【正文】 圖的能力。 我國幅員遼闊，但水資源十分短缺，且由 于地形和氣候的影響，水資源在時(shí)空上分布不均勻，有一半的國土處于缺水或嚴(yán)重缺水狀態(tài)。本設(shè)計(jì)布置等跨的間距為 15m的單排架共 12 跨，與漸變段連接處采用漿砌石槽臺(tái)。 龍?zhí)稕_渡槽位于湖北省浠水縣白蓮河灌區(qū)西干渠上游處，樁號(hào)為 1+800，竣工年限在 1961 年 ~1962 年，經(jīng)過三十多年的運(yùn)行，該渡槽出現(xiàn)嚴(yán)重的老化問題，加之灌區(qū)面積增加和流量增大，該渡槽已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能擔(dān)負(fù)輸水灌溉的任務(wù)，根據(jù)白蓮河水庫灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造規(guī)劃成果 (2021 年），要求重建白蓮河渡槽。 新建的渡槽采用矩形拱式渡槽，拱 跨 87m，共兩跨，槽底寬為 ，側(cè)墻高 ，設(shè)有間距為 ，高為 的拉桿，考慮到交通要求，還設(shè)有 1m寬的人行板。 引 言 、研究背景及意義 渡槽是輸送渠道水流跨越河渠、道路、山?jīng)_、谷口等的架空輸水建筑物，是灌區(qū)水工建筑物中應(yīng)用最廣的交叉建筑物之一，除用于輸送渠水外還可排洪和導(dǎo)流等之用。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)為白蓮河灌區(qū)龍?zhí)稕_輸水渡槽的初步設(shè)計(jì)。 公元前 700 余年 ,亞美尼亞已有渡槽。渡槽下有 5個(gè)小橋拱 ,讓溪水流過。渭水注》 :長(zhǎng)安城故渠“上承泬水于章門西 ,飛渠引水入城 ,東為倉池 ,池在未央宮西。我國古代比較著名的渡槽有 :古代陜西關(guān)中地區(qū)大型引涇灌區(qū) — 鄭國渠 ,是中 國古代最宏大的水利工程之一。 我國從 20 世紀(jì) 50 年代開始建造渡槽 ,目前國內(nèi)已建的各類渡槽有很多。 根據(jù)目前我國渡槽的發(fā)展?fàn)顩r，渡槽在橫斷面上 ,以 U型和矩形槽應(yīng)用較為廣泛 ,特別是隨著施工方法的改進(jìn) ,如采用預(yù)制吊裝的渡槽 ,越來越廣泛的采用各種更輕、更強(qiáng)、更巧、更薄的結(jié)構(gòu) ,即槽身趨向采用 U 型、半橢圓型、環(huán)型、拋物線形等薄殼結(jié)構(gòu)或薄壁肋箱等。 1990 年建成后投入使用 ,運(yùn)行狀況良好。 從施工方法角度出發(fā) ,渡槽越來越趨于裝配式 ,由于灌溉及用水事業(yè)的發(fā)展和地形的需要 ,大流量、大跨度的裝配式渡槽逐年增多 ,并且這些大跨度、大流量的渡槽結(jié)構(gòu)多采用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)和拱架支承 。如湖北省 1973 年修建的排子河裝配式渡槽 ,采用鋼桁架梁垂直吊升巨型的槽身構(gòu)件 ,起重量達(dá) 200 t ,提升高度達(dá) 50 多 m。如斜拉式及懸吊式這類跨越能力最大的渡槽型式的研究 。構(gòu)件預(yù)制工廠化及大型機(jī)械吊裝等 ,有的已在逐步開展，有的在探索中 ,但是可以預(yù)見 ,渡槽工程在結(jié)構(gòu)型式、設(shè)計(jì)理論、建筑材料以及施工技術(shù)等方面 ,將有一個(gè)新的發(fā)展。 白蓮河龍?zhí)稕_（拱式）渡槽設(shè)計(jì) 一、設(shè)計(jì)基本資料 、水文氣象 本流域?qū)儆趤喼迻|南季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫和濕潤(rùn)，夏季濕度大而炎熱，冬季干燥而寒冷，流域年平均氣溫約 17℃ 左右。 、工程地質(zhì) 新建龍?zhí)稕_渡槽處地形高差（最低與最高）近 30m，兩側(cè)崇山坡預(yù)計(jì)變蓋厚度 5m10m，特別是出口斜坡地段，出露的巖層有黑去斜長(zhǎng)片麻巖、角閃片麻巖（小河床內(nèi)可見），一般基巖致密堅(jiān)硬是建水工建筑物較好基礎(chǔ)。新建渡槽對(duì)原干渠 樁號(hào) 1+8001+500 段 進(jìn)行了截彎取直，使原來沖谷下的渠道不再承擔(dān)輸水任務(wù)。內(nèi)、外邊坡分別為1:1 和 1:1，該渡槽規(guī)劃 時(shí)允許水頭損失為 。 強(qiáng)度模量 Es＝ 105N/ mm2, Ⅱ級(jí)鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 fy=fy’=310N/mm2,強(qiáng)度模量 Es＝ 105N/mm2。 、 設(shè)計(jì)要求 按初步設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，局部可深入考慮。 得出渠道進(jìn)出口尺 寸試算如下表（ 21）： 表 21 渠道進(jìn)出口水力試算表 B H A χ i n Q 故得出，設(shè)計(jì)流量 =26 時(shí)，進(jìn)口渠道水深為 ，流速為 ，加大流量 =,時(shí)，進(jìn)口渠道水深為 ，流速為 。 經(jīng)試算，選取槽身凈寬 B=，通過加大流 量時(shí)槽內(nèi)水深 H=，槽壁糙率 n=。 、 進(jìn)口漸變段水面降落值： =(1+)()/2g+* 式中： v為槽身流速， v=； 為進(jìn)口段漸變始端斷面平均流速， =； 為進(jìn)口漸變段局部水頭損失系數(shù)之和，取漸變段損失系數(shù)為 ，門槽損失系數(shù)為 +=； 為進(jìn)口漸變段長(zhǎng)度， 取 =。 進(jìn)口槽底高程 =+h =+= 進(jìn)口槽底抬高 ==h == 出口槽底高程 ==iL == 出口渠底降低 =h == 出口渠底高程 = == 、通過設(shè) 計(jì)流量時(shí)的水面銜接情況檢查 和超高檢查 按槽身通過設(shè)計(jì)流量 =26 計(jì)算。 、復(fù)核水面超高 h/12+5=242/12=(cm)＜ 279242=37（ cm）故滿足要求 。本次設(shè)計(jì)選擇 矩形渡槽斷面，渡槽無通航要求。具體結(jié)構(gòu)尺寸如圖 31 所示。 、永久荷載設(shè)計(jì)值： 永久荷載設(shè)計(jì)值 =永久荷載分項(xiàng)系數(shù) 永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值（其中＝ ） （ 1）自重： 槽身斷面面積 = 槽身自重標(biāo)準(zhǔn)值 =*25=67 槽身自重設(shè)計(jì)值 =*=67*= （ 2）水重： 過水?dāng)嗝婷娣e =； = 設(shè)計(jì)水深時(shí)值水重標(biāo)準(zhǔn)值（ h=） =*10= 設(shè)計(jì)水深時(shí)值水重設(shè)計(jì)值（ h=） =*= 加大水深時(shí)值水重標(biāo)準(zhǔn)值（ h=） =*10= 白蓮河龍?zhí)稕_（拱式）渡槽設(shè)計(jì) 三、槽身結(jié)構(gòu)計(jì)算 加大水深時(shí)值水重設(shè)計(jì)值（ h=） =*= （按加大流量時(shí)進(jìn)行計(jì)算） 、 可變荷載設(shè)計(jì)值： 可變荷載設(shè)計(jì)值 =可變荷載分項(xiàng)系數(shù) 可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值（其中＝ ） 人群荷載： 人群荷載標(biāo)準(zhǔn)值 =*=2 人群荷載設(shè)計(jì)值 =2*= 、縱向內(nèi)力計(jì)算 如圖所示單跨長(zhǎng)度 15m，槽身每邊支座寬 50cm，取計(jì)算跨度 l==*（ 151） =，槽身寬度 B=4m，寬跨比 l/B=，因此可按梁法 計(jì)算槽身內(nèi)力。 渡槽處于露天（二類環(huán)境類別），根據(jù)規(guī)范差得取混凝土保護(hù)層厚度c=35mm，預(yù)估鋼筋直徑 d=20mm，鋼筋兩排布置，所以鋼筋合理作用點(diǎn)到梁受拉邊緣的距離 a=c+d=35+20=55mm，截面有效高度為 =330055=3245mm。 混凝土構(gòu)件的抗裂驗(yàn)算公式如下： ≤ ≤ 式中 混凝土拉應(yīng)力的 極限系數(shù)，對(duì)荷載效應(yīng)的短期組合 =；對(duì)荷載效應(yīng)的長(zhǎng)期組合 =。 短期荷載組合： =***（ 3*35+） =＜ 長(zhǎng)期荷載組合： =***（ 3*35+） =＜ 故縱向抗裂滿足要求。鋼筋保護(hù)層厚度 c=30mm，預(yù)估鋼筋直徑 d=12mm，則有a=c+d/2=36mm=， h=200mm， =ha=164mm。 裂縫寬度驗(yàn)算：驗(yàn)算跨中截面的裂縫，先考慮短期組合，近似取短期組合彎矩標(biāo)準(zhǔn)值 =M/=，則有 白蓮河龍?zhí)稕_（拱式）渡槽設(shè)計(jì) 三、槽身結(jié)構(gòu)計(jì)算 鋼筋應(yīng)力： ===有效配筋率計(jì)算： === 為構(gòu)件受力特征系數(shù)，本構(gòu)件取 =；為鋼筋表面形狀系數(shù)， =；為荷載長(zhǎng)期作用影響系數(shù)，對(duì)短期荷載組合 =，對(duì)長(zhǎng)期荷載組合 =。 彎矩設(shè)計(jì)值 M=Ψ= 剪力設(shè)計(jì)值 Q=Ψ= kN 正截面：鋼筋保護(hù)層厚度 c=30mm，預(yù)估鋼筋直徑 d=12mm，則有a=c+d/2=36mm。 側(cè)墻的抗裂校核： 驗(yàn)算貼腳頂端處截面的裂縫，先考慮短期組合，由于只有活載，則 =M/= ， M 為貼腳處的彎矩設(shè)計(jì)值，可近似假設(shè)彎矩為線性分布按比例求出，則有 鋼筋應(yīng)力： 白蓮河龍?zhí)稕_（拱式）渡槽設(shè)計(jì) 三、槽身結(jié)構(gòu)計(jì)算 ===有效配筋率計(jì)算： === 為構(gòu)件受力特征系數(shù)，本構(gòu)件取 =；為鋼筋表面形狀系數(shù)， =；為荷載長(zhǎng)期作用影響系數(shù)，對(duì)短期荷載組合 =，對(duì)長(zhǎng)期荷載組合 =。拉桿所承受的剪力很小，可不進(jìn)行斜截面強(qiáng)度計(jì)算。 考慮構(gòu)件在彎矩作用平面內(nèi)繞曲對(duì)軸向力偏心距的影響，應(yīng)將軸向力對(duì)截面偏心距乘以偏心距增大系數(shù) ε。 配筋率： ρ=== ％＞ = ％ ， 滿 足 要 求 ?；炷翉?qiáng)度等級(jí) C25?；炷翉?qiáng)度等級(jí) C25。 白蓮河龍?zhí)稕_（拱式）渡槽設(shè)計(jì) 四、支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 、拱軸系數(shù) m的確定及拱圈幾何特性計(jì)算 主拱圈采用等寬度變厚度矩形截面肋拱，擬定肋寬 =1m、拱頂寬度 =1m、厚度變化系數(shù) n=。 、排架底部高程及高度 H（ m） 截面號(hào) 0 1 2 3 4 5 6 H 截面 號(hào) 7 8 9 10 11 12 H 、排架形式及尺寸的選擇 以 0 號(hào)排架為例，采用 C25 混凝土， H=， B=，排架短邊 =，長(zhǎng)邊 =，排架截面每隔 設(shè)置一根橫梁，梁高 =，梁寬 =，牛腿h=，牛腿處傾角 ζ=，牛腿長(zhǎng)度 c=。 對(duì)于立柱抗拉剛度 EA1=1010=1010N； 抗彎剛 度 EI1=10101010； 對(duì)于橫梁有抗拉剛度 EA2=1010=1010+N； 抗彎剛度 EI2=10101010。 下面計(jì)算是否需要按計(jì)算配置箍筋： λ===＞ 3 取 λ=3，對(duì)應(yīng)軸向壓力值 N= kN＜ =**1000*357= kN （ b） + =*（ *1000*357） +*= kN＞ kN 故無需按計(jì)算配筋， 選配 φ10200 的箍筋 。 選配 4φ16（ =804） 斜截面： 支座邊最大剪力設(shè)計(jì)值 =（ ） =*（ **500*457） = kN＞ v= kN 故斜截面抗剪滿足要求 ,只需按構(gòu)造要求在底板及兩邊側(cè)墻中配置 φ10200的箍筋。 配筋計(jì)算 由于施工順序的不確定性，立柱采用對(duì)稱配筋，則截面受壓高度： x===＜ =*357= 故屬于 大 偏心受壓構(gòu)件，且 x=2a=243=86mm。 、拱圈設(shè)計(jì) 、拱軸系數(shù) m的校核 拱肋重力按分段法計(jì)算，將半跨拱肋等分為 12 段，每段水平長(zhǎng)度△ x=，各分段重力按下列公 式計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見下表 （ 43） ： =γ（ 3+） =γ（ 3+） =γ（ i=0,1,2， ….5， 7， 8， ….11） =γ（ 3+） =γ（ 3+） =γ（ +3） 式中： γ為拱肋材料重度， γ=25 表 43 拱肋重力分段計(jì)算表 單位（） 白蓮河龍?zhí)稕_（拱式）渡槽設(shè)計(jì) 四、支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 半跨拱肋重 。 對(duì)于變截面懸鏈線無鉸拱在集中荷載作用下的內(nèi)力，采用拱腳內(nèi)力影響線計(jì)算。已知 f=，所以 =*= 將 f、各值代入上式，計(jì)算坐公交彎矩、水平推力影響線縱坐標(biāo)的具體計(jì)算式如下： =（ ） = =（ ） = 圖 45 拱圈幾何圖形與荷載 左拱腳的彎矩、水平推力和鉛直反力影響線縱坐標(biāo)值得查算結(jié)果列于下表（ 45）： 白蓮河龍?zhí)稕_（拱式）渡槽設(shè)計(jì) 四、支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 表 45 拱上各點(diǎn)彎矩、水平推力、鉛直反力計(jì)算表 截面號(hào) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 /l 0 f/l 0 0 0 0 0 1 截面號(hào) 9 10 11 12 /l f/l 截面號(hào) /l 0 f/l 0 0 0 0 0 0 白蓮河龍?zhí)稕_（拱式）渡槽設(shè)計(jì) 四、支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 利用左拱腳的彎矩、水平推力和鉛直反力影響線縱坐標(biāo)值，按下列公式計(jì)算左拱腳的彎矩、鉛直反力及水平反力 H。 考慮混凝土徐變后影響得： =*18=℃ ， =*（ 22） =℃ ， =*（ 10） =℃ 。 本渡槽設(shè)計(jì)條件與校核條件下的內(nèi)力計(jì)算成果列于表。變截面懸鏈線拱取 l/4 處的拱厚進(jìn)行計(jì)