高店村沟排水渡槽设计(编辑修改稿)

高店村沟排水渡槽设计(编辑修改稿)内容摘要：

业设计 10 (a) (b) (c) 图 槽架型式 (a)单排架 (b)双排架 (c)A型排架 单排架体积小，重量轻，现场浇筑和预制吊装都方便，在墩槽工程中应用十分广泛。 双排架是由两个单排架，中间以横梁连接而成，属空间结构受力较复杂。 A 字形排架式两片单排架的脚放宽。 顶端连在一起而成的，其稳定性好，适应高度较大，但造价较高，施工复杂。 鉴于以上所述，根据高店村段的地质地形条件本设计采用单排架。 接缝构造 为适应槽身因温度变化引起的伸缩缝变形缝和允许的沉降缝位移，应在槽身与进出口建筑物之间及各节槽身之间用 变形缝分开，缝宽 3— 5cm。 变形缝必须用既能适应变形又能防止渗漏的柔性止水封堵。 常见的有沥青止水、橡皮板式止水、粘合式止水或套环填料式止水等。 本设计采用粘合式止水，这种止水是用环氧树脂粘合剂将橡皮贴在混凝土上，施工简单，止水效果好。 河北工程大学毕业设计 11 第三章 槽身纵剖面设计 渡槽的纵剖面设计的任务是确定进出口段的连接形式，根据设计流量及水流通过的允许水头损失值选择适当的渡槽纵坡和断面，并拟定出渡槽进出口高程。 进出口段的连接形式 进出口段的连接应力、力求水流衔接良好。 平顺的流入流出，下游渠道不发生冲刷，水头损 失小。 本设计采用长扭曲面使渠道与渡槽连接。 渡槽的水力计算 渡槽水利计算的任务： 1）确定合理的比降； 2）确定槽身断面尺寸； 3）通过水头损失及水面衔接的计算，确定渡槽进出口高程与连接形式。 比降的确定 槽身的比降对过水断面的影响很大，确定槽底纵坡 i 时，应考虑渡槽过流能力，水头损失、冲刷、通航及工程造价等因素，一般要求在满足渠系规划的水头损失前提下尽量陡些，以提高过流能力，节省造价。 通常也要求比上下游渠道的底坡稍陡些，以免槽内泥沙淤积。 但槽底纵 坡大，槽内流速大，水头损失也大，且易对出口渠道产生冲刷及不利通航。 一般常采用 1/500～ 1/1500。 本设计渡槽比降定位 1/1200。 渡槽过水能力计算 由于渠道大多在一定长度内具有相同的度量、底坡、断面尺寸及相近的渠槽糙率。 渠内符合明渠均匀流条件。 故渠道横断面尺寸采用明渠均匀流公式来确定，即 ( 3 . 1 )Q A C R i 式中： Q —— 渡槽的过水流量 (m3/s)； A —— 渡槽过水断面面积 (m2)； C —— 谢齐系数，常用曼宁公式： 6/11RnC ； n —— 糙率系数，钢筋混凝土槽身可取 n = ～ ，浆砌块石槽身 n ≥ ，根据具体情况而定，本设计 n 取 ； R —— 水力半径 (m)； 河北工程大学毕业设计 12 i —— 渡槽纵坡，本设计 800/1i ； 槽身断面高宽比 H/B 影响槽身结构的纵向受力、横向稳定及进出口水流条件，对于梁式渡槽槽身起纵梁作用，采用较大的高宽比，可提高其纵向刚度，减小梁内应力和跨中挠度，对受力有利，但槽身高度大，侧面受风面积大，横向风载大，对槽身横向稳定不利，且槽身高度大，侧面受风面积大，对槽身横向稳定不利，而宽度较小且槽底纵坡较大时，槽内水深小，为满足设计流量水面衔接进口处槽底抬高较大，此时，当渠道通过小流量时，渡槽进口常会出现较大的壅水现象，而当通过 大流量时，槽前上游渠道又可能产生较长的降水段，使渠道遭受冲刷。 合理的高宽比一般应通过方案比较确定，初拟时一般可取经验值，试算过程及结果如表 所示： 表 截面尺寸初步计算表 B m b/h H A  R C Ri Q 4 1 4 4 4 1 4 由上表初定 mB  ，用最接近设计流量的值计算总水头损失，用校核流量来确定截面尺寸，计算过程及结果见表 ： 表 截面尺寸确定计算表 B H A  R C Ri Q 4 4 3 12 10 4 水头损失验算 渡槽槽身水面与上下游渠道水面衔接的设计包括进口水面的降落，槽身水面降落和出口水面回升三个部分（如图 ） 河北工程大学毕业设计 13 水面线z 渡槽的水力计算简图 （ 1） 进出口水面降落 进出口水面降落的水流现象与明渠流相近似，工程上常用明流公式计算进口水面的降落值 Z，即   gVVZ 21 202   ；重力加速度，；关，采用扭曲面时取值与进口渐变段形式有，进口局部水头损失系数；流速，均流速和槽内断面平均）及相应的上游渠道平渡槽设计流量（、式中220///smggsmsmVVQ 过水断面积 )()( 20 mA  则 smAQV /  smAQV /  则进口水面坡降为： mZ 2 2 )( 22  （ 2）槽身水面降落 槽身段水流为均匀流 ,故水面 降落 1Z 等于底坡降落 : ilZ1 () 河北工程大学毕业设计 14 式中 ： l —— 渡槽槽身段长度 ， l 初定为 80m 则槽内水面坡降为： mZ 0 011  （ 3）出口水面回升 出口水流仍有水头损失 ,但是由于出口处流速较槽身内的流速为小 ,部分动能转化为位能 ,因此渡槽出口处的水面比槽身末端的水面要高 ,水面产生回现象。 根据水电部原北京勘测设计院的试验资料，渡槽出口水面回升值 2Z 与进口水面降落值 Z 有关，一般取 mZZ  综上，水流经过渡槽时总水头损失 Z 为 mmZZZZ 2 7 7 2  该总水面降落值近似等于允许水头损失值，符合要求。 故选定渡槽宽度 B=4m,设计流量时水深为 3m。 进出口高程的确定 为了适应进出口水流流态变化，渡槽进口底部应抬高，出口底部应降低。 进口槽底抬高： mhZhy 2 7 2  下游水位高程： mZ  上下 下游水面深度： mh 4 8 6  下 出口槽底降低： mhZhy 4 0 9  渡槽进口底部高程： my 2 7 7  渡槽出口底部高程： mZ 7 6 0 7  进出口的形式选择及布置 渡槽进出口渐变段 ,应保证进出口水面衔接良好 ,水流平顺 ,水头损失小 ,下游渠道不发生冲刷 ,较常用型式为直线扭面式。 渡槽进出口渐变段的长度通常采用经验公式： )( 21 BBCLa  式中： 1B —— 渠道水面宽度， m； 2B —— 渡槽水面宽度， m； C—— 系数，进口取 ~，本设计采用 ；出口取 C=~，本设计采用。 由上述公式可得： 进口渠道水面宽度 mB  出口渠道水面宽度 mB 8  进口渐变段长 mL )(  ，取 mL 61 河北工程大学毕业设计 15 出口渐变段长 mL 3 9 )(  ，取 mL 102  其它资料 渡槽总长 80m，由上述计算知渐变段长 ，槽身总长 690m。 取每跨槽身长 15m，共 46 跨。 渡槽的设计标准为 3 级，故其结构安全级别为Ⅱ级，则结构重要性系数 0   ，正常运行期为持久状况，其设计状况系数  ，永久荷载分项系数   ，可变荷载分项系数   ，结构系数  。 钢筋混凝土重度 325 KN m 砼 混凝土强度（ 25C ） N mm ， N mm 钢筋强度 Ⅰ级 2210y y yvf f f N m m  ， 10sE N mm Ⅱ级 2310y y yvf f f N m m  ， 522 .0 1 0sE N mm 人群荷载 2/ mKNq  河北工程大学毕业设计 16 第四章 槽身结构 计算 渡槽基本尺寸的确定 根据前面计算结果，槽内净宽 B＝ ，。 该渡槽无通航要求，槽顶设拉杆，间距2m， 拉杆的截面尺寸为 20 20 cm，拉杆长 m； 侧墙厚度 t 按经验数据 t/h=1/12～1/16 确定 ，在此取 t＝ m， 侧墙 总 高 ；底板厚通常做成恻墙等厚，因此也取 m； 渡槽要满足行人要求，故在拉杆上设置人行板，板宽取 100cm，厚 10cm。 砌其断面尺寸如图 ： 渡槽基本尺寸示意图 单位：mm 槽身高度 不计超高，用校核水深 3m 确定槽身的高度，即从底板上表面至横杆中心的高度为 3m。 横拉杆 横杆的正方形截面，取为 150 150mm，横杆的间距为 2m。 人行道板 由横杆间距为 2m，安装施工缝为 2cm，可知人行道板的长度为 ，人行道板宽度河北工程大学毕业设计 17 一般取 800~1200m，厚度取为 60~100mm，故选人行道板宽度为（ 650+350） mm=1000mm，厚度为 100mm。 栏杆 栏杆取为 高。 槽身的稳定验算 槽身的计算简图及 荷载计算 槽身风 压示意图 位于大风区的渡槽，轻型壳体槽身可能被风荷掀下来。 因此需验算槽身的整体稳定性。 最不利荷载的情况为槽中无水，槽身竖向荷载仅有 N1，水平向荷载为风荷 P1. (1) 槽身自重 N1 N1=   222 1 1 5 0 . 2 0 . 2 0 . 4 0 . 3 0 . 2 5 . 6 0 . 2 0 . 5 250 . 4 0 . 2 0 . 5 6 0 . 2               =97 /KNm (2) 风压力 P1 风压如下图所示 : 计算公式为 0ZW KK W 式中 ： k — 风载体型系数，与建筑物体型、尺度等有关，槽身为矩形断面时， 取河北工程大学毕业设计 18 ~k （空槽取小值，满槽水取大值）本设计 k ； zk — 风压高度变化系数，本设计取。 0W — 基本风压 (KN/米 2 )。 当地如果没有风速资料 ,则可参照《工业与民用建筑结构荷载规范》 (TJ974)中全国基本风压分布图上的等压线进行插值酌定 0W =。 则 0WkkW z = 2/ mKN 抗滑稳定验算 稳定分析，作用于渡槽上的力尽管其类型、方向、大小各不相同，但根据它们在槽身沿支承结构顶端发生水平滑动时所起的作用看，可以归 纳为两大类：一类是促使槽身滑动的力，如水平方向风压力、动水压力等，称为滑动力；另一类是维持槽身稳定、阻止渡槽滑动的力，主要是在铅直方向荷载作用下，槽身底部与支承结构顶端之间产生的摩擦力，称之为阻滑力。 槽身是否会产生沿其支承结构顶端发生水平滑动，主要取决于这两种力的比值，这个比值反映了渡槽的水平抗滑稳定性，我们称之为稳定安全系数 ck ck = iiPNf滑动力阻滑力 式中： iN — 所有铅直方向作用力的总和（ KN）； ip — 所有水平方向作用力的总和（ KN），本设计中等于半跨槽身风压总和， ip  ； f — 摩擦系数，与两接触面物体的材料性质及它们的表面粗糙程度有关，支座与支承都为钢板时取钢对钢的摩擦系数 f = ； iic PNfK 0 .3 5 9 7 1 0 .30 .6 0 9 5 .4 cK  CK ~ 所以满足抗滑稳定性要求 抗倾覆稳定验算 河北工程大学毕业设计 19 （ 1）槽身受风压作用可能发生倾覆，抗倾覆稳定性验算的目的是验算槽身空水受 压作用下是否会绕背风面支承点发生倾覆，抗倾覆稳定的不利条件与抗滑稳定的不利条件是一致的，所以抗倾覆稳定性验算的计算条件及荷载组合与抗滑稳定性验算相同。 （ 2） 抗倾覆稳定安全系数按下式计算： 10 ph。