1、渡槽设计参考资料1渡槽设计参考资料1渡槽设计参考资料一、概述渡槽是渠道跨越河流、溪谷、洼地和道路的明流输水建筑物，是水利工程中应用最广的交叉建筑物之一。渡槽由与渠道连接的进口段、出口段、槽身及下部支承结构等部分组成，进出口段的布置和设计、槽身的水力计算、进出口水流连接以及防冲、防渗等措施，可参考水工建筑物有关专著，本资料仅介绍渡槽槽身及下部支承结构的结构设计。渡槽纵剖面示意图1进口段；2重力式槽台；3槽身；4刚架式支墩；5基础；6出口段；7渠道；8原地面线渡槽和一般桥梁相似，由上部结构（槽身）和下部结构（墩、台或刚架）组成。确定渡槽的形式，应根据当地的地形、地质和施工、运行条件。如在宽而浅的渠
2、道上，当渡槽的过水流量比较大时，槽身可用钢筋混凝土建造，它可以支承在钢筋混凝土刚架上；如渡槽跨越峡谷，而峡谷两岸有比较坚硬的基岩时，槽身可以支承在拱上，拱可以用石料或混凝土建造；U形截面槽身具有过水时水力条件好及受力性能好等优点，但施工较为复杂。钢筋混凝土渡槽可以是现场整体浇注的，也可以是预制装配式的，或者是装配整体式的，这要由当地具体条件和施工情况确定。二、刚架式渡槽的布置下图为跨越天然洼地的渡槽，槽身部分及刚架下部与水接触，故有限制裂缝宽度的要求。内力分析采用弹性方法，槽身结构如下图所示，布置时考虑了下列几个问题。1.槽内正常水深为2.00m，最高水深为2.35m，另加浪高0.1m，水压高
3、度最大为2.45m，考虑采用悬臂式侧墙，取墙高为2.65m，以备在最高水位时仍有0.2m的安全超高。2.槽底宽5.80m，根据底板跨度可采用1.53.0m的数值，故拟布置34根纵梁，若布置4根，底板为三跨连续板，跨度很小，而两端受到侧墙底部传来的负弯矩（）很大，将使底板跨中亦受负弯矩，对结构配筋不利。故确定布置3根纵梁，间距（中至中）3.00m。3.渡槽全长41.2m，刚架间距即纵梁跨长，可取47m，今拟用6.2m，纵梁为单跨简支梁，渡槽进口段与出口段两端各带有2m的悬臂。4.因地基较好，刚架立桩与基础采用刚接，基础埋入深度位于表层土下面。三、 钢筋混凝土渡槽的结构设计1.侧墙悬臂板设计（1）
4、悬臂板设计步骤a.切取1m板宽计算出悬臂板固定端所受最大弯矩，对于普通薄板，斜截面受剪可不必计算。b.设计固定端处的板厚及配筋量。c.板顶部的厚度根据使用、构造、施工要求决定，一般不宜小于100mm，。用直线将板顶板底厚度相连，全板各截面厚度即可确定。d.再取板的其他截面（例如离固定端1/3、2/3跨长等截面），并计算这些截面的弯矩及配筋量。e.画出配筋量与板长的关系曲线，然后由材料图形定出沿板长切断部分钢筋的位置，以节省钢材。为配筋施工方便，可在板内一次切断钢筋根数一半，但直通到顶的钢筋间距不得大于200mm。f.渡槽悬臂板的钢筋，直径多为812mm，允许采用两种不同的直径，但两者相差应大于
5、或等于2mm，钢筋标注方法，用间距表示常较方便。（2）渡槽悬臂式侧墙计算侧墙固结在边纵梁及底板上，墙高2.65m，承受正常水深2.00m（持久状况），最大水深2.35m加浪高0.1m（短暂状况），墙顶板厚因施工要求不小于100mm，墙底板厚由计算决定。墙顶还设有厚80mm宽为700mm的人行道，人行荷载为3.0kN/m2，槽身允许裂缝产生，但最大裂缝宽度限值为0.25mm。2.底板单向连续板设计 （1）单向连续板设计步骤a.根据梁格布置，先估计纵梁梁肋宽度（即板的支座宽度）再决定板的计算跨度与计算简图（板宽为1m）。b.初估板厚，定板自重，其他恒、活荷载按设计要求采用。c.计算控制截面的最大最
6、小弯矩。d.计算各跨跨中及支座截面的钢筋面积，并进行配筋。支座计算弯矩应取支座边缘处的弯矩。（2）渡槽底板计算（取板宽b=1m）a.计算简图及计算荷载板为单向两跨连续板，估计纵梁肋宽为300mm，确定板的计算跨度。考虑板边支座最大负弯矩时的最不利荷载。考虑中间支座及跨中最大弯矩时的最不利荷载。b.弯矩计算因底板承受均布荷载及两端负弯矩，故可利用教材附录9及附录7查得及，列表计算每一截面的弯矩。当水深为2.35m时当水深为2.12m时c.钢筋计算底板的配筋间距最好与侧墙配筋间距相协调，以便相互绑扎。侧墙与底板相接处，常有支托加固。支托尺寸可用200200mm或250250mm，靠水面加支托钢筋，
7、取。3.纵梁简支梁设计（1）纵梁的设计步骤a.纵梁是以刚架横梁为支承的简支梁，估计刚架横梁宽度，从而决定纵梁的计算跨度与计算简图；b.初估纵梁截面尺寸，计算由板传来的恒、活荷载；c.根据荷载布置，计算跨中弯矩及支座剪力，绘制弯矩图及剪力图；d.进行正截面承载力计算，计算纵向钢筋的截面面积及配筋；e.进行斜截面承载力计算，决定箍筋和弯起钢筋的数量和位置；f.绘制材料图及钢筋图。（2）渡槽纵梁计算a.计算简图及荷载；b.中间纵梁内力计算；c.中间纵梁正截面承载力计算；d.中间纵梁斜截面承载力计算；e.裂缝开展宽度验算；f.边纵梁内力计算；g.边纵梁正截面承载力计算；h.边纵梁斜截面承载力计算；4.
8、刚架设计（1）刚架结构的设计要点刚架是由横梁和立柱刚性连接所组成的主要承重结构，水工建筑中应用很广，刚架与基础的连接可分为铰接和刚接两种，当地基不可靠时常做成铰接，地基较好时，刚架立柱与基础采用刚接。在整体式刚架结构中，纵梁、横梁和柱整体相连，实际上构成空间结构。因为结构的刚度在两个方向是不一样的，考虑结构的空间作用计算复杂，一般是忽略刚度较小方向的整体影响，把结构当作一系列刚架结构进行分析，这样计算是偏于安全的。a.计算简图平面刚架的计算简图一般应表示出：刚架跨度和高度，节点和支承的形式，各构件截面的惯性矩，以及荷载形式，数值和作用位置等。刚架是超静定结构，在内力计算时，要用到截面惯性矩，同
9、时确定自重也需知道截面尺寸。因此，在内力计算之前，必须先假定构件的截面尺寸。一般可参考已有的工程设计资料进行假设，内力计算后如有必要再加以修正。b.内力计算刚架的内力计算，可用结构力学的方法进行。对于比较规则的刚架，可以采用实用上足够精确的近似计算方法。对于工程上一般常用刚架，有现成的计算公式或图表可以利用。c.截面设计根据内力计算结果即可进行承载力计算，确定截面配筋。刚架中横梁的轴向力N，一般都很小，可以忽略不计，按受弯构件进行配筋计算。刚架在立柱中的力主要是弯矩M和轴向力N，剪力V一般很小，可按偏心受压构件进行计算。（2）刚架结构的构造a.节点构造在横梁与立柱连接处会产生应力集中现象，试验
10、指出，横梁与立柱交接处的应力分布规律与其内折角的形状有很大关系。内折角越平缓，交接处的应力集中越小，为了减少应力集中，应该把内折角做成圆弧形，圆弧形施工比较困难，一般都做成斜坡状的支托，支托高度约为（0.51.0h）（h为柱截面高度），斜面与水平线成45或30角。 （a） （b） （c）转角处的支托转角处有支托时，横梁底面与立柱内侧的钢筋不能内折，应沿斜面另加直钢筋，另加的直钢筋沿支托表面放置，数量一般为24根，直径与横梁底面伸入节点内的钢筋直径相同。刚架梁顶层端节点处，可将柱外侧纵向钢筋弯入梁内作梁上部纵向钢筋使用，也可将梁上部纵向钢筋与柱外侧纵向钢筋在顶层端节点及其附近搭接，当搭接接头沿顶
11、层端节点外侧及梁端顶部布置，搭接长度不应小于1.5la ；当搭接接头沿柱顶外布置，搭接长度竖直段不应小于1.7la 。 (a) (b) （a） （b）梁上部纵向钢筋与柱外侧纵向钢筋在顶层端节点的搭接 节点的箍筋布置刚架节点内应设置水平箍筋，箍筋间距不宜大于250mm，转角处有支托时，节点的箍筋可作扇形布置，也可按图（b）布置，节点内的箍筋要适当加密，以便能牢固地扎结钢筋，同时提高刚架节点的延性。b.立柱与基础的连接刚架立柱与基础的连接一般有固接与铰接两种。刚架立柱与基础铰接的作法：在连接处将柱子截面减小为原来截面的，用交叉钢筋，竖直钢栓，螺旋钢筋连接。刚架立柱与基础固接的作法：从基础内伸出插筋
12、与柱内钢筋相连接，然后浇筑柱子的混凝土。插筋的直径、根数、间距应与柱内钢筋相同。插筋一般均应伸至基础底。当基础高度较大时，也可仅将柱子四角处的插筋伸至基础底部，其余插筋只伸至基础顶面以下，满足锚固长度要求即可。（3）渡槽刚架计算因地基较好，采用固接刚架。基础埋置在4.35m高程上，立柱高7.45m，刚架中至中跨度为6m，中间纵梁传递集中力为p1作用在横梁中部，边纵梁传递集中力p2直接作用在立柱上，与横梁无关。风压力影响甚微，故忽略不计。控制设计的情况为槽内最大水深2.35m。a.内力计算初估横梁截面尺寸bh=400mm900mm，立柱截面尺寸bh=400mm700mm，利用刚架公式计算内力b.
13、横梁正截面承载力计算，斜截面承载力计算；c.立柱正截面承载力计算。5.柱下独立基础设计（1）基础计算概要基础是将柱承受的荷载传递给地基的结构，常用柱下独立基础分为锥形基础和阶梯型基础两种。柱下独立基础的形式（a）锥形基础；（b）阶梯形基础锥形基础的边缘高度不宜小于200mm，也不宜大于500mm，锥形基础顶面的坡度一般情况下。阶梯型基础每阶高度一般为300500mm，阶梯形外边线应在压力分布线之外。柱下独立基础分为轴心受压和偏心受压两种，轴心受压基础通常做成正方形，边长为100mm的倍数，偏心受压基础一般为矩形，长短边之比不宜超过3。为使地基反力分布均匀，可将立柱轴线与基础中轴错开一距离，这种基础称为偏轴基础，M、N为基础所受弯矩及纵向荷载，G为基础自重，常取为（0.050.10）N，基础底面积尺寸由地基承载力确定，基础最小高度，可根据沿柱边保证基础不被柱子冲切破坏的条件决定。基础受地基反力如同悬臂板一样，悬臂板固定在柱边-截面处，计算出弯矩，计算出受力钢筋截面积AS1，基础底面为矩形时，分别计算两个方向的受力钢筋截面面积。（2）渡槽基础设计a.基础底面积计算b.基础高度确定c.基础底板配筋计算
