水利學(xué)院渡槽畢業(yè)設(shè)計(jì)[詳細(xì)]

1、廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院12屆畢業(yè)設(shè)計(jì)渡槽設(shè)計(jì)1廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院11屆畢業(yè)設(shè)計(jì)渡槽設(shè)計(jì)渡槽設(shè)計(jì)專業(yè)與班級(jí): 學(xué) 生 姓 名: 完 全 學(xué) 號(hào): 指導(dǎo)教師姓名: 設(shè)計(jì)提交日期: 目 錄一、基本資料4二、槽身的水力設(shè)計(jì)41.槽身過水?dāng)嗝娉叽绲拇_定4渡槽縱坡i的確定4槽身凈寬B0和凈深H0的確定4安全超高52.進(jìn)出口漸變段的型式和長(zhǎng)度計(jì)算5漸變段的型式5漸變段長(zhǎng)度計(jì)算53.水頭損失的計(jì)算6進(jìn)口水面降落Z16槽身沿程水頭損失7出口水面回升7渡槽總水頭損失74.渡槽進(jìn)出口底部高程的確定7三、槽身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)81.槽身橫斷面形式82.槽身尺寸的確定83.槽身縱向內(nèi)力計(jì)算及配筋計(jì)算9荷載計(jì)算9內(nèi)力計(jì)算

2、10配筋計(jì)算10底部小梁抗裂驗(yàn)算11底部小梁裂縫寬度驗(yàn)算124.槽身橫向內(nèi)力計(jì)算及配筋計(jì)算12荷載計(jì)算12內(nèi)力計(jì)算12底板配筋計(jì)算14底板橫向抗裂驗(yàn)算15側(cè)墻配筋計(jì)算16側(cè)墻抗裂驗(yàn)算17四、槽架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)181.槽架尺寸擬定182.風(fēng)荷載計(jì)算19作用于槽身的橫向風(fēng)壓力19作用于排架的橫向風(fēng)壓力193.作用于排架節(jié)點(diǎn)上得荷載計(jì)算20槽身傳遞給排架頂部的荷載20作用于排架節(jié)點(diǎn)上得橫向風(fēng)壓力214.橫向風(fēng)壓力作用下的排架內(nèi)力計(jì)算21計(jì)算固端彎矩21計(jì)算抗變勁度21計(jì)算分配系數(shù)和查取傳遞系數(shù)22計(jì)算桿端彎矩22計(jì)算剪力和軸向力225.橫桿配筋計(jì)算23正截面承載力計(jì)算23斜截面承載力計(jì)算236.立柱配筋

3、計(jì)算24正截面承載力計(jì)算24斜截面承載力計(jì)算25一、基本資料 某灌溉工程干渠需跨越一個(gè)山谷,山谷兩岸地形對(duì)稱.按規(guī)劃,在山谷處修建鋼筋混凝土梁式渡槽.山谷谷底與渠底間最大高差8米,巖石堅(jiān)硬.渡槽混凝土槽壁表面較光滑(n=0.014),設(shè)計(jì)流量1米3/s,加大流量1.1米3/s,渡槽長(zhǎng)度為80米,每跨長(zhǎng)度取為10米,共8跨.渡槽上游渠道為矩形斷面,寬1.2米,設(shè)計(jì)水深h1=0.98米,上游渠底高程25.00米.渡槽下游渠道為矩形斷面,寬1.2米,渠道糙率n=0.025,設(shè)計(jì)水深h2=0.92米.二、槽身的水力設(shè)計(jì)(一)槽身過水?dāng)嗝娉叽绲拇_定 1.渡槽縱坡i的確定在相同的流量下,縱坡i大,過水?dāng)嗝?/p>

4、就小,渡槽造價(jià)低;但i大,水頭損失大,減少了 下游自流灌溉面積,滿足不了 渠系規(guī)劃要求,同時(shí)由于流速大可能引起出口渠道的沖刷.因此,確定一個(gè)適宜的底坡,使其既滿足渠系規(guī)劃允許的水頭損失,又能降低工程造價(jià),常常需要試算.一般常采用底坡i=1/5001/1500,槽內(nèi)的經(jīng)濟(jì)流速12米/s.初定取底坡i=1/800. 2.槽身凈寬B0和凈深H0的確定因L=80米15h1,即按明渠均勻流計(jì)算:式中 A槽身的過水?dāng)嗝?R槽身的水力半徑n槽身的粗糙系數(shù)i槽身縱坡.首先根據(jù)通過加大流量槽中為滿槽水情況擬定B0和H0值.凈深H0凈寬B0過水?dāng)嗝鍭濕周x水力半徑R縱坡i流量Q米深寬比h/b0.7600 1.20

5、00 0.9120 2.7200 0.3353 0.00125 1.1116 0.63 0.8000 1.1000 0.8800 2.7000 0.3259 0.001251.0525 0.73 0.8400 1.1000 0.9240 2.7800 0.3324 0.00125 1.1197 0.76 0.8300 1.1000 0.9130 2.7600 0.3308 0.00125 1.1028 0.75 0.8200 1.1000 0.9020 2.7400 0.3292 0.00125 1.0860 0.75 由Q米=1.1米3/s,n=0.014,H0/ B0 =0.75,i=1/

6、800,試算得出B0=1.1米,H0=0.83米.計(jì)算所得流量稍大于加大流量,故滿足要求.再由B0=1.1米,試算正常水深.凈深h0凈寬B過水?dāng)嗝鍭濕周x水力半徑R縱坡i流量Q米深寬比h/b0.7000 1.1000 0.7700 2.5000 0.3080 0.00125 0.8869 0.64 0.7500 1.1000 0.8250 2.6000 0.3173 0.001250.9692 0.68 0.7600 1.1000 0.8360 2.6200 0.3191 0.00125 0.9858 0.69 0.7700 1.1000 0.8470 2.6400 0.3208 0.0012

7、5 1.0025 0.70 0.7800 1.1000 0.8580 2.6600 0.3226 0.00125 1.0191 0.71 由Q米=1米3/s,n=0.014,H0/ B0=0.70,i=1/800,試算得出h0=0.77米.計(jì)算所得流量稍大于設(shè)計(jì)流量,故滿足要求. 3.安全超高 為了 防止因風(fēng)浪或其他原因而引起側(cè)墻頂溢水,側(cè)墻應(yīng)有一定的超高.按建筑物的級(jí)別和過水流量不同,超高可選用0.20.6米. 本渡槽安全超高取=0.2米.(二)進(jìn)出口漸變段的型式和長(zhǎng)度計(jì)算 1.漸變段的型式 本渡槽選用圓弧直墻漸變段. 2.漸變段長(zhǎng)度計(jì)算 渠道與渡槽的過水?dāng)嗝?在形狀和尺寸均不相同,為使水流

8、平順銜接渡槽進(jìn)出口均需設(shè)置漸變段.本渡槽采用圓弧直墻式,漸變段的長(zhǎng)度Lj通常采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算. Lj=C(B1 B2)式中 C系數(shù),進(jìn)口取C=1.542.57;出口取C=2.573.56;B1渠道水面寬度;B2渡槽水面寬度.進(jìn)口漸變段長(zhǎng)度L1=C(B1 B2)=2.0(1.21.1)=0.2米出口漸變段長(zhǎng)度L2=C(B1 B2)=3.0(1.21.1)=0.3米進(jìn)口漸變段長(zhǎng)度取L1=0.2米;出口漸變段長(zhǎng)度取L2=0.3米.(三)水頭損失的計(jì)算水流經(jīng)過渡槽進(jìn)口段時(shí),隨著過水?dāng)嗝鏈p少,流速逐漸加大,水流位能一部分轉(zhuǎn)化為動(dòng)能,另一部分因水流收縮而產(chǎn)生水頭損失,因此進(jìn)口段將產(chǎn)生水面降落Z1;水流進(jìn)入

9、槽身后,基本保持均勻流,沿程水頭損失Z2=iL;水流經(jīng)過出口段時(shí),隨著過水?dāng)嗝嬖龃?流速逐漸減小,水流動(dòng)能因擴(kuò)散而損失一部分,另一部分則轉(zhuǎn)化為動(dòng)能,而使出口水面回升Z2,從而與下游渠道相銜接(如圖所示).1.進(jìn)口水面降落Z1進(jìn)口段水面降落 式中 v1、v分別為上游渠道及渡槽內(nèi)的平均流速; 進(jìn)口段局部水頭損失系數(shù),與漸變段形式有關(guān).圓弧直墻為0.2,門槽損失系數(shù)為0.05.上游渠道流速 v1=Q/A1=1/(1.20.98)=0.850米/s槽內(nèi)的流速 v=Q/A=1/(1.10.77)=1.1806米/s進(jìn)口水面降落 =(1+0.25)()/(29.81)=0.0428米 2.槽身沿程水頭損失

10、 Z2=iL式中i、L槽身縱坡和長(zhǎng)度.槽身沿程水頭損失 =iL=80/800=0.1米 3.出口水面回升式中 v2、v分別為上游渠道及渡槽內(nèi)的平均流速; 出口段局部水頭損失系數(shù),與漸變段形式有關(guān).圓弧直墻為0.5.下游渠道流速V2=Q/A2=1/(1.20.92)=0.9058米/s出口水面回升 =(1-0.5)()/(29.81)=0.0146米4.渡槽總水頭損失=0.028+0.10.0146=0.1134米(四)渡槽進(jìn)出口底部高程的確定 已知渡槽上游渠道出口斷面高程=25.00米,通過設(shè)計(jì)流量時(shí)水深=0.98米,槽中水深h=0.77米,進(jìn)口漸變段水面降落0.0428米,槽身沿程水面降落=

11、0.1米,出口漸變段水面回升=0.0146米,下游渠道水深.將以上各值代入,可求得:進(jìn)口槽底高程: =25.00+0.98-0.0428-0.77=25.1672米進(jìn)口槽底抬高: =25.1672-25=0.1672米出口槽底高程: =25.1672-0.1=25.0672米出口渠底降低: =0.92-0.0146-0.77=0.1354米出口渠底高程: =25.0672-0.1354=24.9318米三、槽身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(一)槽身橫斷面形式本渡槽采用矩形斷面.(二)槽身尺寸的確定根據(jù)前面計(jì)算結(jié)果,槽內(nèi)凈寬B1.1米,加大水深H=0.83米,安全超高=0.2米,設(shè)底板厚0.12米,側(cè)墻厚0.10

12、米,底部小梁高0.10米. 側(cè)墻高H1=0.830.20.12+0.10=1.25米.矩形槽身的側(cè)墻兼做縱梁用,但其薄而高,且需承受側(cè)向水壓力作用,因此,設(shè)計(jì)時(shí)除考慮強(qiáng)度外,還考慮了 側(cè)向穩(wěn)定要求.以側(cè)墻厚度t與墻高的比值作為衡量指標(biāo),其經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)為(對(duì)于設(shè)拉桿的矩形槽):1/121/16.因本渡槽不設(shè)拉桿,側(cè)墻適當(dāng)加厚,側(cè)墻厚度t取0.10米.貼角45,邊長(zhǎng)0.10米.槽身基本尺寸(三)槽身縱向內(nèi)力計(jì)算及配筋計(jì)算根據(jù)設(shè)計(jì)流量0.7米3/s5 米3/s,工程級(jí)別為5級(jí),渡槽的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為5級(jí),所以渡槽的安全級(jí)別級(jí),則安全系數(shù)為0=0.9,鋼筋混凝土重度為=25kN/米3,正常運(yùn)行期為持久狀況,其設(shè)

13、計(jì)狀況系數(shù)為=1.0,荷載分項(xiàng)系數(shù)為:永久荷載分項(xiàng)系數(shù)G=1.05,可變荷載分項(xiàng)系數(shù)Q=1.20,結(jié)構(gòu)系數(shù)為d=1.2.縱向計(jì)算中的荷載一般按勻布荷載考慮,包括槽身重力/槽中水體的重力.1.荷載計(jì)算槽身的自重標(biāo)準(zhǔn)值gk1 =252(0.101.25)0.121+2*0.10.1/2=9.5kN/米槽中水體的重力標(biāo)準(zhǔn)值 gk21 =0.8319.81=8.14 kN/米永久標(biāo)準(zhǔn)荷載標(biāo)準(zhǔn)值gk=9.58.14=17.64 kN/米永久標(biāo)準(zhǔn)荷載設(shè)計(jì)值g=Ggk=1.0517.64=18.52 kN/米 2.內(nèi)力計(jì)算 縱向內(nèi)力計(jì)算簡(jiǎn)圖 梁式渡槽的單跨長(zhǎng)L=10米,槽高B=1.1米,則跨寬比L/B=10

14、/1.1=9.094.0故可按梁理論計(jì)算,沿渡槽水流方向按簡(jiǎn)支梁計(jì)算應(yīng)力及內(nèi)力:結(jié)構(gòu)安全級(jí)別為級(jí),則安全系數(shù)為0=0.9;正常工作時(shí),設(shè)計(jì)狀況系數(shù)=1.0跨中截面彎矩設(shè)計(jì)值 米=0gl2=0.91.018.52102 =208.35 KN米支座邊緣截面剪力設(shè)計(jì)值V=0gl =0.91.018.5210 =83.34kN 3.配筋計(jì)算對(duì)于簡(jiǎn)支梁式槽身的跨中部分底板處于受拉區(qū),故在強(qiáng)度計(jì)算中不考慮底板的作用.渡槽處于露天(二類環(huán)境條件),則根據(jù)規(guī)范查得混凝土保護(hù)層厚c=25米米,所以受拉鋼筋合力點(diǎn)至截面受拉邊緣的距離,則截面的有效高度. d結(jié)構(gòu)系數(shù),d=1.20; fc混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,混

15、凝土選用C25,則fc=12.5N/米米; b矩形截面寬度; x混凝土受壓區(qū)計(jì)算高度; h0截面有效高度; fy鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,取fy=310N/米; As受拉區(qū)縱向鋼筋截面面積; = 選416 AS=804(米米2)4.底部小梁抗裂驗(yàn)算荷載效應(yīng)的長(zhǎng)期組合,取底部小梁不滿足抗裂要求.5. 底部小梁裂縫寬度驗(yàn)算長(zhǎng)期荷載組合時(shí),受彎構(gòu)件,變形鋼筋,荷載長(zhǎng)期組合,c=25米米有效配筋率按長(zhǎng)期組合驗(yàn)算最大裂縫寬度滿足要求.(四)槽身橫向內(nèi)力計(jì)算及配筋計(jì)算 1.荷載計(jì)算按沿水流方向與垂直水流方向取單位長(zhǎng)度來計(jì)算. 永久荷載設(shè)計(jì)值=永久荷載分項(xiàng)系數(shù)rG永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值Gk(其中rG1.05), 沿槽身縱

16、向取1.0米常的脫離體,按平面問題進(jìn)行橫向計(jì)算.作用在脫離體上的荷載兩側(cè)的剪力差(QQ2Q1)平衡,側(cè)墻與底板交結(jié)處可視為鉸接.2.內(nèi)力計(jì)算 橫向內(nèi)力計(jì)算簡(jiǎn)圖當(dāng)水深h=0.76米側(cè)墻下部及底板上部最大負(fù)彎矩設(shè)計(jì)值: (r為水的重度)底板跨中正彎矩設(shè)計(jì)值: 軸向拉力設(shè)計(jì)值 當(dāng)水深h為一半計(jì)算跨度時(shí),底板跨中最大正彎矩設(shè)計(jì)值: 3.底板配筋計(jì)算渡槽處于露天(二類環(huán)境條件),則根據(jù)規(guī)范查得混凝土保護(hù)層厚c=25米米,排兩排鋼筋,所以受拉鋼筋合力點(diǎn)至截面受拉邊緣的距離,則截面的有效高度. d結(jié)構(gòu)系數(shù),d=1.20; fc混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,混凝土選用C25,則fc=12.5N/米米; b矩形截面

17、寬度; h0截面有效高度; fy鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,取fy=310N/米; As受拉區(qū)鋼筋截面面積;(1)底板上部配筋 = 選受拉鋼筋為8150 AS=335(米米2)選分布鋼筋6150 AS=188(米米2)在板的常用配筋率0.4%0.8%的范圍內(nèi),鋼筋選定合理. (2)底板上部配筋底板下部所受到的最大彎矩比上部受到的最大彎矩略小,故配筋與上部相同,選受拉鋼筋為8150 AS=335(米米2)選分布鋼筋6150 AS=188(米米2). 4.底板橫向抗裂驗(yàn)算荷載效應(yīng)的長(zhǎng)期組合,取底板滿足抗裂要求. 5.側(cè)墻配筋計(jì)算渡槽處于露天(二類環(huán)境條件),則根據(jù)規(guī)范查得混凝土保護(hù)層厚c=25米米,排兩排

18、鋼筋,所以受拉鋼筋合力點(diǎn)至截面受拉邊緣的距離,則截面的有效高度. d結(jié)構(gòu)系數(shù),d=1.20; fc混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,混凝土選用C25,則fc=12.5N/米米; b矩形截面寬度; h0截面有效高度; fy鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,取fy=310N/米; As受拉區(qū)鋼筋截面面積; = 選受拉鋼筋為8150 AS=335(米米2)選分布鋼筋6150 AS=188(米米2) 在板的常用配筋率0.4%0.8%的范圍內(nèi),鋼筋選定合理.6.側(cè)墻抗裂驗(yàn)算荷載效應(yīng)的長(zhǎng)期組合,取側(cè)墻滿足抗裂要求. 槽身剖面圖四、槽架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(一)槽架尺寸擬定 排架及板基結(jié)構(gòu)布置圖單排架兩立柱中心距取決于槽身的寬度,由槽身傳

19、過來的荷載P應(yīng)與柱中心線一致,以使立柱為中心受壓構(gòu)件.立柱斷面尺寸:長(zhǎng)邊(順槽向)為排架總高的(1/201/30),所以取為(0.270.4米),取0.4米;短邊(橫槽向)=(0.50.8),所以取為(0.20.32米),取0.25米.取立柱間距為1.35米,凈距為1.1米.排架立柱間設(shè)橫梁,橫梁間距可等于或略大于立柱間距.橫梁高可為跨度(即立柱間距)的1/61/8,取0.3米,梁寬為(0.50.7),所以取為(0.150.21),取0.2米.橫梁與立柱連接處設(shè)承托,以改善交角處的應(yīng)力狀況,承托高10厘米,其中布置斜筋.為支承槽身,排架頂部在順?biāo)鞣较蛟O(shè)短懸臂梁式牛腿,懸臂長(zhǎng)度,高度h=0.2

20、,傾角(二)風(fēng)荷載計(jì)算1.作用于槽身的橫向風(fēng)壓力作用于槽身的風(fēng)荷載強(qiáng)度按下式計(jì)算: 式中:;為風(fēng)載體形系數(shù),對(duì)于矩形槽身高寬比為1,取=1.97;為風(fēng)壓高度變化系數(shù),因槽身迎風(fēng)面形心距地面高度約為8米,近似取=0.92;為地形、地理?xiàng)l件系數(shù),去=1;為風(fēng)振系數(shù),由于渡槽高度不大,可不計(jì)風(fēng)振影響,取=1.作用于槽身的風(fēng)荷載強(qiáng)度為:已知槽身高度1.18米,一節(jié)槽身長(zhǎng)10米,則作用于槽身上得橫向風(fēng)壓力為:2.作用于排架的橫向風(fēng)壓力考慮前柱對(duì)后柱的擋風(fēng)作用,排架的風(fēng)荷載強(qiáng)度按下式計(jì)算: .式中:風(fēng)載體形系數(shù)取1.3;風(fēng)壓高度變化系數(shù)按排架迎風(fēng)面積形心距地面高度(約4米)選取,近似取=0.8;及的取值與

21、槽身相同.的大小與兩立柱凈距和立柱迎風(fēng)面寬度之比1.1/0.4=2.7510,值在0.21.0之間變化.從安全角度出發(fā),不考慮前柱對(duì)后柱的擋風(fēng)作用,取=1.作用于排架的風(fēng)荷載強(qiáng)度為:(三)作用于排架節(jié)點(diǎn)上得荷載計(jì)算1.槽身傳遞給排架頂部的荷載作用于槽身的橫向風(fēng)壓力通過支座的摩阻作用,以水平力形式傳到排架頂部;同時(shí),距排架頂高度1.25/2+0.1=0.725米(支座高度0.1米),對(duì)排架頂高程所產(chǎn)生的力矩將轉(zhuǎn)化為一對(duì)方向相反的集中力,分別作用于兩立柱頂部,迎風(fēng)面力的方向向上背風(fēng)面力的方向向下.槽身自重及槽中水重也通過支座傳到排架頂部. 一跨槽身自重滿槽水重 1)滿槽水+橫向風(fēng)壓力情況 2)空槽

22、+橫向風(fēng)壓力情況 62.作用于排架節(jié)點(diǎn)上得橫向風(fēng)壓力(即與結(jié)點(diǎn)相鄰的上半柱與下半柱的橫向風(fēng)壓力之和)(四)橫向風(fēng)壓力作用下的排架內(nèi)力計(jì)算排架的內(nèi)力可以分解為豎向荷載作用及橫向荷載作用兩種情況進(jìn)行計(jì)算,然后再疊加.豎向荷載作用下,只在排架立柱中產(chǎn)生軸向力.橫向風(fēng)壓力作用下的內(nèi)力,可采用“無切力分配法”按下述步驟計(jì)算.1.計(jì)算固端彎矩(下述計(jì)算中,彎矩以順時(shí)針為正)2.計(jì)算抗變勁度對(duì)于立柱 對(duì)于橫梁 取相對(duì)勁度 則橫梁各桿端的相對(duì)勁度為3.計(jì)算分配系數(shù)和由結(jié)構(gòu)力學(xué)書中查取傳遞系數(shù)4.計(jì)算桿端彎矩計(jì)算過程見下表.桿端彎矩(Kn米)計(jì)算表結(jié)點(diǎn)123桿端111221222332相對(duì)勁度分配系數(shù)5.0790.83510.16510.1415.0790.71710.141傳遞系數(shù)-1-1-1固端彎矩-8.79-8.79-9.36-9.36分配與傳遞7.3402.3080.0221.450-2.7640.456-0.0260.004-1.4502.7