渡槽畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、第4頁，共 NUMPAGES 124頁第2頁，共 NUMPAGES 124頁 TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc10450 前言 PAGEREF _Toc10450 2 HYPERLINK l _Toc28529 1工程概況 PAGEREF _Toc28529 4 HYPERLINK l _Toc27674 1.1地形 PAGEREF _Toc27674 4 HYPERLINK l _Toc2624 1.2地質(zhì) PAGEREF _Toc2624 4 HYPERLINK l _Toc8800 1.3上、下游渠道資料 PAGEREF _Toc8800 4 HYPERLIN

2、K l _Toc13688 1.4 建筑材料及安全系數(shù) PAGEREF _Toc13688 5 HYPERLINK l _Toc4153 1.5 工程回填土及地基力學(xué)特性 PAGEREF _Toc4153 6 HYPERLINK l _Toc4228 1.6 設(shè)計(jì)要求 PAGEREF _Toc4228 6 HYPERLINK l _Toc14314 2 渡槽總體布置設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc14314 6 HYPERLINK l _Toc31508 2.1 渡槽軸線及槽身起止點(diǎn)位置選擇 PAGEREF _Toc31508 7 HYPERLINK l _Toc12020 2.1.1選擇原則

3、PAGEREF _Toc12020 7 HYPERLINK l _Toc24299 2.1.2選擇方案 PAGEREF _Toc24299 8 HYPERLINK l _Toc24878 2.2渡槽型式選擇、分跨及縱剖面布置 PAGEREF _Toc24878 8 HYPERLINK l _Toc1312 2.2.1型式選擇 PAGEREF _Toc1312 8 HYPERLINK l _Toc13701 2.2.2分跨 PAGEREF _Toc13701 9 HYPERLINK l _Toc14934 2.2.3剖面布置 PAGEREF _Toc14934 10 HYPERLINK l _T

4、oc27093 3 渡槽水力設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc27093 10 HYPERLINK l _Toc25011 3.1 計(jì)算方法和計(jì)算公式 PAGEREF _Toc25011 11 HYPERLINK l _Toc26236 3.1.1 流量計(jì)算公式 PAGEREF _Toc26236 11 HYPERLINK l _Toc21667 3.1.2 水頭損失計(jì)算公式 PAGEREF _Toc21667 11 HYPERLINK l _Toc3991 3.2 槽底縱坡i、槽身凈寬B和凈深H的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc3991 12 HYPERLINK l _Toc7597 3.2.1擬

5、定i 、B和H的值 PAGEREF _Toc7597 12 HYPERLINK l _Toc2310 3.2.2 總水頭損失Z校核與i、B和H值的確定 PAGEREF _Toc2310 13 HYPERLINK l _Toc20189 3.3 進(jìn)出口高程確定 PAGEREF _Toc20189 13 HYPERLINK l _Toc19366 3.3.1 高程計(jì)算公式 PAGEREF _Toc19366 13 HYPERLINK l _Toc30864 3.3.2 高程計(jì)算結(jié)果 PAGEREF _Toc30864 14 HYPERLINK l _Toc7534 3.4 進(jìn)出口漸變段長度確定 P

6、AGEREF _Toc7534 14 HYPERLINK l _Toc11183 3.5 水力計(jì)算結(jié)果示意圖 PAGEREF _Toc11183 14 HYPERLINK l _Toc19274 4 槽身設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc19274 15 HYPERLINK l _Toc2706 4.1 尺寸設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc2706 15 HYPERLINK l _Toc15076 4.1.1扶欄 PAGEREF _Toc15076 15 HYPERLINK l _Toc17951 4.1.2人行道板 PAGEREF _Toc17951 15 HYPERLINK l _Toc2349

7、6 4.1.3拉桿 PAGEREF _Toc23496 15 HYPERLINK l _Toc4336 4.1.4側(cè)墻 PAGEREF _Toc4336 15 HYPERLINK l _Toc31358 4.1.5底板 PAGEREF _Toc31358 16 HYPERLINK l _Toc8313 4.1.6 渡槽橫剖面示意圖 PAGEREF _Toc8313 16 HYPERLINK l _Toc19849 4.2 槽身各部分荷載及自重 PAGEREF _Toc19849 16 HYPERLINK l _Toc21636 4.3 人行道板配筋設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc21636 17

8、 HYPERLINK l _Toc4988 4.4 拉桿、側(cè)墻、底板橫向配筋設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc4988 17 HYPERLINK l _Toc8072 4.4.1內(nèi)力計(jì)算 PAGEREF _Toc8072 17 HYPERLINK l _Toc4728 4.4.2配筋設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc4728 20 HYPERLINK l _Toc24218 4.5 拉桿、側(cè)墻、底板縱向配筋設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc24218 21 HYPERLINK l _Toc3280 4.5.1計(jì)算簡圖 PAGEREF _Toc3280 21 HYPERLINK l _Toc1548 4.5

9、.2內(nèi)力計(jì)算 PAGEREF _Toc1548 21 HYPERLINK l _Toc7084 4.5.3配筋設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc7084 22 HYPERLINK l _Toc28672 4.6 槽身抗裂驗(yàn)算 PAGEREF _Toc28672 22 HYPERLINK l _Toc10206 4.6.1 橫向抗裂驗(yàn)算 PAGEREF _Toc10206 22 HYPERLINK l _Toc17513 4.6.2 縱向抗裂驗(yàn)算 PAGEREF _Toc17513 25 HYPERLINK l _Toc14919 4.7 槽身吊裝驗(yàn)算 PAGEREF _Toc14919 25 HY

10、PERLINK l _Toc28252 4.7.1吊裝施工布置及其示意圖 PAGEREF _Toc28252 26 HYPERLINK l _Toc26752 4.7.2吊裝內(nèi)力計(jì)算 PAGEREF _Toc26752 26 HYPERLINK l _Toc28829 4.7.3吊裝驗(yàn)算 PAGEREF _Toc28829 26 HYPERLINK l _Toc1950 5 重力墩計(jì)算 PAGEREF _Toc1950 27 HYPERLINK l _Toc15298 5.1 重力墩尺寸確定 PAGEREF _Toc15298 27 HYPERLINK l _Toc24141 5.1.1 渡槽

11、高度及柱底高程計(jì)算 PAGEREF _Toc24141 28 HYPERLINK l _Toc31348 5.1.2 重力墩局部尺寸確定 PAGEREF _Toc31348 28 HYPERLINK l _Toc6298 5.2 重力墩設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc6298 30 HYPERLINK l _Toc11398 5.2.1 重力墩墩身設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc11398 30 HYPERLINK l _Toc4891 6 基礎(chǔ) PAGEREF _Toc4891 32 HYPERLINK l _Toc28671 6.1基礎(chǔ)尺寸確定 PAGEREF _Toc28671 32 HYP

12、ERLINK l _Toc94 6.1.1 基礎(chǔ)形式選擇 PAGEREF _Toc94 32 HYPERLINK l _Toc3919 6.1.2 尺寸初步確定 PAGEREF _Toc3919 32 HYPERLINK l _Toc17090 6.1.3 基礎(chǔ)尺寸驗(yàn)定 PAGEREF _Toc17090 33 HYPERLINK l _Toc26178 7 渡槽及其地基穩(wěn)定性驗(yàn)算 PAGEREF _Toc26178 34 HYPERLINK l _Toc26153 7.1 渡槽整體性驗(yàn)算 PAGEREF _Toc26153 34 HYPERLINK l _Toc31597 7.1.1 抗滑穩(wěn)

13、定性驗(yàn)算 PAGEREF _Toc31597 34 HYPERLINK l _Toc16419 7.1.2 抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算 PAGEREF _Toc16419 34 HYPERLINK l _Toc23085 7.2 渡槽抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算 PAGEREF _Toc23085 35 HYPERLINK l _Toc12926 7.2.1 空槽工況下抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算 PAGEREF _Toc12926 35 HYPERLINK l _Toc22893 7.2.2 滿槽工況下抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算 PAGEREF _Toc22893 36 HYPERLINK l _Toc11113 7.3 渡槽抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)

14、算 PAGEREF _Toc11113 36 HYPERLINK l _Toc7630 7.3.1 空槽工況下抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算 PAGEREF _Toc7630 36 HYPERLINK l _Toc6019 7.3.2 滿槽工況下抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算 PAGEREF _Toc6019 37 HYPERLINK l _Toc23018 7.4 基底壓應(yīng)力驗(yàn)算 PAGEREF _Toc23018 37 HYPERLINK l _Toc23951 7.4.1 橫槽向基底壓應(yīng)力驗(yàn)算 PAGEREF _Toc23951 37 HYPERLINK l _Toc9668 7.4.2 順槽向基底壓應(yīng)力驗(yàn)算 PA

15、GEREF _Toc9668 37 HYPERLINK l _Toc30888 8.Ansys有限元計(jì)算分析 PAGEREF _Toc30888 38 HYPERLINK l _Toc20134 8.1Ansys有限元基本簡介: PAGEREF _Toc20134 38 HYPERLINK l _Toc11555 8.2渡槽平面模型的建立 PAGEREF _Toc11555 38 HYPERLINK l _Toc19191 8.2.1Ansys平面渡槽模型 PAGEREF _Toc19191 39 HYPERLINK l _Toc30088 8.8.2結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器渡槽平面計(jì)算 PAGEREF

16、 _Toc30088 39 HYPERLINK l _Toc6617 8.3渡槽三維模型的建立 PAGEREF _Toc6617 39 HYPERLINK l _Toc28745 8.3.1創(chuàng)建渡槽三維模型 PAGEREF _Toc28745 40 HYPERLINK l _Toc21638 8.3.2網(wǎng)格劃分 PAGEREF _Toc21638 40 HYPERLINK l _Toc7188 8.3.3邊界條件及施加荷載 PAGEREF _Toc7188 40 HYPERLINK l _Toc10184 8.3.4求解及后處理 PAGEREF _Toc10184 40 HYPERLINK l

17、 _Toc24578 8-4結(jié)果及分析 PAGEREF _Toc24578 40 HYPERLINK l _Toc24065 8.4.1Ansy平面結(jié)構(gòu)分析 PAGEREF _Toc24065 40 HYPERLINK l _Toc1518 8.4.2結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器結(jié)構(gòu)分析 PAGEREF _Toc1518 40 HYPERLINK l _Toc9882 8.4.3Ansys三維結(jié)構(gòu)分析 PAGEREF _Toc9882 41 HYPERLINK l _Toc16558 8.5計(jì)算結(jié)果對比分析 PAGEREF _Toc16558 41 HYPERLINK l _Toc28121 8.5.1平面

18、計(jì)算結(jié)果分析 PAGEREF _Toc28121 41 HYPERLINK l _Toc25875 8.5.2三維有限元結(jié)果分析 PAGEREF _Toc25875 42 HYPERLINK l _Toc28775 9 細(xì)部結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc28775 42 HYPERLINK l _Toc29648 9.1 伸縮縫及止水 PAGEREF _Toc29648 42 HYPERLINK l _Toc20500 9.2 支座 PAGEREF _Toc20500 43 HYPERLINK l _Toc17341 9.3 兩岸連接 PAGEREF _Toc17341 44 HYPERLIN

19、K l _Toc23443 致 謝 PAGEREF _Toc23443 45 HYPERLINK l _Toc22290 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc22290 46 HYPERLINK l _Toc2373 附錄：計(jì)算說明書 PAGEREF _Toc2373 48 HYPERLINK l _Toc31624 1 水力計(jì)算 PAGEREF _Toc31624 48 HYPERLINK l _Toc25946 1.1 水力計(jì)算公式 PAGEREF _Toc25946 48 HYPERLINK l _Toc5257 1.2 加大流量下水力計(jì)算 PAGEREF _Toc5257 49 HYPE

20、RLINK l _Toc30140 1.3 設(shè)計(jì)流量下的水力計(jì)算 PAGEREF _Toc30140 49 HYPERLINK l _Toc10195 1.4 水頭損失計(jì)算 PAGEREF _Toc10195 50 HYPERLINK l _Toc27307 1.5 高程計(jì)算 PAGEREF _Toc27307 51 HYPERLINK l _Toc18489 1.6 進(jìn)出口漸變段長度計(jì)算 PAGEREF _Toc18489 51 HYPERLINK l _Toc26874 1.7 水力計(jì)算結(jié)果 PAGEREF _Toc26874 52 HYPERLINK l _Toc5993 2 槽身各部分

21、荷載計(jì)算 PAGEREF _Toc5993 52 HYPERLINK l _Toc25402 2.1 扶欄自重 PAGEREF _Toc25402 53 HYPERLINK l _Toc7900 2.2人群荷載 PAGEREF _Toc7900 53 HYPERLINK l _Toc24936 2.3人行道板自重 PAGEREF _Toc24936 54 HYPERLINK l _Toc353 2.4 拉桿自重 PAGEREF _Toc353 54 HYPERLINK l _Toc21201 2.5 側(cè)墻自重 PAGEREF _Toc21201 54 HYPERLINK l _Toc20959

22、 2.6 底板自重 PAGEREF _Toc20959 55 HYPERLINK l _Toc9288 2.7 設(shè)計(jì)水流下水自重 PAGEREF _Toc9288 55 HYPERLINK l _Toc322 2.8 加大水流下水自重 PAGEREF _Toc322 56 HYPERLINK l _Toc25830 2.9 槽身各細(xì)部自重結(jié)果 PAGEREF _Toc25830 56 HYPERLINK l _Toc9390 3人行道板配筋計(jì)算 PAGEREF _Toc9390 56 HYPERLINK l _Toc21995 3.1 計(jì)算簡圖 PAGEREF _Toc21995 57 HYP

23、ERLINK l _Toc7787 3.2 荷載及內(nèi)力計(jì)算 PAGEREF _Toc7787 57 HYPERLINK l _Toc26227 3.3 配筋計(jì)算 PAGEREF _Toc26227 58 HYPERLINK l _Toc18225 4 槽身計(jì)算 PAGEREF _Toc18225 58 HYPERLINK l _Toc25124 4.1 槽身橫向計(jì)算 PAGEREF _Toc25124 58 HYPERLINK l _Toc25266 4.1.1內(nèi)力計(jì)算 PAGEREF _Toc25266 58 HYPERLINK l _Toc4610 4.1.2配筋計(jì)算 PAGEREF _T

24、oc4610 67 HYPERLINK l _Toc16790 4.2 槽身縱向計(jì)算 PAGEREF _Toc16790 73 HYPERLINK l _Toc18686 4.2.1 槽身縱向計(jì)算簡圖 PAGEREF _Toc18686 73 HYPERLINK l _Toc17484 4.2.2 槽身縱向荷載及內(nèi)力計(jì)算 PAGEREF _Toc17484 74 HYPERLINK l _Toc25095 4.2.3 槽身縱向配筋計(jì)算 PAGEREF _Toc25095 75 HYPERLINK l _Toc19794 4.3 槽身抗裂驗(yàn)算 PAGEREF _Toc19794 76 HYPER

25、LINK l _Toc9130 4.3.1 槽身橫向抗裂驗(yàn)算 PAGEREF _Toc9130 76 HYPERLINK l _Toc26349 4.3.2 槽身縱向抗裂驗(yàn)算 PAGEREF _Toc26349 81 HYPERLINK l _Toc23923 4.4 槽身吊裝驗(yàn)算 PAGEREF _Toc23923 83 HYPERLINK l _Toc16226 4.4.1吊裝布置及其示意圖 PAGEREF _Toc16226 83 HYPERLINK l _Toc30139 4.4.2吊裝內(nèi)力計(jì)算 PAGEREF _Toc30139 83 HYPERLINK l _Toc30767 4.

26、4.3槽身吊裝驗(yàn)算 PAGEREF _Toc30767 84 HYPERLINK l _Toc4742 5 槽墩計(jì)算 PAGEREF _Toc4742 85 HYPERLINK l _Toc26583 5.1 槽墩尺寸確定 PAGEREF _Toc26583 85 HYPERLINK l _Toc7830 5.1.1 渡槽高度計(jì)算 PAGEREF _Toc7830 85 HYPERLINK l _Toc11064 5.1.2 重力墩局部尺寸確定 PAGEREF _Toc11064 86 HYPERLINK l _Toc13285 5.2 重力墩的設(shè)計(jì)說明 PAGEREF _Toc13285 8

27、7 HYPERLINK l _Toc2705 5.2.1 水平方向荷載計(jì)算 PAGEREF _Toc2705 91 HYPERLINK l _Toc32547 5.2.2 豎直方向荷載計(jì)算 PAGEREF _Toc32547 94 HYPERLINK l _Toc6039 5.2.3 墩帽局部承受壓力計(jì)算 PAGEREF _Toc6039 95 HYPERLINK l _Toc3052 6 基礎(chǔ) PAGEREF _Toc3052 96 HYPERLINK l _Toc21835 6.1 基礎(chǔ)尺寸確定 PAGEREF _Toc21835 97 HYPERLINK l _Toc10185 6.1.

28、1基礎(chǔ)形式選擇 PAGEREF _Toc10185 97 HYPERLINK l _Toc32624 6.1.2 尺寸初步確定 PAGEREF _Toc32624 97 HYPERLINK l _Toc14917 6.1.3 基礎(chǔ)尺寸驗(yàn)定 PAGEREF _Toc14917 98 HYPERLINK l _Toc30424 7 渡槽穩(wěn)定性驗(yàn)算 PAGEREF _Toc30424 100 HYPERLINK l _Toc8858 7.1 渡槽槽身的整體性驗(yàn)算 PAGEREF _Toc8858 100 HYPERLINK l _Toc16601 7.1.1 抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算 PAGEREF _Toc

29、16601 100 HYPERLINK l _Toc28602 7.1.2 抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算 PAGEREF _Toc28602 101 HYPERLINK l _Toc15275 7.2 渡槽整體抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算 PAGEREF _Toc15275 102 HYPERLINK l _Toc11722 7.2.1 空槽工況下抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算 PAGEREF _Toc11722 102 HYPERLINK l _Toc30339 7.2.2 滿槽工況下抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算 PAGEREF _Toc30339 103 HYPERLINK l _Toc7239 7.3 渡槽抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算 PAGEREF _

30、Toc7239 103 HYPERLINK l _Toc21405 7.3.1 空槽工況下抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算 PAGEREF _Toc21405 104 HYPERLINK l _Toc31334 7.3.2 滿槽工況下抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算 PAGEREF _Toc31334 104 HYPERLINK l _Toc2973 7.4 基底壓應(yīng)力驗(yàn)算 PAGEREF _Toc2973 104 HYPERLINK l _Toc17268 7.4.1 橫槽向基底壓應(yīng)力驗(yàn)算 PAGEREF _Toc17268 104 HYPERLINK l _Toc9451 8. Ansys有限元計(jì)算分析 PAGEREF

31、_Toc9451 105 HYPERLINK l _Toc17218 8.1Ansys有限元基本簡介 PAGEREF _Toc17218 105 HYPERLINK l _Toc18165 8.2渡槽平面模型的建立 PAGEREF _Toc18165 105 HYPERLINK l _Toc27362 8.2.1Ansys平面渡槽模型 PAGEREF _Toc27362 105 HYPERLINK l _Toc20606 8.8.2結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器渡槽平面計(jì)算 PAGEREF _Toc20606 108 HYPERLINK l _Toc20532 8.3渡槽三維模型的建立 PAGEREF _To

32、c20532 109 HYPERLINK l _Toc4449 8.3.1創(chuàng)建渡槽三維模型 PAGEREF _Toc4449 109 HYPERLINK l _Toc22307 8.3.2網(wǎng)格劃分 PAGEREF _Toc22307 110 HYPERLINK l _Toc19312 8.3.3邊界條件及施加荷載 PAGEREF _Toc19312 110 HYPERLINK l _Toc14719 8.3.4求解及后處理 PAGEREF _Toc14719 111 HYPERLINK l _Toc31581 8-4結(jié)果及分析 PAGEREF _Toc31581 112 HYPERLINK l

33、 _Toc2766 8.4.1Ansy平面結(jié)構(gòu)分析 PAGEREF _Toc2766 112 HYPERLINK l _Toc12747 8.4.2結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器結(jié)構(gòu)分析 PAGEREF _Toc12747 113 HYPERLINK l _Toc32658 8.4.3Ansys三維結(jié)構(gòu)分析 PAGEREF _Toc32658 114 HYPERLINK l _Toc17909 8.5計(jì)算結(jié)果對比分析 PAGEREF _Toc17909 115 HYPERLINK l _Toc15315 8.5.1平面計(jì)算結(jié)果分析 PAGEREF _Toc15315 115 HYPERLINK l _Toc1

34、3972 8.5.2三維有限元結(jié)果分析 PAGEREF _Toc13972 116 第 PAGE 119頁，共 NUMPAGES 124頁第 PAGE 1頁，共 NUMPAGES 124頁林家河渡槽設(shè)計(jì)學(xué) 生： 指導(dǎo)老師： 三峽大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院摘要：本文采用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法對林家河渡槽進(jìn)行了整體設(shè)計(jì)。首先，通過對林家河周邊地形和地質(zhì)條件分析，根據(jù)渡槽結(jié)構(gòu)型式特點(diǎn)，確定本渡槽型式為簡支梁式渡槽，槽身采用矩形橫截面，支撐結(jié)構(gòu)采用實(shí)體重力墩形式，基礎(chǔ)采用整體板式基礎(chǔ)；然后參照水工設(shè)計(jì)規(guī)范和工程中渡槽設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)值確定各部分尺寸并進(jìn)行校核，再進(jìn)行各部分的內(nèi)力計(jì)算、配筋計(jì)算、抗裂驗(yàn)算及細(xì)部處理，最后采用Ans

35、ys有限元軟件進(jìn)行平面計(jì)算和三維模型計(jì)算與結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行比較，利用其結(jié)果對渡槽進(jìn)行強(qiáng)度校核，檢驗(yàn)渡槽各部分以及整體是否滿足強(qiáng)度和穩(wěn)定性要求，并對設(shè)計(jì)值進(jìn)行修正以達(dá)到最優(yōu)效果。通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，將大學(xué)本科所學(xué)的專業(yè)知識(shí)與工程實(shí)際相結(jié)合，提高了水利水電專業(yè)素養(yǎng)，達(dá)到了畢業(yè)設(shè)計(jì)的預(yù)期效果。Abstract: In this paper，Lin Jiahe aqueduct has been overall designed using the traditional methods combined with the engineering concept. At first， acc

36、ording to the analysis of the terrain and geology condition and the comparision of the characteristics of each kinds of aqueducts， the structure form of simply supported beam aqueduct is decided， so the cross-section of the body of the aqueduct is rectangular， the supporting structure is the gravity

37、 abutment ， and the foundation is a integral plate type foundation. The second， in order to determine the size of each component of aqueduct， the experience datas from practical engineerings are studied and used in the paper. Then， the internal force of each component is calculated， the reinforcemen

38、t calculation and checking calculation for crack are finished， and the details sturcture is dealt with. At last,Ansys finite element software planar and three-dimensional model calculations and structural mechanics solver calculation results were compared , using its strength check results Aqueduct.

39、 Both the parts and the whole of the aqueduct is tested to know whether the aqueduct is satisfied with the requirements for the strength and the stability ，and correct the design datas to optimize the result of the design.Through this graduation design，professional knowledge and Engineering Bachelor

40、s degree studies the actual combination， improve the professional quality of the water conservancy and hydroelectric power， to achieve the desired effect of graduation design.關(guān)鍵詞：水利水電 渡槽 水力計(jì)算 配筋計(jì)算 抗裂驗(yàn)算 穩(wěn)定性驗(yàn)算 有限元 結(jié)構(gòu)力學(xué) Key words: water resources and hydropowe aqueduct hydraulic calcution reinforcement

41、 calcution cracking calcution stability checking calculation finite element structural mechanics 前言世界上最早的渡槽誕生于中東和西亞地區(qū)。公元前 700 余年，亞美尼亞已有渡槽。公元前 703 年，亞述國王西拿基立(Sennacherib)下令建一條 483km長的渡槽引水到國都尼尼微。渡槽建在石墻上，跨越澤溫的山谷。石墻寬21 m，高9 m，共用了200 多萬塊石頭。渡槽下有5個(gè)小橋拱，讓溪水流過。渡槽在我國已有悠久的歷史。古代，人們鑿木為槽用以引水，即為最古老的渡槽。據(jù)水經(jīng) 渭水注:長安城故渠

42、“上承泬水于章門西，飛渠引水入城 ，東為倉池，池在未央宮西?！薄帮w渠” 即為渡槽，建于西漢，距今約2000 年?；蛘f公元前246年興建的鄭國渠“絕”諸水即利用了渡槽。這說明渡槽在中國已有2000 年以上的歷史。我國古代比較著名的渡槽有：古代陜西關(guān)中地區(qū)大型引涇灌區(qū) 鄭國渠，是中國古代最宏大的水利工程之一。公元前246年(秦始皇元年)由韓國水工鄭國主持興建，約十年后完工。它位于涇水和渭水的交會(huì)處，干渠西起涇陽，引涇水向東，下游入洛水，全長 150 余 km，其間橫穿了好幾道天然河流可，能使用了“渡槽”技術(shù)。鄭國渠的建成，使關(guān)中干旱平原成為沃野良田，糧食產(chǎn)量大增，直接支持了秦國統(tǒng)一六國的戰(zhàn)爭。我國

43、從20世紀(jì)50年代開始建造渡槽，目前國內(nèi)已建的各類渡槽有很多。其中單槽過流量最大的為 1999 年新建的新疆烏倫古河渡槽，設(shè)計(jì)流量120m3/ s，為預(yù)應(yīng)力混凝土矩形槽。單跨跨度最大的為廣西玉林縣萬龍渡槽，拱跨長126 m。2002 年完成的廣東東江深圳供水改造工程在旗嶺、樟洋、金湖的3座渡槽上采用了現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土 U 型薄殼槽身，為國內(nèi)首創(chuàng)。根據(jù)目前我國渡槽的發(fā)展?fàn)顩r，渡槽在橫斷面上，以 U型和矩形槽應(yīng)用較為廣泛，特別是隨著施工方法的改進(jìn)，如采用預(yù)制吊裝的渡槽，越來越廣泛的采用各種更輕、更強(qiáng)、更巧、更薄的結(jié)構(gòu)，即槽身趨向采用U型、半橢圓型、環(huán)型、拋物線形等薄殼結(jié)構(gòu)或薄壁肋箱等。在支承型式上

44、，除梁式渡槽和拱式渡槽外，又發(fā)展了一種拱梁組合式，拱梁式渡槽是從20世紀(jì)90年代逐步發(fā)展起來的，是在折線拱和桁架梁渡槽的基礎(chǔ)上，經(jīng)過研究改進(jìn)發(fā)展起來的一種新型渡槽結(jié)構(gòu)形式。它具有結(jié)構(gòu)輕巧，受力狀態(tài)良好，外形美觀，便于施工，安全可靠，經(jīng)濟(jì)適用等特點(diǎn)。如湖南岳陽地區(qū)的涼清渡槽，槽身全長75. 2 m ，由一跨50. 4 m 的拱梁組合式結(jié)構(gòu)與兩端各一跨12. 4 m 的簡支結(jié)構(gòu)組成。1990年建成后投入使用，運(yùn)行狀況良好。在材料使用上，在使用一般鋼筋混凝土的基礎(chǔ)上，趨于使用鋼絲網(wǎng)水泥、高標(biāo)號預(yù)應(yīng)力混凝土，鋼材采用高強(qiáng)鋼絲、低合金鋼等。采用這種材料后一是降低混凝土槽身的壁厚，能使混凝土的壁厚由過去的

45、幾十厘米減為十幾厘米；其次由于渡槽槽身構(gòu)件采用預(yù)應(yīng)力工藝處理后，使渡槽在結(jié)構(gòu)上發(fā)生了質(zhì)的變化，抗裂性、抗震性和剛度大大提高，克服了鋼筋混凝土過早出現(xiàn)裂縫的弱點(diǎn)，充分發(fā)揮了高強(qiáng)鋼材的潛力，渡槽的斷面和變形也相對減少，而跨度卻可顯著地增大。從施工方法角度出發(fā)，渡槽越來越趨于裝配式，由于灌溉及用水事業(yè)的發(fā)展和地形的需要，大流量、大跨度的裝配式渡槽逐年增多，并且這些大跨度、大流量的渡槽結(jié)構(gòu)多采用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)和拱架支承。小型殼槽則較多采用鋼絲網(wǎng)水泥結(jié)構(gòu)以有利于農(nóng)村小型工地的運(yùn)輸和裝配。從施工工藝方面，預(yù)應(yīng)力施工工藝逐漸廣泛地被采用，槽身的張拉，小型殼槽則采用先張法，即在預(yù)制廠內(nèi)固定的臺(tái)座上成批張拉高強(qiáng)鋼絲

46、或鋼絞線，大型槽身則采用后張法施工，以構(gòu)件本身為臺(tái)座。在采用裝配式渡槽方面，由于吊裝技術(shù)和設(shè)備的改進(jìn)，構(gòu)件的單元重量也逐漸增大，以適應(yīng)大斷面、大跨度結(jié)構(gòu)的需要。如湖北省1973年修建的排子河裝配式渡槽，采用鋼桁架梁垂直吊升巨型的槽身構(gòu)件，起重量達(dá)200 t ，提升高度達(dá)50多m。南水北調(diào)中線工程中有40多座渡槽跨越山谷和江河，已經(jīng)成為世界最大的引水渡槽。未來渡槽發(fā)展研究的總趨勢，適應(yīng)各種流量、各種跨度特別是大跨度渡槽結(jié)構(gòu)型式的研究；應(yīng)用先進(jìn)理論和先進(jìn)手段進(jìn)行結(jié)構(gòu)型式優(yōu)化設(shè)計(jì)；材料及施工技術(shù)的改進(jìn)等方面。如斜拉式及懸吊式這類跨越能力最大的渡槽型式的研究；過水與承重相結(jié)合的合理結(jié)構(gòu)型式的研究；利用

47、電子計(jì)算技術(shù)及先進(jìn)設(shè)計(jì)理論優(yōu)選結(jié)構(gòu)型式的研究；渡槽結(jié)構(gòu)抗震；大體積混凝土渡槽溫控等方面研究。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)選題雖然不復(fù)雜，計(jì)算過程也無特別之處，但本次畢業(yè)設(shè)計(jì)細(xì)致而齊全的工作包括了水力學(xué)、理論力學(xué)、材料力學(xué)、土力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)力學(xué)、水工建筑物、水利施工等多門基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)知識(shí)的綜合運(yùn)用，同時(shí)將大學(xué)四年所學(xué)的專業(yè)知識(shí)進(jìn)行一次系統(tǒng)的應(yīng)用，因而綜合性比較強(qiáng)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)包括渡槽的槽身設(shè)計(jì)，支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。從整體布置到局部設(shè)計(jì)，荷載計(jì)算到配筋設(shè)計(jì)校核，抗拉、抗壓、抗裂計(jì)算到特殊工況下的驗(yàn)算，整個(gè)計(jì)算過程都少不了葉永教授的細(xì)心指導(dǎo)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是配筋計(jì)算，盡管計(jì)算過程繁瑣，步驟

48、復(fù)雜但是都一一克服了。1工程概況林家河水庫灌區(qū)引水干渠經(jīng)林家溝時(shí)需要修建一座輸水建筑物，經(jīng)過填方渠道、倒虹吸和渡槽三種方案比較，決定修建渡槽。干渠控制灌區(qū)農(nóng)田面積6.5萬畝，根據(jù)工程情況和相關(guān)規(guī)程，確定工程為等工程，主要建筑為3級。1.1地形林家溝頂寬約120m，溝深約10米。屬狹長V型斷面。溝內(nèi)無常年流水，溝內(nèi)種植有經(jīng)濟(jì)作物。耕作深度為1.0m。1.2地質(zhì)林家溝溝內(nèi)為周口店期黃土層，干重度為1314KN/m2，210，C24KPa，地基承載力R290KPa，基礎(chǔ)與地基摩擦系數(shù)f0.31。1.3上、下游渠道資料上游渠底高程為8m，Q設(shè)計(jì)6.5m3/s，Q加大8.1 m3/s，i1/3500，渡

49、槽上、下游渠底寬2.5m，糙率n0.017。上、下游渠道的內(nèi)、外邊坡設(shè)計(jì)相同，分別為1:1和1:1.5，該渡槽允許水頭損失為0.25m，具體的水力要素如表1。渡槽糙率為0.015。表1 上、下游渠道過水?dāng)嗝嫠σ亓髁浚╩3/s）縱坡i底寬b（m）流速v（m/s）堤高H（m）邊坡糙率n水深h（m）超高H（m）渠口寬b（m）Q設(shè)計(jì)6.51/35002.50.861.831:10.0171.330.56.16Q校核8.11/35002.50.122.001:10.0171.500.56.50渠道通過加大流量的示意圖如下：圖1-1 上下游渠道通過加大流量時(shí)的橫截面圖（單位：m）1.4 建筑材料及安全

50、系數(shù)該工程主要的建筑材料為水泥、混凝土、鋼筋等?；炷林囟萩24KN / m3，溫度膨脹系數(shù)dc1.01051/，混凝土其它特性的性能指標(biāo)見表12。采用和級鋼筋，級鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fy=fy=210N/mm2。強(qiáng)度模量Es2.1105N/ mm2，級鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fy=fy=310N/mm2，強(qiáng)度模量Es2.1105N/mm2。鋼筋混凝土重度35KN/ m3。構(gòu)件裂縫寬度允許值，短期組合Wmax0.3mm，長期組合Wmin0.25mm?；炷翗?biāo)號軸心抗壓軸心抗拉彈性模量Ec標(biāo)準(zhǔn)值fck設(shè)計(jì)值fc標(biāo)準(zhǔn)值fck設(shè)計(jì)值fcC2013.510.01.501.102.55104C2517.012.51.7

51、51.302.8104表1-2 混凝土特性指標(biāo)：（單位N/ mm2） 注：漿砌采用M15砂漿砌塊石1.5 工程回填土及地基力學(xué)特性c14KN / m3；210；C24KPa，修正后地基承載力特性值fa=290KPa?；A(chǔ)與地基摩擦系數(shù)f0.31，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)K1.5。根據(jù)水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定以及灌區(qū)規(guī)劃要求，確定該渡槽為三級永久建筑物，結(jié)構(gòu)安全級別為級。機(jī)構(gòu)重要性系數(shù)為r01，短暫設(shè)計(jì)狀況系數(shù)0.95，偶然狀況系數(shù)0.85，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)系數(shù)d1.2。其他荷載：人群荷載：2.0kN/ m2(人行橋上的活荷載)；基本荷載：0.35kN/ m2(風(fēng)壓)氣象條件：最高日平均氣溫30

52、，最低日平均氣溫0，不考慮凍土深度。施工條件：采用裝載式鋼筋混凝土渡槽，預(yù)制吊裝。1.6 設(shè)計(jì)要求按初步設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，局部可深入考慮。進(jìn)行渡槽總體布置，包括槽身、支撐、基礎(chǔ)等機(jī)構(gòu)型式的選擇。水力計(jì)算槽身設(shè)計(jì)支承機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)2 渡槽總體布置設(shè)計(jì)2.1 渡槽軸線及槽身起止點(diǎn)位置選擇2.1.1選擇原則渠系規(guī)劃布置時(shí)，已從全局考慮決定了渡槽的位置。對于長度不大的渡槽，中心線和槽身起止點(diǎn)的位置，一般已無多大選擇余地。渡槽軸線及槽身起止點(diǎn)位置選擇的基本要求：渠線及渡槽長度較短，地質(zhì)條件較好，工程最??；槽身起止點(diǎn)爭取落在挖方渠道上；進(jìn)出口水流順暢，運(yùn)用管理方便；應(yīng)考慮進(jìn)出口建筑物及槽跨結(jié)

53、構(gòu)的型式和布置等。但這些條件之間常存在錯(cuò)綜復(fù)雜的矛盾，特別是進(jìn)出口落在挖方渠道上與槽身最短的要求不易同時(shí)滿足，需通過方案比較確定，具體選擇時(shí)可從以下幾個(gè)方面考慮：（1）槽址盡量選在地質(zhì)條件良好、地形有利和便于施工的地方，以利于縮短渠線而又能盡量縮短槽身長度，減小工程量和降低槽墩及槽架的高度，進(jìn)出口爭取落在挖方渠道上。（2）進(jìn)出口不能落在挖方渠道上時(shí)，也可落在填方渠道上。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，取土方便，所壓地面不宜于耕種，填方高度（從渠頂算起）在68米以內(nèi)時(shí)可以考慮作填方渠道。但此數(shù)值僅可做參考，實(shí)際工程中應(yīng)結(jié)合工程材料供應(yīng)條件、當(dāng)?shù)貏趧?dòng)力及壓廢耕地的情況綜合考慮。（3）跨越河流的渡槽，槽址應(yīng)位于河床穩(wěn)定、

54、水流順直的河段，避免位于河流急轉(zhuǎn)彎處，以避免河流轉(zhuǎn)彎處，凹岸與基礎(chǔ)受沖刷。渡槽軸線應(yīng)盡量與水流方向正交，兩岸為填方渠道時(shí)，填方不能過長，以免過于束窄河床而造成壅水，使河岸和河床受到較大沖刷。對于可能沖刷的岸坡，應(yīng)根據(jù)情況設(shè)置塊石護(hù)坡，過陡而又不穩(wěn)定的岸坡應(yīng)削除。對于通航河道，尚應(yīng)滿足通航流速及凈空要求。（4）渡槽進(jìn)出口渠道與槽身的連接，在平面布置上應(yīng)爭取成一直線，不急劇轉(zhuǎn)彎。進(jìn)口段急轉(zhuǎn)彎，易使水流不均勻而偏離一側(cè)，從而影響渡槽的進(jìn)流條件。出口段急轉(zhuǎn)彎，則易形成回流而抬高出口水位，影響正常輸水，并易造成下游渠水?dāng)[動(dòng)而引起沖刷，對于大流量及縱陡坡的渡槽更應(yīng)注意這一問題。（5）渡槽發(fā)生事故需要停水檢

55、修，或?yàn)榱松嫌畏炙饶康模Ｔ谶M(jìn)口段出口段設(shè)置節(jié)制閘，以便與泄水閘聯(lián)合運(yùn)用，使渠水泄入溪谷或河道。泄水閘的位置是根據(jù)渠系的規(guī)劃布置選定的，一般在大型渡槽前都有設(shè)置，這樣，既可保證不致因某段渠道發(fā)生滿溢而造成各種不良后果，又給渡槽的檢修提供了有力的條件。選定渡槽進(jìn)口位置時(shí)，應(yīng)給進(jìn)口建筑物提供合適條件。（6）盡量少占耕地，少拆遷房屋，并盡可能有較寬敞的施工地以便于施工，爭取靠近建筑材料資源地，以便就地取材。2.1.2選擇方案本次設(shè)計(jì)中：林家河頂寬約120m，溝深約10米。屬狹長V型斷面。溝內(nèi)無常年流水，溝內(nèi)種植有經(jīng)濟(jì)作物。耕作深度為1.0m。上下游還有渠道，渠道的基本情況見1.3 。根據(jù)所給出的地

56、形資料可以判斷此次設(shè)計(jì)的渡槽規(guī)模較小，在選址上已無多大的選擇余地，所以在進(jìn)出口落在挖方渠道上和槽身最短這兩個(gè)要求中選擇前者；溝內(nèi)無常年流水，所以不用考慮槽址與河道之間的關(guān)系；因?yàn)榍篮投刹凼桥涮淄瓿傻?，所以可以近似地認(rèn)為渡槽的進(jìn)出口與槽身的連接是一條直線；考慮渡槽發(fā)生事故需要停水檢修，會(huì)在進(jìn)水口的地方設(shè)置節(jié)制閘，并通過另外修造的排水溝將水引入谷底，從早先存在的溝渠中排出。2.2渡槽型式選擇、分跨及縱剖面布置渡槽型式的選擇是選定包括槽臺(tái)在內(nèi)的進(jìn)出口建筑物和各個(gè)跨段的槽身、支撐結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式與材料；分跨是選定槽墩（或槽架）及其基礎(chǔ)的中心線位置與一跨槽身的長度；縱剖面布置則是擬定進(jìn)出口建筑和槽

57、身、支撐結(jié)構(gòu)以及基礎(chǔ)的布置尺寸和構(gòu)造。2.2.1型式選擇對于長度不大的中小型渡槽，一般只采用一種類型的單跨或等跨度布置方案。林家河溝頂寬約120m，溝深約10米，屬狹長V型斷面。本次設(shè)計(jì)屬于小型渡槽，選用等跨度布置方案。渡槽的型式選擇、分跨和剖面布置工作是渡槽設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。布置方案是否合理，不僅關(guān)系到工程的安全運(yùn)用，也關(guān)系到工期和造價(jià)。顯然，渡槽各跨段和各組成部分，一方面發(fā)揮各自的作用，同時(shí)又相互配合同處于渡槽這個(gè)統(tǒng)一體中，每個(gè)部分結(jié)構(gòu)型式的改變，必將引起其他部分的相應(yīng)變化；設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)從全局出發(fā)，從互相聯(lián)系上去研究，從而選用最經(jīng)濟(jì)、合理的方案。這一工作除了處理好各個(gè)部分之間的內(nèi)部聯(lián)系外，還須使它與

58、外部條件相適應(yīng)，才能做出安全、經(jīng)濟(jì)而又合理的布置方案。這些外界因素很多，但主要有以下幾個(gè)方面：（1）地形、地質(zhì)條件。地形平坦、槽高不大，一般采用梁式渡槽較好，施工與吊裝均方便，所以本次設(shè)計(jì)決定采用梁式渡槽。梁式渡槽的槽身是直接擱置于槽墩或槽架上的，為了適應(yīng)溫度變化和不均勻沉降等原因而引起的槽身變形，必須設(shè)置橫向變形縫將槽身分為獨(dú)立工作的若干節(jié)，并將槽身與進(jìn)出口建筑物分開。變形縫之間的每一節(jié)槽身縱向是兩個(gè)支點(diǎn)，所以起輸水作用又起縱向梁作用。根據(jù)支撐點(diǎn)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型式。簡支梁式施工吊裝方便，接縫止水結(jié)構(gòu)簡單，但跨中彎矩較大，底板受拉對抗裂防滲不利。雙懸

59、臂梁式又分為等跨雙懸臂和等彎矩雙懸臂，相對于簡支梁式而言，地板跨中彎矩較小，故跨度可以增大，但雙懸臂梁式對地基的不均勻沉降適應(yīng)較差，接縫將產(chǎn)生錯(cuò)動(dòng)而使止水容易被拉裂，另外，根據(jù)已建工程觀察，雙懸臂梁式槽身在支座附近容易產(chǎn)生橫向裂縫。單懸臂梁式較少采用。綜合上述情況，本次設(shè)計(jì)決定采用簡支梁式渡槽。（2）建筑材料情況。建筑材料有時(shí)對渡槽類型的選擇起著重要參考作用。應(yīng)貫徹就地取材和因材設(shè)計(jì)的原則來選擇渡槽型式。本次設(shè)計(jì)中渡槽采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。槽身采用級鋼筋和C25的混凝土，支撐結(jié)構(gòu)采用標(biāo)號為60粗石料砌體，標(biāo)號為7.5砂漿，基礎(chǔ)同支撐結(jié)構(gòu)材料相同。（3）施工條件。一定型式和一定布置尺寸的渡槽結(jié)構(gòu)，

60、要求一定的施工技術(shù)和施工設(shè)備。基本資料中已經(jīng)給出，本次設(shè)計(jì)的施工條件為：采用吊裝式鋼筋混凝土渡槽，預(yù)制吊裝。2.2.2分跨 梁式渡槽的跨度是這類渡槽最關(guān)鍵的尺寸。當(dāng)渡槽高（槽底距地面的高度）較大、基礎(chǔ)較好或基礎(chǔ)施工困難時(shí)宜選用較大的跨度，當(dāng)槽高不大或地基較差時(shí)則以采取小跨度為宜。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)及統(tǒng)計(jì)資料，簡支梁式渡槽的常用跨度為815米。林家河頂寬約120米，溝深約10米。設(shè)計(jì)選用簡支梁式渡槽等跨度方案。簡支梁渡槽的合理跨高比（L/H）一般為1.01.2。 這里，因?yàn)榱旨液訙仙罴s10米，除去渠道深度2米，加上耕地與基礎(chǔ)的深度，取跨高約為10米，然后確定取每一跨的長度為12米。2.2.3剖面布置縱