渡槽设计大纲范本汇编.docx
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渡槽设计大纲范本汇编
FJD34200FJD
水利水电工程技术设计阶段
渡槽设计大钢范本
水利水电勘测设计标准化信息网
1998年12月
工程技术设计阶段
渡槽设计大纲
主编单位:
主编单位总工程师:
参编单位:
主要编写人员:
软件开发单位:
软件编写人员:
勘测设计研究院
年月
目次
1.引言4
2.设计依据文件和规范4
3.基本资料4
4水力计算6
5.钢筋混凝土矩形断面槽身设计8
6.钢筋混凝土U形断面槽身设计18
7.钢筋混凝土排架设计23
8.重力式槽墩及槽台设计26
9.钢筋混凝土变截面悬链线无铰肋拱设计28
10.空腹变截面悬链线无铰石拱设计34
11.钢筋混凝土整体板式基础设计35
12.钢筋混凝土钻孔桩基础设计37
13.工程量及材料量计算43
14.应提供的设计成果43
1引言
提示：
简要说明：
工程位置、设计规模等概况，前阶段设计结论及审批意见，基本资料变动情况，专题研究结论，有关会议或协议情况，对本阶段设计要求及注意的问题……等。
2设计依据文件和规范
2.1有关本工程的文件
（1）灌区（或引水工程）初步设计书或有关本工程规划成果的相应资料；
（2）初步设计或有关规划成果的审查文件；
（3）上级或委托单位有关本工程的批示或协议；
（4）其它有关文件及会议纪要等。
2.2主要设计规范
（1）SDJ12-78水利水电枢纽工程等级划分及设计标准和补充规定（山区、丘陵区部分）（试行）；
（2）SDJ217-87水利水电枢纽工程等级划分及设计标准（平原、滨海部分）（试行）；
（3）SDJ20-78①水工钢筋混凝土结构设计规范（试行）；
（4）SDJ10-78②水工建筑物抗震设计规范（试行）。
2.3参考规范
（1）JTJ021-89公路桥涵设计通用规范；
（2）JTJ022-85公路砖石及混凝土桥涵设计规范；
（3）JTJ023-85公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范；
（4）JTJ024-85公路桥涵地基与基础设计规范；
（5）GBJ9-87建筑结构荷载规范。
2.4主要参考资料
（1）赵文华等，渡槽，水利电力出版社，1985年；
（2）赵文华等，渡槽，水利电力出版社，1989年；
（3）华东水利学院等，水工钢筋混凝土结构下册，水利电力出版社，1975年；
（4）华东水利学院主编，水工设计手册（第八卷），水利电力出版社，1984年；
（5）交通部公路设计院，拱桥设计计算手册（第二版），人民交通出版社，1971年；
（6）湖南省革命委员会水利电力局，韶山灌区（第二分册），水利电力出版社，1976年；
（7）《建筑结构静力计算手册》编写组，建筑结构静力计算手册，中国建筑工业出版社，1975年。
3基本资料
3.1工程等别及渡槽级别
根据SDJ12-78及其补充规定（或SDJ217-87）及规划资料，本渡槽定为等级建筑物。
3.2设计流量及上下游渠道水力要素
正常设计流量：
6.5m3/s；加大流量：
8.1m3/s。
表3.1渠道水力要素表
项目
上游渠道
下游渠道
底宽，m
2.5
2.5
内边坡
1:
1
1:
1
正常水深，m
1.33
加大水深，m
1.50
渠底高程，m
8
正常水位，m
加大水位，m
渠深，m
堤顶宽
左，m
右，m
正常流速，m/s
0.86
3.3渡槽长度及进出口水头损失
根据地形及规划资料确定：
槽身长度：
120m；进出口总水头损失：
m。
3.4地形资料
（1）1／500～1／2000地形图。
测绘范围应满足渡槽轴线的变更及施工场地布置要求。
（2）对于小型渡槽，如缺大比例尺地形图，应测绘沿渡槽轴线的纵剖面图及若干横剖面图，以及槽址处河谷纵横剖面图。
3.5地质资料
（1）沿渡槽轴线及轴线两侧（距轴线50m左右）的地质剖面图；
（2）地基土的物理力学指标；
（3）地基的基本容许承载力；0.29MPa；
（4）地下水位高程：
m；
（5）对河谷两岸岸坡稳定性及其它有关工程地质条件的评价与建议等。
3.6地震烈度
（1）基本烈度
根据国家地震部门提供资料，本渡槽所在地区的地震基本烈度为度。
（2）设计烈度
根据SDJ10-78规定，本渡槽工程的设计烈度为度。
3.7水文气象资料
（1）槽址处河槽水文资料：
设计洪水重现期：
a；校核洪水重现期：
a；
设计洪水流量：
m3/s；校核洪水流量：
m3/s。
设计洪水位：
m；校核洪水位：
m；
设计洪水流速：
m/s；校核洪水流速：
m/s。
（2）基本风压：
kN／m2。
（3）多年月平均气温及最高、最低气温：
表3.2多年月平均气温表单位：
℃
月份
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
多年月平均气温
最高气温：
℃；
最低气温：
℃。
（4）最大冻土深度：
m。
3.8建筑材料
提示：
（1）砂料、石料及混凝土骨料的储量、质量、产地及开采运输条件；
（2）钢材、水泥、木材的供应情况。
3.9交通要求
提示：
（1）槽上顺槽身方向的交通要求及荷载标准；
（2）槽上横跨槽身（渡槽进出口）的交通要求及荷载标准；
（3）槽下河道有无交通要求及要求的净空高度。
4水力计算
4.1水力计算的基本步骤
4.1.1渡槽进出口总水头损失已定情况下的水力计算步骤
（1）拟定槽身纵坡ｉ及相应的沿程水头损失Z3=iL，L为槽身长；
（2）计算确定槽身宽度B（槽内水深h一般为给定值）；
（3）根据槽身宽度B计算渡槽进口水面降落值Z1；
（4）根据进口水面降落Z1确定出口水面回升值Z2；
（5）计算渡槽进出口总水头损失ΔZ；
（6）如ΔZ小于已定的总水头损失值，则加大槽身纵坡，反之则减小槽身纵坡，重复
（1）～（5）步骤，直至ΔZ与已定总水头损失值相等时为止；
（7）根据最后确定的槽身纵坡、过水断面及进出口水头损失，确定进出口槽底高程及相应的水面高程。
4.1.2渡槽进出口总水头损失未限定情况下的水力计算步骤
（1）给定槽身纵坡i及水深h（或给定槽身宽度B及水深h），相应Z3=iL；
（2）计算确定槽身宽度B（如给定槽身过水断面，则计算确定槽身纵坡i及相应的Z3=iL）；
（3）根据槽身宽度B计算进口水面降落值Z1；
（4）根据进口水面降落Z1确定出口水面回升值Z2；
（5）计算渡槽进出口总水头损失ΔZ；
（6）确定进出口槽底高程及相应水面高程。
4.2槽身水力计算
（1）在槽身水力计算中，槽内水深多为给定值，一般略小于上下游渠道水深，必要时也可等于或略大于上下游渠道水深。
（2）槽身水力计算采用明渠均匀流公式：
Q=AR2/3i1/2/n（4.1）
式中：
Q——设计流量，m3/s；
A——槽身过水断面面积，m2；
R——水力半径，m；
i——槽身纵坡；
n——糙率系数，混凝土槽身一般采用n=0.013～0.014。
4.3总水头损失计算
（1）渡槽进口流态与淹没的开敞式水闸相似，一般按淹没式宽顶堰流量公式计算进口水面降落值：
Z1=Q2/（2gε2φ2A2）-V21/2g（4.2）
式中：
Z1——进口水面降落，m；
ε——侧收缩系数，一般可采用0.95；
φ——流速系数，一般可采用0.95；
V1——上游渠道流速，m/s；
g——重力加速度。
（2）出口水面回升Z2值一般根据进口水面降落按下式计算：
Z2=Z1/3（4.3）
（3）槽身沿程损失Z3计算：
Z3=iL（4.4）
式中：
i——槽身纵坡；
L——槽身长度。
（4）槽身进出口总水头损失ΔZ按下式计算：
ΔZ=Z1-Z2+Z3（4.5）
5钢筋混凝土矩形断面槽身设计
提示：
（1）槽身过水断面深宽比，一般采用h/B=0.6～0.8。
对于大流量的多纵梁式矩形槽，深宽比则不受经验尺寸的限制。
（2）槽身跨径及支承型式（简支或双悬臂）根据流量大小、地形地质及施工条件等因素确定。
简支梁式渡槽的跨径一般为10m～15m；双悬臂梁式渡槽每节槽身长度一般为20m～30m，可根据实际情况布置为等跨双悬臂式、等弯矩双悬臂式或不等跨不等弯矩双悬臂式。
（3）槽身侧墙及底板厚度，应满足强度及抗裂要求，由应力分析确定。
侧墙一般兼作纵梁，还应满足纵向稳定要求。
对于带横杆的矩形槽，侧墙厚度t与墙高H之比值一般为t/H=1/12～1/16；对于无横杆加肋式槽身，墙厚可适当减小，但一般不小于15cm；对于无横杆无肋式槽身，侧墙应适当加厚，一般采用变厚度，墙顶厚度一般不小于15cm。
槽底板厚度一般采用与侧墙底部厚度相同，对于多纵梁式槽身，底板厚度可小于侧墙底部厚。
侧墙与底板交接处加设补角，补角宽及高一般为20cm～30cm。
（4）带横杆矩形槽的横杆间距采用1.5cm～2.5m，截面边长为20cm左右。
（5）槽身纵向在支承处一般加设横肋，以改善支座处的受力情况，肋宽约等于侧墙厚度，肋净厚等于或略大于肋宽。
（6）无横杆加肋式槽身的横肋间距，应满足侧墙及槽底板成为双向板的要求。
侧墙高H与肋距L1的比值H/L1及槽底板宽B与肋距L1的比值B/L1一般采用1.0～2.0。
肋宽一般不小于侧墙及槽底板厚，肋净厚一般等于或略大于肋宽。
如欲使侧墙及槽底板均成为四边固定支承板，侧墙顶部及底部需局部加厚，并要求侧墙顶部、底部及肋的刚度应大于8倍板的刚度。
（7）无横杆矩形槽的侧墙顶部一般设置外伸人行道悬臂板，板厚6cm～10cm，板宽70cm～100cm。
带横杆的槽身人行道板一般搁置于横杆上。
（8）箱形槽身的侧墙、顶板及底板多采用等厚，厚度一般不小于30cm。
（9）侧墙超高根据流量大小及总体规划要求确定，一般等于或略小于上下游渠道超高。
5.1槽身结构尺寸拟定
5.2无横杆无肋断面槽身结构计算
5.2.1计算参数
（1）支承型式（简支或双悬臂）：
；
（2）每节槽身长：
m；
（3）中跨净跨长：
m；
（4）悬臂段长：
m；
（5）槽身净宽：
m；
（6）底板厚：
m；
（7）侧墙高：
m；
（8）侧墙顶厚：
m；
（9）侧墙底厚：
m；
（10）人行道悬臂板宽：
m；悬臂板平均厚：
m；
（11）槽内设计水深：
m；槽内校核水深：
m；
（12）人群荷载：
kN/m2；
（13）槽身混凝土标号：
；
（14）钢筋混凝土容重：
kN/m3；
（15）混凝土轴心抗压设计强度：
MPa；
（16）混凝土抗裂设计强度：
MPa；
（17）混凝土弯曲抗压设计强度：
MPa；
（18）钢筋设计强度：
MPa；
（19）截面抵抗矩的塑性系数：
；
（20）安全系数见表5.1。
表5.1安全系数
荷载组合
钢筋混凝土受弯
钢筋混凝土抗裂
钢筋混凝土斜截面受剪
基本荷载组合
特殊荷载组合
5.2.2横向计算
侧墙按底部为固端的悬臂板计算；底板按两端以竖向支承链杆支承于侧墙底部的板计算，除承受水重及自重作用外，两端还作用有侧墙传来的端弯矩及轴向拉力。
5.2.2.1侧墙计算
（1）侧墙底部最大弯矩MA按下式计算：
MA=γh3/6+M0（5.1）
式中：
γ——水的容重；
h——水深，设计情况时用设计水深，校核情况时用校核水深；
M0——槽顶荷载（人行道板重及人群荷载等）对侧墙底部中心产生的力矩。
（2）侧墙钢筋计算时可不计轴向力影响，近似按受弯构件计算配置受力筋。
（3）侧墙临水面均受拉，应满足抗裂要求，按下式验算抗裂：
KfM≤γRfW0（5.2）
式中：
M——计算弯矩；
W0——换算截面受拉边缘的弹性抵抗矩；
Kf——抗裂安全系数；
γ——塑性系数；
提示：
抗裂验算不能满足要求时，需加大侧墙厚度或提高混凝土标号重新计算。
Rf——混凝土抗裂设计强度。
5.2.2.2底板计算
（1）底板轴向拉力NA按下式计算：
NA=γh2/2（5.3）
（2）距底板左端距离为x的截面弯矩Mx按下式计算：
Mx=qx（b-x）/2-MA-NAt3/2（5.4）
（3）底板跨中弯距Mc按下式计算：
Mc=qb2/8-MA-NAt3/2（5.5）
式中：
b——底板计算跨度，b=B+t2，B为槽身净宽；t2为侧墙底厚；
q——均布荷载，水重及底板自重之和，q=γh+γht3，t3为底板厚；
γh——混凝土容重；
其余符号同前。
（4）底板跨中最大弯矩发生在槽内水深等于槽半宽即h=B/2时，因此式（5.5）中q的水重部分为γB/2，相应轴向力NA=γB2/8。
（5）底板钢筋按偏心受拉构件计算配置。
两端以补角边缘截面作为控制截面计算配置底板顶层受力筋。
式（5.4）中q的水重部分及式（5.3）中的h，在设计情况时用设计水深，校核情况时用校核水深。
底板底层受力筋以跨中截面作为控制条件进行计算。
（6）按下式分别验算底板两端（顶面）及跨中（底面）抗裂要求：
KfN≤（γRfW0）/（e0＋γW0/A0）（5.6）
式中：
N——轴向拉力；
A0——换算截面面积；
e0——偏心距，e0=M/N；
其余符号同前。
5.2.2.3人行道板计算
人行道板一般为支承在侧墙顶部的外伸悬臂板，按受弯构件计算配置面层受力筋。
5.2.3纵向计算
5.2.3.1计算假定
（1）计算荷载按均布荷载考虑。
均布荷载q包括槽身自重、水重及人群荷载等。
设计情况时水重按设计水深考虑，校核情况时水重按校核水深考虑。
（2）根据支承方式，纵向结构分为简支梁式及三种双悬臂梁式（等跨双悬臂梁式、等弯矩双悬臂梁式和不等跨不等弯矩双悬臂梁式）。
等跨双悬臂及等弯矩双悬臂的悬臂段计算长分别为0.5l及0.354l，l为中跨计算跨径。
（3）根据槽身横断面布置型式，钢筋计算及抗裂校核均近似采用工字形计算截面。
计算截面的梁肋宽为2倍侧墙厚，上翼缘及下翼缘的计算宽度按规范采用。
如人行道悬臂板与底板相比宽度及厚度均较小时，计算截面可不考虑上翼缘作用，即按倒T形截面计算。
（4）纵向受力钢筋按受弯构件计算配置。
侧墙较高时，需沿侧墙高配置Φ9～Φ12的纵向构造筋，间距30cm左右。
5.2.3.2内力计算
（1）简支梁式内力按下式计算：
跨中弯矩M=ql2/8（5.7）
支座剪力Q=ql/2（5.8）
式中：
q——均布荷载；
l——计算跨径，l=1.05l0，l0为净跨。
（2）等弯矩双悬臂梁式内力按下式计算：
跨中及支座弯矩M=0.0625ql2（5.9）
支座两侧剪力Q1=0.5ql（5.10）
Q2=0.354ql（5.11）
式中：
符号同前。
（3）等跨双悬臂梁式内力按下式计算：
支座弯矩M=ql2/8（4.12）
支座两侧剪力Q1=Q2=0.5ql（4.13）
式中：
符号同前。
（4）不等跨不等弯矩双悬臂梁式内力按下式计算：
跨中弯矩M=ql2/8-ql2s/2（5.14）
支座弯矩M=ql2s/2（5.15）
支座两侧剪力Q1=0.5ql（5.16）
Q2=qls（5.17）
式中：
ls——悬臂段计算长；
其余符号同前。
5.2.3.3斜截面强度验算
（1）计算截面应满足如下要求：
KQ≤0.3Rabh0（5.18）
式中：
Q——剪力；
K——斜截面受剪强度安全系数；
Ra——混凝土轴心抗压设计强度；
b——计算截面梁肋宽，即2倍侧墙厚；
提示：
如不能满足式（5.18）要求，应增加侧墙厚度或提高混凝土标号。
h0——计算截面的有效高度。
（2）计算截面符合下列要求时不需验算斜截面强度：
KQ≤0.07Rabh0（5.19）
式中：
符号同前。
（3）不设弯起钢筋时，斜截面抗剪强度应满足下列要求：
KQ≤Qkh（5.20）
Qkh=0.07Rabh0+1.5RgAkh0/s（5.21）
式中：
Qkh——斜截面上受压区混凝土及侧墙竖向钢筋的抗剪强度；
Ak——配置在同一截面内的竖向钢筋面积。
侧墙横向计算配置的横向受力筋不能兼做承受主拉应力的钢筋，因此Ak应为在所需截面配置在侧墙内外侧或墙内的附加竖筋；
s——顺槽向附加竖筋的间距；
Rg——竖筋设计强度；
其余符号同前。
（4）配置弯起钢筋时，斜截面抗剪强度应满足下列要求：
KQ≤Qkh+0.8RaAwsinα（5.22）
式中：
Aw——配置在同一弯起平面内的弯起钢筋截面面积；
α——弯起钢筋与纵轴线的夹角；
其余符号同前。
5.2.3.4抗裂验算
（1）正截面抗裂按式（5.2）验算。
（2）斜截面抗裂按下式验算：
Kfσzl≤Rf（5.23）
σzl=3Q/（2bh）（5.24）
式中：
σzl——最大主拉应力；
b——2倍侧墙厚；
h——包括底板厚在内的侧墙高；
Q——剪力。
5.3带横杆无肋断面槽身结构计算
5.3.1计算参数
计算所需参数与无横杆无肋断面相同（见5.2.1）。
带横杆无肋断面的人行道板一般搁置在横杆上。
结构布置时需确定横杆间距及截面尺寸。
5.3.2横向计算
侧墙与底板连接处为刚性结点，侧墙顶部与横杆的连接近似按铰接考虑。
5.3.2.1内力计算
（1）槽顶荷载产生的弯矩对侧墙及底板最大弯矩值影响很小（<1％），计算中可忽略不计。
（2）侧墙底部弯矩按下列公式计算：
MA=MF-（MF-qb2/12）μ（5.25）
MF=（γh3/24）〔4-3h/H+3（h/H）2/5〕（5.26）
μ=（3I1/H）/（3I1/H+2I2/b）（5.27）
式中：
MA——侧墙底部弯矩。
MA为正时侧墙内侧受拉；
MF——侧水压作用的固端弯矩，当水深按满槽（h=H）考虑时，MF=γH3/15；
h——槽内水深；
γ——水的容重；
H——侧墙高；
b——底板计算跨度，b=B+t2；
q——均布荷载，水重及底板自重之和，q=γh+γht3；
γh——混凝土容重；
I1——侧墙截面惯性矩，I1=t32/12；
I2——底板截面惯性矩，I2=t33/12；
t2——侧墙厚，变截面时采用平均厚；
t3——底板厚。
（3）水面以下侧墙距底部为y的截面弯矩按下式计算：
My=〔MA/H-γh3/（6H）〕（H-y）+γ（h-y）3/6（5.28）
式中：
符号同前，My为正时侧墙内侧受拉。
（4）侧墙跨间最大负弯矩发生在距墙底为y0处，y0按下式计算：
y0=h-〔4h3/（3H）-8MA/（γH）〕1/2/2（5.29）
提示：
如4h3/（3H）-8MA/（γH）<0，表示侧墙无负弯矩，即侧墙外侧不产生拉应力。
（5）底板两端弯矩与侧墙底部弯矩相等。
距底板左端为x的截面弯矩Mx及底板跨中最大负弯矩Mc（底板底面受拉）分别按下列公式计算：
Mx=MA-qx（b-x）/2（5.30）
Mc=MA-qb2/8（5.31）
式中：
符号同前。
（6）底板轴向拉力NA按下式计算：
NA=γh2/2-γh3/（6H）+MA/H（5.32）
提示：
侧墙与底板刚度相同时，如水深h与板跨b之比值h/b<0.7时，横杆为压杆，侧墙底部弯矩MA大于无横杆无肋断面的墙底弯矩，也就是说当侧墙高H与槽身净宽B之比值H/B<0.7时，在满槽及任何水深情况下，侧墙底部弯矩均大于无横杆无肋断面的墙底弯矩。
因此，如在H/B<0.7的情况下设置横杆，对侧墙受力并不有利，而对减小底板跨中弯矩有利。
式中：
符号同前。
5.3.2.2钢筋计算配置与无横杆无肋断面相同。
侧墙钢筋计算时可不计轴向力影响，近似按受弯构件计算。
底板钢筋按偏心受拉构件计算。
5.3.2.3侧墙及底板抗裂验算与无横杆无肋断面相同（见5.2.2）。
5.3.2.4横杆计算
（1）横杆轴向力N按下式计算：
N=〔γh3/（6H）-MA/H〕S（5.33）
式中：
S──横杆间距；
其余符号同前。
轴向力N值以拉力为正。
（2）横杆除承受轴向力外，还承受横杆自重及人行道板传来荷载，按单跨固端梁计算两端及跨中弯矩。
（3）按偏心受拉或偏心受压构件计算配置钢筋。
5.3.3纵向计算
纵相计算与无横杆无肋断面相同。
搁置于横杆上的人行道板一般为简支预制板，因此纵向计算截面为无上翼缘的倒T形截面。
5.4箱形断面槽身结构计算
5.4.1计算参数
计算所需参数与无横杆无肋断面相同（见5.2.1）。
5.4.2横向计算
5.4.2.1弯矩计算
提示：
箱形断面为一闭合框架，利用截面与荷载的对称性，可取一半框架采用弯矩分配法列表进行弯矩计算。
一般在侧墙顶、底两结点各进行两次弯矩分配即可满足精度要求。
5.4.2.2轴向力计算
（1）底板轴向拉力NA按下式计算：
NA=γh3/（6H）-（MA+MB）/H（5.34）
式中：
MA——侧墙底端弯矩；
MB——侧墙顶端弯矩；
H——侧墙高；
h——水深；
γ——水的容重。
轴向力以拉力为正。
（2）顶板轴向力NB按下式计算：
NB=γh2/2-NA（5.35）
式中：
符号同前。
5.4.2.3钢筋计算配置与无横杆无肋断面相同。
侧墙钢筋可不计轴向力影响，近似按受弯构件计算。
底板钢筋按偏心受拉构件计算。
顶板钢筋按偏心受拉或偏心受压构件计算（大约在水深与板跨之比值h/B<0.65时，顶板轴向力为压力）。
5.4.2.4侧墙、顶板及底板抗裂验算与无横杆无肋断面相同（见5.2.2）。
5.4.3纵向计算
纵向计算与无横杆无肋断面相同（见5.2.3）。
纵向计算截面为工字形截面，当顶板与底板厚度相同时，上下翼缘等宽。
5.5无横杆加横肋断面槽身结构计算
5.5.1计算参数
（1）肋净距：
m；
（2）肋宽：
m；
（3）底肋净厚：
m；
（4）侧肋顶净厚：
m；
（5）侧肋底净厚：
m；
（6）墙顶加厚段（顶梁）高：
m；
其余计算所需参数与无横杆无肋断面相同（见5.2.1）。
5.5.2横向计算
5.5.2.1侧墙弯距计算
（1）根据墙顶局部加厚段的结构尺寸，侧墙可按底和两端三边固定、顶边自由，或三边固定、顶边简支，或四边固定的双向板计算。
（2）在确定横肋间距时，一般将肋间方向布置为双向板的短边。
（3）计算跨径确定如下：
横向b≤0.1l0时，l1=l0+b（5.36）
b＞0.1l0时，l1=1.1l0
竖向（t3+d）/2≤0.1（H-d/2）时，H1=H+（t3-d）/2（5.37）
（t3+d）/2＞0.1（H-d/2）时，H1=1.1H-0.55d式中：
l1——横向计算跨径；
l0——横肋净距
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