完整word版渡槽设计.docx
《完整word版渡槽设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《完整word版渡槽设计.docx（70页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
完整word版渡槽设计
渡槽设计
专业与班级：
学生姓名：
完全学号：
指导教师姓名：
设计提交日期：
1
一、基本资料............................................................................................
2
二、槽身的水力设计................................................................................
5
1.
槽身过水断面尺寸的确定....................................................................
5
①渡槽纵坡i
的确定........................................................................
5
②槽身净宽B和净深H的确定.......................................................
5
0
0
③安全超高.........................................................................................
6
2.
进出口渐变段的型式和长度计算........................................................
6
①渐变段的型式................................................................................
6
②渐变段长度计算............................................................................
6
3.
水头损失的计算
....................................................................................
7
①进口水面降落Z1...........................................................................
7
②槽身沿程水头损失........................................................................
8
③出口水面回升................................................................................
8
④渡槽总水头损失............................................................................
8
4.
渡槽进出口底部高程的确定................................................................
8
三、槽身的结构设计................................................................................
9
1.
槽身横断面形式
....................................................................................
9
2.
槽身尺寸的确定
....................................................................................
9
3.
槽身纵向内力计算及配筋计算..........................................................
10
①荷载计算.......................................................................................
10
②内力计算.......................................................................................
10
2
③配筋计算11
④底部小梁抗裂验算12
⑤底部小梁裂缝宽度验算12
4.槽身横向内力计算及配筋计算13
①荷载计算13
②内力计算13
③底板配筋计算15
④底板横向抗裂验算15
⑤侧墙配筋计算16
⑥侧墙抗裂验算17
四、槽架的结构设计18
1.槽架尺寸拟定18
2.风荷载计算19
①作用于槽身的横向风压力19
②作用于排架的横向风压力19
3.作用于排架节点上得荷载计算20
①槽身传递给排架顶部的荷载20
②作用于排架节点上得横向风压力21
4.横向风压力作用下的排架内力计算21
①计算固端弯矩21
②计算抗变劲度21
③计算分配系数和查取传递系数22
3
④计算杆端弯矩22
⑤计算剪力和轴向力22
5.横杆配筋计算23
①正截面承载力计算23
②斜截面承载力计算23
6.立柱配筋计算24
①正截面承载力计算24
②斜截面承载力计算25
4
一、基本资料
某灌溉工程干渠需跨越一个山谷，山谷两岸地形对称。
按规划，在山谷处修
建钢筋混凝土梁式渡槽。
山谷谷底与渠底间最大高差8m，岩石坚硬。
渡槽混凝
33
土槽壁表面较光滑（n=0.014），设计流量1m/s，加大流量1.1m/s，渡槽长度为
80m，每跨长度取为10m，共8跨。
渡槽上游渠道为矩形断面，宽1.2m，设计水
深h1=0.98m，上游渠底高程25.00m。
渡槽下游渠道为矩形断面，宽1.2m，渠道糙率n=0.025，设计水深h2=0.92m。
二、槽身的水力设计
（一）槽身过水断面尺寸的确定
1.渡槽纵坡i的确定
在相同的流量下，纵坡i大，过水断面就小，渡槽造价低；但i大，水头损失大，减少了下游自流灌溉面积，满足不了渠系规划要求，同时由于流速大可能引起出口渠道的冲刷。
因此，确定一个适宜的底坡，使其既满足渠系规划允许
的水头损失，又能降低工程造价，常常需要试算。
一般常采用底坡i=1/500～1/1500,槽内的经济流速1～2m/s。
初定取底坡i=1/800。
2.槽身净宽B0和净深H0的确定
因L=80m>15h，即按明渠均匀流计算：
Q1AR2/3i1/2
n
式中A——槽身的过水断面；
R——槽身的水力半径
n——槽身的粗糙系数
i——槽身纵坡。
5
首先根据通过加大流量Qm槽中为满槽水情况拟定B0和H0值。
净深H
净宽B
过水断
湿周x
水力半
纵坡i
流量Qm
深宽比
0
0
面A
径R
h/b
0.7600
1.2000
0.9120
2.7200
0.3353
0.00125
1.1116
0.63
0.8000
1.1000
0.8800
2.7000
0.3259
0.00125
1.0525
0.73
0.8400
1.1000
0.9240
2.7800
0.3324
0.00125
1.1197
0.76
0.8300
1.1000
0.9130
2.7600
0.3308
0.00125
1.1028
0.75
0.8200
1.1000
0.9020
2.7400
0.3292
0.00125
1.0860
0.75
由Qm=1.1m3/s，n=0.014，H0/B0=0.75，i=1/800，试算得出B0=1.1m，H0=0.83m。
计算所得流量稍大于加大流量，故满足要求。
再由B=1.1m，试算正常水深。
0
0
净宽B
过水断
湿周x
水力半
纵坡i
流量Qm
深宽比
净深h
面A
径R
h/b
0.7000
1.1000
0.7700
2.5000
0.3080
0.00125
0.8869
0.64
0.7500
1.1000
0.8250
2.6000
0.3173
0.00125
0.9692
0.68
0.7600
1.1000
0.8360
2.6200
0.3191
0.00125
0.9858
0.69
0.7700
1.1000
0.8470
2.6400
0.3208
0.00125
1.0025
0.70
0.7800
1.1000
0.8580
2.6600
0.3226
0.00125
1.0191
0.71
3
由Qm=1m/s，n=0.014，H0/B0=0.70，i=1/800，试算得出h0=0.77m。
计算所得流量稍大于设计流量，故满足要求。
3.安全超高h
为了防止因风浪或其他原因而引起侧墙顶溢水，侧墙应有一定的超高。
按建筑物的级别和过水流量不同，超高h可选用0.2～0.6m。
本渡槽安全超高取h=0.2m。
（二）进出口渐变段的型式和长度计算
1.渐变段的型式
本渡槽选用圆弧直墙渐变段。
2.渐变段长度计算
渠道与渡槽的过水断面，在形状和尺寸均不相同，为使水流平顺衔接渡槽进
出口均需设置渐变段。
本渡槽采用圆弧直墙式，渐变段的长度Lj通常采用经验公式计算。
Lj=C（B1－B2）
式中C——系数，进口取C=1.54～2.57；出口取C=2.57～3.56；B1——渠道水面宽度；
B2——渡槽水面宽度。
6
进口渐变段长度
L1=C（B1－B2）=2.0×（1.2－1.1）=0.2m
出口渐变段长度
L2=C（B1－B2）=3.0×（1.2－1.1）=0.3m
进口渐变段长度取L1=0.2m；出口渐变段长度取L2=0.3m。
（三）水头损失的计算
水流经过渡槽进口段时，随着过水断面减少，流速逐渐加大，水流位能一部分转化为动能，另一部分因水流收缩而产生水头损失，因此进口段将产生水面降落Z1；水流进入槽身后，基本保持均匀流，沿程水头损失Z2=iL；水流经过出口段时，随着过水断面增大，流速逐渐减小，水流动能因扩散而损失一部分，另一
部分则转化为动能，而使出口水面回升Z2，从而与下游渠道相衔接（如图所示）。
1.进口水面降落Z1进口段水面降落
Z1（11）（v2v12）/2g
式中v1、v——分别为上游渠道及渡槽内的平均流速；
1——进口段局部水头损失系数，与渐变段形式有关。
圆弧直墙为0.2，门槽损失系数为0.05。
上游渠道流速
v1=Q/A1=1/（1.2×0.98）=0.850m/s
槽内的流速
v=Q/A=1/（1.1×0.77）=1.1806m/s
进口水面降落
Z1=（1+0.25）（1.180620.8502）/（29.81）=0.0428m
7
2.槽身沿程水头损失
Z2=iL
式中i、L——槽身纵坡和长度。
槽身沿程水头损失
Z2=iL=80/800=0.1m
3.出口水面回升
Z3（1-2）（v2v22）/2g
式中v2、v——分别为上游渠道及渡槽内的平均流速；
2——出口段局部水头损失系数，与渐变段形式有关。
圆弧直墙为0.5。
下游渠道流速
V2=Q/A2=1/（1.2×0.92）=0.9058m/s
出口水面回升
Z3=（1-0.5）（1.180620.05892）/（29.81）=0.0146m
4.渡槽总水头损失
ZZ1Z2Z3=0.028+0.1－0.0146=0.1134m
（四）渡槽进出口底部高程的确定
已知渡槽上游渠道出口断面高程
3=25.00m，通过设计流量时水深h1=0.98m,
槽中水深h=0.77m，进口渐变段水面降落
Z1
0.0428m，槽身沿程水面降落
Z2=0.1m，出口渐变段水面回升Z3=0.0146m，下游渠道水深h20.92m。
将以上各值代入，可求得：
进口槽底高程：
1
3
h1
Z1
h
=25.00+0.98-0.0428-0.77=25.1672m
进口槽底抬高：
y1
1
3
h1
Z1
h
=25.1672-25=0.1672m
8
出口槽底高程：
2
1
Z2
1
iL
=25.1672-0.1=25.0672m
出口渠底降低：
y2
h2
Z3
h
=0.92-0.0146-0.77=0.1354m
出口渠底高程：
4
2
y2
2
hZ3h2
=25.0672-0.1354=24.9318m
三、槽身的结构设计
（一）槽身横断面形式
本渡槽采用矩形断面。
（二）槽身尺寸的确定
根据前面计算结果，槽内净宽B＝1.1m，加大水深H=0.83m,安全超高h=0.2m，设底板厚0.12m，侧墙厚0.10m，底部小梁高0.10m.
侧墙高H1=0.83＋0.2＋0.12+0.10=1.25m。
矩形槽身的侧墙兼做纵梁用，但其薄而高，且需承受侧向水压力作用，因此，
设计时除考虑强度外，还考虑了侧向稳定要求。
以侧墙厚度t与墙高H1的比值
作为衡量指标，其经验数据为（对于设拉杆的矩形槽）：
1/12—1/16。
因本渡槽不设拉杆，侧墙适当加厚，侧墙厚度t取0.10m。
贴角450，边长0.10m。
9
槽身基本尺寸
（三）槽身纵向内力计算及配筋计算
根据设计流量0.7m3/s<5m3/s，工程级别为5级，渡槽的设计标准为5级，所以渡槽的安全级别Ⅲ级，则安全系数为γ0=0.9，钢筋混凝土重度为γ=25kN/m3，正常运行期为持久状况，其设计状况系数为ψ=1.0，荷载分项系数为：
永久荷载分项系数γG=1.05，可变荷载分项系数γQ=1.20，结构系数为γd=1.2。
纵向计算中的荷载一般按匀布荷载考虑，包括槽身重力/槽中水体的重力。
1.荷载计算
槽身的自重标准值
gk1=25×［2×（0.10×1.25）＋0.12×1+2*0.1×0.1/2］=9.5kN/m
槽中水体的重力标准值
gk21=0.83×1×9.81=8.14kN/m
永久标准荷载标准值
gk=9.5＋8.14=17.64kN/m
永久标准荷载设计值
g=γGgk=1.05×17.64=18.52kN/m
2.内力计算
10
纵向内力计算简图
梁式渡槽的单跨长L=10m，槽高B=1.1m，则跨宽比L/B=10/1.1=9.09≥4.0故可按梁理论计算，沿渡槽水流方向按简支梁计算应力及内力：
结构安全级别为Ⅲ级，则安全系数为γ0=0.9；
正常工作时，设计状况系数ψ=1.0
跨中截面弯矩设计值M=γ0ψ×1gl2=0.9×1.0×1×18.52×102
88
=208.35KN·m
支座边缘截面剪力设计值V=γ0ψ×1gl=0.9×1.0×1×18.52×10
22
=83.34kN
3.配筋计算
对于简支梁式槽身的跨中部分底板处于受拉区，故在强度计算中不考虑底板的作用。
渡槽处于露天（二类环境条件），则根据规范查得混凝土保护层厚c=25mm，
所以受拉钢筋合力点至截面受拉边缘的距离as35mm，则截面的有效高度
h0has1250351215mm。
γd——结构系数，γd=1.20；
fc——混凝土轴心抗压强度设计值，混凝土选用C25，则fc=12.5N/mm；
b——矩形截面宽度；
x——混凝土受压区计算高度；
h0——截面有效高度；
fy——钢筋抗拉强度设计值，取fy=310N/m㎡；
As——受拉区纵向钢筋截面面积；
dM
1.2208.3510
6
0.068
s
=
12.5210012152
fcbh02
11
1
1
2
s
1
1
20.0680.070
b0.544
As
fcbho
12.5
200
0.070
1215/310
686mm2
fy
As
686
0.282%
min0.15%
bho
200
1215
2
选4φ16AS=804（mm）
4.底部小梁抗裂验算
ftk——C25混凝土强度标准值，为
1.75N/mm2
E
——C25混凝土的弹性模量，为
2.80
104N/mm2
c
Es
——钢筋的弹性模量，为
2.0
105N/mm2
rm——矩形截面抵抗矩的塑
性系数，为1.55
E
Es/Ec
2.0
105/（2.8104）
7.143
As/（bh0）
804/（200
1215）
0.33%
y0
（0.50.425E
）h
（0.5
0.425
7.143
0.33%）1250637.52mm
I0
（0.0833
0.19
E）bh3
（0.0833
0.19
7.1430.33%）20012503
3.4291010mm4
rm
（0.7300/h）
1.55
（0.7300/1250）
1.551.46
荷载效应的长期组合，取ct0.70
ctftkrmW0
ctftkrm
I0
0.701.751.46
3.429
1010
1250
100.13KNm
h
y0
637.52
底部小梁不满足抗裂要求。
5.底部小梁裂缝宽度验算
长期荷载组合时，r00.9,max0.25mm
12
受弯构件
1.0
1.0
a
35mm
1
，变形钢筋
2
，荷载长期组合
3
1.6，s
，c=25mm
有效配筋率
te
As
As
804
0.057
Ate
2asb
2
35
200
按长期组合验算最大裂缝宽度
sl
M
208.35106
245.2N/mm2
0.87h0As
0.87
1215
804
max
12
3sl
（3c
0.1d）
1.0
1.01.6
245.2
（3
250.1
16）
Es
te
2105
0.057
0.20mm
max
0.25mm
满足要求。
（四）槽身横向内力计算及配筋计算
1.荷载计算
按沿水流方向与垂直水流方向取单位长度来计算。
永久荷载设计值=永久荷载分项系数rG×永久荷载标准值Gk（其中rG＝1.05），沿槽身纵向取1.0m常的脱离体，按平面问题进行横向计算。
作用在脱离体上的荷载两侧的剪力差（△Q＝Q2－Q1）平衡，侧墙与底板交结处可视为铰接。
2.内力计算
13
横向内力计算简图
当水深h=0.76m
侧墙下部及底板上部最大负弯矩设计值：
M
M
1rh3
1
3
knm
（
r
为水的重
a
b
0
6
0.91.0
9.810.83
0.84
6
度）
底板跨中正弯矩设计值
Mc：
Mc
0
1
（rh
rh
）l2
1
rh3
2
6
0.9
1.0
1
（9.
81
0.83
25
0.12）
0.62
0.935
2
0.41knm
（为混凝土的重度）
轴向拉力设计值
N
a
N
b
1rh2
1
9.810.83
2
kn
m
0
0.91.0
3.041/
2
2
当水深h为一半计算跨度时，底板跨中最大正弯矩设计值
Mc：
Mc
0
1（rhrh）l2
1rh3
升级会员 