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1、渡槽畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人重承諾:所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文),是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作與取得的成果。盡我所知,除文中特別加以標(biāo)注和致的地方外,不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果,也不包含我為獲得與其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對(duì)本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)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(dǎo)教師簽名: 日期:使用授權(quán)說明本人完全了解大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的規(guī)定,即:按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的印刷本和電子版本;學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的印刷本和電子版,

2、并提供目錄檢索與閱覽服務(wù);學(xué)??梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文;在不以贏利為目的前提下,學(xué)??梢怨颊撐牡牟糠只蛉咳?。作者簽名: 日 期:目錄第一章、設(shè)計(jì)基本資料31.1、基本資料31.1.1、工程概況:41.1.2、地形資料:51.1.3、地質(zhì)資料:51.1.4、水文資料:81.1.5、總干渠設(shè)計(jì)參數(shù):121.1.6、對(duì)外交通運(yùn)輸條件:121.1.7、渡槽設(shè)計(jì)參數(shù):121.2、設(shè)計(jì)要求141.2.1、工程總體布置:141.2.2、水力計(jì)算:141.2.3、槽身設(shè)計(jì):141.2.4、支承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):141.2.5、基礎(chǔ)設(shè)計(jì):141.2.6、其他結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):141.3、主要參考規(guī)與

3、書籍15第二章、渡槽總體布置152.1、建筑物軸線選擇152.2、建筑物型式選擇152.3、槽身斷面尺寸選擇162.4、渡槽長(zhǎng)度確定與其組成部分172.4.1、總干渠的橫斷面結(jié)構(gòu)確定與左、右岸堤防高程的確定:172.4.2、渡槽各組成部分的確定:槽身段、上游進(jìn)口段和下游防沖段等:17第三章、水力計(jì)算173.1、矩形槽身過水?dāng)嗝娴拇_定173.2、計(jì)算側(cè)墻總高度183.3、渡槽水頭損失的計(jì)算193.3.1、擬定上游渠道斷面尺寸:193.3.2、校核過水能力:193.3.3、渠道、槽身水流速:203.3.4、進(jìn)口水面降落Z計(jì)算:203.3.5、槽身沿程水頭損失Z1:203.3.6、出口水面回升Z2:

4、213.3.7、渡槽總水頭損失:213.4、渡槽各控制點(diǎn)的高程、消力池前的水位確定213.5、渡槽前后長(zhǎng)度與總長(zhǎng)度22第四章、槽身結(jié)構(gòu)計(jì)算224.1、槽身斷面尺寸擬定224.2、橫向結(jié)構(gòu)計(jì)算234.2.1、確定槽深結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖與作用荷載:234.2.2、拉桿軸向力計(jì)算:244.2.3、拉桿拉力:254.2.4、側(cè)墻力計(jì)算:254.2.5、底板力計(jì)算:274.3、縱向結(jié)構(gòu)計(jì)算304.3.1、槽身荷載計(jì)算:304.3.2、計(jì)算縱向配筋:314.3.3、斜截面強(qiáng)度計(jì)算:324.4、吊裝計(jì)算334.5、槽身的構(gòu)造設(shè)計(jì)334.5.1、伸縮縫與止水:334.5.2、支座:344.5.3、兩岸連接:34第五

5、章、排架設(shè)計(jì)355.1、排架布置355.2、排架尺寸擬定355.2.1、排架高度計(jì)算:355.2.2、排架分組計(jì)算:355.2.3、排架分組與尺寸擬定:365.2.4、尺寸擬定:375.3、荷載計(jì)算375.3.1水平荷載:375.3.2、垂直荷載(傳給每個(gè)立柱的荷載):405.4、排架橫向計(jì)算425.4.1、求排架彎矩M:425.4.2、軸向力計(jì)算:445.4.3、排架的配筋計(jì)算:445.4.4、橫梁配筋:475.4.5、排架的縱向計(jì)算:475.4.6、排架吊裝驗(yàn)算:495.4.7、牛腿設(shè)計(jì)計(jì)算:51第六章、基礎(chǔ)計(jì)算526.1、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)尺寸擬定536.2、基礎(chǔ)的荷載組合536.3、基礎(chǔ)應(yīng)力計(jì)算

6、546.4、基礎(chǔ)配筋計(jì)算556.4.1、基礎(chǔ)地板配筋:556.4.2、基礎(chǔ)梁配筋計(jì)算:56第七章、穩(wěn)定計(jì)算577.1、槽身穩(wěn)定計(jì)算577.2、渡槽整體沿基礎(chǔ)底面抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算587.3、渡槽整體抗傾穩(wěn)定計(jì)算587.4、地基穩(wěn)定性驗(yàn)算59第八章、下游消能防沖設(shè)計(jì)608.1、消力池設(shè)計(jì)608.1.1、消力池深度計(jì)算:608.1.2、消力池長(zhǎng)度計(jì)算:628.1.3、消力池的結(jié)構(gòu)計(jì)算:628.2、海漫設(shè)計(jì)628.2.1、海漫的長(zhǎng)度計(jì)算:628.2.2、材料選擇:628.2.3、結(jié)構(gòu)布置:628.2.4、反濾池:628.2.5、河床沖刷深度的計(jì)算:63第九章、河溝控導(dǎo)和防護(hù)設(shè)計(jì)63第十章、總結(jié)63第一章、

7、設(shè)計(jì)基本資料1.1、基本資料三里莊溝排水渡槽位于省市百泉鎮(zhèn)三里莊南約500m處,集流面積1.63km2,5年一遇設(shè)計(jì)流量27m3/s,天然洪水位102.48m,20年一遇校核流量47m3/s,天然洪水位102.68m。交叉斷面處總干渠底寬15.5m,渠底高程92.46m,設(shè)計(jì)流量260m3/s,相應(yīng)水位99.46m,加大流量310 m3/s,相應(yīng)水位99.97m,一級(jí)馬道高程101.47m,邊坡系數(shù)2.0,馬道寬5.0m。渡槽垂直總干渠中心線布置,槽身縱梁底部高程至渠道加大水位的凈空不小于0.5m。建議進(jìn)口槽底高程采用102.50m,縱向比降采用1/500,槽身糙率采用0.014。橫斷面尺寸以

8、通過20年一遇洪水時(shí)槽身不發(fā)生漫溢為原則,經(jīng)方案比較后確定槽寬和槽深。槽身可采用預(yù)應(yīng)力混凝土或普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),支承結(jié)構(gòu)采用單排架,基礎(chǔ)型式可采用整體板式或鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。槽身、支墩、基礎(chǔ)等主要部位按1級(jí)建筑物設(shè)計(jì);進(jìn)出口翼墻、導(dǎo)墻、下游消能工、河溝控導(dǎo)、防護(hù)等次要部位按3級(jí)建筑物設(shè)計(jì)。槽身穩(wěn)定計(jì)算工況:設(shè)計(jì)工況:空槽+風(fēng)壓,即槽身無水,設(shè)計(jì)風(fēng)壓;校核工況:空槽+地震,即槽身無水,發(fā)生地震。擋土墻穩(wěn)定計(jì)算工況:設(shè)計(jì)工況:建成無水;校核工況1:墻前無水,墻后水位至1/3墻高;校核工況2:墻前墻后無水,地震。結(jié)構(gòu)計(jì)算荷載組合參考下表:部位設(shè)計(jì)工況工況說明自重水重水壓力風(fēng)荷土壓力預(yù)應(yīng)力地震施工檢修

9、I級(jí)建筑物允許撓度(按L)最大裂縫寬度允許值(mm)槽身基本5年洪水ÖÖÖÖÖL/5000.20.3特殊滿槽ÖÖÖÖÖ特殊施工ÖÖÖÖ墩排架樁基本5年洪水ÖÖÖÖÖÖ特殊滿槽ÖÖÖÖÖÖ特殊施工ÖÖÖÖÖ特殊空槽地震ÖÖÖÖÖ排水渡槽結(jié)構(gòu)計(jì)

10、算荷載組合與安全系數(shù)表1.1.1、工程概況:三里莊溝排水渡槽位于省市百泉鎮(zhèn)三里莊南約500m處,是南水北調(diào)中線工程總干渠與三里莊溝的交叉建筑物。工程交叉處總干渠黃漳渠段樁號(hào)為109089.8,軸線交叉點(diǎn)坐標(biāo)為x3925715.053,y38483718.688。交叉斷面以上三里莊溝集水面積0.9Km2,五年一遇設(shè)計(jì)洪峰流量11m3/s,二十年一遇校核洪峰流量19 m3/s,五十年一遇設(shè)計(jì)洪峰流量24m3/s,二百年一遇校核洪峰流量30 m3/s。交叉斷面處總干渠設(shè)計(jì)流量260 m3/s,相應(yīng)水位99.464m;加大流量310 m3/s,相應(yīng)水位99.973m。1.1.2、地形資料:工程區(qū)位于太

11、行山山前沖洪積平原和華北平原過渡地帶,地勢(shì)東北高西南低,三里莊溝呈東北西南流向溝底高程103.5101.0m,呈寬淺型,兩岸為耕地,地面高程106.6108.5m。工程區(qū)測(cè)有總干渠帶狀地形圖(比例尺:1/5000)和建筑物場(chǎng)區(qū)1/500大比例尺地形圖,其中建筑物場(chǎng)區(qū)測(cè)量圍為總干渠左右岸、交叉建筑物上下游各300m。1.1.3、地質(zhì)資料:工程區(qū)位于華北準(zhǔn)地臺(tái)山背斜的東南部,新構(gòu)造分區(qū)為華北斷陷隆起區(qū)太行山隆起東南部邊緣,區(qū)域斷裂構(gòu)造空間展布以北東向?yàn)橹?次為北西向。1996年7月24日8月5日,省水利勘測(cè)總隊(duì)對(duì)工程區(qū)進(jìn)行了勘查,布設(shè)鉆孔3個(gè),總進(jìn)尺100m,并進(jìn)行了標(biāo)貫、重型動(dòng)力觸探等原位測(cè)試和

12、室土工試驗(yàn)。1.工程地質(zhì)(1)地層巖性在勘探深度圍,場(chǎng)區(qū)上覆第四系粘性土、卵石,下伏上第三系砂巖、粘土巖,可劃分為6個(gè)地質(zhì)單元,巖性由老到新分述如下:上第三系上新統(tǒng)潞王墳組(N2L):河湖相沉積,巖性為砂巖、粘土巖,頂板高程72.6475.38m,總厚度大于9.8m。粘土巖:灰色、棕白、黃褐色,巨厚層狀,具有不規(guī)則裂隙,裂面具有蠟狀光澤,含少量鈣質(zhì)團(tuán)塊,巖芯完整,中心孔揭露厚度9.8m。砂巖:黃褐色,中厚層狀;砂粒成分以石英為主,長(zhǎng)石次之;具水平層理,弱風(fēng)化;泥鈣質(zhì)半膠結(jié),僅在1、3號(hào)孔中揭露,中心孔被剝蝕而缺失。第四系中更新統(tǒng)(alplQ2):沖洪積物,具粘礫多層結(jié)構(gòu),巖性由兩層粉質(zhì)粘土和兩

13、層卵石組成,總厚度26.230.2m。卵石:灰色,卵石成份為灰?guī)r,直徑35cm,大者12cm,含量7080,余為泥質(zhì)充填。該層中心孔較厚,兩邊孔較薄,平均厚度4.45m。粉質(zhì)粘土:棕紅色,致密堅(jiān)硬,土質(zhì)不均,有鐵錳質(zhì)薄膜,裂隙發(fā)育,裂面光滑,具蠟狀光澤。平均厚度10.87m,部夾厚30cm的泥卵石。卵石:灰色,成份為灰?guī)r,次圓狀,卵石粒徑一般24cm,大者達(dá)12cm,含量6080,余為泥質(zhì)充填。該層自東向西漸薄,在3號(hào)孔附近尖滅。粉質(zhì)粘土:棕紅、棕黃色,土質(zhì)不均,含少量鐵錳質(zhì)斑點(diǎn),平均厚度11.13m。(2)巖土物理力學(xué)性質(zhì)各巖土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)建議值見表一和表二。(3)地震基本烈度根據(jù)長(zhǎng)江水

14、利委員會(huì)編制的南水北調(diào)中線工程地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃報(bào)告(2000年4月),工程區(qū)位于華北平原地震帶的南部,場(chǎng)區(qū)地震動(dòng)峰值加速度值為0.20g,相當(dāng)于地震基本烈度為8度區(qū)。2.水文地質(zhì)場(chǎng)區(qū)地下水類型為孔隙裂隙潛水,含水層為第四系中更新統(tǒng)卵石、上第三系砂巖。地下水位標(biāo)高85.0785.23m。場(chǎng)區(qū)地下水補(bǔ)給來源主要為大氣降水和側(cè)向逕流補(bǔ)給,排泄方式主要為側(cè)向逕流和人工開采。該區(qū)地下水化學(xué)類型為“HCO3 -Ca”型;礦化度0.299g/L,屬淡水;總硬度16.68H°,屬硬水;pH值7.48,呈弱堿性;含量12.97mg/L,侵蝕性CO2含量為0mg/L。根據(jù)水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)表G.0.2

15、判別,該區(qū)地下水對(duì)砼無腐蝕性。3.工程地質(zhì)條件與評(píng)價(jià)(1)工程區(qū)溝底和兩岸均為耕地,施工場(chǎng)地開闊,但交通不便利。(2)工程區(qū)地層基本穩(wěn)定,除表層3.5m強(qiáng)度稍低外,其余各地質(zhì)單元強(qiáng)度相對(duì)較高,但第層粉質(zhì)粘土和第層粘土巖具中等膨脹潛勢(shì)。地下水埋藏較深,適宜作鉆孔灌注樁基礎(chǔ),樁端持力層宜放在上第三系砂巖與粘土巖中,也可放在第層(Q2)卵石或第層粉質(zhì)粘土中,可視荷載情況確定。(3) 場(chǎng)區(qū)地下水類型為孔隙裂隙潛水,含水層為第四系中更新統(tǒng)卵石、上第三系砂巖。地下水位標(biāo)高85.0785.23m。地下水對(duì)砼無腐蝕性表一 各土體單元的物理指標(biāo)建議值表土體單元編號(hào)土名物 理 性 質(zhì)天然含水量天然干密度比重天然孔

16、隙比液液限塑限塑性指數(shù)液性指數(shù)wdGsewLWPIpIL%g/cm3%粉質(zhì)粘土22.31.582.720.73934.019.015.00.18卵 石粉質(zhì)粘土25.71.542.730.78337.821.616.30.26卵 石砂巖 粘 土 巖19.91.712.7448.025.022.70 (4)工程區(qū)位于華北平原地震帶的南部,場(chǎng)區(qū)地震動(dòng)峰值加速度值為0.20g,相當(dāng)于地震基本烈度為8度區(qū)。表二 土巖體力學(xué)性指標(biāo)建議值表巖土體單元序號(hào)土 名力學(xué)性質(zhì)滲透系數(shù)承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk鉆孔樁壓縮系數(shù)壓縮模量飽和快剪凝聚力摩擦角容許承載力樁周土極限摩阻力avEsCKMPa-1MPakPa(0)cm/sk

17、Paoi粉質(zhì)粘土0.277.2532.018.018022060泥 卵 石350400130粉質(zhì)粘土0.218.435.020.023025060泥 卵 石350400130砂 巖350400100粘 土 巖3003501001.1.4、水文資料:1.流域特征三里莊溝屬海河流域衛(wèi)河水系的一條小河道,位于太行山前沖洪積平原,從東北流向西南,屬季節(jié)性河流。該河發(fā)源于市西南部丘陵地區(qū),在市三里莊村附近與總干渠相交。交叉斷面以上集水面積0.9Km2,溝長(zhǎng)2.38km,平均比降0.0191。工程場(chǎng)區(qū)地形比較平坦,河道兩岸地面高程106.6108.5m,交叉地面處的河道已被生活垃圾填平,而上下游溝形明顯。

18、上游河底高程為103.5m左右,下游溝底高程101.8103.6m,左右兩岸現(xiàn)為耕地。該流域地處暖溫帶,屬大陸性季風(fēng)氣候區(qū),全年四季分明,溫差較大,冬春季多風(fēng)干旱少雨,夏末秋初空氣濕潤(rùn)雨水較多。流域多年平均降雨量613mm,降雨主要集中在79三個(gè)月,占全年降雨量的70。區(qū)多年平均氣溫為14.3°C,多年平均蒸發(fā)量為1335.4mm;最多風(fēng)向?yàn)槟媳憋L(fēng),全年無霜期為210天。2.設(shè)計(jì)洪水(1)設(shè)計(jì)暴雨三里莊溝為流域面積不大的一條小沖溝,流域無實(shí)測(cè)流量和雨量資料,交叉斷面處的設(shè)計(jì)洪水由省1984年10月出版的省中小流域設(shè)計(jì)暴雨洪水圖集查算。暴雨計(jì)算時(shí)段取10分鐘、1小時(shí)、6小時(shí)和24小時(shí),

19、暴雨參數(shù)均值和變差系數(shù)Cv,均由圖集中的短歷時(shí)暴雨參數(shù)等值線圖查流域重心點(diǎn)取得。偏差系數(shù)Cs選用3.5Cv,由于流域面積小,以設(shè)計(jì)點(diǎn)雨量作為流域設(shè)計(jì)面雨量。(2)24小時(shí)洪量與洪峰流量由豫北山丘區(qū)次降雨徑流關(guān)系(P+PaR)1線查算24小時(shí)各種頻率設(shè)計(jì)凈雨量乘以流域面積得設(shè)計(jì)洪水總量。設(shè)計(jì)洪峰流量采用推理公式計(jì)算。其成果見表3。表3 設(shè)計(jì)洪水成果表項(xiàng) 目P=20%P=10%P=5%P=2%P=1%P=0.5%設(shè)計(jì)洪峰流量(m3/s)111419242630設(shè)計(jì)24小時(shí)流量(萬m3)5812161923(3)設(shè)計(jì)洪水過程線設(shè)計(jì)洪水過程線按24小時(shí)凈雨量歷時(shí)分配、三角形概化過程線疊加方法計(jì)算,設(shè)計(jì)

20、洪水過程線見表4。表4 設(shè)計(jì)洪水過程線(單位:m3/s)序號(hào)P=20%P=10%P=5%P=2%P=1%P=0.5%100000020000003000001400000150000116000011700011180001119001112100111221101123312123256131444810142148713151511619112630162211241923171141678180126341900133320001222210002122200011123000111240001113、水位容積關(guān)系曲線按照洪水調(diào)節(jié)計(jì)算中規(guī)定的計(jì)算原則,確定總干渠左岸滯洪高程和相應(yīng)的滯洪圍

21、。在總干渠1/5000帶狀地形圖上,勾劃出限定的最高滯洪水位時(shí)的左岸滯洪圍,根據(jù)選定的左岸最大滯洪圍,采用地形圖上各等高線和等高距,計(jì)算各種水位對(duì)應(yīng)的容積,三里莊溝的水位和容積關(guān)系見表5。表5 水位容積關(guān)系表滯洪水位(m)103.00104.00105.00106.00107.00108.00109.00110.00容積(萬m3)0.100.451.102.153.856.8011.2517.704.天然水位流量關(guān)系根據(jù)該河的流域特征,交叉斷面處天然水位流量關(guān)系按明渠均勻流進(jìn)行計(jì)算。主槽糙率采用0.035,灘地糙率采用0.06,河道比降為0.0191,交叉斷面處溝道水位流量關(guān)系見表6。表6 交

22、叉斷面處天然水位流量高程表水位(m)102.48102.58102.68102.77102.91流量(m3/s)11.014.019.024.030.05.調(diào)洪演算成果三里莊溝為不串流的河道,考慮河道的滯洪作用,視交叉斷面上游為一座水庫(kù)進(jìn)行洪水計(jì)算,確定建筑物規(guī)模與左岸防洪水位,其洪水調(diào)節(jié)計(jì)算原則為:(1)在排水渡槽主體高程圍,總干渠左岸防洪堤防洪標(biāo)準(zhǔn)按五十年一遇洪水設(shè)計(jì),二百年一遇洪水校核。(2)在設(shè)計(jì)洪水時(shí),左岸最高滯洪水位應(yīng)低于總干渠設(shè)計(jì)堤頂1.5m;校核洪水時(shí),左岸最高滯洪水位應(yīng)低于總干渠設(shè)計(jì)堤頂1.0m。(3)左岸防護(hù)對(duì)象的防護(hù)標(biāo)準(zhǔn):當(dāng)發(fā)生五年一遇與以下標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí),要求左岸農(nóng)田不受淹

23、;當(dāng)發(fā)生二十年一遇以下洪水時(shí),要求左岸村莊不積水。上游水面壅高一般不超過30cm。不同渡槽斷面時(shí)的調(diào)洪演算成果見表7頻率天然情況方案一方案二方案三Q(m3/s)H(m)槽身斷面1槽身斷面2槽身斷面3Q(m3/s)H(m)Q(m3/s)H(m)Q(m3/s)H(m)P=20%11102.488104.569104.3110104.15P=10%14102.5811105.1612104.8813104.64P=5%19102.6814105.7115105.4616105.11P=2%24102.7717106.2118105.9119105.65P=0.5%30102.9121106.9323

24、106.524106.34表7 調(diào)洪演算成果表注:表中H上游洪水位。1.1.5、總干渠設(shè)計(jì)參數(shù):總干渠與三里莊溝排水渡槽交叉處為全挖方渠段??偢汕O(shè)計(jì)流量260m3/s,相應(yīng)水位99.46m;加大流量310 m3/s,相應(yīng)水位99.97m。渠道斷面要素為:渠底寬15.5m,渠底高程92.46m,比降1/20000,糙率0.015,一級(jí)邊坡1:2,二級(jí)邊坡1:1.5;左、右岸一級(jí)馬道高程均為101.47m,馬道寬均為5.0m;總干渠運(yùn)行維護(hù)道路設(shè)置在渠道右側(cè)。沿渠道開挖線向外13m圍左岸設(shè)防洪堤、防護(hù)林帶、截流溝和防護(hù)圍欄,右岸除不設(shè)截流溝外,其他與左岸一樣。1.1.6、對(duì)外交通運(yùn)輸條件:工程區(qū)

25、毗鄰市城區(qū),地形開闊,交叉斷面處左側(cè)300m有縣級(jí)公路,向西3km連接豫42省道,場(chǎng)外交通便利。1.1.7、渡槽設(shè)計(jì)參數(shù):1.設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(依據(jù)調(diào)洪演算成果)(1)五十年一遇洪水設(shè)計(jì),二百年一遇洪水校核(首選方案)(2)二十年一遇洪水設(shè)計(jì),五十年一遇洪水校核(次選方案)2.槽身、排架、基礎(chǔ)等主要部位按級(jí)建筑物設(shè)計(jì),進(jìn)出口翼墻、導(dǎo)墻、下游消能工、河溝控導(dǎo)等的防護(hù)等次按3級(jí)建筑物設(shè)計(jì)。3建筑材料:鋼筋采用級(jí)鋼,槽身與拉桿采用C30鋼筋混凝土;人行道板、欄桿、進(jìn)出口漸變段、消力池底板等采用C20鋼筋混凝土;排架、基礎(chǔ)采用C25鋼筋混凝土,其他采用漿砌石或干砌石。建筑材料特性指標(biāo)見表8,有關(guān)系數(shù)等見表9、

26、10。表8 建筑材料特性指標(biāo)混凝土強(qiáng)度等級(jí)軸心抗壓設(shè)計(jì)值fc軸心抗拉設(shè)計(jì)值ft彈性模量EcC20101.12.55×104C2512.51.32.8×104C30151.53.0×104級(jí)鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值:fy=f=310,鋼筋Es=2.0×105混凝土重度24KN/m3,鋼筋混凝土重度25KN/m3表9 作用荷載分項(xiàng)系數(shù)作用荷載類別永久作用可變作用水荷載靜水壓力動(dòng)水壓力作用(荷載)分項(xiàng)系數(shù)G1.05Q1.21.01.05表10 結(jié)構(gòu)安全級(jí)別與有關(guān)系數(shù)建筑物級(jí)別安全級(jí)別結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)O結(jié)構(gòu)系數(shù)d設(shè)計(jì)狀況系數(shù)素混凝土鋼筋混凝土持久短暫偶然1.1受壓2,受拉1

27、.31.21.00.950.851.0受壓2,受拉1.31.21.00.950.854其他荷載(1)人群荷載:2.5KN/m2(人行橋上活荷載)(2)施工荷載:4 KN/m2(3)基本風(fēng)壓:0.45 KN/m2(4)水10 KN/m3(5)地震荷載:簡(jiǎn)化成只考慮對(duì)排架有影響,在排架縱、橫向計(jì)算中,槽身地震慣性力簡(jiǎn)化為作用于排架頂部的節(jié)點(diǎn)力式中:0.2=0.25=2.0:槽身自重加半槽水重(標(biāo)準(zhǔn)值)(6)基礎(chǔ)土重度;根據(jù)地質(zhì)資料計(jì)算5施工條件:采用裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),預(yù)制吊裝。6使用要求:該槽身結(jié)構(gòu)屬二類環(huán)境條件,臨水面最大裂縫寬度允許值:短期組合0.3mm,長(zhǎng)期組合0.25mm。1.2、設(shè)計(jì)

28、要求1.2.1、工程總體布置:1建筑物軸線選擇2渡槽方案與型式選擇(包括支承、基礎(chǔ)與兩岸連接建筑物)1.2.2、水力計(jì)算:1槽身過水?dāng)嗝娉叽绲拇_定2渡槽縱坡確定3渡槽水頭損失演算4進(jìn)出口槽底高程確定5出口連接建筑物底部高程確定1.2.3、槽身設(shè)計(jì):1槽身橫斷面型式與尺寸確定2槽身荷載計(jì)算3槽身橫向、縱向結(jié)構(gòu)計(jì)算4槽身的構(gòu)造設(shè)計(jì):槽身分縫、止水與支座構(gòu)造確定等。1.2.4、支承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):1.支承型式選擇2.支承尺寸擬定1.2.5、基礎(chǔ)設(shè)計(jì):1.基礎(chǔ)型式選擇2.進(jìn)行尺寸擬定3.基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)計(jì)算4.地基應(yīng)力計(jì)算1.2.6、其他結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):翼墻、消力池、河溝控導(dǎo)等結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。1.3、主要參考規(guī)與書籍1.水工

29、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)SL/T 191-962.水工建筑物荷載設(shè)計(jì)規(guī)DL 5077-19973.水工建筑物抗震荷載設(shè)計(jì)規(guī)SL203-974.水閘設(shè)計(jì)規(guī)SL265-20015.水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)6.土力學(xué)7.水力學(xué)8.工程力學(xué)9.工程水文10.渡槽11.水工建筑物等等第二章、渡槽總體布置渡槽總體布置的主要容包括槽址選擇、形式選擇、進(jìn)出口布置、基礎(chǔ)布置。渡槽總體布置基本要求:1、流量、水位滿足灌區(qū)要求;2、槽身長(zhǎng)度短,基礎(chǔ)、岸坡穩(wěn)定,結(jié)構(gòu)選型合理;進(jìn)出口順直通暢,避免填方接頭;少占農(nóng)田、交通方便、就地取材等。2.1、建筑物軸線選擇工程區(qū)總干渠為西北東南走向,三里莊溝自東北流向西南,上下游溝形明顯,并呈寬

30、淺型,河、渠中心線接近垂直。根據(jù)左岸排水建筑物土建工程初步設(shè)計(jì)大綱的要求,排水渡槽的軸線應(yīng)與渠道軸線垂直,槽墩走向應(yīng)與渠道軸線一致。因此三里莊溝排水渡槽軸線與總干渠中心線成正交布置,渡槽進(jìn)口布置在河槽偏右岸,出口偏向河道左岸,通過控導(dǎo)工程與下游河道連接。(圖見地形圖)2.2、建筑物型式選擇三里莊溝與總干渠交叉斷面處,總干渠設(shè)計(jì)水位為99.464m,加大水位為99.973m,渠底高程92.464m。三里莊溝溝底高程為103.50m,高于總干渠各工況水位,因此根據(jù)地形條件,經(jīng)分析比較后確定總干渠與三里莊溝交叉建筑物型式選用排水渡槽。渡槽進(jìn)口處渠底高程為103.5m,槽身縱向比降在1/5001/15

31、00之間選擇,糙率n采用0.014。渡槽橫斷面采用矩形型式,側(cè)墻上端設(shè)置拉桿(s=2m),拉桿上鋪設(shè)人行道板,兩側(cè)設(shè)欄桿。下部支承采用單排架,交叉采用整體式平底板。槽身橫斷面結(jié)構(gòu)見圖1(t1=25cm t2=30cm)。人行道板:a=90cmb=8cm 拉桿截面為16cm×16cm2.3、槽身斷面尺寸選擇根據(jù)調(diào)洪演算成果,工程修建后,三個(gè)方案的五年一遇上游洪水位均低于溝岸一級(jí)階地高程106.11m,對(duì)農(nóng)田無淹沒影響;二十年一遇上游洪水位也均低于一級(jí)階地高程106.11m,洪水不出槽,左岸村莊不積水,從總干渠防洪標(biāo)準(zhǔn)看,五十年一遇洪水位方案1為106.21m,高于一級(jí)階地高程,方案2、

32、3分別為105.91m和106.34m,洪水不出槽;二百年一遇洪水位分別為106.93m、106.50m、106.34m,均高于溝岸一級(jí)階地高程但低于河岸高程,洪水行于槽,對(duì)總干渠無影響。經(jīng)過綜合分析,建議選用方案2,五十年一遇洪水下泄流量18m3/s,二百年一遇洪水下泄流量23 m3/s,作為槽身斷面尺寸的設(shè)計(jì)和校核標(biāo)準(zhǔn)。2.4、渡槽長(zhǎng)度確定與其組成部分2.4.1、總干渠的橫斷面結(jié)構(gòu)確定與左、右岸堤防高程的確定:1、左岸堤防高程: 設(shè)計(jì)高程 105.914+1.5=107.41m 校核高程 106.5+1.0=107.5m2、右岸堤防高程: 右岸堤防高程比左岸低,則取右岸高程為107.0m2

33、.4.2、渡槽各組成部分的確定:槽身段、上游進(jìn)口段和下游防沖段等:1、槽身長(zhǎng)度Lmin=100m2、上游進(jìn)口長(zhǎng)度Lj=c(B1-B2)3、下游防沖段長(zhǎng)度Lj=c(B1-B2)第三章、水力計(jì)算3.1、矩形槽身過水?dāng)嗝娴拇_定根據(jù)設(shè)計(jì)流量Q、i、n,用試算的方法求出設(shè)計(jì)水深h和過水?dāng)嗝鎸抌。已知糙率n=0.014,渡槽縱坡i=1/1000,Q設(shè)=18m3/s,深寬比h/b=0.6-0.8,取h/b=0.7,則b=h/0.7。按明渠均勻流公式計(jì)算則采用迭代法得h0=2.37 校核過水能力故h0需加大 則取h0=2.40m則則 設(shè)計(jì)水深h0=2.40m3.2、計(jì)算側(cè)墻總高度1、超高 2、校核過水能力故滿

34、足要求。3.3、渡槽水頭損失的計(jì)算3.3.1、擬定上游渠道斷面尺寸:已知邊坡系數(shù)m=1,比降i=1/8000,糙率n=0.014,底寬b=3.43m。根據(jù)明渠均勻流公式得3.3.2、校核過水能力:1、設(shè)計(jì)流量2、校核流量3.3.3、渠道、槽身水流速:上游渠道流速 槽深流速 3.3.4、進(jìn)口水面降落Z計(jì)算:水流過渠道漸變段進(jìn)入槽身時(shí),流速增大,水面發(fā)生降落。工程中常近似按淹沒寬頂堰計(jì)算: 式中 K1進(jìn)口段按局部水頭損失系數(shù),與漸變段形式有關(guān),扭曲面為0.1,八字面為0.2,圓弧直墻為0.2,急變形式為0.4;取八字斜墻K1=0.2 V、V0槽身與上下游渠道的流速,m/s; G重力加速度,取9.8

35、m/s2.則 3.3.5、槽身沿程水頭損失Z1:水流經(jīng)過全槽后水面發(fā)生降落,按明渠均勻流計(jì)算: Z1iL L槽身長(zhǎng)度,L100(m);i槽身坡降,要經(jīng)方案比較,使水頭損失滿足規(guī)劃要求,并注意到前面已假定了i1/1000。則 Z1=iL=0.10m3.3.6、出口水面回升Z2:水流經(jīng)槽身、渠道出口漸變段進(jìn)入下游渠道因流速減少,部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能,水面回升:K2出口局部水頭損失系數(shù),取0.2K1進(jìn)口段按局部水頭損失系數(shù),取0.23.3.7、渡槽總水頭損失:ZZ+ Z1- Z2 規(guī)劃中允許水頭損失為0.2m,計(jì)算值應(yīng)等于或略小于此值,具體計(jì)算如下:ZZ+ Z1- Z2=0.23+0.10-0.15=

36、0.18m通過計(jì)算,用允許水頭損失作為一個(gè)重要指標(biāo),當(dāng)i1/1000,Z0.18m小于規(guī)劃允許的水頭損失0.2m,所以初步選定的斷面尺寸符合規(guī)劃要求。3.4、渡槽各控制點(diǎn)的高程、消力池前的水位確定為了時(shí)渡槽與上下游渠道高程水面平順連接,合理利用水頭損失而不影響過水能力,渡槽進(jìn)出口渠底的降低要與水流情況相適應(yīng)。進(jìn)口抬高值: y1h1-Z- h22.76-0.23-2.40=0.13(m)出口降低值: y2h3-Z2- h22.76-0.15-2.40=0.21(m)則 進(jìn)口槽底高程 出口槽底高程 出口渠底高程 消力池前的水位為2.40m3.5、渡槽前后長(zhǎng)度與總長(zhǎng)度水流通過渡槽,由于槽身寬與渠寬不

37、一致,為了使水流能平順過渡,渡槽進(jìn)出口常采用漸變段銜接。本設(shè)計(jì)中采用八字斜墻,參照水利電力學(xué)院主編的水工建筑物計(jì)算漸變段長(zhǎng)度:(1)落地槽段底部高程103.65m,長(zhǎng)4m(2)涵洞段底部高程103.65m,長(zhǎng)9m(3)上有進(jìn)口段(漸變段長(zhǎng)3m),高程為103.50m(4)下游消能防沖段長(zhǎng)3+9+13=25m(5)槽身段分縫縫寬4cm(6)分跨:每10m一跨(7)渡槽總長(zhǎng)度100m第四章、槽身結(jié)構(gòu)計(jì)算4.1、槽身斷面尺寸擬定槽深橫斷面結(jié)構(gòu)示意圖如下所示:側(cè)墻厚t1=2030cm 取t1=25cm底板厚t2=2535cm 取t2=30cm人行道板:寬度a100150cm 取a=120cm,厚度b=

38、810cm 取b=10cm拉桿截面 25cm×25cm 間距s=2m取槽深長(zhǎng)度為1m4.2、橫向結(jié)構(gòu)計(jì)算由于槽身在欄桿之間的斷面核設(shè)置欄桿處的斷面變位相差甚微,故仍可沿槽身縱向取1.0m常的脫離體,按平面問題進(jìn)行橫向計(jì)算。4.2.1、確定槽深結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖與作用荷載:計(jì)算簡(jiǎn)圖作用荷載4.2.2、拉桿軸向力計(jì)算:簡(jiǎn)化后結(jié)構(gòu)為一次超靜定結(jié)構(gòu),因力法計(jì)算拉桿拉為X1,亦可按下式直接計(jì)算,按標(biāo)準(zhǔn)荷載計(jì)算分別為: 式中 Xk1單位槽長(zhǎng)拉桿軸向拉力,kN; H拉桿中心線至底板距離,H2.93m; q1側(cè)墻底部靜水壓強(qiáng),kPa; L兩側(cè)墻中心線間距之半,L1.89m;q2底板上均勻荷載強(qiáng)度,KN/m

39、。4.2.3、拉桿拉力:Xk1sX1×S11.55×223.1(KN)Xls-拉桿間距為s時(shí),一根拉桿的軸向拉力。4.2.4、側(cè)墻力計(jì)算:1、側(cè)墻彎距由拉桿中心線到側(cè)墻計(jì)算截面的距離為y的彎距。按標(biāo)準(zhǔn)荷載計(jì)算為:2、側(cè)墻低端的剪力3、側(cè)墻配筋(1)側(cè)墻外側(cè)受力鋼筋按最大正彎矩計(jì)算,計(jì)算如下:基本資料:配筋計(jì)算選配鋼筋,繪制配筋圖。選構(gòu)造鋼筋為312(As=339mm2)。分布鋼筋為8200(As=251mm2)。(2)則側(cè)受力鋼筋按最大負(fù)彎矩計(jì)算,計(jì)算過程如下 基本資料:配筋計(jì)算選配鋼筋,繪制配筋圖,選構(gòu)造鋼筋、分布鋼筋均為312(As=339mm2)。4.2.5、底板力計(jì)

40、算:1、底板的結(jié)構(gòu)計(jì)算 簡(jiǎn)圖如下圖所示(1) 底板的軸向力計(jì)算底板軸向力等于側(cè)墻低端的剪力即Na=Nb=31.37kN.m(2) 底板的彎矩計(jì)算由于a點(diǎn)為剛結(jié)點(diǎn)則MA=-MY(max)=-8.08kN.m兩端彎矩Ma=Mb=MA=-8.08 kN.m跨中彎矩M中=0.125q2l2+MA=68.79 kN.m(3) 底板的配筋計(jì)算 支座處配筋計(jì)算基本資料:計(jì)算M、N:判別偏心受拉構(gòu)件類型:計(jì)算受壓鋼筋A(yù)sh0=h-as=300-30=270mme=e0-h/2+as=260-300/2+30=140mm繪制配筋圖跨中配筋計(jì)算基本資料:計(jì)算M、N:判別偏心受拉構(gòu)件類型:計(jì)算受壓鋼筋A(yù)sh0=h-

41、as=300-30=270mme=e0-h/2+as=2190-300/2+30=2070mm故表明不需配筋按構(gòu)造規(guī)定已知As,求As選配鋼筋,并繪配筋圖As選用繪制配筋圖綜上,底板配筋為:上層 下層 4.3、縱向結(jié)構(gòu)計(jì)算縱向計(jì)算中得荷載一般按均布荷載考慮,它包括槽身重、槽中的水重與人群荷載、人行板荷載等(拉桿重集中荷載換算成均布荷載)并按加大流量計(jì)算,計(jì)算時(shí)采用滿槽水深h2.65(m)。計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖43所示4.3.1、槽身荷載計(jì)算:1、槽身橫向凈跨:L。=10-0.8=9.2(m)ro1.0 1.02、計(jì)算跨度L的確定,分別計(jì)算以下兩式并取最小值。L= L。+a=9.2+1.2=10.4(m

42、)L=1.05×9.2=9.66(m) 取L9.66(m)3、槽身總荷載q的計(jì)算:槽身重q1k =(槽身橫截面積)×r砼槽水重q2k= r水(B×H加)人群荷載q3k=a×2.5槽身橫截面積S側(cè)墻面積S1=2t1H加=2×0.25×2.65=1.33m2底板面積S2=(L1+L2)t2=(3.78+0.25)×0.30=1.21m2拉桿面積S3=0.25(L1+t1)=0.25×(3.78+0.25)=1.01m2人行道板面積S4=ab=1.2×0.1=0.12m2補(bǔ)角面積S5=1/2×0.22

43、×4=0.08m2 S= S1+ S2+ S3+ S4+ S5 =1.33+1.21+1.01+0.12+0.08=3.75 m2槽身重q1k=r砼×S=25×3.75=93.75(KN/m)q1=1.05×93.75=98.44(KN/m)槽水重q2k= r水(B×H加)=10×(3.43×2.65)=90.9(KN/m)q2=1.2×q2k=109.08(KN/m)人群荷載q3k=a×2.5=2.5×1.2=3(KN/m)q3=1.2×q2k =1.2×3=3.6(KN/

44、m)總荷載q= q1+ q2+ q3=98.44+109.08+3.6=211.12(KN/m)4、跨中最大彎距: Mc1/8×211.12×9.662 2462.60(KN·m)最大剪力: V1/2×q×L。=1/2×211.12×9.2971.52(KN)4.3.2、計(jì)算縱向配筋:計(jì)算配筋時(shí)應(yīng)注意:1、簡(jiǎn)支梁跨中部分應(yīng)處于受壓區(qū),故在強(qiáng)度計(jì)算重不考慮底板的作用;2、側(cè)墻高度較大時(shí),沿墻壁配置612的縱向鋼筋,其間距不宜大于30cm;3、因槽身底板在受拉區(qū),故槽身在縱向按h3.2m,b3.43m的矩形梁進(jìn)行配筋計(jì)算。(1)

45、、基本資料:rd1.2 r01.0 1.0 fc=15(KN/m) fy、= fy=310(KN/m) M= r0Mk=2462.6×1.1×1.0=2708.86(KN/m) h=320mm(2)、考慮雙層,as0.07,h0=3200-70=3130(mm) =3380.4(mm2)選用520和522,As=3471(mm2)4.3.3、斜截面強(qiáng)度計(jì)算: 已知:V971.52kN,hw/b=h0/b3.13/0.45=6.96hw/b4,V1/rd(0.25fcbh0) hw/b6,V1/rd(0.2fcbh0) 故: h0/b6.96,V1/rd(0.2fcbh0)

46、1/rd(0.214fcbh0)1/1.2×(0.2×15×450×3130)1760.6(kN)>V=805kN 截面尺寸滿足截面限制條件0.07 fcbh00.07×15×450×31301479KN> rdV=966(KN)按受拉計(jì)算不要求配置腹筋,考慮到側(cè)墻的豎向受力筋可以起到腹筋作用,單為固定縱向受力筋位置,仍在兩側(cè)布置8250的縱向封閉箍筋。同時(shí)沿墻高布置10140的縱向鋼筋,槽身的配置的橫斷面圖見圖44所示。4.4、吊裝計(jì)算設(shè)置四個(gè)吊點(diǎn),按雙懸臂梁計(jì)算。吊點(diǎn)設(shè)在第二根拉桿處。因吊點(diǎn)產(chǎn)生負(fù)彎距,上部受

47、拉,下部受壓,故可按T形梁校核上部配筋。如圖46所示。圖46 槽身吊裝驗(yàn)算(單位:m)4.5、槽身的構(gòu)造設(shè)計(jì)4.5.1、伸縮縫與止水:梁式渡槽的槽身多采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。為了適應(yīng)槽身溫度變化引起的伸縮變形,渡槽與進(jìn)出口建筑物之節(jié)與各節(jié)與各節(jié)槽身之間必須用變形縫分開,縫寬35cm。變形縫需要用既能適應(yīng)變化又能防止漏水的材料封堵。特別是槽身與進(jìn)出口建筑物之間的接縫止水必須嚴(yán)密可靠,否則不僅會(huì)造成大量漏水,還可能促使岸坡滑塌,影響安全。渡槽槽身接縫止水所用材料和構(gòu)造型式多種多樣,如:橡皮壓板式止水,塑料止水帶止水,瀝青填料式止水,粘合式止水,木糠水泥堵塞式止水。橡皮壓板式止水是將厚612mm的橡皮帶

48、,用扁鋼和螺栓將其緊壓在接縫處。這種止水如能保證施工質(zhì)量可以做到不漏水,且適應(yīng)接縫變形的性能好,但檢修與更換較不便。塑料止水帶壓板式止水用聚氯乙烯塑料止水帶代替橡皮止水帶止水性能良好,具有良好的彈性和韌性,適應(yīng)變形能力強(qiáng),體積輕,易粘接不易老化,價(jià)格只相當(dāng)于橡皮止水帶的一半左右。瀝青填料式止水造價(jià)低,維修方便,但適應(yīng)變形的性能和止水效果不理想。粘合式止水是用環(huán)氧樹脂橡皮粘貼在接縫處,施工簡(jiǎn)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勻,加入適量的水再濕拌而成的。這種接縫止水構(gòu)造簡(jiǎn)單,造價(jià)低,有一定適應(yīng)變形能力。經(jīng)比較,本次設(shè)計(jì)采用塑料止水帶壓板式止水。4.5.2、支座:變形縫之間的

49、每節(jié)槽身沿縱橫向各有兩個(gè)支點(diǎn),為了使支點(diǎn)接觸面的壓力分布比較均勻并減小槽身伸縮時(shí)所產(chǎn)生的摩擦力,常在支點(diǎn)處設(shè)置支座鋼板或油氈座墊。每個(gè)支點(diǎn)處的支座鋼板有兩塊,每塊鋼板上先焊上直徑不小于10mm的鋼筋,以便分別固定于槽身與墩的支承面上,鋼板厚不小于10mm,面積大小根據(jù)接觸面處混凝土的局部承壓能力決定。對(duì)于跨度與縱坡較大的簡(jiǎn)支梁式槽身的支座結(jié)構(gòu),最好能做成一端固定,一端活動(dòng)的形式。本次設(shè)計(jì)渡槽縱坡為1/1000,是簡(jiǎn)支梁式渡槽,故渡槽支座采用一端固定,一端活動(dòng)的形式,鋼板厚度取10mm。4.5.3、兩岸連接:在渡槽的漸變段與槽身的連接處設(shè)置槽臺(tái),以支承槽身和擋土,其高度一般在56m以下,臺(tái)背部一

50、般為m=0.250.5,為了減小臺(tái)背部水壓力,常設(shè)孔徑為58cm,排水孔并作反濾層保護(hù)。第五章、排架設(shè)計(jì)5.1、排架布置布置等跨間距10m的單排架,矩形渡槽采用簡(jiǎn)支。拱墩臺(tái)與排架基礎(chǔ)墩均采用漿砌石重力墩。槽下兩岸墩間用漿砌石護(hù)坡。布置單排架優(yōu)點(diǎn):體積小,重量輕,可現(xiàn)澆或預(yù)制吊裝,在渡槽工程中被廣泛應(yīng)用。5.2、排架尺寸擬定5.2.1、排架高度計(jì)算:見表51所示。表51 排架高度計(jì)算表(單位:m)名稱排架頂部高程排架埋置高程排架底部高程排架高1#103.34101.0999.593.752#103.3396.0994.598.743#103.3292.4690.9612.364#103.3092

51、.4590.9512.355#103.2992.0894.588.716#103.28101.0899.583.705.2.2、排架分組計(jì)算:見表52。表52 排架分組與底部高程計(jì)算表分組編號(hào)排架頂高程排架底高程排架高調(diào)整后高調(diào)整后底高程一1#103.3499.593.753.80103.396#103.2899.583.703.80103.38二2#103.3394.598.748.80103.395#103.2994.588.718.80103.38三3#103.3290.9612.3612.40103.364#103.3090.9512.3512.40103.355.2.3、排架分組與尺寸擬定:具體計(jì)算結(jié)果見表53與附圖51。表53 排架分組與尺寸分組一二三排架號(hào)高度H1# 6#3.80m2# 5#8.80m3# 4#11.40m肢柱b1(1/201/30)H500mm300mm500mm300mm500mm300mmh1常用橫梁h2(1/61/8)L400mm200mm40

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