渡槽畢業(yè)設(shè)計(jì)(水利畢業(yè)樣本)

慮到原渡槽所在渠道位于一較大的沖谷處，該段渠道在山洪期間常受洪水危脅。沖渡槽，工程為III等工程，主要建筑物為3級。采用預(yù)制吊裝形式。流等之用。中一種重要渠系建筑物。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)為白蓮河灌區(qū)龍?zhí)稕_輸水渡槽的初步設(shè)計(jì)。目的在于培養(yǎng)我繪制水利工程圖的能力。世界上最早的渡槽誕生于中東和西亞地區(qū)。公元前29世紀(jì)前后,埃及在尼羅河上建考賽施干砌石壩,壩高15m,壩長450m,是文獻(xiàn)記載最早的壩,并建渠道和渡槽,向孟菲斯城供水。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,即為最古老的渡池,池在未央宮西飛渠”即為渡槽建,于西漢,距今約2000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。2002年完成的廣東東江——深圳供水改造工程在上采用了現(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,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,全長75.2m,由一跨50.4m的拱梁組合構(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(hào)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)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。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;早強(qiáng)快干混凝土和鋼纖維混凝土等材料以及新型止水材料的研制應(yīng)用;構(gòu)件預(yù)制工廠化及大型機(jī)械吊裝等,有的已在逐步開展，有的在探索中,但是可以預(yù)見,渡槽工程在結(jié)構(gòu)型式、設(shè)計(jì)理論、建筑材料以及施工技術(shù)等方面,將有一個(gè)新的發(fā)展。2）渡槽的水力計(jì)算并編制相應(yīng)渡槽水力計(jì)算軟件一個(gè)；3）渡槽槽身的結(jié)構(gòu)及配筋計(jì)算；4）渡槽排架(拱圈)的結(jié)構(gòu)及配筋計(jì)算；5）渡槽的穩(wěn)定計(jì)算；：（設(shè)計(jì)值fc設(shè)計(jì)值fc漿砌采用M15砂漿砌塊石。按初步設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)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)等結(jié)構(gòu)型式的選擇。槽身設(shè)計(jì)等同于簡支梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算。槽身橫斷面最常采用的是矩形和U形。本次設(shè)計(jì)選擇矩形渡槽斷面，渡槽無通航要求。為改善橫向受力條件槽頂設(shè)置拉桿，每隔1.該渡槽屬于Ⅰ級水工建筑物，采用C25混凝土，Ⅰ級鋼筋。結(jié)構(gòu)重要系數(shù)槽身橫斷面圖槽身縱斷面圖(Ⅰ-Ⅰ斷面）永久荷載，人群荷載為可變荷載。永久荷載設(shè)計(jì)值=永久荷載分項(xiàng)系數(shù)×永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值（1）自重：槽身斷面面積=2.68槽身自重標(biāo)準(zhǔn)值=2.68*25=67槽身自重設(shè)計(jì)值=*=67*1.05=70.35（2）水重：設(shè)計(jì)水深時(shí)值水重設(shè)計(jì)值（h=2.42m）加大水深時(shí)值水重標(biāo)準(zhǔn)值（h=2.79m）=11.08加大水深時(shí)值水重設(shè)計(jì)值（h=2.79m）=110.8*1.（按加大流量時(shí)進(jìn)行計(jì)算）可變荷載設(shè)計(jì)值=可變荷載分項(xiàng)系數(shù)×可變荷載標(biāo)準(zhǔn)人群荷載：抗裂驗(yàn)算中加以考慮側(cè)墻加大部分和人行道板構(gòu)成工字梁的上翼緣，翼緣的跨中最大彎矩：=1/8*（++）=1/8*（70.35+116.34+2.4）*=5107.跨端剪力設(shè)計(jì)值：側(cè)墻高度較大時(shí)，沿墻壁配置Φ6~Φ12的縱向鋼筋，其間距不宜大于行配筋計(jì)算。正截面：縱向受力鋼筋面積：=ζb=0.12411**400*3245=6配筋率：ρ===0.5=0.2%斜截面：故按構(gòu)造要求，在兩側(cè)布置Φ8@500的雙肢箍筋。伸值，最大拉應(yīng)力達(dá)到混凝土抗拉強(qiáng)度?；炷翗?gòu)件的抗裂驗(yàn)算公式如下：效應(yīng)的長期組合=0.7。--換算截面對受拉邊緣的彈性抵抗矩；--混凝土軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；—截面抵抗矩系數(shù)，=1.55；--換算截面重心軸慣性矩；--換算截面重心軸至受壓邊緣距離；混凝土標(biāo)號(hào)C25，鋼筋為Ⅰ級鋼筋，=3.1*105N/mm2.=2.8*N/mm2=200*3600+400*3100=1==1/3*400*+1/3*400+1/12*（4000-400）+（4000-400）*200*彎矩標(biāo)準(zhǔn)值：短期組合==（67+110.8+2）*/8=485故均會(huì)產(chǎn)生裂縫，繼續(xù)進(jìn)行裂縫寬度驗(yàn)算：受彎構(gòu)件的鋼筋應(yīng)力：=式中--分別為由荷載標(biāo)準(zhǔn)值按荷載效應(yīng)短期組合及長期效應(yīng)組合計(jì)算的彎矩。最大裂縫開展寬度：式中--為構(gòu)件受力特征系數(shù)，本構(gòu)件取=1.0；—為鋼筋表面形狀系數(shù)，=1.0；期荷載組合=1.6。），短期荷載組合：=1.0*1.0*1.5*（3*35+0.1）=0.23mm＜長期荷載組合：=1.0*1.0*1.5*（3*35+故縱向抗裂滿足要求。本次設(shè)計(jì)渡槽設(shè)有拉桿，故按照滿槽水進(jìn)行計(jì)算。延槽長方向取1/5跨度即3m寬為橫向計(jì)算單元，側(cè)墻于橫斷面剛性連接，拉桿與側(cè)墻固定連接，每個(gè)計(jì)算單元含拉桿2根。計(jì)算簡圖如下：具體內(nèi)力如下：單元碼軸力剪力彎矩1123.1861592-4.70250000123.186159-103.276905-4.319.1686401-4.7419.16864013.60005-4.7025000019.1686401-20.1250038采用C25混凝土12.5N/mm2，Ⅰ級鋼筋，==310N/mm2，M=144.=M/N=144.98/123.19=1.18m＞h/2-a=64mm，故按大偏心受拉構(gòu)件配筋,底板上側(cè)受拉，鋼筋面積為，下側(cè)鋼筋，e=-h/2+a=1180-100+36=1116mm。=ρ===0.914=0.20滿足要求。鋼筋應(yīng)力：有效配筋率計(jì)算：=1.0*1.0*1.5*（3*30+0.1*）=0.292mm＜0.30mm，故抗裂符合設(shè)計(jì)要求。由內(nèi)力計(jì)算簡圖得知，側(cè)墻與底板的固結(jié)處彎矩和剪力均達(dá)到最大，其a=c+d/2=36mm?？v向受力鋼筋面積：=ζb=0.13153**3000*16配筋率：ρ===0.7=0.2滿足要求。只需按構(gòu)造配置鋼筋，根據(jù)規(guī)范要求可選配φ8@200的箍筋。側(cè)墻的抗裂校核：kN.m，M為貼腳處的彎矩設(shè)計(jì)值，可近似假設(shè)彎矩為有鋼筋應(yīng)力：有效配筋率計(jì)算：=1.0*1.0*1.5*（3*30+0.1*）=0.223mm＜0.30mm，故抗裂符合設(shè)計(jì)要求。式中--偏心距；—構(gòu)件的計(jì)算長度；h—截面的計(jì)算高度；--截面的有效高度；B—構(gòu)件的截面面積；--截面對應(yīng)變截面曲率的影響；--構(gòu)件長細(xì)比對截面曲率的影響系數(shù)；N—截面所受的軸力；--混凝土抗拉強(qiáng)度；經(jīng)計(jì)算得：η=1+=1.034；η=1.034*1500=1550＞0.3=2屬于大偏心受壓構(gòu)件，配置對稱鋼筋，可得：===0.009；==4190/2=2030。選配2φ36鋼筋。支撐結(jié)構(gòu)選取空腹排架式拱式渡槽，拱上結(jié)構(gòu)為排架兩岸墩間用漿砌石護(hù)坡?；炷翉?qiáng)度等級主拱圈采用鋼筋混凝土變截面懸鏈線雙肋無鉸拱。拱上布置排架，排架間處設(shè)槽墩，拱座建于堅(jiān)固的新鮮基巖上，可不考慮拱腳變位對拱圈應(yīng)力的影響?；炷翉?qiáng)度等級C25。鉛直荷載。0123456H789H具體布置見下圖：設(shè)計(jì)水深時(shí)值水重設(shè)計(jì)值（h=2.42m）加大水深時(shí)值水重設(shè)計(jì)值（h=2.79m）=110.8*1.故可計(jì)算出通過排架傳給拱肋的鉛直荷載，見下表：（單位）作用于槽身的風(fēng)荷載強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值按下列公式（4-4）計(jì)算：=（4-4）M--為擱置于排架頂部的槽身質(zhì)量(空槽情況)或槽身及槽中滿槽水的E--為排架材料的彈性模量（N/m2近似取C25混凝土的彈性模量J--為排架橫截面的慣性矩（m4J=（1.0×0.43/12+1.0×0.4×2.4752）A--為排架的橫截面面積（m2A=2×1.0×0.4=0此可計(jì)算出自振周期：（4-4）可計(jì)算得：=1.45*1.74*1.14*1.2*0.35=1.21已知槽身高3.29m，一節(jié)槽身長15m（包括兩端伸縮縫長度則作用于槽身上的橫向風(fēng)壓力設(shè)計(jì)值為：用，排架的風(fēng)荷載強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值按下式（4-6）計(jì)算：=（4-6）=2*1.45*1.4*0.9*1.2*0.35=1.53同理可計(jì)算出排架風(fēng)荷載強(qiáng)度設(shè)計(jì)值：值為：=*1.0=1.836kN/m部；同時(shí)距排架頂?shù)母叨?.7m，對排架頂?shù)母叱滔蛳蛳?，槽身自重及槽中水重也通過支座傳到排架頂部，立柱自重不產(chǎn)生彎矩，滿槽水加橫向風(fēng)壓力的情況：=(1091.25+1745.1)/2+71.66*1.7/4.0=1448.空槽加橫向風(fēng)壓力的情況：=1091.25/2-71.66*1.7/4.0=515.=1091.25/2+71.66*1.7/4.0=576.根據(jù)前面的荷載計(jì)算，可用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器求得排架的各種內(nèi)力。（1）排架荷載分布圖（滿槽2）排架彎矩圖（滿槽）（3）排架軸力圖（滿槽4）排架剪力圖（滿槽）具體內(nèi)力計(jì)算數(shù)據(jù)如下：單元碼軸力剪力彎矩1-1150.6075650.9906065-119.6681282-2.80121585-63.6440756144.576192-2.3-885.19243049.1273935-119.181648-884-1214.2516446.4478223-74.9698949-1214.25-797.54835546.3261776-80.6721844-7976-2.15176734-97.5317683178.5918347-1287.7834141.2555896-67.4018446-1288-8.34441031-99.9315867219.5830149-700.01658644.1744103-73.9593082-700.10-1387.7150042.2560000-136.65050011-576.08500035.8300000-0.00000000柱頂部的集中力減小，計(jì)算結(jié)果如下圖4-4所示：（1）排架彎矩圖（空槽2）排架剪力圖（空槽）（3）排架軸力圖（空槽）具體內(nèi)力計(jì)算數(shù)據(jù)如下：單元碼軸力剪力彎矩1-311.63273350.9906065-186.8184562-2.80121585-63.0203934143.328828-2.3-1724.1672649.1273935-186.331977-17244-374.65312646.4478223-140.872858-374.655-1637.1468746.3261776-146.575148-16-2.15176734-93.2569464170.0421907-443.91007341.2555896-124.755164-4438-8.34441031-71.2549267162.2296949d=16mm，且鋼筋布置一排，所以受力鋼筋合力作用點(diǎn)到梁受拉邊緣的距離初始偏心距=M/N=119.18/1724.2=偏心距增大系數(shù)=1.15-0.01/h=1.15-0.01*27.1η=4.6*0.069=0.32m=320mm＞0.3=0.3*400=12故按大偏心受壓構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算。由于風(fēng)荷載方向的不確定性，立柱采用對稱配筋鋼筋面積、選配4φ28+2φ22鋼筋（=3223ρ===0.805=0.20滿足要求驗(yàn)算截面尺寸：（0.25b）=*（0.25*12.5*1000*357）=929kN＞V=123.9要求。下面計(jì)算是否需要按計(jì)算配置箍筋：=*（12.5*1000*357）+0.07*885.2=227.3kN＞4故無需按計(jì)算配筋，選配φ10@200的箍筋。橫梁按受彎構(gòu)件進(jìn)行配筋計(jì)算：截面抵抗拒系數(shù)：縱向受力鋼筋面積：配筋率：ρ===0.346=0.2滿足要求。=（0.07b）=*（0.07*12.5*500*457）=166.6kN＞v=97故斜截面抗剪滿足要求,只需按構(gòu)造要求在底板及兩邊的箍筋。偏心距增大系數(shù)=1.15-0.01/h=1.15-0.01*10.85=η=1.075*500=537.5mm＞0.3=0.3*357=107.故按大偏心受壓構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算。由于施工順序的不確定性，立柱采用對稱配筋x===170.24mm＜=0.614*357=219鋼筋面積、e=η+-a=537.5+1000/2-=故按最小配筋率配筋，=0.2％*1000*400=800故原立柱的配筋能滿足要求。壓狀態(tài)。=φ（+）=*0.96（12.5*1000*400+210*3223）=4541左拱腳最大水平推力為：H=9496.3+5200.4+57.15=14