华北水利水电学院水利职业学院三里庄沟排水渡槽初步设计报告 毕业设计可编辑

'华北水利水电学院水利职业学院三里庄沟排水渡槽初步设计报告毕业设计目录第一章、设计基本资料31.1、基本资料31.1.1、工程概况:41.1.2、地形资料:51.1.3、地质资料:51.1.4、水文资料:81.1.5、总干渠设计参数:121.1.6、对外交通运输条件:121.1.7、渡槽设计参数:121.2、设计要求141.2.1、工程总体布置:141.2.2、水力计算:141.2.3、槽身设计:141.2.4、支承结构设计:141.2.5、基础设计:141.2.6、其他结构设计:141.3、主要参考规范及书籍15 第二章、渡槽总体布置152.1、建筑物轴线选择152.2、建筑物型式选择152.3、槽身断面尺寸选择162.4、渡槽长度确定及其组成部分172.4.1、总干渠的横断面结构确定及左、右岸堤防高程的确定:172.4.2、渡槽各组成部分的确定:槽身段、上游进口段和下游防冲段等:17第三章、水力计算173.1、矩形槽身过水断面的确定173.2、计算侧墙总高度183.3、渡槽水头损失的计算193.3.1、拟定上游渠道断面尺寸:193.3.2、校核过水能力:193.3.3、渠道、槽身水流速:203.3.4、进口水面降落Z计算:203.3.5、槽身沿程水头损失Z1:203.3.6、出口水面回升Z2:213.3.7、渡槽总水头损失:213.4、渡槽各控制点的高程、消力池前的水位确定213.5、渡槽前后长度及总长度22 第四章、槽身结构计算224.1、槽身断面尺寸拟定224.2、横向结构计算234.2.1、确定槽深结构计算简图及作用荷载:234.2.2、拉杆轴向力计算:244.2.3、拉杆拉力:254.2.4、侧墙内力计算:254.2.5、底板内力计算:274.3、纵向结构计算304.3.1、槽身荷载计算:304.3.2、计算纵向配筋:314.3.3、斜截面强度计算:324.4、吊装计算334.5、槽身的构造设计334.5.1、伸缩缝及止水:334.5.2、支座:344.5.3、两岸连接:34第五章、排架设计355.1、排架布置355.2、排架尺寸拟定355.2.1、排架高度计算:355.2.2、排架分组计算:35 5.2.3、排架分组及尺寸拟定:365.2.4、尺寸拟定:375.3、荷载计算375.3.1水平荷载:375.3.2、垂直荷载(传给每个立柱的荷载):405.4、排架横向计算425.4.1、求排架弯矩M:425.4.2、轴向内力计算:445.4.3、排架的配筋计算:445.4.4、横梁配筋:475.4.5、排架的纵向计算:475.4.6、排架吊装验算:495.4.7、牛腿设计计算:51第六章、基础计算526.1、基础结构尺寸拟定536.2、基础的荷载组合536.3、基础应力计算546.4、基础配筋计算556.4.1、基础地板配筋:556.4.2、基础梁配筋计算:56第七章、稳定计算577.1、槽身稳定计算57 7.2、渡槽整体沿基础底面抗滑稳定验算587.3、渡槽整体抗倾稳定计算587.4、地基稳定性验算59第八章、下游消能防冲设计608.1、消力池设计608.1.1、消力池深度计算:608.1.2、消力池长度计算:628.1.3、消力池的结构计算:628.2、海漫设计628.2.1、海漫的长度计算:628.2.2、材料选择:628.2.3、结构布置:628.2.4、反滤池:628.2.5、河床冲刷深度的计算:63第九章、河沟控导和防护设计63第十章、总结63第一章、设计基本资料1.1、基本资料三里庄沟排水渡槽位于河南省辉县市百泉镇三里庄南约500m处,集流面积1.63km2,5年一遇设计流量27m3/s,天然洪水位102.48m,20年一遇校核流量47m3/s,天然洪水位102.68m。 交叉断面处总干渠底宽15.5m,渠底高程92.46m,设计流量260m3/s,相应水位99.46m,加大流量310m3/s,相应水位99.97m,一级马道高程101.47m,边坡系数2.0,马道宽5.0m。渡槽垂直总干渠中心线布置,槽身纵梁底部高程至渠道加大水位的净空不小于0.5m。建议进口槽底高程采用102.50m,纵向比降采用1/500,槽身糙率采用0.014。横断面尺寸以通过20年一遇洪水时槽身不发生漫溢为原则,经方案比较后确定槽宽和槽深。槽身可采用预应力混凝土或普通钢筋混凝土结构,支承结构采用单排架,基础型式可采用整体板式或钻孔灌注桩基础。槽身、支墩、基础等主要部位按1级建筑物设计;进出口翼墙、导墙、下游消能工、河沟控导、防护等次要部位按3级建筑物设计。槽身稳定计算工况:设计工况:空槽+风压,即槽身无水,设计风压;校核工况:空槽+地震,即槽身无水,发生地震。挡土墙稳定计算工况:设计工况:建成无水;校核工况1:墙前无水,墙后水位至1/3墙高;校核工况2:墙前墙后无水,地震。结构计算荷载组合参考下表:部位设计工况工况说明自重水重水 压力风荷土压力预应力地震施工检修I级建筑物允许挠度(按L)最大裂缝宽度允许值mm槽身基本5年洪水L/5000.2~0.3特殊Ⅰ满槽--特殊Ⅱ施工--墩排架桩基本5年洪水--特殊Ⅰ满槽--特殊Ⅱ施工--特殊Ⅲ空槽地震?--排水渡槽结构计算荷载组合及安全系数表1.1.1、工程概况:三里庄沟排水渡槽位于河南省辉县市百泉镇三里庄南约500m处,是南水北调中线工程总干渠与三里庄沟的交叉建筑物。工程交叉处总干渠黄河北?漳河南渠段桩号为Ⅳ109+089.8,轴线交叉点大地坐标为x=3925715.053,y=38483718.688。交叉断面以上三里庄沟集水面积0.9Km2,五年一遇设计洪峰流量11m3/s,二十年一遇校核洪峰流量19m3/s,五十年一遇设计洪峰流量24m3/s,二百年一遇校核洪峰流量30m3/s。交叉断面处总干渠设计流量260m3/s,相应水位99.464m;加大流量310m3/s,相应水位99.973m。 1.1.2、地形资料:工程区位于太行山山前冲洪积平原和华北平原过渡地带,地势东北高西南低,三里庄沟呈东北西南流向沟底高程103.5~101.0m,呈宽浅型,两岸为耕地,地面高程106.6~108.5m。工程区测有总干渠带状地形图(比例尺:1/5000)和建筑物场区1/500大比例尺地形图,其中建筑物场区测量范围为总干渠左右岸、交叉建筑物上下游各300m。1.1.3、地质资料:工程区位于华北准地台山背斜的东南部,新构造分区为华北断陷~隆起区太行山隆起东南部边缘,区域断裂构造空间展布以北东向为主,次为北西向。1996年7月24日~8月5日,河南省水利勘测总队对工程区进行了勘查,布设钻孔3个,总进尺100m,并进行了标贯、重型动力触探等原位测试和室内土工试验。1.工程地质(1)地层岩性在勘探深度范围内,场区上覆第四系粘性土、卵石,下伏上第三系砂岩、粘土岩,可划分为6个地质单元,岩性由老到新分述如下:上第三系上新统潞王坟组N2L:河湖相沉积,岩性为砂岩、粘土岩,顶板高程72.64~75.38m,总厚度大于9.8m。粘土岩:灰色、棕白、黄褐色,巨厚层状,具有不规则裂隙,裂面具有蜡状光泽,含少量钙质团块,岩芯完整,中心孔揭露厚度9.8m。 砂岩:黄褐色,中厚层状;砂粒成分以石英为主,长石次之;具水平层理,弱风化;泥钙质半胶结,仅在1、3号孔中揭露,中心孔被剥蚀而缺失。第四系中更新统alplQ2:冲洪积物,具粘砾多层结构,岩性由两层粉质粘土和两层卵石组成,总厚度26.2~30.2m。卵石:灰色,卵石成份为灰岩,直径3~5cm,大者12cm,含量70%~80%,余为泥质充填。该层中心孔较厚,两边孔较薄,平均厚度4.45m。粉质粘土:棕红色,致密坚硬,土质不均,有铁锰质薄膜,裂隙发育,裂面光滑,具蜡状光泽。平均厚度10.87m,中山部夹厚30cm的泥卵石。卵石:灰色,成份为灰岩,次圆状,卵石粒径一般2~4cm,大者达12cm,含量60%~80%,余为泥质充填。该层自东向西渐薄,在3号孔附近尖灭。粉质粘土:棕红、棕黄色,土质不均,含少量铁锰质斑点,平均厚度11.13m。(2)岩土物理力学性质各岩土物理力学性质指标建议值见表一和表二。(3)地震基本烈度根据长江水利委员会编制的《南水北调中线工程地震动参数区划报告(2000年4月)》,工程区位于华北平原地震带的南部,场区地震动峰值加速度值为0.20g,相当于地震基本烈度为8度区。2.水文地质 场区地下水类型为孔隙~裂隙潜水,含水层为第四系中更新统卵石、上第三系砂岩。地下水位标高85.07~85.23m。场区地下水补给来源主要为大气降水和侧向迳流补给,排泄方式主要为侧向迳流和人工开采。该区地下水化学类型为“HCO3-Ca”型;矿化度0.299g/L,属淡水;总硬度16.68H°,属硬水;pH值7.48,呈弱碱性;含量12.97mg/L,侵蚀性CO2含量为0mg/L。根据《水利水电工程地质勘察规范》表G.0.2判别,该区地下水对砼无腐蚀性。3.工程地质条件及评价1工程区沟底和两岸均为耕地,施工场地开阔,但交通不便利。2工程区地层基本稳定,除表层3.5m强度稍低外,其余各地质单元强度相对较高,但第③层粉质粘土和第⑥层粘土岩具中等膨胀潜势。地下水埋藏较深,适宜作钻孔灌注桩基础,桩端持力层宜放在上第三系砂岩及粘土岩中,也可放在第④层(Q2)卵石或第③层粉质粘土中,可视荷载情况确定。3场区地下水类型为孔隙~裂隙潜水,含水层为第四系中更新统卵石、上第三系砂岩。地下水位标高85.07~85.23m。地下水对砼无腐蚀性表一各土体单元的物理指标建议值表土体单元编号土名物理性质天然 含水量天然干密度比重天然孔隙比液液限塑限塑性指数液性指数wρdGsewLWPIpIL%g/cm3%%%%①粉质粘土22.31.582.720.73934.019.015.00.18②卵石③粉质粘土25.71.542.730.78337.821.616.30.26④卵石⑤砂岩⑥粘土岩19.91.712.7448.025.022.704工程区位于华北平原地震带的南部,场区地震动峰值加速度值为0.20g,相当于地震基本烈度为8度区。表二土岩体力学性指标建议值表岩土体单元序号土名力学性质渗透系数承载力标准值fk钻孔桩 压缩系数压缩模量饱和快剪凝聚力内摩擦角容许承载力桩周土极限摩阻力avEsCψKMPa-1MPakPa(0)cm/skPaσoτi①粉质粘土0.277.2532.018.018022060②泥卵石350400130③粉质粘土0.218.435.020.023025060④泥卵石350400130⑤砂岩350400100⑥粘土岩3003501001.1.4、水文资料:1.流域特征三里庄沟属海河流域卫河水系内的一条小河道,位于太行山前冲洪积平原,从东北流向西南,属季节性河流。该河发源于辉县市西南部丘陵地区,在辉县市三里庄村附近与总干渠相交。交叉断面以上集水面积0.9Km2,沟长2.38km,平均比降0.0191。工程场区地形比较平坦,河道两岸地面高程106.6~108.5m,交叉地面处的河道已被生活垃圾填平,而上下游沟形明显。上游河底高程为103.5m左右,下游沟底高程101.8~103.6m,左右两岸现为耕地。 该流域地处暖温带,属大陆性季风气候区,全年四季分明,温差较大,冬春季多风干旱少雨,夏末秋初空气湿润雨水较多。流域内多年平均降雨量613mm,降雨主要集中在7~9三个月,占全年降雨量的70%。区内多年平均气温为14.3°C,多年平均蒸发量为1335.4mm;最多风向为南北风,全年无霜期为210天。2.设计洪水(1)设计暴雨三里庄沟为流域面积不大的一条小冲沟,流域内无实测流量和雨量资料,交叉断面处的设计洪水由河南省1984年10月出版的《河南省中小流域设计暴雨洪水图集》查算。暴雨计算时段取10分钟、1小时、6小时和24小时,暴雨参数均值和变差系数Cv,均由《图集》中的短历时暴雨参数等值线图查流域重心点取得。偏差系数Cs选用3.5Cv,由于流域面积小,以设计点雨量作为流域设计面雨量。(2)24小时洪量及洪峰流量由豫北山丘区次降雨径流关系(P+Pa~R)Ⅳ?1线查算24小时各种频率设计净雨量乘以流域面积得设计洪水总量。设计洪峰流量采用推理公式计算。其成果见表3。表3设计洪水成果表项目P20%P10%P5%P2%P1%P0.5%设计洪峰流量(m3/s)111419242630设计24小时流量(万m3)5812161923 (3)设计洪水过程线设计洪水过程线按24小时净雨量历时分配、三角形概化过程线叠加方法计算,设计洪水过程线见表4。表4设计洪水过程线(单位:m3/s)序号P20%P10%P5%P2%P1%P0.5%100000020000003000001400000150000116000011700011180001119001112100111221101123312123256131444810142148713151511619112630162211241923 171141678180126341900133320001222210002122200011123000111240001113、水位~容积关系曲线按照洪水调节计算中规定的计算原则,确定总干渠左岸滞洪高程和相应的滞洪范围。在总干渠1/5000带状地形图上,勾划出限定的最高滞洪水位时的左岸滞洪范围,根据选定的左岸最大滞洪范围,采用地形图上各等高线和等高距,计算各种水位对应的容积,三里庄沟的水位和容积关系见表5。表5水位~容积关系表滞洪水位(m)103.00104.00105.00106.00107.00108.00109.00110.00容积(万m3)0.100.451.102.153.856.8011.2517.704.天然水位~流量关系 根据该河的流域特征,交叉断面处天然水位~流量关系按明渠均匀流进行计算。主槽糙率采用0.035,滩地糙率采用0.06,河道比降为0.0191,交叉断面处沟道水位~流量关系见表6。表6交叉断面处天然水位~流量高程表水位(m)102.48102.58102.68102.77102.91流量(m3/s)11.014.019.024.030.05.调洪演算成果三里庄沟为不串流的河道,考虑河道的滞洪作用,视交叉断面上游为一座水库进行洪水计算,确定建筑物规模及左岸防洪水位,其洪水调节计算原则为:(1)在排水渡槽主体高程范围内,总干渠左岸防洪堤防洪标准按五十年一遇洪水设计,二百年一遇洪水校核。(2)在设计洪水时,左岸最高滞洪水位应低于总干渠设计堤顶1.5m;校核洪水时,左岸最高滞洪水位应低于总干渠设计堤顶1.0m。(3)左岸防护对象的防护标准:当发生五年一遇及以下标准洪水时,要求左岸农田不受淹;当发生二十年一遇以下洪水时,要求左岸村庄不积水。上游水面壅高一般不超过30cm。不同渡槽断面时的调洪演算成果见表7频率天然情况方案一方案二方案三Q(m3/s)H(m)槽身断面1槽身断面2槽身断面3Q(m3/s)H(m)Q(m3/s)H(m)Q(m3/s)H(m)P20%11102.488104.569104.3110104.15 P10%14102.5811105.1612104.8813104.64P5%19102.6814105.7115105.4616105.11P2%24102.7717106.2118105.9119105.65P0.5%30102.9121106.9323106.524106.34表7调洪演算成果表注:表中H――上游洪水位。1.1.5、总干渠设计参数:总干渠与三里庄沟排水渡槽交叉处为全挖方渠段。总干渠设计流量260m3/s,相应水位99.46m;加大流量310m3/s,相应水位99.97m。渠道断面要素为:渠底宽15.5m,渠底高程92.46m,比降1/20000,糙率0.015,一级内边坡1:2,二级内边坡1:1.5;左、右岸一级马道高程均为101.47m,马道宽均为5.0m;总干渠运行维护道路设置在渠道右侧。沿渠道开挖线向外13m范围内左岸设防洪堤、防护林带、截流沟和防护围栏,右岸除不设截流沟外,其他与左岸相同。1.1.6、对外交通运输条件:工程区毗邻辉县市城区,地形开阔,交叉断面处左侧300m有县级公路,向西3km连接豫42省道,场外交通便利。1.1.7、渡槽设计参数:1.设计标准(依据调洪演算成果)(1)五十年一遇洪水设计,二百年一遇洪水校核(首选方案)(2)二十年一遇洪水设计,五十年一遇洪水校核(次选方案) 2.槽身、排架、基础等主要部位按Ⅰ级建筑物设计,进出口翼墙、导墙、下游消能工、河沟控导等的防护等次按3级建筑物设计。3.建筑材料:钢筋采用Ⅱ级钢,槽身及拉杆采用C30钢筋混凝土;人行道板、栏杆、进出口渐变段、消力池底板等采用C20钢筋混凝土;排架、基础采用C25钢筋混凝土,其他采用浆砌石或干砌石。建筑材料特性指标见表8,有关系数等见表9、10。表8建筑材料特性指标混凝土强度等级轴心抗压设计值fc轴心抗拉设计值ft弹性模量EcC20101.12.55×104C2512.51.32.8×104C30151.53.0×104Ⅱ级钢筋强度设计值:fyf’310,钢筋Es2.0×105混凝土重度γ=24KN/m3,钢筋混凝土重度γ=25KN/m3表9作用荷载分项系数作用荷载类别永久作用可变作用水荷载静水压力动水压力作用(荷载)分项系数γG=1.05γQ=1.21.01.05表10结构安全级别及有关系数建筑物级别安全级别结构重要性系数γO结构系数γd设计状况系数素混凝土钢筋混凝土持久短暂偶然 ⅠⅠ1.1受压2,受拉1.31.21.00.950.85ⅢⅡ1.0受压2,受拉1.31.21.00.950.854.其他荷载(1)人群荷载:2.5KN/m2人行桥上活荷载(2)施工荷载:4KN/m2(3)基本风压:0.45KN/m2(4)γ水=10KN/m3(5)地震荷载:简化成只考虑对排架有影响,在排架纵、横向计算中,槽身地震惯性力简化为作用于排架顶部的节点力式中:=0.20.252.0:槽身自重加半槽水重(标准值)(6)基础土重度;根据地质资料计算5.施工条件:采用装配式钢筋混凝土结构,预制吊装。6.使用要求:该槽身结构属二类环境条件,临水面最大裂缝宽度允许值:短期组合0.3mm,长期组合0.25mm。1.2、设计要求1.2.1、工程总体布置:1.建筑物轴线选择2.渡槽方案及型式选择(包括支承、基础及两岸连接建筑物) 1.2.2、水力计算:1.槽身过水断面尺寸的确定2.渡槽纵坡确定3.渡槽水头损失演算4.进出口槽底高程确定5.出口连接建筑物底部高程确定1.2.3、槽身设计:1.槽身横断面型式及尺寸确定2.槽身荷载计算3.槽身横向、纵向结构计算4.槽身的构造设计:槽身分缝、止水及支座构造确定等。1.2.4、支承结构设计:1.支承型式选择2.支承尺寸拟定1.2.5、基础设计:1.基础型式选择2.进行尺寸拟定3.基础结构计算4.地基应力计算1.2.6、其他结构设计:翼墙、消力池、河沟控导等结构的设计。1.3、主要参考规范及书籍 1.《水工混凝土结构设计规范》SL/T191-962.《水工建筑物荷载设计规范》DL5077-19973.《水工建筑物抗震荷载设计规范》SL203-974.《水闸设计规范》SL265-20015.《水工钢筋混凝土结构》6.《土力学》7.《水力学》8.《工程力学》9.《工程水文》10.《渡槽》11.《水工建筑物》等等第二章、渡槽总体布置渡槽总体布置的主要内容包括槽址选择、形式选择、进出口布置、基础布置。渡槽总体布置基本要求:1、流量、水位满足灌区要求;2、槽身长度短,基础、岸坡稳定,结构选型合理;进出口顺直通畅,避免填方接头;少占农田、交通方便、就地取材等。2.1、建筑物轴线选择工程区内总干渠为西北?东南走向,三里庄沟自东北流向西南,上下游沟形明显,并呈宽浅型,河、渠中心线接近垂直。 根据《左岸排水建筑物土建工程初步设计大纲》的要求,排水渡槽的轴线应与渠道轴线垂直,槽墩走向应与渠道轴线一致。因此三里庄沟排水渡槽轴线与总干渠中心线成正交布置,渡槽进口布置在河槽内偏右岸,出口偏向河道左岸,通过控导工程与下游河道连接。(图见地形图)2.2、建筑物型式选择三里庄沟与总干渠交叉断面处,总干渠设计水位为99.464m,加大水位为99.973m,渠底高程92.464m。三里庄沟沟底高程为103.50m,高于总干渠各工况水位,因此根据地形条件,经分析比较后确定总干渠与三里庄沟交叉建筑物型式选用排水渡槽。渡槽进口处渠底高程为103.5m,槽身纵向比降在1/500~1/1500之间选择,糙率n采用0.014。渡槽横断面采用矩形型式,侧墙上端设置拉杆(s2m),拉杆上铺设人行道板,两侧设栏杆。下部支承采用单排架,交叉采用整体式平底板。槽身横断面结构见图1t125cmt230cm。人行道板:a90cmb8cm拉杆截面为16cm×16cm2.3、槽身断面尺寸选择 根据调洪演算成果,工程修建后,三个方案的五年一遇上游洪水位均低于沟岸一级阶地高程106.11m,对农田无淹没影响;二十年一遇上游洪水位也均低于一级阶地高程106.11m,洪水不出槽,左岸村庄不积水,从总干渠防洪标准看,五十年一遇洪水位方案1为106.21m,高于一级阶地高程,方案2、3分别为105.91m和106.34m,洪水不出槽;二百年一遇洪水位分别为106.93m、106.50m、106.34m,均高于沟岸一级阶地高程但低于河岸高程,洪水行于槽内,对总干渠无影响。经过综合分析,建议选用方案2,五十年一遇洪水下泄流量18m3/s,二百年一遇洪水下泄流量23m3/s,作为槽身断面尺寸的设计和校核标准。2.4、渡槽长度确定及其组成部分2.4.1、总干渠的横断面结构确定及左、右岸堤防高程的确定:1、左岸堤防高程:设计高程105.914+1.5107.41m校核高程106.5+1.0107.5m2、右岸堤防高程:右岸堤防高程比左岸低,则取右岸高程为107.0m2.4.2、渡槽各组成部分的确定:槽身段、上游进口段和下游防冲段等:1、槽身长度Lmin100m2、上游进口长度LjcB1-B23、下游防冲段长度LjcB1-B2第三章、水力计算3.1、矩形槽身过水断面的确定根据设计流量Q、i、n,用试算的方法求出设计水深h和过水断面宽b。 已知糙率n0.014,渡槽纵坡i1/1000,Q设18m3/s,深宽比h/b0.6-0.8,取h/b0.7,则bh/0.7。按明渠均匀流公式计算则采用迭代法得h02.37校核过水能力故h0需加大则取h02.40m则则设计水深h02.40m3.2、计算侧墙总高度1、超高2、校核过水能力故满足要求。3.3、渡槽水头损失的计算3.3.1、拟定上游渠道断面尺寸:已知边坡系数m1,比降i1/8000,糙率n0.014,底宽b3.43m。根据明渠均匀流公式得3.3.2、校核过水能力:1、设计流量2、校核流量3.3.3、渠道、槽身水流速:上游渠道流速槽深流速 3.3.4、进口水面降落Z计算:水流过渠道渐变段进入槽身时,流速增大,水面发生降落。工程中常近似按淹没宽顶堰计算:式中K1-进口段按局部水头损失系数,与渐变段形式有关,扭曲面为0.1,八字面为0.2,圆弧直墙为0.2,急变形式为0.4;取八字斜墙K10.2V、V0=槽身与上下游渠道的流速,m/s;G-重力加速度,取9.8m/s2.则3.3.5、槽身沿程水头损失Z1:水流经过全槽后水面发生降落,按明渠均匀流计算:Z1=iLL-槽身长度,L=100(m);i-槽身坡降,要经方案比较,使水头损失满足规划要求,并注意到前面已假定了i=1/1000。则Z1iL0.10m3.3.6、出口水面回升Z2:水流经槽身、渠道出口渐变段进入下游渠道因流速减少,部分动能转化为势能,水面回升:K2-出口局部水头损失系数,取0.2K1-进口段按局部水头损失系数,取0.23.3.7、渡槽总水头损失:△Z=Z+Z1-Z2规划中允许水头损失为0.2m,计算值应等于或略小于此值,具体计算如下:△Z=Z+Z1-Z20.23+0.10-0.150.18m 通过计算,用允许水头损失作为一个重要指标,当i=1/1000,△Z=0.18m小于规划允许的水头损失0.2m,所以初步选定的断面尺寸符合规划要求。3.4、渡槽各控制点的高程、消力池前的水位确定为了时渡槽与上下游渠道高程水面平顺连接,合理利用水头损失而不影响过水能力,渡槽进出口渠底的降低要与水流情况相适应。进口抬高值:y1=h1-Z-h2=2.76-0.23-2.400.13m出口降低值:y2=h3-Z2-h2=2.76-0.15-2.400.21m则进口槽底高程出口槽底高程出口渠底高程消力池前的水位为2.40m3.5、渡槽前后长度及总长度水流通过渡槽,由于槽身宽与渠宽不一致,为了使水流能平顺过渡,渡槽进出口常采用渐变段衔接。本设计中采用八字斜墙,参照武汉水利电力学院主编的《水工建筑物》计算渐变段长度:(1)落地槽段底部高程103.65m,长4m(2)涵洞段底部高程103.65m,长9m(3)上有进口段(渐变段长3m),高程为103.50m(4)下游消能防冲段长3+9+1325m(5)槽身段分缝缝宽4cm(6)分跨:每10m一跨 (7)渡槽总长度100m第四章、槽身结构计算4.1、槽身断面尺寸拟定槽深横断面结构示意图如下所示:侧墙厚t120~30cm取t125cm底板厚t225~35cm取t230cm人行道板:宽度a100~150cm取a120cm,厚度b8~10cm取b10cm拉杆截面25cm×25cm间距s2m取槽深长度为1m4.2、横向结构计算由于槽身在栏杆之间的断面核设置栏杆处的断面变位相差甚微,故仍可沿槽身纵向取1.0m常的脱离体,按平面问题进行横向计算。4.2.1、确定槽深结构计算简图及作用荷载:计算简图作用荷载4.2.2、拉杆轴向力计算:简化后结构为一次超静定结构,因力法计算拉杆拉为X1,亦可按下式直接计算,按标准荷载计算分别为:式中Xk1-单位槽长拉杆轴向拉力,kN;H-拉杆中心线至底板距离,H=2.93m;q1-侧墙底部静水压强,kPa;L-两侧墙中心线间距之半,L=1.89m;q2-底板上均匀荷载强度,KN/m。4.2.3、拉杆拉力:Xk1s=X1×S=11.55×2=23.1(KN)Xls--拉杆间距为s时,一根拉杆的轴向拉力。 4.2.4、侧墙内力计算:1、侧墙弯距由拉杆中心线到侧墙计算截面的距离为y的弯距。按标准荷载计算为:2、侧墙低端的剪力3、侧墙配筋(1)侧墙外侧受力钢筋按最大正弯矩计算,计算如下:基本资料:配筋计算选配钢筋,绘制配筋图。选构造钢筋为312(As339mm2)。分布钢筋为8@200(As251mm2)。(2)则内侧受力钢筋按最大负弯矩计算,计算过程如下基本资料:配筋计算选配钢筋,绘制配筋图,选构造钢筋、分布钢筋均为312(As339mm2)。4.2.5、底板内力计算:1、底板的结构计算简图如下图所示底板的轴向力计算底板轴向力等于侧墙低端的剪力即NaNb31.37kN.m底板的弯矩计算由于a点为刚结点则MA-MY-8.08kN.m两端弯矩MaMbMA-8.08kN.m跨中弯矩M中0.125q2l2+MA68.79kN.m底板的配筋计算支座处配筋计算 基本资料:计算M、N:判别偏心受拉构件类型:计算受压钢筋As’h0h-as300-30270mmee0-h/2+as260-300/2+30140mm绘制配筋图跨中配筋计算基本资料:计算M、N:判别偏心受拉构件类型:计算受压钢筋As’h0h-as300-30270mmee0-h/2+as2190-300/2+302070mm故表明不需配筋按构造规定已知As’,求As选配钢筋,并绘配筋图As选用绘制配筋图综上,底板配筋为:上层下层4.3、纵向结构计算 纵向计算中得荷载一般按均布荷载考虑,它包括槽身重、槽中的水重及人群荷载、人行板荷载等(拉杆重集中荷载换算成均布荷载)并按加大流量计算,计算时采用满槽水深h=2.65(m)。计算简图如图4-3所示4.3.1、槽身荷载计算:1、槽身横向净跨:L。10-0.89.2(m)ro=1.0Ψ=1.02、计算跨度L的确定,分别计算以下两式并取最小值。LL。+a9.2+1.210.4(m)L1.05×9.29.66(m)取L=9.66(m)3、槽身总荷载q的计算:槽身重q1k(槽身横截面积)×r砼槽内水重q2kr水(B×H加)人群荷载q3ka×2.5槽身横截面积S侧墙面积S12t1H加2×0.25×2.651.33m2底板面积S2(L1+L2)t2(3.78+0.25)×0.301.21m2拉杆面积S30.25(L1+t1)0.25×(3.78+0.25)1.01m2人行道板面积S4ab1.2×0.10.12m2补角面积S51/2×0.22×40.08m2SS1+S2+S3+S4+S51.33+1.21+1.01+0.12+0.083.75m2槽身重q1kr砼×S25×3.7593.75(KN/m)q11.05×93.7598.44(KN/m)槽内水重q2kr水(B×H加)10×(3.43×2.65)90.9(KN/m)q21.2×q2k109.08(KN/m) 人群荷载q3ka×2.52.5×1.23(KN/m)q31.2×q2k1.2×33.6(KN/m)总荷载qq1+q2+q398.44+109.08+3.6211.12(KN/m)4、跨中最大弯距:Mc=1/8×211.12×9.662=2462.60(KN?m)最大剪力:V=1/2×q×L。1/2×211.12×9.2=971.52(KN)4.3.2、计算纵向配筋:计算配筋时应注意:1、简支梁跨中部分应处于受压区,故在强度计算重不考虑底板的作用;2、侧墙高度较大时,沿墙壁配置Φ6~Φ12的纵向钢筋,其间距不宜大于30cm;3、因槽身底板在受拉区,故槽身在纵向按h=3.2m,b=3.43m的矩形梁进行配筋计算。(1)、基本资料:rd=1.2r0=1.0=1.0fc15(KN/m)fy、fy310(KN/m)Mr0Mk2462.6×1.1×1.02708.86(KN/m)h320mm(2)、考虑双层,as=0.07,h03200-703130(mm)3380.4(mm2)选用5Φ20和5Φ22,As3471(mm2)4.3.3、斜截面强度计算:已知:V=971.52kN,hw/bh0/b=3.13/0.456.96hw/b=4,V≤1/rd0.25fcbh0hw/b=6,V≤1/rd0.2fcbh0 故:h0/b=6.96,V≤1/rd0.2fcbh01/rd0.214fcbh0=1/1.2×(0.2×15×450×3130)=1760.6(kN)V805kN截面尺寸满足截面限制条件0.07fcbh0=0.07×15×450×3130=1479KNrdV966KN按受拉计算不要求配置腹筋,考虑到侧墙的竖向受力筋可以起到腹筋作用,单为固定纵向受力筋位置,仍在两侧布置Φ8@250的纵向封闭箍筋。同时沿墙高布置Φ10@140的纵向钢筋,槽身的配置的横断面图见图4-4所示。4.4、吊装计算设置四个吊点,按双悬臂梁计算。吊点设在第二根拉杆处。因吊点产生负弯距,上部受拉,下部受压,故可按T形梁校核上部配筋。如图4-6所示。图4-6槽身吊装验算(单位:m)4.5、槽身的构造设计4.5.1、伸缩缝及止水:梁式渡槽的槽身多采用钢筋混凝土结构。为了适应槽身 温度变化引起的伸缩变形,渡槽与进出口建筑物之节及各节及各节槽身之间必须用变形缝分开,缝宽3~5cm。变形缝需要用既能适应变化又能防止漏水的材料封堵。特别是槽身与进出口建筑物之间的接缝止水必须严密可靠,否则不仅会造成大量漏水,还可能促使岸坡滑塌,影响安全。渡槽槽身接缝止水所用材料和构造型式多种多样,如:橡皮压板式止水,塑料止水带止水,沥青填料式止水,粘合式止水,木糠水泥堵塞式止水。橡皮压板式止水是将厚6?12mm的橡皮带,用扁钢和螺栓将其紧压在接缝处。这种止水如能保证施工质量可以做到不漏水,且适应接缝变形的性能好,但检修与更换较不便。塑料止水带压板式止水用聚氯乙烯塑料止水带代替橡皮止水带止水性能良好,具有良好的弹性和韧性,适应变形能力强,体积轻,易粘接不易老化,价格只相当于橡皮止水带的一半左右。沥青填料式止水造价低,维修方便,但适应变形的性能和止水效果不理想。粘合式止水是用环氧树脂橡皮粘贴在接缝处,施工简便,止水效果好。木糠水泥堵塞式止水的填料是用木糠和水泥拌匀,加入适量的水再湿拌而成的。这种接缝止水构造简单,造价低,有一定适应变形能力。经比较,本次设计采用塑料止水带压板式止水。4.5.2、支座: 变形缝之间的每节槽身沿纵横向各有两个支点,为了使支点接触面的压力分布比较均匀并减小槽身伸缩时所产生的摩擦力,常在支点处设置支座钢板或油毡座垫。每个支点处的支座钢板有两块,每块钢板上先焊上直径不小于10mm的钢筋,以便分别固定于槽身及墩的支承面上,钢板厚不小于10mm,面积大小根据接触面处混凝土的局部承压能力决定。对于跨度及纵坡较大的简支梁式槽身的支座结构,最好能做成一端固定,一端活动的形式。本次设计渡槽纵坡为1/1000,是简支梁式渡槽,故渡槽支座采用一端固定,一端活动的形式,钢板厚度取10mm。4.5.3、两岸连接:在渡槽的渐变段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m0.25?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。第五章、排架设计5.1、排架布置布置等跨间距10m的单排架,矩形渡槽采用简支。拱墩台及排架基础墩均采用浆砌石重力墩。槽下两岸墩间用浆砌石护坡。布置单排架优点:体积小,重量轻,可现浇或预制吊装,在渡槽工程中被广泛应用。5.2、排架尺寸拟定5.2.1、排架高度计算:见表5?1所示。表5?1排架高度计算表(单位:m)名称排架顶部高程排架埋置高程排架底部高程排架高 1#103.34101.0999.593.752#103.3396.0994.598.743#103.3292.4690.9612.364#103.3092.4590.9512.355#103.2992.0894.588.716#103.28101.0899.583.705.2.2、排架分组计算:见表5?2。表5?2排架分组及底部高程计算表分组编号排架顶高程?排架底高程排架高调整后高调整后底高程一1#103.3499.593.753.80103.396#103.2899.583.703.80103.38二2#103.3394.598.748.80103.395#103.2994.588.718.80103.38三3#103.3290.9612.3612.40103.364#103.3090.9512.3512.40103.355.2.3、排架分组及尺寸拟定:具体计算结果见表5?3及附图5?1。表5?3排架分组及尺寸分组一二三排架号 高度H1#6#3.80m2#5#8.80m3#4#11.40m肢柱b11/20~1/30H500mm300mm500mm300mm500mm300mmh1常用横梁h21/6~1/8L400mm200mm400mm200mm400mm200mmb21/1.5~1/2h2牛腿cb1/2hb1a250mm500mm1000mm250mm500mm1000mm250mm500mm 1000mm图5?1最高排架尺寸图(单位:mm)5.2.4、尺寸拟定:渡槽采用单排架支撑槽身,排架固定于墩座上,考虑排架不宜过高,对稳定不利。同时为了便于施工,先将渡槽归纳成四种高度:1号和6号排架高3.8m;2号和5号排架高8.8m;3号和4号排架高11.4m。排架横梁间距为2m,最下层为3m。现以最高的排架(4号)为计算示例,其他排架计算相同,故略去。为使立柱在竖向荷载作用下为轴心受压构件,立柱中心线与槽身支撑中心线重合。5.3、荷载计算人群荷载、风荷载分项系数rd1.25.3.1水平荷载:槽沟内无常年流水,故不考虑水的作用。槽身风荷载:风压力按下式计算式中?风载系数,迎风面取1.0,背风面取0.5?风压高度变化系数,1.0?基本风压,0.45迎风面风荷载标准值为:设计值: 背风面风荷载标准值为:设计值:吹到10m长一跨的总风荷载(包括端肋)为:迎风面按标准荷载计算:按设计荷载计算:背风面按标准荷载计算:按设计荷载计算:排架风荷载按标准荷载计算:按设计荷载计算:1.0,0.75立柱净距与立柱迎风面宽度之比为3.48/0.56.96.当此值大于或等于10时,不计前柱对后柱的挡风作用,取1。当此值小于10时,在0.2?1.0之间变化,由于此值为6.96,取0.37作用在槽身上的水平风压力通过纵梁支座传至立柱顶,形成拉力,等于槽身上的总风压对排架顶横梁中心轴取距,再除以立柱轴线的距离,即:各节点荷载计算见表5?5 计算结果见图5?25.3.2、垂直荷载(传给每个立柱的荷载):排架垂直荷载计算见表5?4:表5?4排架荷载计算(单位:KN)荷载种类标准值设计值计算公式大小槽身荷载(传给各个立柱荷载)槽身自重P槽1/2×93.75×10468.75P槽492.19人群荷载P人K1/2×3×1015P人18满槽水重P满1/2×(90.9-2×0.22)×10454.1P满454.1设计流量水重P设1/2×(10×3.43×2.4-0.22)×10411.4P设411.4排架自重顶横梁3.48×0.2×0.4+1/2×0.12×2×0.3×257.0357.387中间横梁3.48×0.4×0.2+1/2×4×0.12×0.3×257.117.466排架自重立柱顶两个牛腿及端部重0.25×0.3×0.25+1/2×0.252×0.3×2×25+0.5×0.3×0.19×252.1192.2252.8m高立柱重0.5×0.3×2.8×2510.511.0253m高立柱重0.5×0.3×3×2511.2511.813 '