性验算的计算条件及荷载组合与抗滑稳定性验算相同。（2）抗倾覆稳定安全系数按下式计算：式中：——铅直力到槽身支承点的距离；——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。在此=2.4=3.1>所以满足抗倾覆稳定性要求.4.3槽身纵向结构计算4.3.1荷载、内力计算矩形断面槽身是一种空间结构，受力比较复杂，在实际工程中，常近似地简化为纵向及横向两个平面进行结构内力分析，由于一般槽身长度与宽度比值远大于，故纵向可近似按梁的理论计算，矩形槽身截面可化为工字形截面梁，槽身侧墙为工字梁的腹板，侧墙厚度之和即为腹板厚度，侧墙顶端加大部分和人行道板构成工字梁的上翼缘，槽身底板构成工字梁的下翼缘，如（图4.4）所示，翼缘的计算宽度按规范规定取用。纵向计算中的荷载一般按匀布荷载考虑，包括槽身重（拉杆重等小量集中荷载也换算为匀布的），槽中水重及人群荷载等，并按满槽水情况设计。45 河北工程大学毕业设计（1）槽身高(2)计算跨度：简支板、梁的计算跨度可取下列各值的较小值，如（图4.4）。图4.4槽身纵向计算简图(cm)空心板和简支梁：或：；45 河北工程大学毕业设计式中：——板或梁的净跨度；——板或梁的支承长度；==取以上较小者(3)荷载计算：自重：/m水重：人群荷载：人行道板：（4）内力计算：跨中弯矩设计值为，式中结构重要性系数，正常运行期为持久状况，所以设计状况系数，荷载分项系数：活荷载，永久荷载，可控制荷载。跨中弯矩：==支座处剪力：=45 河北工程大学毕业设计4.3.2槽身的纵向配筋计算按“T”形梁计算配筋：T型梁的计算，按中和轴所在位置不同可分为两种情况：第一种情况，中和轴位于翼缘内，即受压区高度，受压区为矩形；第二种情况，中和轴位于梁肋内，即受压区高度，受压区为T型。鉴别T型梁属于第一种情况还是第二种情况，可按下列办法进行：因为中和轴刚好通过翼缘下边缘（即）时，为两种情况的分界，所以当时属于第一种情况；反之属于第二种情况。正截面弯矩较大，故需采用双排钢筋。，，，，，。T型梁中性轴的确定：==即T型梁的中性轴位于受压翼缘内。将各值带入上式可得：45 河北工程大学毕业设计受压钢筋主要放在侧墙底部的占受力钢筋面积的75%左右，，其余25%放在底板部位。选配8Φ22+2Φ14()放在底板部位的纵向受力钢筋可兼做底板横向分布筋，故选配3Φ22@250，()。受弯截面验算：因为，故不需要进行斜截面抗剪配筋计算，仅按构造要求设置箍筋。计算抗剪钢筋：即应计算确定腹筋。初选双支箍筋，由于梁度较大，箍筋不能太细，选用φ8@150，即故选双肢箍筋φ8@200满足斜截面承载力要求。45 河北工程大学毕业设计4.3.3槽身纵向抗裂验算(1)基本数据，，，，，，，，，。(2)计算，截面重心至受压边缘的距离及截面对其重心轴的惯性矩，换算截面积，对受拉边缘的弹性抗抵矩=查表得，考虑截面影响，对值进行修正得：45 河北工程大学毕业设计，公式中指出当时，应取计算。对荷载效应短期组合：混凝土拉应力限制系数，对荷载效应的短期组合，；==对荷载效应长期组合：混凝土拉应力限制系数，对荷载效应的短期组合，；==综合长短期计算结果，均满足抗裂要求。4.3.4槽身纵向裂缝开展宽度验算对于矩形、T形及工形截面的钢筋混凝土受拉、受弯和偏心受压构件，按荷载效应的短期组合及长期组合的最大裂缝开展宽度可分别按下列公式计算45 河北工程大学毕业设计式中——构件受力特征系数，本设计取1.0；——钢筋表面形状系数，本设计取1.0；——荷载长期作用影响系数，对于荷载效应的短期组合，对于荷载效应的长期组合；——最外排纵向受拉钢筋外边缘至受拉区底边的距离，本设计取45mm；——受拉钢筋直径（mm），当钢筋用不同直径时，，对于本设计；——纵向受拉钢筋的有效配筋率，；、——分别按荷载效应的短期组合和长期组合计算的构件纵向受拉钢筋应力。对于短期组合：对于长期组合：综合长、短期计算结果，满足裂缝开展宽度要求。45 河北工程大学毕业设计4.3.5槽身纵向挠度验算受弯构件的短期刚度对于出现裂缝的T形及工形截面受弯构件的短期刚度，计算公式为：式中——出现裂缝的钢筋混凝土受弯构件的短期刚度；——纵向受拉钢筋的配筋率，；——受压翼缘面积与腹板有效面积的比值，由于，故；——受拉翼缘面积与腹板有效面积的比值，将以上数据代入上式得受弯构件的短期刚度：受弯构件的长期刚度根据国内外对受弯构件长期挠度观测结果，=1.2×2.0=2.4对于荷载效应短期组合时式中——短期刚度，；——分别由荷载标准值按荷载效应的短期组合及长期组合计算的弯矩值，，；45 河北工程大学毕业设计——考虑荷载在长期作用下对绕度增大的影响系数，。将以上各值带入上式可得对于荷载效应长期组合时由《材料力学》可知，对于均质弹性材料梁，计算挠度公式为式中——与荷载形式、支承条件有关的系数，；——梁的计算跨度和截面抗弯刚度。对于荷载效应短期组合对于荷载效应长期组合综合长、短期计算结果，满足挠度验算要求。4.4槽身的横向结构计算4.4.1荷载与内力计算矩形槽身分为无拉杆矩形槽和有拉杆矩形槽，本设计采用第二者为有拉杆矩形槽，对于无通航要求的槽身，为了改善横向受力条件，常沿槽顶每隔米设一根拉杆改善肋的受力条件，减少肋内钢筋，采用了有拉杆的加肋的矩形槽，人行道板可搁置于拉杆上，侧墙一般都做成等厚的。与底板整体浇筑在一起，其连接形式为墙底低于底板底面，纵向为简支梁式，侧墙下部受拉，侧墙与底板的此种连接形式可减小底板的拉应力，从而减小底板裂缝的出现，为了改善槽身应力的分布及传递，在受力大的侧墙与底板交接处；加补角，补角角度，边长一般为，本设计取45 河北工程大学毕业设计，边长为。按加大流量工况下，计算简图如（图4.5）：（1）人行道板的内力配筋计算人群荷载取为，计算简图如（图4.6）图4.6人行道板计算简图(cm)人群荷载标谁值：45 河北工程大学毕业设计设计值：弯矩标准值：端弯矩设计值：%%按最少配筋率选配5Φ6（），分布筋选用Φ6@240。具体配筋图详见附图：高店村沟渡槽槽身配筋图。（2）槽身的内力计算拉杆轴力1、计算简图图4.7横杆计算简图(cm)45 河北工程大学毕业设计因横杆的抗弯刚度远小于其连接的侧墙的刚度，故横杆的计算简图可按单跨固端梁考虑。2、内力计算计算跨度。横杆自重：侧墙内力：1、计算简图图4.8侧墙计算简图侧墙主要承受槽内侧向水压力，其余竖向力对外侧墙的配筋影响很小，可忽略不计，故近似按受弯构件计算。45 河北工程大学毕业设计1、内力计算底板内力：1、计算简图图4.9底板计算简图2、内力计算45 河北工程大学毕业设计4.4.2槽身的横向配筋计算（1）拉杆的配筋计算拉杆按轴拉构件进行配筋计算，轴力N为6.06KN。按公式计算拉杆配筋。选配3Φ10(),分布筋选用Φ8@200。（2）侧墙的配筋计算侧墙按受弯构件根据最大弯矩进行配筋，侧墙最大弯矩M为。45 河北工程大学毕业设计%%选配8Φ10@250，（），分布筋选用Φ8@300。（3）底板的配筋计算底板按拉弯构件根据跨中弯矩进行配筋，底板跨中弯矩M为39.25，拉力N为48.36。取，则故属大偏心受拉构件先设，对于Ⅱ级钢筋按公式：计算受压钢筋选配Φ10@250（）按公式：计算受拉钢筋45 河北工程大学毕业设计选配7Φ14@150（）4.4.3槽身的抗裂验算(1)侧墙的抗裂验算①资料，，，，，，的修正系数，故取的修正系数为1.1，。②计算及、③验算抗裂对于荷载长期组合：，满足要求。(2)底板的抗裂验算①资料，，，，，，的修正系数，故取的修正系数为1.1，。45 河北工程大学毕业设计②计算及、=③验算抗裂对于荷载长期组合：，满足要求。4.4.4槽身的裂缝开展宽度验算(1)侧墙的裂缝开展宽度验算①资料45 河北工程大学毕业设计，，（侧墙位于水位变动区，属于三类环境），，，取。②裂缝开展宽度验算对于荷载长期组合：，满足要求。(2)底板的裂缝开展宽度验算①资料，，（漏天或长期出去水下，属于二类环境），，，取。②裂缝开展宽度验算对于荷载长期组合：，，45 河北工程大学毕业设计满足要求。4.5槽身的吊装验算槽身在预制场地浇筑后需用起重设备吊装，由于整个槽身结构庞大，在吊装过程中可能会在自重荷载下因强度不够而遭到破坏，这样就造成了材料的浪费，故为了使槽身不至于在吊装过程中遭到破坏，必须对槽身进行吊装验算。吊装示意图如（图4.9（a））。4.5.1吊装内力计算吊装荷载:计算C点弯矩:4.5.2吊装配筋验算因吊装时的跨中弯矩小于纵向配筋计算时的弯矩，故配在槽身底部的纵向受力钢筋能够满足吊装要求，不必进行验算，只需验算A点和B点上部配筋。45 河北工程大学毕业设计需在槽身的侧墙顶端配置4Φ18（）。45 河北工程大学毕业设计第五章支承结构的设计支承结构是支承槽身的下部结构，本设计的主要包括槽墩和排架。5.1排架的设计5.1.1排架基本尺寸的确定本设计采用单排架，单排架是由两根铅直肢柱与横梁组成的单跨多层平面刚架，已知引水总干渠渠底高程65.294米，渡槽进口底高程81.15米，所以拟订排架高H=16.3米。排架两根立柱的中心取决于槽身宽度，应使槽身传来的荷载P的作用线与立柱中心线重合，使立柱为中心受压构件，所以取排架总宽为5.5米。肢柱断面尺寸：长边（顺槽向），常采用米，本设计取.0.6米；短边（横槽向），常采用米，本设计取0.3米。在排架顶部做一牛腿以减小槽身计算跨度降低排架顶端的接触应力，牛腿长度，本设计取c=30cm;高度，本设计取h=60cm。倾角取45°，为减小两立柱弯矩并将其连为整体，立柱之间设水平横梁，一般取横梁间距不大与立柱间距，取L=4.0米，横梁梁高，本设计取60cm；梁宽，本设计取30cm。由排架总宽5.5米，立柱短边h1=0.3米，所以两立柱中心距B为5.5—0.3=5.2米其详细形式及具体尺寸见上（图5.1）。45 河北工程大学毕业设计5.1.2排架的内力计算排架在横向风压作用下迎风面肢柱可能会产生拉应力大过其抗拉强度而破坏，背风面肢柱可能会产生压应力大过其抗压强度而破坏。在槽身吊装时，一跨槽身已吊装相邻一跨未吊装时可能会因为肢柱的纵向弯曲而失稳。故需主要计算在风压作用下杆端产生的弯矩。排架是支承结构主要承受铅直向的压应力和水平向的风压力。作用于排架的铅直向的荷载主要有：槽身自重和槽内水重；排架自重（化为节点荷载）；槽身在横向风压作用下通过支座传给肢柱的轴压力和轴拉力。水平向的荷载主要有：槽身在横向风压作用下通过支座传给肢柱顶端的摩阻力；作用于排架肢柱上的横向风压力。荷载计算。计算简图如图5.2所示图5.2排架计算简图作用于排架的铅直荷载：①槽身自重及槽内水重②作用在槽身的水平风压力T0通过槽身支座转化为作用立柱顶的一拉一压垂直轴向力45 河北工程大学毕业设计作用于排架的水平荷载①槽身在横向风压作用下通过支座传给肢柱顶端的摩阻力,。②风压力：作用于槽顶的风压力按下式计算槽身和节点1下半柱范围内风压力之和，即：刚架自重，计算时转化为节点为、、、(1)截面形常数的计算立柱的截面惯性矩：横梁的截面惯性矩：线刚度：45 河北工程大学毕业设计固端弯矩（顺时针为正）分配系数：排架的竖柱可视为零剪力杆件，其转动刚度，传递系数，由位移法中杆端弯矩公式可导出转动刚度：远端固定，远端简支，远端滑动，远端自由根据以上公式可得结点A：转动刚度：分配系数：结点B：转动刚度：45 河北工程大学毕业设计分配系数：结点C：转动刚度：分配系数：(1)内力计算各杆的杆端弯矩详见表5.145 河北工程大学毕业设计表5.1表杆端弯矩（）计算表结点ABCD杆端AEABBABFBCCBCGCDDC0.9340.0660.0620.8760.0620.0620.8760.062　传递系数-1-1-1-1-1-1固端弯矩-15.12-15.12-15.88-15.88-16.63-16.63　　　分配与传递14.121-1-2.022.0228.482.02-2.02-2.112.1129.82.11-2.11　1.970.14-0.14-0.130.131.850.13-0.13-0.020.020.240.02-0.020.0190.001-0.001-0.0010.0010.0180.001-0.001　16.109-16.109-14.13130.04-15.901-15.85930.348-14.479-19.7845 根据表5.1做作出钢架的弯矩图，如图5.3所示：图5.3弯矩图（4）轴力计算按空槽有侧向风压、无人群荷载，短暂状况，。对CD杆，受变点到杆顶的距离57 5.1.3配筋计算配筋计算按荷载组合最不利情况进行，即考虑空槽有侧向风压无人群荷载，按短暂状况的基本组合考虑。由于水平风荷载可相反方向作用，立柱受正反方向弯矩，对称配筋且偏心受压构件，以弯矩最大，轴力最小的3-3截面为配筋控制截面，二类环境。57 故选配6Φ8（），并配制φ8@200的箍筋。5.1.4横梁的配筋计算横梁所受的轴力很小，在配筋计算中可忽略不计，按受弯构件考虑，横梁两端截面（正、负最大弯矩处）为控制配筋截面，荷载组合同立柱，同样，由于风压力来自左右两个方向，横梁配筋也同样采用对称配筋。5.2吊装验算排架在预制场地浇筑后需用起重设备吊装，由于整个排架结构较大，在吊装过程中可能会在自重荷载下因强度不够而遭到破坏，这样就造就了材料的浪费，工期的延长，故为了使排架不至于在吊装过程中遭到破坏，必须对排架进行吊装验算，吊装示意图如图5.4（a）57 图5.4吊装示意图5.2.1吊装内力计算57 5.2.2牛腿尺寸验算（1）简图图5.5牛腿示意图（2）内力计算－由荷载标准值按荷载效应短期组合计算的作用于牛腿顶部的竖向力－由荷载标准值按荷载效应短期组合计算的作用于牛腿顶部的水平拉力－裂缝控制系数，对承受静载作用的牛腿取=0.80－竖向力作用点至下柱边缘的水平距离－牛腿宽度－牛腿与下柱交接处的垂直截面有效高度，取代入数据57 立柱与横梁还应按构造要求配置箍筋，箍筋布置为@20057 第六章槽台的设计梁式渡槽与两岸连接时，常用重力式槽台接头。重力式槽台除承受槽身传来的铅直荷载外还要承受槽台后方的土压力。因此，它是一重力当土墙结构。6.1槽台型式与尺寸的确定重力式槽台做成一边直立的梯形断面，坡度系数一般为，本设计取0.3。为改善基础应力状态，也便于使所有作用力的合力作用线尽了能的通过底面中心，扩大底部面积，一端悬出0.5米。为降低槽台后的地下水压力，在离地面0.3米处设Ф500排水孔一排坡度率为1：30，间距0.5米，空口设置反滤层。如(图6.1)。槽台的结构计算主要包括稳定验算和基底的应力验算。6.2槽台的结构计算6.2.1稳定验算水平向荷载主要是土压力，铅直向荷载主要是自重和上部结构自重。由于槽台结构不是很大，所以只做顺槽向的抗滑和抗倾验算。计算简(图6.2)。铅直荷载：半跨槽身自重加水重N=815.03+1287.6=2102.63KN槽台自重W=水平荷载P=57 （1）作用于槽台上的力尽管其类型、方向、大小各不相同，但根据它们在槽台沿渡槽纵向的基底面发生水平滑动时所起的作用看，可以归纳为两大类：一类是促使槽台滑动的力，如水平方向风压力、土压力等，称为滑动力；另一类是维持槽台稳定、阻止槽台滑动的力，主要是在铅直方向荷载作用下，槽台底部与基底面之间产生的摩擦力，称之为阻滑力。槽台是否会沿基底面发生水平滑动，主要取决于这两种力的比值，这个比值反映了槽台的水平抗滑稳定性，我们称之为稳定安全系数抗滑稳定安全系数按下式计算：=式中：——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，与两接触面物体的材料性质及它们的表面粗糙程度有关，f=本设计取；>所以满足抗滑稳定性要求（2）槽台受土压力作用可能发生倾覆，抗倾覆稳定性验算的目的是验算槽台在槽内无水受土压力作用下是否会绕A点发生倾覆，所以抗倾覆稳定性验算的计算条件抗滑稳定性验算相同。抗倾覆稳定安全系数按下式计算：式中：——铅直力到槽身支承点的距离；——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；57 所以满足抗倾覆稳定性要求6.2.2基底应力验算基底应力的验算即验算地基的稳定性，荷载作用下，地基应力是否会超过其允许的承载能力。在外荷载作用下，如(图6.3)，按偏心受压计算：式中：——基底的最大地基应力（取正号）及最小地基应力（取负号）；——基底截面以上所有铅直方向荷载的总和；——基底截面面积，；——所有计算荷载对基底截面形心轴的力矩；——基底截面模量，。57 =57 第七章细部结构设计渡槽伸缩缝止水及渡槽与两岸的连接是渡槽工程中不可缺少的组成部分，如止水不严密或两岸连接不好，不仅造成渡槽漏水，而且有可能由于漏水促使两岸坡坍塌或产生较大沉陷而引起渡槽失事，所以在设计和施工中应给予高度重视。7.1伸缩缝与止水渡槽无论是现浇槽身或预制装配，在跨与跨的接头必须设置伸缩缝以适应槽身温度变化引起的伸缩变形与允许的沉陷和位移。伸缩缝必须用既能适应变形又能防止漏水的柔性材料填充。本设计中采用橡皮压板止水。预制槽身时先在槽端内壁留一凹槽深度4-6厘米止水材料为橡皮带，为了使其能够紧贴在凹槽上，常用扁钢并通过螺栓将橡皮带压紧，扁钢厚4-8毫米宽6厘米左右。螺栓的直径一般为9-12毫米，间距等于16倍螺栓直径或20倍扁钢厚，通常20厘米左右。为了减慢铁钢锈蚀，对预埋螺栓和扁钢压板应事先做防锈处理，此外在凹槽内最好添沥青沙浆或1/2水泥沙浆。这不仅对止水起辅助作用，并能防止橡皮老化与铁赶锈蚀。为了有利于螺栓更换，近年来将螺母先劲埋于混凝土内，再装止水橡皮和压板。并把螺栓拧如螺母将橡皮压紧。这样处理，不仅压板留孔对位方便，而且螺母埋于混凝土内加油后不易锈蚀，一旦螺栓损坏还可更换。这种止水虽能保证施工质量，可以做到不漏水，止水效果好。但需要止水与橡皮材料时间长了需更换。7.2支座支座是连接渡槽上部结构和下部结构的重要部件，其作用是将上部结构的荷载穿递给墩架，为此要求支座必须有足够的承载力，同时支座应能自由变形，能适应槽身因温度变化、混凝土收缩徐变及荷载作用而引起的位移，使结构实际受力情况与受力间图相符合。本设计采用切线钢板支座，这种支座用两快厚40-50毫米的钢板加工作成。上座板底面为平面，下板顶面为弧面，固定支座下座板焊有齿板，齿板上端为梯形插入上座板的预留槽中，保证上、下座板之间只可转动而不能移动，活动支座与固定支座构造的区别仅在于支座内不设齿板。这样上、下座办之间即可转动又可沿圆弧面的切线移动。切线或支座可用于支点反力不超过600KN的梁式渡槽。7.3两岸连接渡槽与两岸连接除了应使槽内水流与渠道平顺衔接并防止水流冲刷外还应采取措施，将渡槽与两岸可靠的连接起来，以免应连接不当引起漏水，致使岸坡或填方渠道产生过大的沉陷与滑坡现象。尤其当渡槽与高填方渠道连接时，边坡稳定问题显得更为突出，在设计和施工中应予以足够重视。57 渠道与槽身采用扭曲面连接，在扭曲面与槽身的连接处设置槽台，以支承槽身和挡土，其高度一般在5~6m以下，台背部一般为m=0.25~0.5，为了减小台背部水压力，常设孔径为5~8cm，排水孔并作反滤层保护。57 谢辞毕业设计即将结束，在设计期间利用我所学到的有关知识，在王方勇老师的精心指导下，本着科学认真的态度，完成了这个毕业设计课题。老师为我设计的完成倾注了大量的心血；另外老师严谨的治学态度、灵活的思维方式和求实的科学作风使我终身受益，在此表示由衷的感谢！在本论文的编写过程中，还得到了其他老师和同学的帮助，为我设计的完成提供了巨大的支持，在此也表示深切的谢意！毕业设计是对我们几年来所学知识的综合运用与总结，涉及内容及问题较多，时间不长，工作量大。根据实际，本设计对高店村沟排水渡槽进行设计。通过大量的设计工作，大大加深了对理论知识的理解，延伸了思维，培养了我们从大处着手，统筹考虑问题的设计思想，初步有了运用理论知识解决设计中实际问题的能力。在此一并感谢学院与王方勇老师。特别是在设计中由于对知识理解不足，设计中出现很多问题，王老师一一解答，使我们对知识了解更清晰，并且在解决问题的方法和思路上也有新的认识，能力有较大的提高。在学院的统一安排和王老师的耐心指导下，本设计在较短时间内得以顺利完成。由于学习深度与能力所限，设计难免有错误的地方，恳请老师批评指正。59 参考文献[1]赵文华，陈德亮，何家骧，苏德功，颜其照．渡槽．北京：水利电力出版社，1985[2]武汉水利电力学院农水系水工教研室编．水工建筑物（上册）．北京：人民教育出版社，1977[3]武汉水利电力学院农水系水工教研室编．水工建筑物（下册）．北京：人民教育出版社，1977[4]华东水利学院主编．水工设计手册（第八卷灌区建筑物）．北京：水利电力出版社，1984[5]周氐，章定国，钮新强主编．水工混凝土结构设计手册．北京：中国水利水电出版社，1998[6]河海大学，大连理工大学，西安理工大学，清华大学．水工钢筋混凝土结构学．北京：中国水利水电出版社，1996[7]吴持恭．水力学．北京：高等教育出版社，2003[8]龙驭球，包世华主编．结构力学．北京：高等教育出版社，200059