渡槽課程設計刪減版一、概述渡槽是渠道跨越河流、溪谷、洼地和道路的明流輸水建筑物，是水利工程中應用最廣的交叉建筑物之一。渡槽由與渠道連接的進口段、出口段、槽身及下部支承結構等部分組成，進出口段的布置和設計、槽身的水力計算、進出口水流連接以及防沖、防滲等措施，可參考水工建筑物有關專著，本資料僅介紹渡槽槽身及下部支承結構的結構設計。渡槽縱剖面示意圖1進口段；2重力式槽臺；3槽身；4剛架式支墩；5基礎；6出口段；7渠道；8原地面線渡槽和一般橋梁相似，由上部結構（槽身）和下部結構（墩、臺或剛架）組成。確定渡槽的形式，應根據當地的地形、地質和施工、運行條件。如在寬而淺的渠道上，當渡槽的過水流量比較大時，槽身可用鋼筋混凝土建造，它可以支承在鋼筋混凝土剛架上；如渡槽跨越峽谷，而峽谷兩岸有比較堅硬的基巖時，槽身可以支承在拱上，拱可以用石料或混凝土建造；U形截面槽身具有過水時水力條件好及受力性能好等優點，但施工較為復雜。鋼筋混凝土渡槽可以是現場整體澆注的，也可以是預制裝配式的，或者是裝配整體式的，這要由當地具體條件和施工情況確定。二、剛架式渡槽的布置下圖為跨越天然洼地的渡槽，槽身部分及剛架下部與水接觸，故有限制裂縫寬度的要求。內力分析采用彈性方法，槽身結構如下圖所示，布置時考慮了下列幾個問題。1.槽內正常水深為2.00m，最高水深為2.35m，另加浪高0.1m，水壓高度最大為2.45m，考慮采用懸臂式側墻，取墻高為2.65m，以備在最高水位時仍有0.2m的安全超高。2.槽底寬5.80m，根據底板跨度可采用1.53.0m的數值，故擬布置34根縱梁，若布置4根，底板為三跨連續板，跨度很小，而兩端受到側墻底部傳來的負彎矩（）很大，將使底板跨中亦受負彎矩，對結構配筋不利。故確定布置3根縱梁，間距（中至中）3.00m。3.渡槽全長41.2m，剛架間距即縱梁跨長，可取47m，今擬用6.2m，縱梁為單跨簡支梁，渡槽進口段與出口段兩端各帶有2m的懸臂。4.因地基較好，剛架立樁與基礎采用剛接，基礎埋入深度位于表層土下面。三、 鋼筋混凝土渡槽的結構設計1.側墻懸臂板設計（1） 懸臂板設計步驟a.切取1m板寬計算出懸臂板固定端所受最大彎矩，對于普通薄板，斜截面受剪可不必計算。b.設計固定端處的板厚及配筋量。c.板頂部的厚度根據使用、構造、施工要求決定，一般不宜小于100mm，。用直線將板頂板底厚度相連，全板各截面厚度即可確定。d.再取板的其他截面（例如距固定端1/3、2/3跨長等截面），并計算這些截面的彎矩及配筋量。e.畫出配筋量與板長的關系曲線，然后由材料圖形定出沿板長切斷部分鋼筋的位置，以節省鋼材。為配筋施工方便，可在板內一次切斷鋼筋根數一半，但直通到頂的鋼筋間距不得大于200mm。f.渡槽懸臂板的鋼筋，直徑多為812mm，允許采用兩種不同的直徑，但兩者相差應大于或等于2mm，鋼筋標注方法，用間距表示常較方便。（2） 渡槽懸臂式側墻計算側墻固結在邊縱梁及底板上，墻高2.65m，承受正常水深2.00m（持久狀況），最大水深2.35m加浪高0.1m（短暫狀況），墻頂板厚因施工要求不小于100mm，墻底板厚由計算決定。墻頂還設有厚80mm寬為700mm的人行道，人行荷載為3.0kN/m2，槽身允許裂縫產生，但最大裂縫寬度限值為0.25mm。2.底板單向連續板設計 （1）單向連續板設計步驟a.根據梁格布置，先估計縱梁梁肋寬度（即板的支座寬度）再決定板的計算跨度與計算簡圖（板寬為1m）。b.初估板厚，定板自重，其他恒、活荷載按設計要求采用。c.計算控制截面的最大最小彎矩。d.計算各跨跨中及支座截面的鋼筋面積，并進行配筋。支座計算彎矩應取支座邊緣處的彎矩。（2）渡槽底板計算（取板寬b=1m）a.計算簡圖及計算荷載板為單向兩跨連續板，估計縱梁肋寬為300mm，確定板的計算跨度。考慮板邊支座最大負彎矩時的最不利荷載。考慮中間支座及跨中最大彎矩時的最不利荷載。b.彎矩計算因底板承受均布荷載及兩端負彎矩，故可利用教材附錄9及附錄7查得及，列表計算每一截面的彎矩。當水深為2.35m時當水深為2.12m時c.鋼筋計算底板的配筋間距最好與側墻配筋間距相協調，以便相互綁扎。側墻與底板相接處，常有支托加固。支托尺寸可用200mm200mm或250mm250mm，靠水面加支托鋼筋，取。3.縱梁簡支梁設計（1）縱梁的設計步驟a.縱梁是以剛架橫梁為支承的簡支梁，估計剛架橫梁寬度，從而決定縱梁的計算跨度與計算簡圖；b.初估縱梁截面尺寸，計算由板傳來的恒、活荷載；c.根據荷載布置，計算跨中彎矩及支座剪力，繪制彎矩圖及剪力圖；d.進行正截面承載力計算，計算縱向鋼筋的截面面積及配筋；e.進行斜截面承載力計算，決定箍筋和彎起鋼筋的數量和位置；f.繪制材料圖及鋼筋圖。（2）渡槽縱梁計算a.計算簡圖及荷載；b.中間縱梁內力計算；c.中間縱梁正截面承載力計算；d.中間縱梁斜截面承載力計算；e.裂縫開展寬度驗算；f.邊縱梁內力計算；g.邊縱梁正截面承載力計算；h.邊縱梁斜截面承載力計算。4.剛架設計（1）剛架結構的設計要點剛架是由橫梁和立柱剛性連接所組成的主要承重結構，水工建筑中應用很廣，剛架與基礎的連接可分為鉸接和剛接兩種，當地基不可靠時常做成鉸接，地基較好時，剛架立柱與基礎采用剛接。在整體式剛架結構中，縱梁、橫梁和柱整體相連，實際上構成空間結構。因為結構的剛度在兩個方向是不一樣的，考慮結構的空間作用計算復雜，一般是忽略剛度較小方向的整體影響，把結構當作一系列剛架結構進行分析，這樣計算是偏于安全的。a.計算簡圖平面剛架的計算簡圖一般應表示出：剛架跨度和高度，節點和支承的形式，各構件截面的慣性矩，以及荷載形式，數值和作用位置等。剛架是超靜定結構，在內力計算時，要用到截面慣性矩，同時確定自重也需知道截面尺寸。因此，在內力計算之前，必須先假定構件的截面尺寸。一般可參考已有的工程設計資料進行假設，內力計算后如有必要再加以修正。b.內力計算剛架的內力計算，可用結構力學的方法進行。對于比較規則的剛架，可以采用實用上足夠精確的近似計算方法。對于工程上一般常用剛架，有現成的計算公式或圖表可以利用。c.截面設計根據內力計算結果即可進行承載力計算，確定截面配筋。剛架中橫梁的軸向力N，一般都很小，可以忽略不計，按受彎構件進行配筋計算。剛架在立柱中的力主要是彎矩M和軸向力N，剪力V一般很小，可按偏心受壓構件進行計算。（2）剛架結構的構造a.節點構造在橫梁與立柱連接處會產生應力集中現象，試驗指出，橫梁與立柱交接處的應力分布規律與其內折角的形狀有很大關系。內折角越平緩，交接處的應力集中越小，為了減少應力集中，應該把內折角做成圓弧形，圓弧形施工比較困難，一般都做成斜坡狀的支托，支托高度約為（0.51.0h）（h為柱截面高度），斜面與水平線成45或30角。 （a） （b） （c）轉角處的支托轉角處有支托時，橫梁底面與立柱內側的鋼筋不能內折，應沿斜面另加直鋼筋，另加的直鋼筋沿支托表面放置，數量一般為24根，直徑與橫梁底面伸入節點內的鋼筋直徑相同。剛架梁頂層端節點處，可將柱外側縱向鋼筋彎入梁內作梁上部縱向鋼筋使用，也可將梁上部縱向鋼筋與柱外側縱向鋼筋在頂層端節點及其附近搭接，當搭接接頭沿頂層端節點外側及梁端頂部布置，搭接長度不應小于1.5la ；當搭接接頭沿柱頂外布置，搭接長度豎直段不應小于1.7la 。 (a) (b) （a） （b）梁上部縱向鋼筋與柱外側縱向鋼筋在頂層端節點的搭接 節點的箍筋布置剛架節點內應設置水平箍筋，箍筋間距不宜大于250mm，轉角處有支托時，節點的箍筋可作扇形布置，也可按圖（b）布置，節點內的箍筋要適當加密，以便能牢固地扎結鋼筋，同時提高剛架節點的延性。b.立柱與基礎的連接剛架立柱與基礎的連接一般有固接與鉸接兩種。剛架立柱與基礎固接的作法：從基礎內伸出插筋與柱內鋼筋相連接，然后澆筑柱子的混凝土。插筋的直徑、根數、間距應與柱內鋼筋相同。插筋一般均應伸至基礎底。當基礎高度較大時，也可僅將柱子四角處的插筋伸至基礎底部，其余插筋只伸至基礎頂面以下，滿足錨固長度要求即可。（3）渡槽剛架計算因地基較好，采用固接剛架。基礎埋置在4.35m高程上，立柱高7.45m，剛架中至中跨度為6m，中間縱梁傳遞集中力為p1作用在橫梁中部，邊縱梁傳遞集中力p2直接作用在立柱上，與橫梁無關。風壓力影響甚微，故忽略不計。控制設計的情況為槽內最大水深2.35m。a.內力計算初估橫梁截面尺寸bh=400mm900mm，立柱截面尺寸bh=400mm700mm，利用剛架公式計算內力b.橫梁正截面承載力計算，斜截面承載力計算；c.立柱正截面承載力計算。5.柱下獨立基礎設計基礎計算概要基礎是將柱承受的荷載傳遞給地基的結構，常用柱下獨立基礎分為錐形基礎和階梯型基礎兩種。柱下獨立基礎的形式（a）錐形基礎；（b）階梯形基礎錐形基礎的邊緣高度不宜小于200mm，也不宜大于500mm，錐形基礎頂面的坡度一般情況下。階梯型基礎每階高度一般為300500mm，階梯形外邊線應在壓力分布線之外。柱下獨立基礎分為軸心受壓和偏心受壓兩種，軸心受壓基礎通常做成正方形，邊長為100mm的倍數，偏心受壓基礎一般為矩形，長短邊之比不宜超過3