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：目录一、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B0和净深H0的确定 (5)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)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)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)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。

渡槽混凝土槽壁表面较光滑（n=0.014），设计流量1m 3/s ，加大流量1.1m 3/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h 1=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h 2=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B 0和净深H 0的确定因L=80m>15h 1，即按明渠均匀流计算：2/31/21nQ AR i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。

首先根据通过加大流量Q槽中为满槽水情况拟定B0和H0值。

mm0000计算所得流量稍大于加大流量，故满足要求。

=1.1m，试算正常水深。

再由Bm000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。

L j=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。

进口渐变段长度L 1=C （B1－ B2）=2.0×（1.2－1.1）=0.2m 出口渐变段长度L 2=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Z 1；水流进入槽身后，基本保持均匀流，沿程水头损失Z 2=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Z 2，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g v v Z 2/))(1(21211-+=ζ式中 v 1、v ——分别为上游渠道及渡槽内的平均流速；1ζ——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v 1=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1Z =（1+0.25）（22850.01806.1-）/（2⨯9.81）=0.0428m2.槽身沿程水头损失 Z 2=iL式中i 、L ——槽身纵坡和长度。

槽身沿程水头损失2Z =iL=80/800=0.1m3.出口水面回升g v v Z 2/))(-1(22223-=ζ式中 v 2、v ——分别为上游渠道及渡槽内的平均流速；2ζ——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V 2=Q/A2=1/(1.2×0.92)=0.9058m/s出口水面回升3Z =（1-0.5）（229058.01806.1-）/（2⨯9.81）=0.0146m4.渡槽总水头损失321Z Z Z Z -+=∆=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1h =0.98m,槽中水深h=0.77m ，进口渐变段水面降落=1Z 0.0428m ，槽身沿程水面降落2Z =0.1m ，出口渐变段水面回升3Z =0.0146m ，下游渠道水深m h 92.02=。

将以上各值代入，可求得：进口槽底高程：h Z --+∆=∆1131h=25.00+0.98-0.0428-0.77=25.1672m 进口槽底抬高：h Z y --=∆-∆=11311h=25.1672-25=0.1672m出口槽底高程：iL Z -∆=-∆=∆1212 =25.1672-0.1=25.0672m 出口渠底降低：h Z y --=322h=0.92-0.0146-0.77=0.1354m出口渠底高程：232224h Z h y -++∆=-∆=∆=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1H 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 。

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<5 m3/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γ=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=8.14 kN/m永久标准荷载标准值gk=9.5＋8.14=17.64 kN/m永久标准荷载设计值g=γG gk=1.05×17.64=18.52 kN/m2.内力计算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×81gl 2=0.9×1.0×81×18.52×102=208.35 KN ·m支座边缘截面剪力设计值V=γ0ψ×21gl =0.9×1.0×21×18.52×10=83.34kN3.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mm a s 35=，则截面的有效高度mm a h h s 12153512500=-=-=。

γd ——结构系数，γd =1.20；f c ——混凝土轴心抗压强度设计值，混凝土选用C25，则f c =12.5N/mm ； b ——矩形截面宽度；x ——混凝土受压区计算高度； h 0——截面有效高度；f y ——钢筋抗拉强度设计值，取f y =310N/m ㎡； A s ——受拉区纵向钢筋截面面积；20bh f Mc d s γα==068.0121510025.121035.2082.126=⨯⨯⨯⨯⨯544.0070.0068.0211211=<=⨯--=--=b s ξαξ2686310/1215070.02005.12mm f h b f A yoc s ≈⨯⨯⨯==ξ%15.0%282.01215200686min =>=⨯==ρρo s bh A 选4φ16 A S =804（mm 2）4.底部小梁抗裂验算2/N 75.125C mm f tk 混凝土强度标准值，为—— 24/N 1080.225C mm E c ⨯混凝土的弹性模量，为—— 25/N 100.2mm E s ⨯—钢筋的弹性模量，为—55.1性系数，为—矩形截面抵抗矩的塑—m r143.7)108.2/(100.2/45=⨯⨯==c s E E E α%33.0)1215200/(804)/(0=⨯==bh A s ρmm h y E 52.6371250%)33.0143.7425.05.0()425.05.0(0=⨯⨯⨯+=+=ρα41033010429.31250200%)33.0143.719.00833.0()19.00833.0(mm bh I E ⨯=⨯⨯⨯⨯+=+=ρα46.155.1)1250/3007.0(55.1)/3007.0(=⨯+=⨯+=h r m荷载效应的长期组合，取70.0=ct αm KN y h I r f W r f m tk ct m tk ct ⋅=-⨯⨯⨯⨯=-=13.10052.637125010429.346.175.170.010000αα底部小梁不满足抗裂要求。