67/73設計總說明本次設計作為水利水電工程專業本科生的畢業設計，主要目的在于運用所學的有關專業課，專業基礎知識與基礎課等的理論；了解并初步掌握水利工程的設計容，設計方法和設計步驟；熟悉水利工程的設計規；提高編寫設計說明書和各種計算與制圖的能力。根據設計任務書，說明書分為六章。第一章，基本資料。第二章，渡槽的整體布置和渡槽斷面形式的選擇，以與支承結構形式的確定。第三章，擬定渡槽斷面尺寸，確定槽身總長度，進行水力計算，從而確定槽底縱坡以與進出口高程。第四章，槽身的結構設計，進行槽身縱橫斷面力計算與結構計算并配置鋼筋。第五章，排架和牛腿的結構計算，進行排架順槽向和橫槽向的結構與配筋計算，并驗算其穩定性。第六章，細部結構設計，對伸縮縫、止水、支座和兩岸的連接做近一步的要求。DesignGeneralInformationContentabstractthisdesigntookthewaterconservationwaterandelectricityprojectspecializedundergraduatestudent'sgraduationproject,themainpurposeliesintherelatedprofessionalcoursewhichtheutilizationstudies,specializedelementaryknowledgeandbasiccourseandsoontheory;Understandingandpreliminarygraspinghydraulicengineeringdesigncontent,designmethodanddesignprocedure;Familiarhydraulicengineeringdesignstandard;Enhancesthecompilationdesigninstructionbookletandeachkindofcomputationandchartingability.Accordingtothedesignprojectdescription,theinstructionbookletdividesintosixchapters.Thefirstchapters,fundamentaldata.Andsecondchapters,theaqueductoverallarrangementandaqueductsectionformchoice,supportingstructureformascertainingthat.Thirdchapters,designtheaqueductsectiondimension,ascertainslotbodygeneralthelength,carryoutahydrauliccomputation,ascertainthelongitudinalslotbottomslopeandimportandexportelevationthereby.Fourthchapters,physicaldesignoftheslotbody,calculationandstructurecarryingouttheslotbodysectionverticalandhorizontalinternalforcecalculateanddeployareinforcedbar.Andfifthchapters,rowracksandstructureofthelegofcattlesecretlyschemeagainst,therowbeinginprogressputsupsecretlyschemingagainstalongtheslottocomposinginreplythestructurethatthehorizontalstrokeslotfacesandmatchingtendon,checkingcalculationitsstability.Sixthchapters,detailphysicaldesign,water,abutmentandbothbanksconnectionjustdoclosesingle-steprequesttotheexpansionjoint.畢業設計（論文）原創性聲明和使用授權說明原創性聲明本人重承諾：所呈交的畢業設計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作與取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致的地方外，不包含其他人或組織已經發表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得與其它教育機構的學位或學歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了意。作者簽名：日期：指導教師簽名：日期：使用授權說明本人完全了解大學關于收集、保存、使用畢業設計（論文）的規定，即：按照學校要求提交畢業設計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權保存畢業設計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；學校可以采用影印、縮印、數字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學校可以公布論文的部分或全部容。作者簽名：日期：學位論文原創性聲明本人重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經發表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。作者簽名： 日期：年月日學位論文使用授權書本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權大學可以將本學位論文的全部或部分容編入有關數據庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。涉密論文按學校規定處理。作者簽名： 日期：年月日導師簽名：日期：年月日指導教師評閱書指導教師評價：一、撰寫（設計）過程1、學生在論文（設計）過程中的治學態度、工作精神□優□良□中□與格□不與格2、學生掌握專業知識、技能的扎實程度□優□良□中□與格□不與格3、學生綜合運用所學知識和專業技能分析和解決問題的能力□優□良□中□與格□不與格4、研究方法的科學性；技術線路的可行性；設計方案的合理性□優□良□中□與格□不與格5、完成畢業論文（設計）期間的出勤情況□優□良□中□與格□不與格二、論文（設計）質量1、論文（設計）的整體結構是否符合撰寫規？□優□良□中□與格□不與格2、是否完成指定的論文（設計）任務（包括裝訂與附件）？□優□良□中□與格□不與格三、論文（設計）水平1、論文（設計）的理論意義或對解決實際問題的指導意義□優□良□中□與格□不與格2、論文的觀念是否有新意？設計是否有創意？□優□良□中□與格□不與格3、論文（設計說明書）所體現的整體水平□優□良□中□與格□不與格建議成績：□優□良□中□與格□不與格（在所選等級前的□畫“√”）指導教師：（簽名）單位：（蓋章）年月日評閱教師評閱書評閱教師評價：一、論文（設計）質量1、論文（設計）的整體結構是否符合撰寫規？□優□良□中□與格□不與格2、是否完成指定的論文（設計）任務（包括裝訂與附件）？□優□良□中□與格□不與格二、論文（設計）水平1、論文（設計）的理論意義或對解決實際問題的指導意義□優□良□中□與格□不與格2、論文的觀念是否有新意？設計是否有創意？□優□良□中□與格□不與格3、論文（設計說明書）所體現的整體水平□優□良□中□與格□不與格建議成績：□優□良□中□與格□不與格（在所選等級前的□畫“√”）評閱教師：（簽名）單位：（蓋章）年月日教研室（或答辯小組）與教學系意見教研室（或答辯小組）評價：一、答辯過程1、畢業論文（設計）的基本要點和見解的敘述情況□優□良□中□與格□不與格2、對答辯問題的反應、理解、表達情況□優□良□中□與格□不與格3、學生答辯過程中的精神狀態□優□良□中□與格□不與格二、論文（設計）質量1、論文（設計）的整體結構是否符合撰寫規？□優□良□中□與格□不與格2、是否完成指定的論文（設計）任務（包括裝訂與附件）？□優□良□中□與格□不與格三、論文（設計）水平1、論文（設計）的理論意義或對解決實際問題的指導意義□優□良□中□與格□不與格2、論文的觀念是否有新意？設計是否有創意？□優□良□中□與格□不與格3、論文（設計說明書）所體現的整體水平□優□良□中□與格□不與格評定成績：□優□良□中□與格□不與格（在所選等級前的□畫“√”）教研室主任（或答辯小組組長）：（簽名）年月日教學系意見：系主任：（簽名）年月日目錄設計總說明1DesignGeneralInformation21基本資料51.1工程概況51.1.1灌區基本概況51.1.2東一干概況61.2地形地質情況61.2.1地形61.2.2地質61.3氣象71.4基本數據72整體布置92.1渡槽位置的選擇92.2槽身斷面形式的選擇92.3槽身支承結構形式的選擇92.4槽身接縫構造103槽身斷面設計113.1斷面截面尺寸確定113.1.1水力計算113.1.2水頭損失驗算123.1.3進出口高程確定133.2U型渡槽截面其他尺寸確定143.3橫桿、人行便道與端肋尺寸確定143.4進出口的形式選擇與布置153.5其他資料164槽身的結構計算174.1荷載計算174.2槽身縱向結構計算194.2.1抗滑穩定驗算194.2.2抗傾覆穩定驗算204.3槽身縱向結構計算214.3.1力計算214.3.2縱向配筋計算224.3.3正截面的抗裂驗算234.3.4斜截面承載力計算244.4槽身橫向結構計算254.4.1滿槽水情況下的力計算264.4.2半槽水情況下的力計算294.4.3橫向配筋計算334.4.4橫向抗裂驗算354.5拉桿結構與配筋計算364.5.1力計算364.5.2配筋計算374.6端肋結構與配筋計算394.6.1力計算404.6.2配筋計算425排架設計445.1排架尺寸的確定445.2荷載分布455.3排架橫槽向結構計算465.3.1滿槽水+側向風壓的計算工況465.3.2空槽加側向風壓的計算工況515.3.3立柱的配筋計算515.3.4橫梁的配筋計算535.4排架順槽向結構計算545.4.1驗算單根立柱的豎向穩定性545.4.2施工吊裝驗算555.4.3排架起吊時的強度驗算565.5牛腿尺寸驗算586細部構造設計616.1渡槽與兩岸渠道的連接616.2渡槽的伸縮縫616.3支座62辭63參考文獻64專業參考文獻65譯文731基本資料1.1工程概況陸渾灌區是省較大的灌區之一，灌區跨越，、市三個地區的六個縣，灌區圍居住人口大約100萬人。陸渾灌區的主要水源是陸渾水庫。1.1.1灌區基本概況陸渾水庫位于省嵩縣境，它是伊河上的一座大型水庫，控制流域面積，多年平均徑流量億總庫容億，興利庫容億，興利水位。大壩壩頂高程，最大壩高，溢洪道位于大壩東岸。為加大部分洪庫容溢洪道上設有閘門，閘底檻高程，閘頂高程，門高。溢洪道最大泄水流量為，泄洪洞位于大壩與溢洪道之間，為的城門洞型明流無壓洞，洞長，進口底高程。出底高程，最大泄流量。整個灌區是由總干渠和東一、東二、西干三條干渠組成的，全長共，建筑物座，其中主要建筑物有隧洞座，全長；渡槽座，全長；另外還有倒虹吸等輸水建筑物。灌區設計灌溉面積萬畝，總干渠進口設計流量為，相應水位，總干渠末端設計流量，相應水位。灌區三條干渠規劃成果如表1—1所示：表1—1陸渾灌區總干、主干渠規劃數據表渠名項目總干渠東一干東二干西干區渠長（KM）45.30137.9051.8055.50控制面積（萬畝）165.8085.3044.7017.50規劃面積（萬畝）120.0457.6127.3616.77水庫引灌（萬畝）113.5852.7325.7816.77反調節灌（萬畝）6.464.881.5801.1.2東一干概況東一干渠規劃灌溉面積萬畝，其中萬畝，伊川萬畝，偃師萬畝，汞陽萬畝。一干渠設計流量考慮近期與遠期兩種情況，也就是在同一渠段上的建筑物，如渡槽，隧洞等的輸水能力按遠期規劃確定設計流量（譬如東一干進口段上的建筑物設計流為）,以使留有余地。而渠道土石方開挖斷面按近期規劃確定尺寸，（譬如東一干進口段的渠道設計流量為。東一干渠自埠到已水河的渠段設計長度為。共有各種建筑物座，其中隧洞座，累計長度；渡槽座，累計長度，橋座，（包括公路橋座，生產橋座，人行橋座，排洪橋座），還有退水閘與節制閘座，涵洞（管）座，流槽座，跨渠渡槽座，支斗渠引水口座。東一干全部工程量：土方開挖萬立方米，回填土方萬立方米，石方開挖萬立方米，砌石萬立方米，混凝土萬立方米，鋼筋混凝土萬立方米。需要凈工日（包括民工和技工）2475萬個，基本建設投資6180萬元。開挖土石方用炸藥1257噸，三大材需用量分別為：水泥81800噸，鋼材3575噸，木材73000立方米。1.2地形地質情況1.2.1地形陸渾灌區處于伏牛山北麓，嵩山和熊耳山后谷地一帶，地形復雜。東一干渠灌溉區域多為低山丘陵干旱區，區崗洼相間，地面覆蓋為紅色和棕紅色粘土與黃土。在龍門以東偃師、鞏縣的半山區和丘陵區水文地質較差，缺乏地下水源。地表溝壕大部分為南北向，對于排除地面徑流與灌渠（區）滲水比較有利，不會產生鹽堿化或沼澤化威脅，灌區地形平均坡降為1／100～1／200。1.2.2地質東一干渠規劃線路從樁號30+762.0～31+314.1（位于許營附近），該段是橫跨伊河上的一條支流，下面根據河道橫斷地形，參照省水利廳勘探隊的鉆井資料分段介紹地質情況。陡坡段長度大約20米，該段為紫紅色、紅褐色礫巖夾砂質粘土巖，礫巖成分為石英砂巖、石英巖等。粒徑一般在5~20cm，最大的達60cm，膠結較差。表面風化嚴重，凸凹不平，肉眼可見溶蝕的洞穴，直徑大小不一，小者1m左右，大的在10m以上，洞均有滲水現象。砂質粘土巖的成份多為泥砂質組成。表面段出有斷續相間的滲水，說明砂質粘土巖有隔水性能，礫巖表面覆蓋有2m左右的黃色粉質壤土。河槽段長度約150m，表面主要為近代沖積砂卵石，卵石粒徑多為20~50cm，也有少量卵石直徑在50cm以上，分選性差。中粗粒含量約占30%。鉆孔過程中經常出現塌孔，卡鉆現象，漏漿量大，透水性強。沖積層平均深度約在6m左右。下伏新三系（N），礫巖夾白色泥質灰巖，成份多為石英砂巖與火成巖。鈣質膠結較差，鉆取巖心呈粒狀，質地均一，含礫石少許，性脆較堅硬，呈透鏡體壯，巖長10~30cm，局部風化較重，手用力即可搓掉粉粒，河槽段樁號0+020~0+090為河漫灘一級臺地，表面為上文新統（Q3）黃色粉質壤土，具直立性，結構較疏松，少有豐粒層深2~3m，含少量礫石具有黃土性質。下伏中更新統（Q2）含泥沙卵石（成份同上），泥質含量5~10%微有膠結。（其中局部夾有薄層壤土透鏡體）鉆進中有回水、卡鉆現象。臺地段長度大約536m為更新統。其表層為黃色中粉質壤土，下部為黃色重粉質壤土含結核，粘粒含量20%左右。臺地段土層厚在18~20m，具有直立性（可以開挖空洞）。有粘性的局部夾砂卵石透鏡體厚0.8~15m，自上而下逐漸密實。Q3與Q2界限明顯，密實程度有顯著差異。下伏中更新統（）為黃色重粉質壤土，固結密實，粘粒含量在20%以上，具有塑性，可以搓成細條。中含有少量結核，局部夾有砂卵石透鏡體，厚3m左右。該層上面覆蓋厚1m左右的鈣質結核含土層，（樁號0+440~0+706）。結構密實，不易開挖，結核直徑2~7cm。當地開鑿料石困難。1.3氣象本灌區屬于華北干旱區，平均多年降雨量只有500～600mm，而且分布很不均勻，有60%~70%集中在汛期。作物生長期常出現嚴重干旱缺水的情況。年平均蒸發量為2000mm，根據專區的水文資料記載：“光緒3~4年（1877~1878年）連續三個季度未曾下雨，洛河干枯……。”解放以來1959、1966、1972年三年最旱。其中1972年伏旱嚴重、地區72年6~9月降雨量僅占歷年月期平均降雨量（P平均=422mm）的63.5%。最大風速為18m/s，最大凍土深度0.5m。1.4基本數據（1）擬建許營渡槽段樁號：，全長，設計流量。加大流量。（2）渡槽段與其進出口渠道的有關數據與斷面示意，詳見表1—2和示圖。表1—2許營渡槽與上下游渠道段基本數據建筑物類型起止樁號間距坡降i水頭損失設計水位相對位置土渠29+040~30+5661516m1/120000.126m281.224m許營上游渡槽30+566~31+314.1748.1m0.80m208.398m許營土渠31+314.1~36+7505345.9m1/120000.445m279.701m許營下游（3）與渡槽段相連接的上下游渠道均已建成，橫斷面為梯形，渠底和邊坡均采用漿砌石保護。基本尺寸如圖1.1所示：圖1.1與渡槽進出口相連的渠道橫斷面圖（4）根據地區地震局提供的有關資料，陸渾灌區上的主要建筑物設計烈度定為80。（5）許營段跨越式建筑物，不論采用哪種類型，均按三級建筑物考慮。（6）跨越建筑物不考慮交通要求和無通航要求，若采用渡槽方案只設人行便道即可。2整體布置2.1渡槽位置的選擇渡槽位置的選擇包括軸線位置與槽身起點位置的選擇。對于地形條件復雜，長度大，工程量大的工程，應通過方案比較確定其位置。主要考慮以下幾個方面：應盡量選在地形有利，地質條件良好的地方，以便于縮短槽身長度，降低支撐結構高度和基礎工程量。渡槽進出口渠道與槽身的連接在平面上應爭取成一條直線，不可急劇轉彎，以使水流平順。跨越河流是，軸線與河道水流方向應盡量正交，槽址應選在河道順直，岸坡穩定處。跨越河流的渡槽，槽址應位于河床穩定，水流順直的河段，避免位于河流轉彎處，以免凹岸和基礎沖刷。應便于進出口建筑物的布置，進出口爭取落在挖方渠道上，盡量不建在高填方渠道上。應保證泄水閘有順暢的泄水出路，以防沖刷。渡槽發生事故需停水檢修，或為了上游分水等目的，常在出進口段或進口前渠道的適宜位置設置節制閘，以便于泄水閘聯合運用，使渠水進入溪谷或河道。2.2槽身斷面形式的選擇槽身斷面有矩形，梯形，U形等。一般常采用矩形和U形斷面。大流量渡槽多采用矩形，中校流量可采用矩形也可采用U形。U形槽身多用鋼筋混凝土制作，當跨徑較大時，可采用預應力鋼筋混凝土，以利于抗裂防滲。也有用鋼絲網水泥制作的，但抗凍、防滲與耐久性差。本設計采用U形斷面，槽頂設拉桿，以增加側墻穩定性，改善槽身的橫向受力條件。槽壁頂端常加大以增加剛度。U形槽身是一種輕型而經濟的結構，具有水利條件好，縱向剛度大而橫向力小等優點，且便于施工吊裝。2.3槽身支承結構形式的選擇梁式渡槽的槽身直接支撐于槽墩或槽架上，伸縮縫之間的每一節槽身沿縱向是兩個支承點，故既起輸水作用又起縱向梁作用，根據支承點位置的不同，梁式渡槽有簡支梁式，雙懸臂梁式和單懸臂梁式三種。前兩種是常用的型式，單懸臂梁式只在特殊條件下采用。根據對已建渡槽的觀察，雙懸臂式槽身在支座附近容易產生裂縫，單懸臂式一般只在雙懸臂式向簡支梁式過渡或進出口建筑物連接時采用。本設計采用簡支梁式鋼筋混凝土結構。其優點是結構簡單，施工吊裝方便。槽身接縫處的止水構造簡單，但跨中彎矩較大，底板受拉，對抗裂防滲不利。梁式渡槽的跨度是這類渡槽最關鍵的尺寸，根據實踐經驗與資料統計，簡支梁式U形槽身跨度一般為15~20m。2.4槽身接縫構造為適應槽身因溫度變化引起的伸縮變形縫和允許的沉降位移，應在槽身與進出口建筑物之間與各節槽身之間用變形縫分開，縫寬3~5cm。變形縫必須用既能適應變形又能防止滲漏的柔性止水封堵。常見的有瀝青止水、橡皮壓板式止水、粘合式止水或套環填料式止水等。本設計采用粘合式止水，這種止水是用環氧樹脂等粘合劑將橡皮粘貼在混凝土上，施工簡單，止水效果好。3槽身斷面設計3.1斷面截面尺寸確定水力計算的關鍵是合理的選擇縱坡值。縱坡大，可減小槽身斷面面積，節省建筑材料。但縱坡越大則沿程水頭損失將迅速增加，且流速大將增加進口水頭損失，從而增加渡槽的總水頭損失，自流灌溉面積將減小，對灌溉不利。縱坡小，雖然使斷面面積增加，建筑材料用量增加，但是會使水頭損失減小。此設計的允許水頭損失為[▽Z]=0.88m，最大損失不超過0.88m。根據工程經驗初步擬定時，縱坡坡率可在1/500～1/1500之間選用。如果根據初步擬定的i、B和H值計算所得的流量等于或略大于最大流量，則說明擬定的i、B和H值合適，如果小于或大于最大流量，則應必須加大B和H值，直到滿足最大流量為止。初步擬定i、B和H值后，須再擬定一系列通過設計流量時的水深值，通過試算的方式確定通過設計流量時的水深值。求得水深值后利用公式計算通過設計流量時的進口水面降落與出口水面回升值，之后在計算槽身沿程水頭損失和總水頭損失。若總水頭損失略小于或等于允許水頭損失值，則初步擬定的i、B和H值可為確定值。3.1.1水力計算由于渠道大多在一定長度具有一樣的流量、底坡、斷面尺寸與相近的渠槽糙率，渠符合明渠均勻流條件，故渠道橫斷面尺寸采用明渠均勻流公式來確定，即其中——通過渡槽的設計流量（）——槽底縱坡，本設計采用；——才系數，可用曼寧公式計算，為糙率系數，對于混凝土與鋼筋混凝土槽身可取，本設計采用。槽身斷面高寬比H/B影響槽身結構的縱向受力、橫向穩定與進出口水流條件。對于梁式渡槽槽身起縱梁作用，采用較大的高寬比，可提高其縱向剛度，減小梁應力和跨中撓度，對受力有利，但槽身高度大，側面受風面積大，橫向風載大，對槽身橫向穩定不利，且槽身高度大，側面受風面積大，對槽身橫向穩定不利；而高寬較小且槽底縱坡較大時，槽水深小，為滿足設計流量水面銜接進口處槽底抬高較大，此時，當渠道通過小流量時，渡槽進口常會出現較大的壅水現象，而當通過大流量時，槽前上游渠道又可能產生較長的降水段，使渠道遭受沖刷。合理的高寬比一般應通過方案比較確定，初擬時一般可取經驗值，U形斷面多用0.7~0.8，本設計取H/B=0.8，試算過程與結果如表3.1所示：表3.1截面尺寸初步計算表RCRiQ4.402.201.3213.419.551.4075.580.001400.03737.984.502.251.3514.029.771.4475.870.001440.03840.424.602.301.3814.659.981.4776.170.001470.03842.784.702.351.4115.3010.201.5076.420.001500.03945.604.802.401.4415.9610.421.5376.680.001530.03947.7由表3.1可初定，槽半圓直徑D=4.7m，用最接近設計流量的值計算總水頭損失，用校核流量來確定截面尺寸，計算過程與結果見表3.2：表3.2截面尺寸確定計算表DRCRiQ4.702.351.1013.849.581.4475.900.001440.03839.924.702.351.1113.899.601.4575.990.001450.03840.114.702.351.1313.989.641.4575.990.001450.03840.364.702.351.3715.1110.121.4976.340.001490.03944.974.702.351.3815.1610.141.5076.420.001500.03945.184.702.351.3915.2010.161.5076.420.001500.03945.30由表3.2可確定選取圓心軸以上通過設計流量時的水深。3.1.2水頭損失驗算渡槽進口水流經過漸變段與連接段時的水面降落值Z，工程設計中常近似采用下列淹沒寬頂堰流公式計算，即式中——渡槽設計流量（）——上游渠道流速；上游渠道水深過水斷面面積，則——流速分布系數，可取；、——側收縮系數和流速系數，可取，本設計中兩者均取——重力加速度則則槽水面坡降：出口水面回升：綜上所述，水流經過渡槽時的總水頭損失為故符合要求。3.1.3進出口高程確定通過設計流量時，上游渠道水深，槽中水深，則有進口槽底高程式中，為進口前渠底高程；進口槽底抬高出口槽底高程出口渠底降低出口渠底高程計算的規劃值大，滿足要求。具體如圖示3.1：圖3.1渡槽水利計算圖3.2U型渡槽截面其他尺寸確定由上述流量與水頭損失條件，可得符合要求的槽底直徑為，由此可得槽截面其它尺寸。槽壁厚度,取直線段高，考慮安全超高，則取槽頂加寬部分，取，取3.3橫桿、人行便道與端肋尺寸確定橫桿尺寸：高，寬，間距人行便道尺寸：厚寬，單側扶手端肋尺寸：為改善渡槽的縱向受力狀態，并便于架設安裝，在槽身的支座部位應設置端肋，端肋的外形輪廓做成矩形。U型渡槽底部端肋厚，槽殼從端肋向外伸出以便設置止水，變形縫寬，端肋其余尺寸為，，，如圖3.2圖3.2渡槽基本尺寸示意圖3.4進出口的形式選擇與布置為使水流進出槽身時比較平順，以利于減小水頭損失和防止沖刷，渡槽進出口均需設置漸變段，漸變段采用扭曲面形式。漸變段和槽身之間常因各種需要再設置一節連接段。對于U形槽身，許設置連接段與漸變段末端矩形斷面連接。連接段的長度常根據具體情況由布置決定。常采用以下經驗公式確定漸變段長度式中——系數，進口取，本設計采用；出口取，本設計采用、——渠道與渡槽槽身水面寬度由上述公式可得：進口渠道水面寬度出口渠道水面寬度進口漸變段長，取出口漸變段長，取本設計中根據一般經驗連接段長度為，進口連接段長，出口連接段長。3.5其他資料渡槽總長，由上述計算知漸變段長，連接段長，槽身總長。取每跨槽身長，共跨。渡槽的設計標準為級，故其結構安全級別為Ⅱ級，則結構重要性系數，正常運行期為持久狀況，其設計狀況系數，永久荷載分項系數，可變何在分項系數，結構系數。鋼筋混凝土重度混凝土強度（），鋼筋強度Ⅰ級，Ⅱ級，人群荷載4槽身的結構計算4.1荷載計算槽殼自重：標準值設計值拉桿重：標準值設計值人行道板重：標準值設計值扶手欄桿重：標準值設計值設計水位水重：標準值設計值校核流量水位水重：標準值設計值滿槽水重：標準值設計值人群荷載：標準值設計值風壓力：作用于建筑物表面的風壓力W（KN/m）按下式計算式中：——風載體型系數，與建筑物體型、尺度等有關，對于排架結構取；——風壓高度變化系數，本設計取;——基本風壓(N/m),.其中由設計資料知。對于我國陸一般地區取，則有由以上數據可得風壓力：標準值設計值4.2槽身縱向結構計算渡槽運用時，在自重與外力（如水壓力、土壓力、風壓力以與一些其它的力）作用下，其穩定可能受到破壞，從而影響渡槽的正常工作，甚至失事。例如在風壓作用下，可能沿其支撐頂部表面發生滑動或傾覆。渡槽的工作情況是不斷變化的，在槽中無水受風壓的工況下最易出現穩定問題，故本設計要對這種情況進行穩定驗算，計算單元為一節槽身。4.2.1抗滑穩定驗算穩定分析，作用于渡槽上的力盡管其類型、方向、大小各不一樣，但根據它們在槽身沿支承結構頂端發生水平滑動時所起的作用看，可以歸納為兩大類：一類是促使槽身滑動的力，如水平方向風壓力、動水壓力等，稱為滑動力；另一類是維持槽身穩定、阻止渡槽滑動的力，主要是在鉛直方向荷載作用下，槽身底部與支承結構頂端之間產生的摩擦力，稱之為阻滑力。槽身是否會產生沿其支承結構頂端發生水平滑動，主要取決于這兩種力的比值，這個比值反映了渡槽的水平抗滑穩定性，我們稱之為穩定安全系數式中：——空槽時所有鉛直方向作用力的總和（KN）；——所有水平方向作用力的總和（KN）；——摩擦系數，與兩接觸面物體的材料性質與它們的表面粗糙程度有關，本設計取0.6。——抗滑穩定安全系數，與建筑物安全級別與荷載組合情況有關，按照《公路橋涵設計規定》中取所以滿足抗滑穩定性要求。4.2.2抗傾覆穩定驗算槽身受風壓作用可能發生傾覆，抗傾覆穩定性驗算的目的是驗算槽身空水受壓作用下是否會繞背風面支承點發生傾覆，抗傾覆穩定的不利條件與抗滑穩定的不利條件是一致的，所以抗傾覆穩定性驗算的計算條件與荷載組合與抗滑穩定性驗算一樣，抗傾覆穩定安全系數，本設計取式中：——鉛直力到槽身支承點的距離；——空槽時基底面承受的鉛直力總和；——水平力的總和；——水平力到槽身支承點的距離；,則所以滿足抗傾覆穩定性要求。4.3槽身縱向結構計算U型斷面槽屬于薄殼結構，其縱向力計算法與跨長L同槽寬D的比值有關。但水利工程中的U型渡槽大多,屬于長殼結構（本設計中），仍可按梁計算，即將其視為U型斷面梁，承受由自重和滿槽水重構成的均布荷載。計算單元一跨槽身。圖4.1槽身縱向應力分布圖4.3.1力計算跨中彎矩設計值跨端剪力設計值其中為一槽身的均布荷載則橫截面的總面積形心軸到圓心軸的距離橫截面對圓心軸的慣性矩代入數據求得令（以弧度計），則有故由以上數據可求得受拉區的總拉力代入數據求得4.3.2縱向配筋計算U型槽身的縱向鋼筋一般按總拉力法計算，即考慮受拉區混凝土已經開裂，不能再承擔拉力，形心軸以下的拉力全部由鋼筋承擔。由公式計算受拉鋼筋總面積式中——鋼筋混凝土受彎構件的強度安全系數。查《中國電力企業聯合會標準化部.電力工業標準匯編.水電卷.水工》第31條（表8）得——鋼筋抗拉強度設計值，選用Ⅱ級鋼筋，則有選用和配筋圖如下圖4.2：4.3.3正截面的抗裂驗算令,則換算截面的面積為：則換算截面對重心軸的慣性矩故可由上述求得最大拉應力（抗裂驗算）式中——截面抵抗矩的塑性系數，查《水工鋼筋混凝土結構學》得，修正后得；——混凝土抗裂設計強度；——鋼筋混凝土受彎構件的抗裂安全系數。查《中國電力企業聯合會標準化部.電力工業標準匯編.水電卷.水工》第8條(表1)得,第34條(表9)得.。可知滿足抗裂要求。4.3.4斜截面承載力計算可將U型截面簡化為T型截面,如圖所示，圖4.3截面尺寸如下：取，則又故截面尺寸滿足受剪承載力的要求。又有故則需按計算配置腹筋。初選雙肢箍筋,由于梁較高,箍筋不能太細,選用,即有.,選用Ⅰ級鋼筋時,其箍筋抗拉強度.求得滿足抗剪要求.滿足箍筋最小配筋率要求。4.4槽身橫向結構計算沿槽長取槽身按平面問題求解橫向力.作用與單位長脫離體上的荷載除,兩側截面上還有與,其差值與荷載維持平衡.因結構與荷載均對稱,故可取一半按圖示4.4計算橫向彎矩與軸力.其中以槽殼外壁受拉為正,以使槽殼受壓為正.圖中為槽頂荷載,為槽頂荷載對槽殼直線段頂部中心的力矩,為分布與槽殼頂部加大部分截面上的剪力,為“均勻化拉桿”的拉力,因拉桿的抗彎能力小,故一次超靜定結構求解。設計時應考慮滿槽水情況和非滿槽水情況下的力計算公式。圓弧力計算時，一般每隔取一計算截面（即），計算和。圖4.4橫向力計算圖4.4.1滿槽水情況下的力計算（取）引入以下參數：則有據以上數據按以下步驟求解均勻化拉桿的拉力（其中為水的重度）計算形變位：代入數據得計算各彎矩系數：計算載變位：故均勻化拉桿的拉力為：由下列公式計算槽殼直線段的橫向力彎矩與圓弧段的橫向力，彎矩以槽殼外壁受拉為正。（——拉桿中心線至直線段計算截面的距離，以向下為正）列表計算如下：表4.1橫向彎矩YM00-0.8361.296000.460.2-0.8361.296-0.0131.74042.1870.4-0.8361.296-0.1053.48083.8360.6-0.8361.296-0.3535.22125.3280.8-0.8361.296-0.8366.96166.5861.0-0.8361.296-1.6338.70207.5291.2-0.8361.296-2.82210.44248.0801.4-0.8361.296-4.48212.18288.1611.6-0.8361.296-6.69013.92327.6931.71-0.8361.2968.16714.88047.173表4.2橫向彎矩0-7.707000014.8877.180-7.707-1.80320.648-12.766-15.38620.3863.346-7.707-7.09039.890-22.891-27.97325.460-0.311-7.707-15.50156.412-28.035-37.76129.839-2.752-7.707-26.46169.091-26.432-44.75033.200-3.059-7.707-39.22577.061-17.103-48.94035.312-0.601-7.707-52.92277.7790-50.33136.0334.852計算各軸力系數：由下列公式計算槽殼直線段的軸力和圓弧段的軸力。軸力以結構受壓為正：代入數據則有列表計算如下：表4.3橫向軸力00021.778-56.187-34.409-15.561-5.25321.036-56.187-55.965-30.061-9.42018.860-56.187-76.808-42.573-11.53715.339-56.187-94.837-52.067-10.87710.889-56.187-108.242-58.073-7.0385.637-56.187-115.662-60.12200-56.187-116.3094.4.2半槽水情況下的力計算（取）荷載：水重均布荷載槽頂荷載槽頂荷載對槽殼直線段頂部中心的力矩分布于槽頂加大部分截面上的剪力形變位已經求得求各彎矩系數計算載變位故均勻化拉桿的拉力由以下公式計算槽殼直線段的橫向力彎矩與圓弧段的橫向力彎矩，彎矩以槽殼外壁受拉為正。表4.4橫向彎矩Y0-0.8360.87400.0380.2-0.8360.874-0.808-0.770.4-0.8360.874-1.616-1.5780.6-0.8360.874-2.424-2.3860.8-0.8360.874-3.232-3.1941.0-0.8360.874-4.040-4.0021.2-0.8360.874-4.848-4.8101.4-0.8360.874-5.656-5.6181.6-0.8360.874-6.464-6.4261.71-0.8360.874-6.908-6.870表4.5橫向彎矩00.03760000-6.911-6.8740.03760.56712.450-1.236-10.371-9.452-8.0040.03762.2324.052-2.216-18.855-11.820-6.5710.03764.87634.014-2.715-25.452-13.853-3.0910.03768.32541.658-2.559-30.163-15.4131.8860.037612.34046.464-1.656-32.987-16.3947.8050.037616.64948.1030-33.924-16.72814.137由下列公式計算各軸力系數由下列公式計算槽殼直線段的軸力和圓弧段的軸力，軸力以結構受壓為正。代入數據得值計算列表如下：表4.6橫向軸力000-6.852-11.327-18.179-13.487-0.509-6.619-11.327-31.941-26.055-0.912-5.934-11.327-44.228-36.847-1.117-4.845-11.327-54.137-45.129-1.053-3.426-11.327-60.935-50.334-0.680-1.773-11.327-64.117-52.11000-11.327-63.4374.4.3橫向配筋計算由上述計算可知，，對應的截面尺寸：；；；；。選用Ⅰ級鋼筋，U形側墻按直墻簡化計算（槽殼外壁受拉），（槽壁受拉）則作用在的外側，屬大偏心受拉構件先設，對于一級鋼筋查的則選配說明按所選的進行計算就不需要混凝土承擔任何力了，這意味著實際上的應力不會達到屈服強度，故按計算。選取，滿足要求。配筋圖如下：ФФФФ圖4.54.4.4橫向抗裂驗算查的矩形截面抵抗矩的塑性系數，修正系數為，取修正系數為，則有，換算截面的面積換算截面重心至受壓邊緣的距離換算截面對其重心軸的慣性矩則彈性抵抗矩一般情況下需按荷載效應的短期組合與長期組合分別驗算本設計。因是粗略計算，且可變荷載很小，故只按荷載效應的長期組合進行抗裂驗算。取，（混凝土抗拉強度標準值）則，滿足抗裂要求。4.5拉桿結構與配筋計算4.5.1力計算圖4.6計算簡圖荷載計算橫拉桿自重：標準值設計值人行道板重：標準值設計值人群荷載：標準值設計值由公式可求得固端彎矩，其中，，代入數據得由公式可求得跨中彎矩代入數據得4.5.2配筋計算（1）按固端彎矩配筋，則作用在之外，屬大偏心受拉構件。先設，對于Ⅱ級鋼筋，則選配為Φ16（）故可按計算又故選取Φ16（）（2）按跨中彎矩配筋即作用在之外，同屬大偏心受拉構件。設，Ⅱ級鋼筋代入數據得選配Φ8.2（）代入數據得即可按計算有故可選取Φ8.2（）綜上所述，按固端彎矩所配鋼筋可滿足拉桿兩端和跨中的配筋要求。即所選鋼筋為：Φ16（），同。橫拉桿的配筋圖如下圖4.7拉桿配筋圖4.6端肋結構與配筋計算為使槽身便于支撐在槽架上，常設置支撐肋，對于簡支梁式槽身則為端肋。對于簡支梁式U形槽，可用到槽端距離為的Ⅰ-Ⅰ截面分隔槽身（離肋中線半個到一個拉桿間距），圖中L為半跨槽身長度，b為支撐肋的厚度，其余尺寸與符號意義如圖所示（a）（b）(c)圖4.8U形槽端肋計算圖4.6.1力計算基本尺寸：排架間距；另外，槽身均布荷載一個端肋重由以上數據可求得各項荷載計算J和計算端肋頂部拉桿的軸力（以拉為正），按一次超靜定求解計算端肋底橫梁跨中截面的軸力（拉力為正）和彎矩（下緣受拉為正）4.6.2配筋計算知，，故按大偏心受拉計算先設，對于Ⅱ級鋼筋查的選配為7Φ18（）故按計算選配為5Φ25（），配筋圖如下：圖4.95排架設計5.1排架尺寸的確定本設計采用單排架，擬定排架高度。排架兩根立柱的中心距取決于槽身寬度，應使槽身傳來的荷載的作用線與立柱中心線重合，使立柱為中心受壓構件。故排架總寬為。支柱斷面尺寸：長邊（順槽向），取短邊（橫槽向）取排架兩支柱間設置橫梁，以減小支柱的彎矩。橫梁間距一般取，本設計取。梁高取。梁寬取。橫梁由上到下等間距布置。橫梁與支柱連接處常設置補角（又稱承托），以改善交角處的應力狀態。為支撐槽身，排架頂部伸出短懸臂梁式牛腿，懸臂長度高度，取，傾角，取。具體尺寸如圖5.1圖5.1單排架構造尺寸5.2荷載分布作用在排架上的荷載有水平荷載和垂直荷載，如圖5.2,水平荷載本設計中僅考慮槽身與立柱上的風壓力，水平壓力在計算中可簡化成節點力，即。圖5.2排架計算簡圖為槽身和節點1下半柱圍的風壓之和，即式中——風壓荷載設計值——槽身受風面積，（為槽身高，為每跨槽身長）——立柱縱向尺寸——鋼架節點間距等的計算與一樣垂直荷載有：=1\*GB3①槽身自重和滿槽水重，=2\*GB3②作用于槽身的水平風壓通過槽身支座轉化為作用于支柱頂的一拉一壓垂直軸向力=3\*GB3③鋼架自重，計算中可化為節點力。其中（為橫梁高，為立柱中心距）5.3排架橫槽向結構計算根據荷載的最不利組合情況分別進行計算。本設計考慮兩種工況：=1\*GB3①滿槽水+側向風壓，按持久狀況的基本組合考慮。=2\*GB3②空槽+側向風壓，按短暫狀況的基本組合考慮。（排架立柱與橫梁剪力一般不大，可不做計算）5.3.1滿槽水+側向風壓的計算工況（1）水平荷載：（2）垂直荷載：（3）力計算：（主要考慮作用產生的）鉛直向節點荷載只使支柱產生軸向力。水平節點荷載可分解成對稱荷載和反對稱荷載。對稱荷載作用下，只有橫梁承受的壓力，其它桿件滿足平衡條件。因結構對稱，故在反對稱荷載作用下可取一半按圖5.3用“無剪力分配法”計算排架力。=1\*GB3①固端彎矩立柱AB，BC，CD，DE為剪力靜定桿，由平衡方程求得剪力為：圖5.3排架力計算圖將桿端剪力看作桿端荷載，可求得固端彎矩如下：=2\*GB3②分配系數令則有結點A：結點B：結點C：結點D：=3\*GB3③力矩分配和傳遞如圖5.4所示。（立柱的傳遞系數為-1）（4）各桿的桿端彎矩為：各柱的軸力為：圖5.4計算過程圖5.3.2空槽加側向風壓的計算工況在此工況下，僅垂直荷載P發生變化，其余荷載不變。即有，各桿的桿端彎矩同滿槽水+側向風壓的計算工況各柱的軸力為：5.3.3立柱的配筋計算立柱按偏心受壓構件進行配筋，立柱控制配筋的截面是柱頂與柱底兩個截面。因為風向是變化的，可來自左右兩個方向，故立柱承受正負兩個方向的彎矩，應按對稱配筋計算。同時要考慮縱向彎曲的影響，其計算長度取,立柱的截面尺寸：取兩種計算工況中偏心距較大的柱進行配筋，即，考慮到長細比對承載力降低的影響，需修正，即乘以偏心距增大系數。，，式中——軸向力對截面重心的偏心距，當<時，取——構件的計算長度——截面高度——截面有效高度A——構建的截面面積——考慮截面應變對截面曲率的影響系數，當>1時，取——考慮構件長細比對截面曲率的影響系數，當時，取取取則（∵）則，故屬于小偏心受壓。由于構件破壞時的應力一般達不到屈服強度，因此為節約鋼材，可按最小配筋率即構造要求配筋，，選用根據求解的公式并將代入公式：可得下列方程：聯立求解得取與（當時，取），從而求解和解得與均小于零，故按最小配筋率要求配筋：故各選取即，不再需對的用量進行復核。5.3.4橫梁的配筋計算橫梁所受的軸力很小，在配筋計算中可忽略不計，按受彎構件考慮。橫梁兩端截面（正、負彎矩最大處）為控制配筋的截面，荷載組合同立柱。同樣由于風壓來自左右兩個方向，橫梁的配筋也采用對稱配筋。取截面尺寸：選配箍筋的選配：箍筋間距應滿足且且（其中為縱向鋼筋的最小直徑，為柱截面短邊尺寸），即選箍筋。即在立柱與橫梁中均采用的箍筋。圖5.5立柱配筋圖圖5.6橫梁配筋圖5.4排架順槽向結構計算5.4.1驗算單根立柱的豎向穩定性計算工況為滿槽水+人群重，考慮縱向彎曲的影響，計算簡圖如下圖5.7荷載計算：軸向力計算長度查得穩定系數圖5.7選配5.4.2施工吊裝驗算當一跨槽身吊裝完畢而另一跨槽身尚未吊裝時，立柱在順槽向承受偏心受壓作用。如圖5.8所示截面尺寸需考慮縱向彎曲的影響故按實際偏心距計算取圖5.8則故按大偏心受壓計算故有選配配筋圖如5.55.4.3排架起吊時的強度驗算排架一般是放在地上預制的。排架在吊裝時，一端剛離開地面，另一端還支撐在地上，此時排架受力最為不利，應對此進行驗算，對于時刻采用四吊點，吊點位置一般設于立柱與橫梁的交點附近，并使最不利時刻立柱所受的正負彎矩相等或接近相等，以充分發揮材料的承載力。對求出的力還應乘以動力系數1.1～1.3。本設計取1.2。計算簡圖如下圖5.9（1）力計算（取半邊鋼架進行，其中均布荷載q為單根立柱重，集中荷載P為半根橫梁自重）均布荷載：集中力：支座負彎矩：支座反力：對B點取矩得求得跨中x處的彎矩：=1\*GB3①令則x不符合要求。=2\*GB3②令則=3\*GB3③令則x不符合要求。則最危險截面x=4.5m截面尺寸：則選配綜上所述，最終確定立柱順槽向配筋與配筋圖如下：選配圖5.9立柱配筋圖5.5牛腿尺寸驗算（1）通常牛腿的寬度與柱的寬度一樣，本設計中與排架同寬。牛腿的高度可根據裂縫的控制要求確定。一先假定牛腿高度h，然后按下式進行驗算（時）式中——由荷載標準值按荷載效應短期組合計算的作用于牛腿頂部的豎向力。——由荷載標準值按荷載效應短期組合計算的作用于牛腿頂部的水平拉力。本設計中。——裂縫控制系數，對于承受靜荷載作用的牛腿，取——豎向力作用點至下柱邊緣的水平距離，應考慮安裝偏差20mm，豎向力作用點位于下柱以時，取——牛腿寬度，取——牛腿與下柱交接處的垂直截面有效高度取，在此，，與的意義如圖5.11。本設計中取。圖5.10牛腿尺寸由5.1中排架尺寸的擬定可知取則即有則牛腿尺寸滿足要求。（2）牛腿受力鋼筋的確定按公式確定當時，取（本設計中）式中——鋼筋混凝土結構的結構系數——作用在牛腿頂部的豎向力設計值——作用在牛腿頂部的水平拉力設計值選配，選配箍筋剪跨比，故應設彎起筋選配6細部構造設計6.1渡槽與兩岸渠道的連接（1）槽身與填方渠道的連接。槽身與填方渠道的連接方式通常有斜坡式和擋土墻式兩類。本設計采用擋土墻式，它是將邊跨槽身的一端支承在重力擋土墻式邊槽墩上，以保證穩定并減小沉陷，兩側用一字或八字形斜擋土墻。為了降低擋土墻背后的地下水壓力，在墻身和墻背面應設置排水設施。為了防止產生過大的沉陷，漸變段和連接段下面的填土宜用砂性土填筑，并嚴格分層夯實，上部鋪筑厚0.5～1.0m的防滲粘土鋪蓋以減少滲漏的影響。為了防滲，進出口建筑物的防滲長度一般應不小于渠道最大水深的3～5倍。滲徑不足時，可在連接段底部與兩側設置截水齒環以增長滲徑。需用漸變段防滲時，漿砌石漸變段必須砌筑密實，迎水面用水泥砂漿勾縫或澆筑5～10cm厚的混凝土護面。為保證土坡的穩定，填方渠道末端的錐體土坡不宜過陡，并采用砌石或草皮護坡，在坡腳處設排水溝以導滲和排水。（2）槽身與挖方渠道的連接。邊跨槽身靠近岸坡的一端支承在地梁或高度不大的實體墩上，與漸變段用連接段連接。這種布置的連接段地板和側墻沿水流方向基本上不承受彎矩作用，所以可采用漿砌石或混凝土建造。有時為了縮短槽身長度，可將連接段向槽身方向延長，并建造在用漿砌石砌筑的底座上。6.2渡槽的伸縮縫梁式渡槽的伸縮縫，設在各段槽身之間。槽身與進出口建筑物之間與各節槽身之間必須用變形縫分開，縫寬3～5cm。變形縫必須既能適應變形又能防止滲漏的柔性材料封堵。特別是槽身與進出口建筑物之間的接縫止水必須嚴密可靠。否則，不僅會造成大量漏水，還可能促使岸坡滑塌影響渡槽安全，在設計和施工時應給予足夠的重視。渡槽槽身接縫止水所用的材料和構造型式多種多樣。本設計中采用粘合式止水。如圖6.1圖6.16.3支座支座是連接渡槽上部結構和下部結構的重要部件，其作用是將上部結構的荷載傳遞給槽架，為此要求支座必須有足夠的承載力，同時支座應能自由變形，能適應槽身因溫度變化、混凝土收縮徐變與荷載作用而引起的位移，使結構實際受力情況與計算圖相符合。本設計采用切線鋼板支座。支座的上下座板分別采用厚的鋼板，并將下座板頂面刨成弧面，成為切線式支座。如圖6.21—槽身2—錨栓3—上坐板4—墊板5—下座板6—齒板7—槽架