药水沟渡槽工程设计与计算毕业设计

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1、 绪论一、渡槽的作用及发展 渡槽是输送渠道水流跨越河渠、道路、山冲、谷口等的架空输水建筑物，是渠系建筑物中应用最广的交叉建筑物之一，除用于输送渠水进行农田灌溉、城镇生活用水、工业用水、跨流域调水外，还可供排洪和导流之用。当挖方渠道与冲沟相交时，为排泄冲沟来水和泥沙，不使山洪及泥沙进入渠道，可在渠道上面修建排洪渡槽。在流量较小的河流上修建闸、坝需用上下游围堰拦断河道时，可在基坑上面架设导流渡槽，使上游来水通过渡槽泄向下游。渡槽在中国已有悠久的历史。古代，人们凿木为槽用以引水，即为最古老的渡槽。据水经注疏：长安城昆明“故渠又东而北屈，迳青门外，于穴水枝渠会。渠上承穴水于章门西。飞渠引水入城。东为仓

2、池，池在未央宫西。”“飞渠”即为渡槽，建于西汉，距今约2000年。又距中国水利史稿上册考证，水经沮水注中所述的郑国渠“绝冶谷水”、“绝清水”中的“绝”就是指一种原始形态的渡槽。则渡槽见诸历史记载者就比长安城的飞渠更早，这说明渡槽在中国已有2000年以上的历史。20世纪50年代初期，我国新建渡槽多为木、石结构。木渡槽因木材是宝贵且维修费用大、寿命不长，故除少数用做临时性引水外，已不再采用。石拱渡槽是就地取材的建筑工程，由于石料的开采、加工和砌筑常为手工操作，需用大量劳力，但可节约水泥、钢材，且施工技术易为群众掌握，因而知道20世纪70 年代，在不少灌区的渡槽工程中石拱渡槽仍占有相当大的比重。至于

3、墩台结构，采用石料砌筑者就更为普遍。20世纪50年代中后期，随着经济建设的发展，采用钢筋混凝土渡槽日渐增多，施工方法以现场浇筑为主。1995年，黑龙江省首先采用了装配式渡槽，装配式渡槽较现场浇筑可节省大量木材和劳力、显著降低工程造价、加快施工进度，并便于施工管理和提高工程质量，因而到20世纪60年代初期以后，在许多省区逐渐得到推广，其中以广东省发展最为迅速。广东省湛江地区除在建筑物型式及预制分块构件的造型等方面不断有所创新外，并在研究国外单向曲率壳槽的基础上，提出了U形薄壳槽身的结构型式及其计算方法。此外，我国南方地区还建了一些钢丝网水泥U形薄壳渡槽，但这种结构不耐久，已较少采用。20世纪60

4、年代后期至70年代中期，在钢材、水泥供应较困难的条件下，渡槽工程中出现了各种类型的少筋，无筋混凝土结构，如三铰片拱式、马鞍式、拱管式、双曲拱式渡槽等，这些型式由于存在一些缺点，现已很少采用，但确代表了渡槽结构型式发展的一个阶段。珩架拱式渡槽也是这一阶段发展起来的，山东省吸取桥梁工程中这一型式的特点，提出并自20世纪70年代初期开始在山东兴建珩架拱渡槽。山东是我国修建珩架拱渡槽数量最多、类型最齐全的省份。从20世纪70年代中期至80年代的这一阶段，水利事业发展中有几项工作与渡槽型式的变化发展密切相关：一是水利工作集中抓了渠系配套工程建设，以充分发挥水利工程效益；二是大型灌区建设有了进一步发展；三

5、是相继兴建了一些跨流域、跨省的调水工程，如引滦入津、引大入秦等。这些工作使这一时期兴建的渡槽的输水流量，有过去的几个、十几个立方米每秒发展到几十个甚至上百个立方米每秒，从而促进了渡槽结构型式的改进与创新。主要体现在下述几个方面：（一）各种大跨度拱式渡槽不断涌现，如广西玉林县的万龙双曲拱渡槽，跨度达126m；湖南林县乌石江渡槽，主拱采用钢筋混凝土箱形断面，跨度达110米等。这些大跨度渡槽的宽跨比远小于1/20，其侧向稳定往往成为设计及保证安全运行的突出问题，为了解决此问题，这一时期我国先后试建了十几座拱体变宽、造型新颖、布局轻巧的板拱及肋拱渡槽，其跨径崽80100米以上，最小宽跨比达1/401/

6、50，取得了成功。工程实践证明，这一阶段建造的变宽拱是解决大跨度小宽跨比拱式渡槽侧向稳定性的合理造型。（二）预制吊装程度进一步提高，吊装重量不断增大，施工技术不断发展。如湖北引丹灌区的排子河渡槽，为简支梁式，一节预制槽身长21.7米，吊装质量达200t,而槽墩高达3040米，采用滑升式模板法施工，加快了施工进度，保证了浇筑质量，为浇筑高墩、柱开拓了新途径。再此期间，渡槽工程引用交通部门的转体施工法取得成功，使用的最大跨度达78.65米。（三）发展了新的结构型式，如上槽下洞式、斜拉式等。上槽下洞式是为了解决与之交叉的河流洪枯流量及相应水位相差悬殊而渠底高程相差不大这一矛盾提出的一种渡槽型式，如河

7、北省引沟入潮的穿鲍邱河渡槽，上部为引沟运河挡水渡槽，设计流量830立方米每秒，校核流量1080立方米每秒；下部为鲍邱河输水涵洞。斜拉结构较早用于桥梁，20世纪50年代以来斜拉桥得到迅速发展，我国于1975年在四川云阳汤溪河上建成第一座斜拉桥，1982年开始斜拉结构被引入渠道输水建筑物，目前我国已建成的最大斜拉渡槽为北京二道河斜拉渡槽，渡槽全长276.1m，斜拉段长258m，主跨126m，槽身为普通钢筋混凝土半封闭U型薄壳结构，通过设计流量5立方米每秒，1988年建成通水。（四）在大、中型渡槽工程中较普遍地使用了预应力混凝土结构，显著地提高了渡槽地承载力及抗裂性。如河南省陆浑灌区铁窑河渡槽，设计

8、流量为32.2立方米每秒，槽身段长411.4m，共分19跨，中间8跨采用双排架预应力空腹桁架槽身，跨度为37.4m。20世纪90年代以来，随着计算机技术地迅猛发展，利用电子计算机及先进设计理论进行了各种流量、各种跨度渡槽结构型式的研究，以及结构型式优选的研究，使得渡槽设计更趋先进合理。各种新材料、新技术也不断应用于渡槽工程。例如，1990年在湖南省铁山灌区建成地由桁（刚）架拱发展而来地第一座拱梁组合式渡槽凉清渡槽，设计流量19.5立方米每秒，校核流量21.54立方米每秒，槽身全长75.2米，由一跨50.4米地拱梁组合式结构和两端个一跨12.4米地简支结构组成，槽身采用半圆薄壳断面，内径为5.5

9、2米，直段高0.39米,槽壁厚13cm,拱肋采用二次抛物线形等界面双铰折线拱，矢跨比1/5.6，截面尺寸0.5m*1.0m。又如广东省东江深圳供水改造工程，是香港、深圳以及工程沿线东菀城镇提供饮水及农田灌溉用水地跨流域大型调水工程，该工程中的樟洋渡槽设计流量Q=90立方米每秒，采用预应力混凝土U形槽身，纵、横两个方向施加预应力，槽壁厚仅30cm，一节槽身跨度达到24m，同时，又将桥梁工程地先进施工技术移动模架施工法用于渡槽施工，取得了良好地经济效益和社会效益。特别需要指出的是，改革开放以来，随着经济及社会的发展，城市生活用水以及工业用水比重增长很快，中国地供水矛盾已集中到城市，主要用于发展城市

10、、发展工业及保护环境，农业用水的重点转为节水灌溉和提高用水效率。为了解决我国水资源分布与供水需求不完全相适应地问题，需要对水资源做重新分配，由此南水北调工程列入了国家计划。在南水北调中线总干渠上，规划修建大型渡槽49座，大部分渡槽设计流量在300立方米每秒以上。目前世界上已建成地最大渡槽为印度戈麦蒂（GOMTI）渡槽，是萨尔达萨哈亚克调水工程总干渠跨越戈麦蒂河地大型交叉工程，槽身段长381.6m，设计流量357立方米每秒，过水槽宽12.8m，槽高7.45m，槽中水深6.7m，下部支承结构为空心槽墩和沉井基础。由于南水北调中线工程总干渠为自流输水，水头紧张，可以分配给各座渡槽地水头损失较小，因而

11、槽身断面很大，不少渡槽水面总宽在25m以上，水深大于5m，其规模大大超过戈麦蒂渡槽水荷载特别巨大，槽身每延米荷载（不包括自重）可为铁路荷载地的十几乃至二三十倍。对于如此大型地渡槽，在确定安全的前提下，如何使工程达到经济合理，必然给规划、设计、施工带来了一系列需要研究解决的问题。可以预见，随着南水北调工程地实施，渡槽这一建筑物在结构型式、设计理论、新材料运用以及施工技术等方面，将会有一个更新更大的发展。二、渡槽地组成及类型渡槽是由槽身、支承结构、及进出口建筑物等部分组成。槽身搁置于支承结构上，槽身重及槽中水重通过支承结构传给基础，再传至地基。渡槽地类型，一般是指输水槽身及其支承结构地类型。槽身及

12、支承结构地类型各种各样，所用材料又有不同，施工方法也各异，因而分类方法就甚多。按施工方法分，由现浇整体式、预制装配式及预应力渡槽等。按所用材料分，有木渡槽、砖石渡槽、混凝土渡槽及钢筋混凝土渡槽等。按槽身断面形式分，有矩形槽U形槽、梯形槽、椭圆形槽及圆管形等，渡槽工程中常用地是前两种。按支承结构型式分，则有梁式、拱式、桁架式、组合式以及斜拉式等。以上分类方法甚多，但能反映渡槽地结构特点、受力状态、荷载传递方式和结构计算方法区别地则是按支承结构型式分类。（一）梁式渡槽。梁式渡槽的支承结构是重力墩或排架。槽身搁置于墩（架）顶部，既起输水作用，又是承受荷载而起纵梁作用地结构，在竖向荷载作用下产生弯曲变

13、形，支承点只产生竖向反力。按支承点数目及布置位置地不同，又分为简支、双悬臂、单悬臂及连续梁四种型式。梁式渡槽的主要优点是设计简易、施工方便，是采用最为普遍的形式。（二）拱式渡槽。拱是一种轴线为曲线或折线形、在竖向荷载作用下拱脚产生水平推力的结构，条件是拱脚需有水平约束。如果拱脚无水平约束，在铅直荷载作用下只产生竖向反力的拱形结构，只能称为曲梁。拱式渡槽与梁式渡槽不同之处，是在槽身与墩台之间增设了主拱圈和拱上结构。拱上结构将上部荷载传给主拱圈，主拱圈再将传来地拱上铅直荷载传给墩台以水平推力。主拱圈是拱式渡槽的主要承重结构，以承受轴向压力为主，拱内弯矩较小，因此可用抗压强度较高地亏工材料建造，跨度

14、可以较大（可达百米以上），这是拱式渡槽区别于梁式渡槽地主要特点。由于主拱圈将对支座产生强大 水平推力，对于跨度较大的拱式渡槽一般要求建于岩基上。主拱圈有不同的结构形式，如板拱、肋拱、箱形拱和折线拱等。可以设有不同铰数，如双铰拱和三铰拱，也可做成无铰拱。并且，拱上结构又有实腹与空腹之分。因此，拱式渡槽还可分为不同类型。（三）桁架式渡槽。又分为桁架式和梁型桁架式。前者是用横向联系（横系梁、横隔板及剪刀撑等）将数榀桁架拱片连接而成整体结构。桁架拱片是主要的承重结构，其下弦杆或上弦杆作成拱形，既是拱形结构又具有桁架的特点。槽身底版和侧墙板可采用预制混凝土或钢丝网混凝土微弯板组装然后填平,而成为矩形断面

15、，有的也采用预制的矩形、U形整体结构。按槽身在桁架拱上位置的不同，桁架拱式渡槽可分为上承式、中承式、下承式和复拱式四种型式，按复杆的布置型式则有斜杆式桁架拱和竖杆式桁架拱（只有竖杆无斜杆）。拱形弦杆与墩台的连接氛围有铰和无铰两种，无铰拱要求较好的地基，实际工程中多采用两铰拱。桁架拱渡槽一般用钢筋混凝土建造，整体结构刚性大，能充分发挥材料力学性能；结构轻巧，水平推力小，对墩台变位的适应性也较好，因而对地基的要求较拱式渡槽低。梁型桁架是指在铅直荷载作用下支承点只产生竖向反力的桁架，起作用与梁相同。梁型桁架有简支和双悬臂两种类型。按弦杆的外形分，有平行弦桁架、折线或曲线桁架、三角形桁架等。梁型桁架式

16、渡槽的跨度较梁式渡槽为大，一般不小于20米，宜在中等跨越条件下采用。梁式和拱式渡槽是两种最基本的型式，桁架式渡槽应用最广。第一章 设计的基本资料第一节 槽位概况引水工程药水沟渡槽位于干渠9+800桩号处。渠水自5号无压隧洞引出后需跨越一个山谷，山谷两岸地形较对称，但深度较大，谷底最低处与渠底间高差达30米，山谷地层岩性主要为片麻状花岗岩及角闪石片岩，倾角约为70，岩性坚硬，分化层深度约为1-2m，工程地质条件属优良。渠系规划确定，在山谷处修建一座干钢筋混凝土梁式渡槽将渠水输送至对岸。渡槽设计流量25，加大流量30。根据渡槽总体布置的基本要求，渡槽长度最短，进出口起止点争取落在挖方渠道上、以及进

17、出口于上下游渠道连接顺畅，确定槽身长度为180m.渡槽上游5号隧洞断面为圆拱直墙式，底宽6.0m，纵坡i=1/1000,洞壁糙率n=0.033,设计水深h1=3.3m,加大水深h1m=3.8m.渡槽下游渠道断面亦为矩形，底宽7.0m，纵坡i=1/2000,渠道表面喷水泥砂浆护面，糙率n=0.0275,渠中设计水深3.14m,加大水深3.60m.规划规定，渡槽通过设计流时的允许水头损失为z=0.52m.第二节 自然地理条件一、气象 该场地地处中纬度大陆内部，为温带半干旱大陆性季风气候，根据兰州中心气象站1930-1990年资料，本地区平均温度为9.3.最冷月为一月份月平均气温-6.4； 最热月为

18、七月份，月平均气温为39.1.极端最低气温为-23.1，气温年较差为29.1，年平均较差为13.4.地面平均为11月29日，解冻周期为2月5日，最大冻结深度以一月份最高，达103cm.年降水量319.4mm，年蒸发量高达1437.7mm.二、地形地貌 该场地位于青藏高原东北缘与黄土高原交界带附近，大通河下游谷底右岸，西面靠山，东临大通河。由于河流的冲积作用及山谷洪流作用，该场地在地貌上属山涧河谷地貌，其地貌类型为河流堆积和山麓斜坡堆积形。该场地属大通河右岸极阶地后缘，地面标高变化较大，在1869.55-1894.85m.三、工程地质及水文地址条件（一）地层结构 本次勘察表明，在钻探所达到深度范

19、围内，场地地层层序如下： 第一层：黄土粉状土，浅黄色，中密，稍湿，可塑，中-低压缩性，空隙发育，可见白色钙质结核。层厚0.20-21.4m，层面标高1869.55-1894.85m,层底标高1868.80-1874.75m。个别孔局部夹卵石或细砂。 第二层：卵石层，青灰色，圆形-亚圆形，中密，主要成分由长石，砂岩、花岗岩、灰岩及片麻岩等组成，相互交错排列，卵石粒径一般为2-10cm,最大粒径15cm。 卵石层埋深0.00-21.40m，层面标高在1868.80-1874.70m。（二）地下水埋藏条件 本次勘察在钻探探度范围内未见地下水，可不考虑地下水对工程的影响。四、场地地震效应 按国家地震局

20、的有关资料，该场地的地震设防烈度为8度，根据国家标准建筑抗震设计规范（GB50011-2001）的规定，从场地土的性质和波速测试数据判定，黄 土状 粉土层属于软弱场地土，卵石层属于中硬场地土，场地类别为类中硬场地，属于有利地段，可进行建设一般场地。场地基本风压值为0.3，场地的卓越周期为0.236，设计特征按0.4s采用，设计基本地震加速度为0.20g,为第二组。五、场地黄土湿陷性评价根据原状土样室内试验（T130）结果得知，拟建场地T13勘探点湿陷性黄土厚度为16.6m,总湿陷量为103.8cm，计算自重湿陷量为为56.1cm,根据湿陷性黄土地 区建筑规范（GB50025-2004）,该建筑

21、场地湿陷类型属自重湿陷性黄土场地，湿陷性黄土场地的湿陷等级IV级（很严重）。六、岩土工程分析评价及地基方案（一）地基土的承载力及变形模量 根据土的原位测试及室内土工实验结果，各层土的允许承载力值及变形模量建议按表4采用。 允许承载力值及变形模量值表土层名称及层序永许承载力值（KPa）变形模量（MPa）黄土状粉土（1）1406.0卵石层（2）50040.0（二）地层分布 根据钻探揭露，该场地地层结构总体分布具有明显的规律性，上覆黄土层分布厚度为0.2-24.0m,无力力学性质较差，下覆卵石层无力力学性质较好，是较好的持力层。该场地未见不良地质现象，场地和桥基基本稳定。（三）土、石料的分级根据公路

22、工程地质勘察规范（JTJ06498）该场地低级土分级为：土料为级，卵石为级。第二章 方案比选 比选方案一:预应力混凝土矩形拉杆式简支梁式渡槽（推荐方案） 相比一般混凝土固有的缺点，如混凝土的抗拉强度过低，极限拉应变太小，在设计荷载作用下，混凝土容易开裂，使的钢筋混凝土结构受裂缝开展宽度的限制不能有效的利用高强度材料，预应力混凝土是事先在混凝土中造成一种预压力，用以抵消外荷载作用所产生的拉应力，使得混凝土的整个截面是处于受压的工作状态，或者限制混凝土的拉应力小于其抗拉强度的设计值，这样就不会出现拉应力，或不出现超过极限值的拉应力。在本工程中,槽身承受的水荷载很大 ,同时又要求使用阶段的变形较小,

23、水密性较好 ,不产生漏水,为了改善结构的力学性能,减轻槽身自重 ,加大跨度,本方案采用预应力混凝土。槽身采用先张法施加预应力。悬臂侧墙式矩形槽，顶部一般多设拉杆，间距1.5-2.5m，以改善侧墙和底板的受力状态侧墙和底板的连接处常加设贴脚，以减少转角处的应力集中。为便于交通，在墙的内外两侧做外伸悬臂板，板厚6-20cm,作为人行道。矩形槽身的侧墙兼作纵梁用，可以减少纵向弯矩。材料利用率高，自重较轻，跨越能力大。在渡槽的整体设计中，支承型式和布置对整个设计方案有较大影响，故应合理选择，世上、下部结构协调一致，工程量及造价最小。本工程中采用双柱式槽架，槽架高度大于6m时，两柱间应设置横梁。槽架上有

24、盖梁，柱顶钢筋锚固于盖梁内，盖梁做成双悬臂式，其上搁置槽身。这样的选取既能保证结构的要求，又不至于混凝土用量过多。基础型式的选择主要考虑两方面的因素：一是渡槽上部结构型式和荷载性质与大小；二是地基的地质情况及水文条件，其中地质条件是主要因素。当渡槽荷载较大，地基软弱，且软弱层太厚，地基承载力不足或沉将量过大时，则需要采用桩基。大中型渡槽的荷载一般均较大，而槽址处于天然地基情况往往很复杂，故在大中型渡槽，桩基采用较广泛。综合这些因素，采用桩基础，并用现浇法。桩基础由若干根柱和承台两部分组成。它的作用是将承台以上结构物传来的外力通过承台，由桩传到较深的地基持力层中去，承台将各桩连成一个整体共同承受

25、荷载。桩是基础中的柱型构件，其作用在于穿过软弱的压缩性土层或水，把桩基坐落在更硬或更密或压缩性较小的地基持力层上。桩基础具有承载力高、稳定性好、沉降量小而均匀，在深基础中具有耗用材料少、施工简单等特点。比选方案二:预应力U型断面空腹式拱式渡槽。比较于矩形槽横断面，U形槽身横断面为半圆加直线段,其具有水利条件较好等优点。U形槽身多采用钢筋混凝土制作,当跨径及过水流量较大时可采用预应力钢筋混凝土结构 ,在纵向或纵、横两个方向施加预应力,以利于抗裂防渗,但其防渗抗裂及抗冻,耐久性较差。实腹式拱式渡槽结构的拱上结构用材料多,重量大,一般只适用于中小跨度的拱式渡槽,它的缺点有：由于它是一种推力结构，支承

26、拱的墩台和地基必须承受拱端的强大推力，因而要求有良好的地基；对于多孔连续拱，为防止其中一孔破坏而影响全部拱身，还需要采取特殊的措施，或设置单向推力墩以承受不平衡推力；混凝土拱桥施工需要劳动力较多，建设时间较长等。就本设计而言,其跨度很大,达到40m,综合上述因素，不宜采用。重力式实体墩有墩顶、墩身和基础三部分组成。重力式实体墩的墩体强度及稳定以满足要求，但用材多，自重大，适用于盛产石料地区，墩高一般在815m,不宜用于高槽墩和地基较差的情况。故本工程中不宜采用。第三章 槽身结构计算第一节 水力计算渡槽水力计算的目的：（1）选定合理的槽身纵坡（即槽底比降）；（2）确定槽身断面尺寸；（3）通过水头

27、损失和水面衔接的计算，确定渡槽进出口高程与连接形式。渡槽水力设计的计算步骤：一般按通过最大流量Qm来拟定槽身的纵坡i,净宽B和H,然后按设计流量Qo计算水流通过渡槽的总水头损失z，如z等于或略小于规划定出的允许水头损失，则可最后确定i、B和H，进而定出有关高程。这样，进出口建筑物和槽身结构的纵剖面布置也就相应决定了。一、渡槽过水能力计算由已知资料得出槽身总长度L=180m,渡槽进口渐变段前上游渠道设计水深h1=3.3m,加大水深h1m=3.80m.渡槽设计流量Q=25,加大流量Qm=30.渡槽总水头损失z=0.52.根据加大流量Qm=30，槽中为满槽水情况拟定槽底纵坡i，槽身净宽B和净深初步拟

28、定，i值可在1/500-1/1500范围内选用，取i=1/700,B=3.5,通过加大流量时槽内水深H=2.68m,槽壁糙率n=0.014,因槽身长度为180m,大于15倍渡槽进口段前隧洞水深（153.8=57m）按明渠均匀流公式计算，故按下式验算槽身过水能力。过水断面面积A=42.68=10.72湿周X=4+22.33=9.36m水力半径R=A/X=10.72/9.36=1.145m流量=计算所得流量稍大于加大流量，故满足要求，再以i和B试算通过设计流量时的槽内水深h设h=2.33m,B=3.5m,i=1/700过水断面面积 A=42.33=9.32湿周 X=4+22.33=8.66m水力半

29、径R=A/X=9.32/8.66=1.076 m流量=所得流量Q稍大于设计流量，可以满足要求。二、水头损失及水面衔接计算 按渡槽通过设计流量Q=25计算，A=9.32,R=1.O76m,B=3.5m（一）进口渐变段水面降落值 式中:为槽身流速，=25/9.32=2.68m/s,为进口渐变段始端（5号隧洞出口）断面平均流速，=25/(63.3)=1.263m/s;为进口渐变段局部水头损失系数之和，取渐变段损失系数为0.2，门槽损失系数为0.05，=0.2+0.05=0.25;为进口渐变段长度；=2.57（B1-B）=2.57(7-3.5)=6.425m;为进口渐变段的平均水力坡降；,根据进口渐变

30、段两端面的A,R和n值，求出将以上各值代入，可求得：m（二）槽身段水面降落值（三）出口渐变段水面回升值式中; 出口渐变段末端渠道断面平均流速，=25/(73.14)=1.137m/s; 为出口渐变段局部水头损失系数之和，取渐变段损失系数之和为0.5，门槽损失系数为0.05， =0.5+0.05=0.55；为出口渐变段长度；为出口渐变段平均水力坡降，根据出口渐变段两端断面的A,R和n,求出则可求得（四）总水头损失求得的z 值略小于允许水头损失z ，满足设计要求。（五）进出口高程的确定已知渡槽进口前5号隧洞出口断面高程=1896.25m,通过设计流量时的水深=3.30m;槽中水深h=2.33m,进

31、口渐变段水面降落=0.363m,槽身沿程水面降落=0.257m,出口渐变段水面回升=0.113m；下游渠道水深=3.14m，则：进口糟底高程：1=3+h1-z1-h=1896.25+3.30-0.363-2.33=1896.857m;进口糟底抬高： y1= =1896.857-1896.25=0.607m;出口槽底高程: =1896.857-0.257=1896.600m;出口渠底降低： y2=h2-z3-h=3.14-0.113-2.33=0.697m;出口渠底高程：=1896.600-0.697=1895.903m ；最后确定槽身过水断面尺寸如下：纵坡i=1/700,底宽B=3.5,糙率n

32、=0.014,，按明渠均匀流计算得出：时，第二节 尺寸拟定根据前面计算结果：渡槽要满足行人要求，在侧墙顶的内外两侧做外伸悬臂板，内外各外伸50cm,则行人道为100cm，厚10cm,人行道两侧设护栏，渡槽两侧都设人行道，具体断面尺寸如(图1)所示。图1 槽身断面图（单位: cm）第三节 荷载计算永久荷载标准值=永久荷载分项系数永久荷载标准值,其中=1.05可变荷载设计值=可变荷载分项系数可变荷载标准值,其中=1.2槽身是一种空间薄壁结构，受力较复杂，在实际工程中，近似的分成纵向及横向两部分进行平面结构计算。人群荷载取,钢筋混凝土重度=，水重度，具体槽身荷载计算见表1； 表1 槽身荷载计算 （单

33、位：G:KN/m）荷载种类标准值设计值计算式大小计算式大小侧墙重32.66拉杆重0.2920.307人行板重4.54.725槽顶满人荷载67.2底板与水重109.12114.58注：拉杆重忽略不计第四节 横向结构计算一、受力情况分析由于槽身在拉杆之间的断面和设置拉杆处的断面及横向变位相差甚微，故仍可沿槽身纵向取1.0m的脱离体，按平面问题进行横向计算；作用在脱离体上荷载由两侧的剪力差维持平衡,侧墙与底板交接处视为刚节点，拉杆与墙顶连接处视为铰接，沿中心线切口可视为上下移动的双连杆支座，计算简图如图2所示：图2 槽身横向内力计算简图 （单位：cm）由计算B/H=3.9/2.78=1.40,在1.

34、25-1.67之间，表明，侧墙底部与底板跨中的最大弯矩均发生在满槽水深情况，近似地将槽内水深取至拉杆中心作为控制条件，槽顶荷载产生的集中力，按标准荷载计算为： 二、拉杆轴向力计算简化后结构为一次超静定结构，可用力法计算拉杆X1，亦可按下式计算其中：H=2.83m,L=1.85m; 按设计荷载计算为：三、侧墙内力计算（一）侧墙弯矩。由拉杆中心线到侧墙计算截面的距离为y的弯矩按标准荷载计算为：（二）侧墙轴力Ny.轴力Ny只近似考虑侧墙截面承受剪力，按标准荷载计算为：式中为作用在槽身截面上的计算剪力，其值等于1.0m槽身长的总荷载，即纵向计算中的均布荷载q按设计荷载计算为： 四、底板内力计算（一）底

35、板弯矩。离侧墙中心线x处的底板弯矩计算，按标准荷载计算为：按设计荷载计算为：（二）底板轴力，底板轴力等于侧墙低端的剪力，按标准荷载计算为第五节 横向配筋计算一、底板配筋按底板中部弯矩配筋（采用设计值）采用混凝土，级钢筋， 二、底板抗裂验算验算断面为跨中断面，按标准荷载计算，考虑钢筋的作用： 满足抗裂要求。三、侧墙配筋对侧墙最大弯矩处（y=1.34）的配筋，计算如下：按大偏心受拉构件计算按受力计算不需要配筋，但仍应按构造要求配筋，说明按所选进行计算，就不需要混凝土承担任何内力了，这意味着实际上的应力不会达到屈服强度，所以按2计算； 按大偏心受拉构件配筋计算表明不需要配筋，但仍应按构造要求配筋：不

36、考虑的承压作用最后决定选配，并沿墙高布置的纵向钢筋。四、人行板横向配筋按受弯构件配筋：五、拉杆的横向配筋30米长的一跨渡槽共13根拉杆，作用在每根上的荷载为：剪力：Q=按小偏心受拉构件配筋两侧都配置六、拉杆的斜截面计算 满足斜截面受剪承载力要求。则不需要进行斜截面抗剪配筋计算，仅按构造要求设置腹筋，选配第六节 纵向结构计算一、基本数据（一）结构安全级别为二级，结构重要性系数为（二）荷载及其分项系数。槽深自重,行人荷载取为3.0KN/，.渡槽的水位是可以控制的，现按满槽水计算,可变荷载长期组合系数。（三）环境条件类别。因渡槽处于漏天，故环境条件类别为二类，有附录四表一查的混凝土保护层最小厚度C=

37、25mm。（四）材料，混凝土强度等级为，。放张时及施工阶段验算中混凝土实际强度取,相应的。预应力筋采用7， ，钢筋与混凝土弹性模量比.箍筋采用二级钢筋。（五）设计状况系数，设计状况为持久状况，但施工阶段为短暂状况验算时取用。（六）结构系数。（七）裂缝控制等级按二级控制，查附录表（短期组合）；（长期组合）二 、内力计算(一)荷载标准值1.槽身自重 2.满槽水重3.行人重（二）计算跨度支座处支承宽为0.75m1.计算弯矩2.计算剪力时：（三）弯矩及剪力值:三、正常使用情况（一）荷载效应短期组合：（二）荷载效应长期组合：三、截面几何特性（参见图1）换算截面面积见（表2）及惯性矩见(表3)；表2 换算

38、截面面积面 积符 号算式面积离槽顶00轴距离y(mm)面积距10002250100(3900+4100)10024.0149.6598.4-(3300+3500)1002-3.4150.5-511.73900 238092.821390129019.8-35002380-83.31390-11578739002007.8268020904-(3100+3500) 2002-6.62678-17674.8390030011.7293034281(5.22-1) 84000.354530301074.1425.3752003.84换算截面重心至槽身顶边和底边的距离分别是表3 换算截面惯性矩()2四

39、、预应力筋估算（一）承载能力计算（横截面简化为T型梁），预应力筋采用钢绞线 ，则由N140解得以正常使用验算满足正常使用抗裂要求。由以上计算得出：配置全预应力筋6015.2（=8400）五、预应力筋张拉控制应力考虑到其具体施工工艺条件，钢筋张拉不易准确，钢筋张拉控制应力为0.7六、预应力损失值 （一） （二）温差损失， 由于在钢模上张拉预应力筋，钢模与构件一起进行蒸汽养护，=0（三）预应力松弛损失.厂家供应的钢材是普通松弛的钢绞线，张拉预应力筋采用一次张拉控制应力； =0.7f=1302 =0.4(/-0.5)=0.4(1302/1860-0.5)1302=104.16 （四）收缩与徐变损失，

40、求；在预应力重心处的混凝土法向应力为：求：所以总损失七、使用阶段正截面受弯承载力计算槽身简化为T型梁计算如（图3）所示（一）鉴别中和轴位置所以属第二类T型截面图3 T型截面简图 （单位：cm） （二）求受压区高度（三）求相对界限受压区高度，预应力筋为钢绞线（四）检验是否满足使用条件式，纵向受拉钢筋合力点至槽底边的距离a=50mm,则（五）受弯承载力复核 正截面受弯承载力满足要求。八、使用阶段抗裂要求验算（一）正截面抗裂验算。求槽底边缘求槽底边缘；所以满足荷载效应短期组合的条件；满足荷载效应长期组合条件；（二）斜截面抗裂验算，支座边截面重心轴处主应力计算。求外荷剪力产生的剪应力；支座边截面弯矩近

41、似为零，故正应力为零；求预加压力在支座边截面重心轴处的正应力，需考虑预应力筋在预应力传递长度范围内实际应力值的变化，由，其中 由表查得：支座边长为750mm,则支座边预应力筋的实际应力值为：支座边缘处：则主应力为：按一般要求不出现裂缝的构件验算九、使用阶段斜截面承载力计算（一）截面尺寸验算（二）确定是否按计算配置箍筋需按计算配置箍筋。（三）配置箍筋计算；按构造选用双肢箍筋沿槽身全长配置。满足承载力要求。配筋率满足最小配筋率要求。十、挠度验算（一）求短期刚度和长期刚度 不出现裂缝的短期刚度荷载效应短期组合（并考虑部分荷载的长期作用的影响）时的长期刚度荷载效应长期组合时的长期刚度（二）求外荷载作用

42、下的挠度 荷载效应短期组合时荷载效应长期组合时（三）求预加应力产生的反拱值（四）求外荷载及预应力共同作用下的总挠度短期组合： 长期组合：十一、施工阶段验算按施工阶段不允许出现裂缝的构件，对放张时和吊装运输及安装时的截面应力进行验算。（一）放张时截面上边缘的应力：截面下边缘的应力： （二）吊装运输及安装时，取吊装时的受力验算；槽身自重为，动力系数采用1.50，设计状况(短暂状况)系数吊点设在距构件两端各处，吊点处构件自重标准值短期组合效应组合在计算截面上产生的弯矩值；截面上边缘的应力截面下边缘的应力第四章 槽墩排架设计第一节 尺寸拟定药水沟渡槽距离谷底最低处在30米以下，可采用单排架支撑槽身，排

43、架固定与墩座上，考虑排架不宜过高，对稳定有利。渡槽全长180米，每跨30米，共6跨，7个排架。现以最高排架为计算示例，其他排架计算相同，故略去。为使立柱在竖向荷载作用下为轴心受压构件，立柱中心线与渡槽支承中心线相重合。排架的各部位尺寸如(图4)所示：图4 槽墩立面图（单位：cm）第二节 荷载计算人行荷载,风荷载分项系数 一、水平荷载：槽下沟内无常年流水，故不考虑水的作用。（一）风荷载1.作用于槽身的风荷载强度按下式计算： 式中：风荷载体型系数，=0.76按满槽均匀流内插得=1.79 风压高度系数，=1.3592风振系数，取=1.5风振系数，由=3.423查的 =1.528基本风压值，=0.3K

44、N/ 按标准荷载计算为：=KN/ 按设计荷载计算为：W=吹到30m长一跨的总风荷载：其中槽高为3.08m则按标准荷载计算为：按设计荷载计算为：2.作用于排架上的横向风压力：其中： =1.4 =1.098 =1.5 =1.528 =0.3KN/;立柱净距与立柱迎风面宽度之比：190/150=1.2710，值在0.21.0之间变化近似取=0.224;按标准荷载计算为：按设计荷载计算为：(二) 地震力作用：，=9.81KN/槽身及水体质量：顶梁及两侧挡板： 立柱质量：立柱混凝土采用， = 纵向:横向：纵向：横向：纵向：横向：纵向：横向：地震力：纵向： 各柱子的地震剪力：二、垂直荷载（传给每个立柱的荷

45、载）排架垂直荷载计算见表4.表4 排架荷载计算（单位：KN）荷载种类 标准值大小设计值计算公式槽身荷载（传给各个立柱荷载）槽身自重 800.88198.072人群荷载90.00108.00满槽水重1170.31228.82顶横梁及外伸板34.6136.34排架自重中间横梁7.7257.725立柱顶两个牛腿及端部重51.5654.147m高立柱重262.50275.625.75m高立柱重215.62226.41三、排架节点荷载（一）槽身传递给排架顶部的荷载作用于槽身的横向风压力通过支座的摩阻作用，以水平力形式传到排架顶部；同时距排架顶的高度为3.08/2=1.54(m),对排架顶高所产生的力距将

46、转化为一对相反的集中 力，分别作用于两立柱顶部，迎风面的方向向上，背风面力的方向向下；其等于槽身上的总风压力对排架顶屈居，再除以立柱轴线的距离，即槽身自重及槽身水重也通过支座传到排架顶部，荷载情况如图5.（a）,(b)所示。图5 单排架计算图 单位：（KN）1.满槽水加横向风压力情况2.空槽加横向风压力情况（二）作用于排架节点上的横向风压力（即与节点相邻的上半柱与下半柱的横向风压力之和）（三）立柱顶的节点荷载 （四）立柱节点荷载第三节 排架的横向计算一、排架的内力计算排架内力包括M,Q,N;结构在水平方向对称，二荷载反对称，故可取半结构按力法求M。（一）求排架弯矩M1.将风荷载与自重加水重组合

47、，其计算简图如图5（b）所示，所求得的内力图如图6所示。2.将地震荷载与自重加水组合，其计算荷载图及简图如图5（c）、(d)所示，所求得的内力图如图7所示。 图6.排架内力图图7.排架内力图第四节 排架的横向配筋计算经过内力计算，横向选取以地震作用与自重组合所产生的内力配筋，选最不利位置，弯矩最大处位于槽柱底端，即取节点1截面进行计算；水平荷载可从相反方向作用，立柱承受正反向弯矩，故按对称配筋的偏心受压构件计算；采用混凝土，级钢筋。一、立柱配筋（一）选左柱进行配筋计算；按偶然设计状况计算，。故按大偏心受压构件配筋。箍筋按构造要求选（二）用右柱进行校核；按偶然设计状况计算，。 二、横梁配筋横梁在

48、反对称荷载下，其轴向力为零，按受弯构件配筋计算，现仅对最大弯矩的中横梁计算，提高混凝土等级用混凝土，则：中横梁（4-7）杆：选按构造要求选箍筋。第五节 排架的纵向计算一、排架施工期验算排架施工期的最不利情况是：一跨槽身施工完毕，而另一跨尚未施工，排架在纵向偏心受压。计算荷载包括每根立柱承受四分之一槽身重，施工荷载和排架自重。施工荷载包括工具和人群荷载等，可按考虑。按短暂状态设计：。图8.排架施工期和荷载图及内力图（单位cm）（一）排架顶部竖向荷载槽身：施工荷载： 假定压力分布为三角形分布，则其对柱轴线的弯矩为：,弯矩图如图8（c）所示。按排架立柱底截面进行验算，轴力N还应计入排架自重则（二）水

49、平荷载地震力作用下产生的弯矩为：如图8（b）所示；（三）作用于立柱底截面上的弯矩为: （四）配筋计算 求值：大于，故取偏心距为实际值，又 则 判断大小偏心，因为所以按大偏心受压构件来计算。因为施工时可能先吊左跨，也可能先吊右跨，故应按对称配筋计算由又则因为在横向已配；再需配即可，实际配筋为二、正常运行验算按轴心受压情况校核复核垂直于弯矩作用平面的承载力为：立柱的计算长度可按一端固定，一端铰接的情况考虑三、牛腿设计计算牛腿尺寸如图9所示：图9.牛腿尺寸图 （单位：cm）荷载按满槽水重与槽身自重考虑荷载Q的作用点至下柱边缘的距离为：按构造要求配筋：选牛腿的斜截面强度计算：选用牛腿的配筋系数：从计算

50、可知，牛腿满足斜截面强度要求下，不必配置弯起钢筋；由于牛腿只承受静荷载，应此不需要按构造配置弯筋。第五章 基础设计第一节 基本计算一、排架基础尺寸拟定采用整体板式基础基础尺寸如图10所示；图10 基础尺寸图（单位：cm）二、荷载组合最不利情况为地震荷载取基础及填土平均重度，基础埋深,则基础平均压应力为基础受力情况如图11所示。图11 基础受力图（单位：cm）三、地基应力基底中点O的弯矩：基底边缘应力：满足要求。第二节 稳定计算一、槽身稳定计算荷载按空槽有风情况考虑 槽身风压力：对槽身支座求矩，得抗倾安全系数：设支座钢板与钢板摩擦系数,则抗滑安全系数为：二、渡槽整体沿建基面抗滑稳定验算荷载按地震

51、情况考虑三、地基稳定性验算正常运行时，排架基础应力验算前面已述，此外，还应按最不利情况进行验算。最不利情况是一跨已安装就位而；另一跨尚未施工，此时应按纵向偏心受压情况计算。1/2槽身重：施工荷载：排架重：基础重：轴向力：对基础中心距求距：满足要求。第六章 细部结构一、伸缩缝及止水梁式渡槽的槽身多采用钢筋混凝土结构。为了适应槽身温度变化引起的伸缩变形，渡槽与进出口建筑物之节及各节及各节槽身之间必须用变形缝分开，缝宽35cm。变形缝需要用既能适应变化又能防止漏水的材料封堵。特别是槽身与进出口建筑物之间的接缝止水必须严密可靠，否则不仅会造成大量漏水，还可能促使岸坡滑塌，影响安全。渡槽槽身接缝止水所用

52、材料和构造型式多种多样，如：橡皮压板式止水，塑料止水带止水，沥青填料式止水，粘合式止水，木糠水泥堵塞式止水。橡皮压板式止水是将厚612mm的橡皮带，用扁钢和螺栓将其紧压在接缝处。这种止水如能保证施工质量可以做到不漏水，且适应接缝变形的性能好，但检修与更换较不便。塑料止水带压板式止水用聚氯乙烯塑料止水带代替橡皮止水带止水性能良好，具有良好的弹性和韧性，适应变形能力强，体积轻，易粘接不易老化，价格只相当于橡皮止水带的一半左右。沥青填料式止水造价低，维修方便，但适应变形的性能和止水效果不理想。粘合式止水是用环氧树脂橡皮粘贴在接缝处，施工简便，止水效果好。木糠水泥堵塞式止水的填料是用木糠和水泥拌匀，加

53、入适量的水再湿拌而成的。这种接缝止水构造简单，造价低，有一定适应变形能力。经比较，本次设计采用塑料止水带压板式止水。二、支座变形缝之间的每节槽身沿纵横向各有两个支点，为了使支点接触面的压力分布比较均匀并减小槽身伸缩时所产生的摩擦力，常在支点处设置支座钢板或油毡座垫。每个支点处的支座钢板有两块，每块钢板上先焊上直径不小于10mm的钢筋，以便分别固定于槽身及墩的支承面上，钢板厚不小于10mm，面积大小根据接触面处混凝土的局部承压能力决定。对于跨度及纵坡较大的简支梁式槽身的支座结构，最好能做成一端固定，一端活动的形式。本次设计渡槽纵坡为1/700，是简支梁式渡槽，故渡槽支座采用一端固定，一端活动的形

54、式，钢板厚度取10mm。三、两岸连接在渡槽的渐变段与槽身的连接处设置槽台，以支承槽身和挡土，其高度一般在56m以下，台背部一般为m=0.250.5，为了减小台背部水压力，常设孔径为58cm，排水孔并作反滤层保护。总 结这次我所做的设计题目是药水沟渡槽工程设计与计算.设计开始的第一周，从图书馆和老师那里得到了很多所需的参考资料，图纸和规范。从第二周开始，进行了渡槽的方案比选和尺寸拟定，根据老师给出的地质、水文、气象及地震等级资料并综合考虑当地、经济条件和施工难度等因素,结合工程有关条件,渡槽设计跨度为30m的预应力混凝土矩形拉杆式槽身,以常规矩形截面渡槽横断面为设计基础,采用单槽截面形式.。从第

55、三周开始，进行了渡槽的上部设计，上部结构设计包括上部结构的尺寸的拟定，其中又包括跨中截面和支座截面尺寸的拟定，截面特性的计算，永久作用、可变作用的计算及其组合。对槽身进行了普通钢筋和与预应力筋的估算及其布置，通过计算预应力损失最后确定了钢筋的有效预加力。验算方面主要为承载能力极限状态计算, 正常使用极限状态计算以及槽身的配筋计算及验算和变形验算等。其中最难的部分为预应力计算，因为预应力的计算部分在以前的学习中只是有所涉及但未深入学习,所以在这方面花费的时间也较多，经过季老师的耐心指导，多次返工后，才完成了此项计算。下部结构的设计，从第七周开始，下部结构的设计以槽墩设计和混凝土整体板式基础的设计

56、为主要内容.包括槽墩结构形式的确定,尺寸的拟订,槽墩结构的配筋计算和整体板式基础的荷载计算；各项检算也均符合要求。最后顺利完成了基础的设计，经检算，各项技术指标均符合设计规范的要求。致谢 首先对季日臣老师表示真挚的谢意。.在季日臣老师的细心指导和帮助下，使我的毕业设计顺利完成，通过毕业设计使我对所学课程进行了综合运用，基本掌握了渡槽设计方法及预应力混凝土矩形拉杆渡槽的设计思路，在设计过程中，自己获益非浅。因为本次设计工作量比较大,有些知识以前未曾涉及,所以在设计的过程中遇到的困难也较多,在设计指导过程中季老师循循善诱和一丝不苟的态度也深深地影响了我。在做毕业设计期间，天天都有老师的身影，处处都

57、是老师的叮咛。当大家在设计过程出现疑问和困惑时老师们都会详细解答。再次对季老师的辛勤指导表示感谢，请老师接受我诚挚的谢意。在设计的最后一段时间里,季老师给我们提供了优越的设计环境,再次感谢老师给我们提供了非常好的待遇；老师给我们悉心指导，随时答疑，这是别人没有得到的学习条件。我们同组的伙伴也随时交换思想，研究出最合理的解决方案，使设计更加合理。老师不仅对于我们提出的问题随时解答,同时教我们做人的道理。在设计的日子里。我们和老师朝夕相处,这使我深深的感受到老师积极向上的人生态度,严谨的治学要求, 渊博的理论知识,丰富的实践经验无一不是我今后的努力方向和追求的目标。再次要感谢我的同组伙伴李军秀和王校利。在做设计的日子里,我们经常争辨,其实还是为了把遇到的问题搞清楚。因为我们是一个团队,所以为了顺利完成设计任务,我们共同努力，共同进步。在做设计的同时，我的团队合作能力也得到了很大的提高.再次衷心的感谢季日臣老师孜孜不倦的教导和同伴们对我的鼓励和帮助，也感谢在设计的过程中所有关心和帮助过自己的老师和同学。 参考文献1 竺慧珠,陈德亮等主编.渡槽.北京：中国水力水电出版社，20052河海大学等等编.水工钢筋混凝土结