大型多纵梁式钢筋混凝土渡槽结构受力试验研究
一、渡槽原型概况
南水北调中线工程河南段双洎河渡槽为南水北调工程总干渠跨越河南省新郑市境内双洎河的交叉建筑物，担负着双洎河以北地区南水北调的输水供水任务。其中有郑州、新乡、安阳、邯郸、石家庄、北京、天津等大中城市的生活、工业用水以及沿干渠两侧河南、河北的农业用水，控制灌溉耕地面积3142万亩，负担分水口门61处，年平均输水100多亿立方米。该工程全长895m，槽身总长600m，设计流量490m3/s，加大流量540m3/s，其规模仅次于穿黄工程。由于其地质呈岩性不均且多层分布的状况，渡槽槽身为单跨简支结构。钢筋混凝土多纵梁结构是在总结借鉴我国钢筋混凝土矩形断面渡槽建设经验基础上［1］，结合双洎河渡槽工程特点进行改进设计，通过综合技术经济比较后选取的设计方案之一。由于渡槽结构规模的显著增大，使得渡槽纵横向各承载构件之间受力的复杂性增加，需要重新研究认识其中的作用规律，以充分发挥结构的整体受力特性。因此，在原型设计的基础上，进行了仿真模型试验研究。
渡槽原型如图1所示，其单跨跨度为20.0m，宽度为23.4m，高度为10.8m；过水断面宽度为19.0m，设计水深为6.77m，校核水深为7.27m。沿纵向设宽度1.0m、高3.0m（含槽底板厚0.5m)的8根主梁，沿横向设宽度1.0m、高2.5m（含槽底板厚0.5m)的6根次梁，与横梁相应设6条竖肋与侧墙板形成竖向梁板结构。根据设计要求，混凝土强度等级为C30，以二级配骨料配制；受力主筋采用II级热轧钢筋，分布钢筋采用I级热轧钢筋。
图1渡槽原型外观及纵横断面立体图
二、渡槽模型设计与制作
模型试验的任务是：（1）研究纵向主梁的受力性能，确定在不同受力阶段各梁的承载作用及各支座反力的分布规律；（2）研究横梁的受力性能及其对纵向主梁受力性能的影响；（3）研究渡槽结构整体受力极限状态及超载安全系数；（4）确定渡槽结构抗裂设计的控制截面及裂缝发生发展规律。
2.1模型比尺与材料选择
根据仿真模型相似理论［2］，能够反映原型受力全过程的模型材料与原型材料的应力应变关系应具有全过程相似性，比较简单的材料模拟就是采用与原型同样的材料进行模型制作。考虑渡槽原型的断面尺寸、模型成型的可行性、测试结果的精确性并兼顾试验设备能力等各方面因素，确定模型比尺为1：5，模型混凝土的级配和强度等级与原型相同，采用现浇成型，浇筑顺序与原型相同。模型钢筋总截面面积按模型比尺取为原型的1/25，采用与原型相同的表面变形钢筋，通过钢筋根数和直径的调整，使模型与原型钢筋的分散程度相近。受力钢筋按其合力作用点位置不变配置。分布钢筋按粘结相似原则配置，使模型与原型钢筋的d/c（d 为钢筋直径，c为混凝土保护层厚度）相同［3］。模型跨度为4.0m, 其横断面尺寸如图2所示。
图2渡槽模型横断面（尺寸单位：cm）
2.2加载系统
在正常运行状况下，渡槽主要承受结构自重和水荷载作用。
（1）竖向水荷载
竖向水荷载为作用在渡槽底板上的均布荷载。常规的加载方法如简支梁分配法和堆重法因所用分配梁和重物众多既不经济也难以保证加载精度，同时妨碍侧向水荷载的施加。因此，经过反复试验研究，研制出如图3所示的大型单面压力胶囊施加竖向水荷载。该装置底面采用厚度为3mm的一次成型特制橡胶皮，顶面采用厚度为20mm的钢板焊接成刚性骨架，两者之间采用法兰方法连接组成压力空腔，外接入水口向空腔内打水，通过该装置上部的2根纵向钢梁与4套反力架组成的反力装置达到向渡槽底板加压的目的。由于该装置底面橡胶皮柔度很大，抗拉性能较好，完全可以与底板的受力变形保持协调，对模型的刚度影响很小，从而达到了准确模拟竖向水荷载的目的。其内水压力通过四种仪器测定以保证加载的精确度和可信度：（1）在空腔顶面钢板上钻孔，焊接一段大腹钢管，内置水压力盒，钢管外口用环氧树脂牢固密封。通过计算机绘制实时监控曲线对加载过程予以控制；（2）在空腔侧封钢板上钻孔，焊接连接钢管装配精度为0.002MPa的水压力表直接读取内水压力；（3）在空腔顶面钢板上钻孔，连接透明塑料管，用皮尺测读水柱上升高度直观确定空腔内水压力；（4）在2根纵向钢梁两端与4套反力架之间搁置4个100t油压千斤顶，千斤顶与反力架横梁间搁置70t 传感器测定支反力换算空腔内水压力。
图3水荷载加载装置横断面示意
（2）横向水荷载
横向水荷载为作用在渡槽边墙上的倒三角形分布荷载。比较精确的加载可以采用上述的单面压力胶囊，沿边墙高度分层施加等效均布荷载。由于本模型渡槽边墙为嵌固在底部结构上的悬臂构件，受力简捷明确，本研究将研究重心放在侧墙对底部结构受力性能的影响上。根据三维有限元分析，本研究采用了较为经济可靠的系列千斤顶施加等效集中力模拟侧向水荷载，千斤顶连接在水平刚架上并由四角的竖立钢管支撑于地面，与竖向水荷载加载系统相互独立（图3）。因加载过程中横向水荷载的作用重心随水位不断变化，而加载设备随之改变加载位置比较困难，所以集中力作用点选取为设计水位横向水荷载重心，集中力大小按控制截面弯矩等效原则确定。本试验采用系列千斤顶包括8个60t、4个30t油压千斤顶，全部由成都五七一厂生产并由同一液压稳压源供油，经试验测试可以保证各千斤顶加载同步。正式模型试验时配备4个传感器对稳压器读数和两侧墙受力进行监测。
（3）结构自重
结合三维有限元分析结果，渡槽底部结构自重以均布荷载模拟，以面力代替体力，即在竖向水荷载施加之前，首先向压力空腔内注水施加等效自重的水压力。边墙自重采用堆积重物法施加在边墙顶部模拟，堆积量及作用位置以边墙控制截面应力等效为原则。为了尽量减小顶部加力钢梁对边墙的约束，在两边墙顶部小钢梁与横向大钢梁之间均设置滚轴支座。正式试验过程中采取了必要的防险保护措施。
图4边墙自重模拟系统
图5渡槽简支支座模拟示意
2.3模型支座
根据渡槽原型设计要求，渡槽各纵向主梁为一端滚轴、一端铰支的简支方式。模型的滚轴支座采用上下厚度为20mm的钢板间放置直径为28mm的圆钢棒，与原型滚轴支座一致；模型的铰支支座根据对渡槽原型各纵向主梁端部转角位移的三维有限元分析结果，选用具有一定压缩变形转动能力的油压压力钢枕模拟，压力钢枕上下各置厚度为20mm的钢板。同时利用压力钢枕测定各纵向主梁的支座反力，本试验共采用10块压力钢枕，其中在两边梁支座各布置2块，中间的六根梁支座各布置1块。压力钢枕由成都五七一厂定型生产。
2.4测试系统
除上述的加载测试设备和支座反力测试设备外，本试验尚布置有混凝土和钢筋应变片测试、渡槽底部位移测试和裂缝监测。整个模型共设置了75片钢筋应变片、175片混凝土应变片和28支电阻式位移计。钢筋应变片布置在各纵向主梁跨中、各纵向主梁间横梁跨中及边墙设计控制截面，与钢筋应变片对应的混凝土表面均布置有混凝土应变片，并在各纵向主梁跨中、各纵向主梁间横梁跨中截面的混凝土侧表面不同高度处沿水平方向布置3～4片混凝土应变片，同时在纵向主梁端部混凝土表面布置应变花，应变花的方向为水平一片、垂直一片、45度方向一片。电阻式位移计布置在各纵向主梁两端支座和跨中底面，同时根据渡槽模型沿
南北方向放置的结构及荷载对称性，在东半部4根纵向主梁底面（位于渡槽两端第一第二横梁中间）各布置2支电阻式位移计、在第二横梁底面（位于各纵向主梁中间）布置4支电阻式位移计。图6所示为边纵梁及侧墙外表面混凝土应变片的布置,其它仪器布置情况详见研究报告［6］。加载传感器数据由YJ-25电阻应变仪人工采集记录。其它所有数据均由英国进口Solartron高精度数据采集系统、上海华东电子仪器厂生产YJ-22全自动数据采集系统通过计算机自动采集。
图6边纵梁及侧墙外表面混凝土应变片的布置
三、模型试验
3.1试验程序
模型纵向在实验室内沿南北向放置。本模型主要试验程序分为四个阶段：（1）模型制作阶段，包括钢筋应变片的设置、钢筋骨架绑扎、模板、混凝土浇筑与养护；（2）加载设备研制及安装阶段，进行了竖向水荷载加载装置的前期小模型试验测定内压极限承载力，成功后开始正式制作、安装并反复调试以保证正式试验成功。竖向水荷载加载装置调试完成后，进行侧向水荷载加载装置的安装调试；（3）测试系统的安装调试，模型混凝土浇筑28天后，开始布设混凝土应变片，加载系统调试完毕后布设电阻式位移计，联机后在渡槽1/2设计水位范围内进行仪器的全面调试；（4）正式试验，将槽面加载装置架空，初读数；架设边墙顶部两根横梁，放下槽面加载装置，相应施加等比例的水压，读数；吊装模拟边墙自重的其余重物，施加相应水压，完成结构自重的模拟，读数；加载至1/3和2/3设计水位后分别读数，并重复加卸载3次读数；加载至设计水位、校核水位、满槽水位，并分别读数；之后，每级加
载水位升高0.5m，直至达到结构受力的极限状态。从2/3设计水位后，开始进行裂缝监测，裂缝出现后进行记录并读取典型裂缝的宽度。
3.2超载试验方法
对于渡槽而言，其水荷载最大为满槽水位在正常运行过程中超过设计水位至满槽；（2）渡槽因建造时材料性能未达到设计要求或渡槽使用若干年后因材料性能退化造成结构抗力降低，在同样的设计水位水荷载作用下，意味着结构超载。第一种状况检验结构在正常施工、正常使用条件、满槽水荷载作用下的工作性能，水荷载沿竖向和横向同时施加至满槽水位为止。第二种状况为结构设计、结构检验提供结构整体安全储备的参考，水荷载沿竖向和横向同时以设计水位的倍数施加。实际试验施加至2倍设计水位水荷载时，渡槽模型纵向主梁数条裂缝宽度达到了0.4mm的正常使用裂缝控制极限状态，至此完成全部试验工作。
四、试验成果分析
4.1侧墙的受力性能
沿渡槽纵向侧墙内侧贴角上截面布置的竖向混凝土和钢筋应变片测试结果如图7和图8所示，证明侧墙在横向水荷载作用下为固结于底部梁板结构的悬臂构件，同时因受到渡槽两端竖肋的约束沿纵向产生侧向弯曲，致使侧墙裂缝控制截面位于跨中区域边墙根部。在校核水位水荷载作用下边墙竖肋的内侧表面出现长度为20mm～40mm的局部间断微裂缝，西侧墙2条，东侧墙1条。裂缝的开展与不断扩张导致钢筋受拉作用增大，其应力值也显著增加。在跨中区域钢筋应力值较大，在两端拉应力很小或为受压状态，与混凝土应变片测试结果相对应。当荷载达到1.52倍设计水位荷载时侧墙内表面裂缝延伸相连，裂缝呈水平状态，达到侧墙抗裂设计极限状态。
图7侧墙底部控制截面内表面混凝土应变分布
图8侧墙底部控制截面内侧竖向钢筋应力分布
4.2纵向大梁的受力性能
加载至2/3设计水位荷载时，中间的4根纵向主梁（图2中3#～6#）梁底跨中区域各出现1～2条垂直裂缝，在设计水位荷载时最大裂缝宽度达0.09mm，校核水位荷载时最大裂缝宽度达0.15mm。随着荷载的增加，裂缝宽度发展缓慢。荷载达到1.52倍设计水位荷载时，最大裂缝宽度为0.30mm，裂缝数目增加到3～5条；到2倍设计水位荷载时，最大裂缝宽度达到0.40mm的正常使用裂缝控制极限状态。其它各纵向主梁在校核水位荷载后逐渐出现裂缝，但其裂缝高度和宽度均较小。此外，因横梁向纵梁传递集中力在纵横梁节点下部的纵梁上出现了斜向剪切裂缝。
1＃～4＃纵向大梁的受拉钢筋应力分布实测结果表明，在设计水位荷载作用以前的弹性受力阶段，各梁的受拉钢筋应力分布基本相似：对于1＃梁，由于它是与边墙联合受力，再加之截面刚度较大的横梁对纵梁间内力的重分配作用，其应力变化曲线基本呈水平状态；对于其余三根纵梁，应力变化曲线接近直线。但随着荷载的增大，受裂缝开展的影响，跨中钢筋应力增加较快。图9为跨中截面位置各纵向大梁钢筋应力随水荷载变化的实测曲线，可见各纵向大梁的受拉钢筋应力按1＃边纵梁至4＃中纵梁的顺序增大，表明了各纵梁的受力随远离边墙逐渐增大，这是与横梁的受力相对应的。随荷载的增加，测点应力也渐次增大。由靠近支座截面位置各纵向大梁受拉钢筋应力的测试结果发现，构件剪切变形对2＃和3＃纵向大梁端部受拉钢筋应力的影响较大，对4＃纵向大梁端部受拉钢筋应力的影响较小，对1＃纵向大梁端部受拉钢筋应力的影响因构件截面刚度很大而未明显表现出来。
图9跨中截面位置各纵向大梁钢筋应力变化曲线
本结构作为一个整体的受力构件，其各纵向大梁的受力是协调受力的过程，从各纵梁的正截面应变分布可明显看出，渡槽底板和两侧墙在渡槽结构纵向受力过程中主要起到承压构件的作用，而底板下面的纵向大梁基本上为受拉，整个结构纵向受力的中和轴较高。在弹性阶段由于结构承受的荷载较小，各纵梁的应力增值差别不大；结构进入塑性阶段后，各纵梁的受力大小随荷载的增加一直处于一种动态调整的过程，其裂缝的发展过程同样也反映出这种规律。
由各应变花测得的混凝土最大主应变随水荷载变化情况看，在纵向大梁靠近支座的范围
内，纵梁表面混凝土主拉应变方向向斜下方倾斜，有产生斜向裂缝的可能，试验中尚未发现明显可见的裂缝。
4.3横梁的受力性能
横梁的开裂与裂缝发展迟于纵向主梁，加载至1.59倍设计水位水荷载时，从南端算起的4＃横梁在5＃和6＃纵梁之间的跨中出现竖向裂缝，在随后增加的水荷载作用下，2＃、3＃和4＃横梁又各出现2条竖向裂缝。到2倍设计水位荷载时，最大裂缝宽度为0.15mm。
3＃横梁底部钢筋应力分布如图10所示，可见横梁在靠近两侧墙处底部钢筋应变为负值，截面下部受压，随着远离边墙，横梁下部由受压向受拉转化。应力变化在设计水位前线性较好，但随荷载的增加，由于自身裂缝的不断开展与纵梁内力的不断调整，在高水位时钢筋应力变化较大。从总的来看横梁钢筋应力不大。
图103＃横梁底部钢筋应力分布
横梁斜截面的应变分布与纵梁的基本相同。在靠近两侧边纵梁的范围内，横梁表面混凝土主拉应变方向向斜下方倾斜，有产生斜向裂缝的可能，试验中尚未发现明显可见的裂缝。
在设计水位前，沿横梁正截面高度应变分布基本呈线性。随荷载的增加，底部测点的拉应变值逐渐增大，顶部测点由于结构内力重分布由受拉转为受压。与纵向大梁相比，其应变值相对较小。从横梁裂缝分布图中显而易见，裂缝的数量、沿高度方向裂缝的发展长度均少
于或小于纵梁。因此，横梁在结构的承载体系中，主要作用在于重新调整内力在各纵向大梁的分配，以保证结构在出现裂缝的状态下，能够充分发挥各纵梁的承载能力，使结构具有较大的安全储备。
为了验证试验结果的可靠性，采用Super SAP93通用程序对渡槽结构进行了三维整体有限元分析［5，6］。利用结构、荷载、材料的对称性，取1/4结构划分混凝土三维块体有限元分析模型，其x、y、z分别对应渡槽的横向、竖向、纵向。共计4580个节点，3058个单元（其中块体元3044，边界元14）。在纵向对称面和横向对称面各节点上分别设x方向和z方向的约束，沿支座接触面节点设y方向边界元用以计算支座反力。渡槽结构在自重、设计水位水荷载、校核水位水荷载作用下主要设计截面的混凝土应力试验与计算成果列入表1，测点对应的截面位置详见文献［6］。表1中各测点混凝土应力为实测应变与混凝土弹性模量的乘积。
表1结构主要设计截面的混凝土应力试验与有限元分析成果对比(MPa)
侧墙表面外侧表面内侧表面
WW1A03 WW1A05 WW1A07 WW1A09 BQ03 BQ05 BQ07 BQ09
结构
自重三维有限元0.110 -0.123 -0.123 0.110 0.010 0.415 0.415 0.010
模型试验-0.230 0.670 -0.053 0.108 0.255 0.594 0.913 0.092
设计水位
水荷载三维有限元-0.679 -0.951 0.961 -0.679 0.983 1.411 1.411 0.983
模型试验-0.949 0.0625 -1.513 -2.519 1.215 1.897 2.699 0.675
水荷载三维有限元-0.881 -1.174 -1.174 -0.881 1.213 1.630 1.630 1.213
模型试验-1.171 0.066 -1.491 -3.322 1.484 2.219 3.111 0.735
梁号边纵梁(1＃) 纵梁2＃横梁2＃
LL01 LL02 WW1B01 LL03 LL04 LL05 WE2B01 LL06 NS2B03
结构
自重三维有限元0.899 0.946 0.233 0.899 1.438 1.597 -0.238 1.438 0.528 模型试验0.597 0.991 0.508 0.795 2.235 2.101 0.017 2.033 -0.160
设计水位
水荷载三维有限元0.742 0.791 0.092 0.742 1.272 1.424 -0.335 1.263 0.860 模型试验1.749 0.955 0.260 0.790 2.526 2.236 -0.181 2.401 0.164
校核水位
水荷载三维有限元0.810 0.865 0.088 0.810 1.318 1.475 -0.358 1.318 0.938 模型试验1.651 0.380 0.621 2.820 2.314 0.061 0.341
梁号边纵梁3＃纵梁4＃横梁3＃
LL01 LL02 WW1B01 LL03 LL04 LL05 WE2B01 LL06 NS3B05
结构
自重三维有限元1.834 2.115 -0.289 1.834 2.026 2.378 -0.555 2.026 1.452 模型试验2.260 2.006 0.203 2.320 3.286 6.908 -0.102 2.417 0.410
水荷载三维有限元 1.802 2.065 -0.273 1.802 2.080 2.413 -0.575 2.076 0.459
模型试验2.006 3.877 1.592 2.458 2.501 7.593 1.488 2.328 1.306
校核水位
水荷载三维有限元 1.845 2.133 -0.280 1.845 2.155 2.496 -0.603 2.154 0.435
模型试验9.016 4.462 1.921 2.886 2.861 8.219 2.048 3.357 1.986
结合试验结果，在设计水位水荷载作用下，渡槽中间两根纵向大梁（纵梁3#和4#）的跨中截面出现裂缝并穿过混凝土应变片，因此梁底面测点LL08和LL11实测拉应力偏大，梁侧面上距板底50mm处的测点WW3B01和WE4B01因裂缝而进入受拉状态，其它测点的混凝土应力实测值与三维有限元分析计算结果符合较好。在校核水位水荷载作用下，边墙内侧沿纵向中部区域受拉区混凝土已进入弹塑性工作状态并出现局部的间断微裂缝，测点BQ05和BQ07实测拉应力偏大。按三维块体有限元分析所得最大拉应力区预测的裂缝发生位置与试验结果相符。
4.4渡槽的竖向变形
图11为纵向大梁荷载-挠度曲线，可见在渡槽的加载试验过程中，边纵梁（1#）跨中挠度基本上呈线性增大，且变化均匀；2#、3#和4#纵梁的跨中挠度在加载至设计水位前也基本上呈线性且均匀地增大，在设计水位荷载之后，跨中挠度开始呈非线性增加，并且呈现出随远离边纵梁而增量加大的规律。因此，渡槽结构竖向位移验算的控制点为中部4#、5#纵向大梁的跨中截面。
图11纵向大梁荷载-挠度曲线
按三维有限元分析所得渡槽竖向位移与试验值的比较列入表2，可见在自重作用下，各测点的竖向位移计算值与试验值符合良好。在设计水位水荷载和校核水位水荷载作用下，渡槽结构中部的4根纵向大梁相继出现裂缝，因此其测点D3～D6、B3E3、B4E4实测位移值偏大，与其相关的横梁测点C3、C4实测位移值也偏大，其它测点符合良好。
模型试验-1.171 0.066 -1.491 -3.322 1.484 2.219 3.111 0.735
梁号边纵梁(1＃) 纵梁2＃横梁2＃
LL01 LL02 WW1B01 LL03 LL04 LL05 WE2B01 LL06 NS2B03
结构
自重三维有限元0.899 0.946 0.233 0.899 1.438 1.597 -0.238 1.438 0.528
模型试验0.597 0.991 0.508 0.795 2.235 2.101 0.017 2.033 -0.160
设计水位
水荷载三维有限元0.742 0.791 0.092 0.742 1.272 1.424 -0.335 1.263 0.860
模型试验1.749 0.955 0.260 0.790 2.526 2.236 -0.181 2.401 0.164
校核水位
水荷载三维有限元0.810 0.865 0.088 0.810 1.318 1.475 -0.358 1.318 0.938
模型试验1.651 0.380 0.621 2.820 2.314 0.061 0.341
梁号边纵梁3＃纵梁4＃横梁3＃
LL01 LL02 WW1B01 LL03 LL04 LL05 WE2B01 LL06 NS3B05
结构
自重三维有限元1.834 2.115 -0.289 1.834 2.026 2.378 -0.555 2.026 1.452
模型试验2.260 2.006 0.203 2.320 3.286 6.908 -0.102 2.417 0.410
设计水位
水荷载三维有限元 1.802 2.065 -0.273 1.802 2.080 2.413 -0.575 2.076 0.459
模型试验2.006 3.877 1.592 2.458 2.501 7.593 1.488 2.328 1.306
校核水位
水荷载三维有限元 1.845 2.133 -0.280 1.845 2.155 2.496 -0.603 2.154 0.435
模型试验9.016 4.462 1.921 2.886 2.861 8.219 2.048 3.357 1.986
结合试验结果，在设计水位水荷载作用下，渡槽中间两根纵向大梁（纵梁3#和4#）的跨中截面出现裂缝并穿过混凝土应变片，因此梁底面测点LL08和LL11实测拉应力偏大，梁侧
面上距板底50mm处的测点WW3B01和WE4B01因裂缝而进入受拉状态，其它测点的混凝土应力实测值与三维有限元分析计算结果符合较好。在校核水位水荷载作用下，边墙内侧沿纵向中部区域受拉区混凝土已进入弹塑性工作状态并出现局部的间断微裂缝，测点BQ05和BQ07实测拉应力偏大。按三维块体有限元分析所得最大拉应力区预测的裂缝发生位置与试验结果相符。
4.4渡槽的竖向变形
图11为纵向大梁荷载-挠度曲线，可见在渡槽的加载试验过程中，边纵梁（1#）跨中挠度基本上呈线性增大，且变化均匀；2#、3#和4#纵梁的跨中挠度在加载至设计水位前也基本上呈线性且均匀地增大，在设计水位荷载之后，跨中挠度开始呈非线性增加，并且呈现出随远离边纵梁而增量加大的规律。因此，渡槽结构竖向位移验算的控制点为中部4#、5#纵向大梁的跨中截面。
图11纵向大梁荷载-挠度曲线
按三维有限元分析所得渡槽竖向位移与试验值的比较列入表2，可见在自重作用下，各测点的竖向位移计算值与试验值符合良好。在设计水位水荷载和校核水位水荷载作用下，渡槽结构中部的4根纵向大梁相继出现裂缝，因此其测点D3～D6、B3E3、B4E4实测位移值偏大，与其相关的横梁测点C3、C4实测位移值也偏大，其它测点符合良好。
表2结构主要设计截面的位移试验与有限元分析成果对比(mm)
位置1＃纵梁至8＃
纵梁跨中3＃梁在1＃至
5＃之间的跨中3＃和4＃
纵梁跨中两侧
D1D8 D2D7 D3D5 D4D5 C1 C2 C3 C4 E4B4 E3B3
结构
自重三维有限元0.665 0.972 1.219 1.344 0.796 1.066 1.243 1.303 1.104 1.007
模型试验0.448 1.230 1.023 1.749 0.761 1.000 1.546 1.417 0.967 0.914
设计水位
水荷载三维有限元0.562 0.940 1.351 1.578 0.709 1.112 1.426 1.536 1.294 1.018
模型试验0.878 1.005 1.316 3.820 1.133 2.723 2.417 3.014 2.932 2.301
校核水位
水荷载三维有限元0.616 0.983 1.410 1.650 0.751 1.160 1.489 1.606 1.354 1.164
模型试验0.596 1.036 2.967 4.365 1.444 3.531 2.690 3.609 2.056 2.836
4.5支座反力
根据支座下压力钢枕的测试结果，渡槽两端的横梁起到了调节支座反力大小的作用，也就是说渡槽中部的荷载首先经过中部各横梁的调节传递给各纵向大梁承受，各纵向大梁在向支座传递荷载的过程中受到两端横梁的约束作用并将对各纵向大梁传递荷载进行重新分配，然后才传递到支座。随荷载的增加，侧墙底部支座反力增加较快。设计水位时，从中到两侧墙的各支座反力分别为56.4kN、64.6kN、49.6kN和83.3kN，校核水位时分别为57.4kN、71.3kN、55.6kN和92.6kN。随着底部梁板结构的裂缝发展，各支座反力发生重分布现象，荷载越大，各支座间的反力差异越大。
根据三维有限元线弹性分析计算，设计水位时，从中到两侧墙的各支座反力分别为57.9kN、49.8kN、41.8kN和107.1kN，校核水位时分别为60.2kN、50.6kN、41.0kN和123.9kN。可见试验实测的支座反力分布规律与三维有限元线弹性分析计算结果基本相符，在数值上边支座试验值略小于计算值。
结合渡槽结构现浇施工的顺序，将渡槽结构自重按底部梁板现浇成型达到设计要求的强度后再现浇侧墙两阶段，采用三维有限元线弹性分析计算渡槽在自重作用下从中到两侧墙的各支座反力分别为51.2kN、54.8kN、60.3kN和121.8kN。
综合试验和计算结果，建议边支座反力按总荷载的12%设计，中间各支座按总荷载的5%设计。
五、结论与建议
尽管钢筋混凝土渡槽结构的仿真模型试验技术难度较大，试验耗资也较为昂贵，但它能够比较准确的反映渡槽原型结构受力全过程力学和变形性能，为验证设计计算方法提供了比较全面直观的试验研究资料，为利用计算手段进一步优化结构设计提供了科研基础，因而具有重要的理论和工程应用价值。多纵梁式钢筋混凝土渡槽结构具有便于采用纵梁预制吊装的叠合施工方法，对施工队伍专业技术水平的要求较低，但伴随而来的是结构自重大（本试验
结构自重与设计水位水荷载之比达1∶1）、跨度小等明显缺点．根据多纵梁渡槽的受力特点，提出下列基本改进建议：
（1）建议将钢筋混凝土多纵梁改进为预应力混凝土多纵梁，可有效控制梁底的裂缝并降低梁的高度，增大梁的跨度。由于预应力混凝土梁自重减轻，降低了对预制吊装能力的要求。
（2）建议将侧墙改进为竖向预应力混凝土墙，可有效提高侧墙的抗裂性能并减小边墙厚度。
经过上述改进后，渡槽结构成为纵向与竖向施加预应力的混凝土结构，可有效地发挥预应力混凝土的优越性，减轻结构自重，从而取得较好的技术经济效益。但具体的预应力施加方案仍需经过进一步的试验研究加以确定。
参考文献
［1］华东水利学院主编，水工设计手册（第八卷），灌区建筑物，北京：水利电力出版社，1984。
［2］ E 富马加利著、蒋彭年等译，静力学模型与地力学模型，北京：水利电力出版社，1979。
［3］王传志、藤智明主编，钢筋混凝土结构理论，北京：中国建筑工业出版社，1985。
［4］Shah, J. J., Construction of Gomti Aqueduct,Indian Concrete Journal, 1986, (6).
［5］朱以文，微机有限元前后处理系统Vizi CAD 及其应用，北京：科学技术文献出版社，1993。
［6］赵顺波主编，南水北调大型钢筋混凝土多纵梁渡槽结构设计与试验研究（科研报告），华北水利水电学院，1998。
骊瑶渡槽设计任务书
毕业设计任务书 毕设题目：骊瑶渡槽设计 指导老师：刘会欣 学生姓名： 专业班级： 起止时间：年月日 至月日系主任：张红光
目录 1 毕业设计目的 2 设计基本要求 3 设计成果及具体要求 4 时间安排 5 基本资料 6 个人设计任务
1 毕业设计目的 本毕业设计是本专业教学大纲所规定的重要教学内容，是学生在校期间进行最后一次理论结合实际的较全面和基本的训练，是对几年来所学知识的系统运用和检验，也是走向工作岗位之前的最后一次的过渡性练兵。通过这次毕业设计要求达到以下基本目的。 1、巩固、加强、扩大和提高以往所学的有关基础理论和专业知识； 2、培养学生综合运用所学的知识以解决实际工程问题的独立工作能力，并初步掌握进行水利枢纽和水工建筑物的设计思想、设计程序、设计原则、步骤和方法； 3、培养学生使用有关设计规范、手册、参考文献以及分析计算、绘图、概算和编写设计说明书等项能力的基本技能训练； 4、通过毕业设计使学生了解我国现行的基本建设程序，建立工程设计的技术和经济的政策正确观点； 5、因此，要求每个同学在长达15周的毕业设计中，抓紧时间，遵守纪律，努力学习工作，认真踏实，一丝不苟，实事求是，举一反三，充分发挥个人的主动性和创造性，独立的和高质量的完成本次设计，以便在今后的生产实践中当一名出色的工程师，为我国的水利事业也是为国民经济的基础设施和基础产业而做出贡献。 2 设计基本要求 （1）设计者必须发挥独立思考能力，创造性地完成设计任务，在设计中应遵循设计规范，尽量利用国内外先进技术与经验； （2）设计者对待设计计算、绘图等工作应具有严肃认真一丝不苟的工作作风，以使设计成果达到较高的水平； （3）设计者必须充分重视和熟悉原始资料，明确设计任务，在规定时间内圆满完成要求的设计内容，成果包括：设计说明书一份（按规范格式）A1图纸4-5份（文本版+光盘）。
几种大型渡槽设计要点 张宁 摘要：本文通过作者参与设计的几种大中型渡槽的介绍，对在渡槽结构设计中需要注意的关键性问题进行了较为详尽的阐述。设计采用SAP84结构通用设计 软件进行结构设计。 关键词：渡槽上部结构下部结构止水裂缝 1.渡槽简介 渡槽是渠系建筑物中应用最广泛的交叉建筑物之一，随着农业、工业及生活用水的不断增长的需要，渡槽的输水流量由过去的几个立方米每秒发展到上百个立方米每秒。渡槽的结构型式主要有梁式、拱式、桁架式、斜拉式以及组合式等几大类。 下面就工程中设计的几种预应力混凝土渡槽的结构设计进行简要的阐述。 1. 引黄入晋水泉河渡槽 山西省万家寨引黄入晋工程，是中国最大的引水工程之一。一期工程中有沙峁东沟、沙峁西沟、水泉河及东小沟等四座渡槽设计，单槽流量48m3/s 。 渡槽于1995年～2000年间设计完成，其中最长的水泉河渡槽总长367.477m，最大跨度为25m的预应力混凝土槽身。 水泉河渡槽标准断面
2.东深供水渡槽 东深供水工程，全称东江——深圳供水工程，跨越中国广东省东莞市和深圳市境内，水源取自东江，是为香港供水的大型调水工程。东深供水线中的输水渡槽主要有旗岭渡槽和樟洋渡槽。渡槽设计流量达90m3/s。，于2000年～2003年间设计完成。 东深供水渡槽 3.银川市唐徕渠跨北塔湖大型渡槽 唐徠渠跨北塔湖渡槽工程位于宁夏回族自治区银川市唐徕渠K75+500桩号处，是唐徕渠跨北塔湖景观河道的永久水工输水建筑物，计流量80m3/s，加大流量90m3/s。
由于渡槽流量较大，且渡槽处连通河的旅游通航及景观的需要，渡槽选择3跨简支双向预应力双矩形并联槽结构，单跨长度为21m。横向过水面净宽为2x7.5m。每跨墙身纵向2道侧墙和1道中墙为主受力结构，边墙腹板厚度为40cm，并在外侧设有肋板，中墙腹板厚度为45cm，中墙和边墙设1860级钢绞线作为渡槽纵向预应力筋。为加快施工进度，渡槽边墙和中墙设计为预制吊装构件，吊装就位后再与底板和拉杆现浇成整体。底板采用预应力混凝土肋板结构，板厚0.2m，每隔2m设置1道肋条。下部结构采用钢筋混凝土实体槽墩及槽台，基础为双排钢筋混凝土钻孔灌注桩，桩径为1.2m。 唐徕渠渡槽在设计上采用了 4.河北段南水北调左岸排洪渡槽 2009年完成了南水北调中线一期六座左岸排水渡槽工程施工图设计，设计流量在50～180 m3/s，最大跨度24米，均为纵向有黏结单向后张拉预应力梁式渡槽。 5.南水北调澎河渡槽 2011年完成了南水北调中线工程澎河渡槽施工图设计，渡槽为涵洞式渡槽，设计输水流量320m3/s，加大流量为380 m3/s，校核水深6.503m，渡槽按1级建筑物进行设计，工程总长度202m。
渡槽的设计设计
渡槽毕业设计
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：
目录 第一章、设计基本资料 (3) 1.1、基本资料 (3) 1.1.1、工程概况： (4) 1.1.2、地形资料： (5) 1.1.3、地质资料: (5) 1.1.4、水文资料: (8) 1.1.5、总干渠设计参数: (12) 1.1.6、对外交通运输条件: (12) 1.1.7、渡槽设计参数: (12) 1.2、设计要求 (14) 1.2.1、工程总体布置: (14) 1.2.2、水力计算: (14) 1.2.3、槽身设计: (14) 1.2.4、支承结构设计: (14) 1.2.5、基础设计: (14) 1.2.6、其他结构设计: (14) 1.3、主要参考规范及书籍 (15) 第二章、渡槽总体布置 (15) 2.1、建筑物轴线选择 (15) 2.2、建筑物型式选择 (15) 2.3、槽身断面尺寸选择 (16) 2.4、渡槽长度确定及其组成部分 (17) 2.4.1、总干渠的横断面结构确定及左、右岸堤防高程的确定: (17) 2.4.2、渡槽各组成部分的确定：槽身段、上游进口段和下游防冲段等: (17) 第三章、水力计算 (17) 3.1、矩形槽身过水断面的确定 (17) 3.2、计算侧墙总高度 (18) 3.3、渡槽水头损失的计算 (19) 3.3.1、拟定上游渠道断面尺寸: (19) 3.3.2、校核过水能力: (19) 3.3.3、渠道、槽身水流速： (20) 3.3.4、进口水面降落Z计算： (20) 3.3.5、槽身沿程水头损失Z1： (20) 3.3.6、出口水面回升Z2： (21) 3.3.7、渡槽总水头损失： (21) 3.4、渡槽各控制点的高程、消力池前的水位确定 (21) 3.5、渡槽前后长度及总长度 (22) 第四章、槽身结构计算 (22) 4.1、槽身断面尺寸拟定 (22) 4.2、横向结构计算 (23) 4.2.1、确定槽深结构计算简图及作用荷载: (23) 4.2.2、拉杆轴向力计算： (24) 4.2.3、拉杆拉力: (25) 4.2.4、侧墙内力计算: (25) 4.2.5、底板内力计算: (27) 4.3、纵向结构计算 (30) 4.3.1、槽身荷载计算: (30)
交通工程施工图设计说明 1设计标准 1.《城市道路工程设计规范》（CＪJ 37-２01２） 2.《道路交通标志和标线》（GB576８—20０9) 3.《道路交通标志板及支撑件》（ＧＢ/T2３827-2０09) 4.《公路交通标志反光膜》（GB／T１883３-2002) 5.《路面标线涂料》（JT/Ｔ２８0－２004） 6.《路面标线用玻璃珠》（GB/T２4７72－200９) 7.《道路交通信号灯安装规范》(GB１48８6—2006) 8.《道路交通信号灯》（GＢ1488７—2０03/XG1—20０6) 9.《道路交通信号控制机》（ＧA252８0—２010） 10.《公路交通标志和标线设置规范》（JTＧＤ８2—2009） 11.《成都市道路指路标志系统》（ＤB5１０100/T 129—2013） 12.《四川省旅游标志标牌设置标准》 13.《公共场所双语标志英文译法》 14.《成都市道路交通设施设置指南》 15.《电气装置安装工程施工及验收规范》（GＢＪ2３20８２） 16.《中华人民共和国道路交通安全法》 17.《中华人民共和国道路交通安全法实施条例》 18.现行有关材料标准 2设计内容 本次设计包含：1、广州路交通工程；2、海口路交通工程;3、海南路交通工程4、兴隆湖十四号路交通工程5、广西路交通工程;以及与本项目相交道路的交叉口１0０m 范围内的标志牌. 道路等级：1、广州路城市主干路;2、海口路城市支路；3、海南路城市次干路4、兴隆湖十四号路城市主干路5、广西路城市次干路。主干路安全设施等级按A级配置设计。次干路、支路安全设施等级按B级配置设计。 设计车速：主干路主车道60Km/ｈ，交织段集散车道30Ｋｍ/h;次干路设计速度40Km/ｈ;支路设计速度3０Km/h。 车道宽度:主车道3。５m,集散车道3．25ｍ，交叉口渠化段进口车道３。25m。 2.1交通标志 2.1.1设计原则 1.道路上的标志具有法律效力,应根据交通管理法规及有关标准,正确地设计与设置 标志。 2.标志的设计应根据道路的交通量及其构成，计算行车速度,平、纵面线形,桥涵、隧 道等构造物的位置,投资与自然环境等因素综合考虑。 3.标志的设置不得侵占道路建筑限界。标志牌不应侵占路肩,应确保净空高度。 4.标置的设置数量应平衡、均匀，避免信息过载或疏漏，重要信息可重复设置。在 某些情况下,应根据交通标志的重要性划分层次，保障重要标志的位置。在路况较好的长直路段也应设置一些提示性的标志。 5.以不熟悉该道路及周围路网体系的道路使用者为设计对象，交通标志的设置应充 分考虑整个路网和该道路之间的关系。 6.在设置交通标志时，应注意与交通标线的配合使用.交通标志的设置还应周围环境 等其它沿线设施的协调配合。 7.道路全线应采用统一的设置标准、版面规格，在特殊情况下,交通标志的设置位置 与统一性发生矛盾时，应优先保证交通标志的可读性和视认性。 8.交通标志的版面设计应以驾驶人员在计算行车速度下行驶时能及时辨认标志信息 为基本原则，同时力求使版面美观、醒目。 9.交通标志的结构设计应符合“充分满足功能要求、尽量考虑美观、统一规格并降 低造价”的原则. 2.1.2设计内容 2.1.2.1交通标志种类 本设计交通标志主要有四种：
内容摘要 本次设计作为农水专业本科生的毕业设计，主要目的在于运用所学的有关专业课，专业基础知识及基础课等的理论；了解并初步掌握水利工程的设计内容，设计方法和设计步骤；熟悉水利工程的设计规范；提高编写设计说明书和各种计算及制图的能力。 根据设计任务书，说明书分为四章。第一章，基本资料。第二章，整体布置，确定渡槽的线路和槽身总长度，进行水利计算，确定槽底纵坡以及进出口高程。第三章，槽身结构设计，确定槽身的横断面尺寸，进行槽身纵横断面内力计算及结构计算。第四章，支承结构设计，确定支承结构的尺寸，进行支承结构的结构计算，渡槽基础的结构计算及渡槽整体稳定性计算。
Abstract This design is a graduation project of undergraduation. Its main aim is to apply what have been learned in class, such as specialized courses, specialized basic courses, basic courses and so on, to initially master the content of design, the methods of design, the steps of design of the irrigation project; to have an intimate knowledge of the design standard of the irrigation project; to raise the capacity to compile the design exposition and the capacity of calculation and drawing. According to the task, the design exposition is made up of four chapters. Chapter one is the basic material. Chapter two is assignment on the whole, in which the aqueduct line and total length are decided, and make the hydraulic design to decide the slope of bottom and the altitude of exit and entrance. Chapter three is the structure design of aqueduct body, in which the cross section of aqueduct body is decided, and calculate the internal force and the structure of cross section and vertical section. Chapter four is the structure design of support structure, in which the dimensions of support structure are decided, and calculate the internal force and structure of support structure , and calculate the structure of aqueduct foundations, and check the stability of aqueduct on the whole.
设计基本资料 一．设计题目：钢筋混凝土渡槽(设计图见尾页) xx灌区干渠上钢筋混凝土渡槽，矩形槽身设计，支撑排架和基础结构布置二．基本资料 1.地形：干渠跨越xx沟位于干渠桩号6+000处，沟宽约75m，深15m左右。根据地形图和实测渡槽处xx沟横断面如下表; 桩号6+000 6+015 6+025 6+035 6+045 6+055 6+065 6+090 6+100 地面高 程（m） 97.80 92.70 87.66 83.85 83.80 87.60 89.90 97.68 97.70 2.干渠水利要素：设计流量Q 设 =10 m3/s、加大流量Q 加 =11.5 m3/s，纵坡 i=1/5000，糙率n=0.025.渠底宽B=2m，内坡1：1，填方处堤顶宽2.5m，外坡1：1.干渠桩号6+000处渠底高程为95.00m。 3.地质：该处为第四纪沉积层，表面为壤土深2米，下层为细砂砾石深度为10米，再下层为砂壤土。 经试验测定，地基允许承载能力（P）=200KN/ m2 4.水文气象：实测该处地面在10米高处，三十年一遇10分钟统计平均最大风速为24m/s。 设计洪水位，按二十年一遇的防洪标准，低于排架顶1m，洪水平均流速为 2m/s，漂浮物重50KN。 5.建筑物等级：按灌区规模，确定渡槽为三级建筑物。 6.材料：钢筋Ⅱ级3号钢，槽身采用C25混凝土，排架及基础采用C20混凝土。 7.荷载： 1）自重：钢筋混凝土Υ=25 KN/ m3水Υ=10 KN/ m3 2）人群荷载： 3 KN/ m3
3）施工荷载： 4 KN/ m3 4）基础及其上部填土的平均容重为20 KN/ m3 三．设计原则与要求 1.构件强度及裂缝计算应遵守“水工钢筋混凝土结构设计规范“（SDJ20-78） 2.为了减少应力集中，构件内角处应加补角，但计算可以忽略不计。 3.计算说明书要求内容完全、书写工整。 4.图纸要求布局适当、图面清洁、字体工整。 四．设计内容 1.水力计算：确定渡槽纵坡、过水断面尺寸、水面衔接、水头损失和上下游链接。 2.对槽身进行纵向、横向结构计算，按照强度、刚度和构件要求配置钢筋。 3.拟定排架及基础尺寸。 4.两岸链接和布置。 五．设计成果 1.计算说明书一份 2.设计图纸一张（A1） 总体布置图：纵剖面及平面图 一节槽身钢筋布置图：槽身中部、端部剖面，侧墙钢筋布置及底板上、下层钢筋布置图，并列处钢筋用量明细表。排架和基础尺寸，钢筋布置等。 六．参考书 1.《水工建筑物》 2.《工程力学》 3.《建筑结构》 4.《水工钢筋混凝土》 5. 《工程力学与工程结构》
目录 1. 工程概况.............................................. 错误!未定义书签。2．槽身纵向内力计算及配筋计算............................ 错误!未定义书签。 (1)荷载计算..........................................错误!未定义书签。 (2)内力计算..........................................错误!未定义书签。 (3)正截面的配筋计算..................................错误!未定义书签。 (4)斜截面强度计算....................................错误!未定义书签。 (5)槽身纵向抗裂验算..................................错误!未定义书签。3．槽身横向内力计算及配筋计算............................ 错误!未定义书签。 (1)底板的结构计算....................................错误!未定义书签。 (2)渡槽上顶边及悬挑部分的结构计算 ....................错误!未定义书签。 (3)侧墙的结构计算....................................错误!未定义书签。 (4)基地正应力验算....................................错误!未定义书签。
1. 工程概况 重建渡槽带桥，原渡槽后溢洪道断面下挖，以满足校核标准泄洪要求。目前，东方红干渠已整修改造完毕，东方红干渠设计成果显示，该渡槽上游侧渠底设计高程为165.50m，下游侧渠底设计高程为165.40m。本次设计将现状渡槽拆除，按照上述干渠设计底高程，结合溢洪道现状布置及底宽，在原渡槽位重建渡槽带桥，上部桥梁按照四级道路标准，荷载标准为公路-Ⅱ级折减，建筑材料均采用钢筋砼，桥面总宽5m。 现状渡槽拆除后，为满足东方红干渠的过流要求及溢洪道交通要求，需重建跨溢洪道渡槽带桥。新建渡槽带桥轴线布置于溢洪道桩号0+，同现状渡槽桩号，下底面高程为165.20m，满足校核水位+0.5m超高要求，桥面高程167.40m，设计为现浇结合预制混凝土结构，根据溢洪道设计断面，确定渡槽带桥总长51m，8.5m×6跨。上部结构设计如下：渡槽过水断面尺寸为×1.6m，同干渠尺寸，采用C25钢筋砼，底及侧壁厚20cm，顶壁厚30cm，筒型结构，顶部两侧壁水平挑出1.25m，并在顺行车方向每隔2m设置一加劲肋，维持悬挑板侧向稳定，桥面总宽5m，路面净宽4.4m，设计荷载标准为公路-Ⅱ级折减，两侧设预制C20钢筋砼栏杆，基础宽0.5m。下部结构设计如下：下部采用C30钢筋混凝土双柱排架结构，并设置横梁， 由于地基为砂岩，基础采用人工挖孔端承桩，尺寸为×1.2m，基础深入岩层弱风化层1.0m，盖梁尺寸为4××1.2m。 2．槽身纵向内力计算及配筋计算 根据支承形式，跨宽比及跨高比的大小以及槽身横断面形式等的不同，槽身应力状态与计算方法也不同，对于梁式渡槽的槽身，跨宽比、跨高比一般都比较大，故可以按
毕业设计任务书 设计题目：许营渡槽 矩形槽身排架支撑 所在学院： 所学专业：水利水电工程 指导教师： 姓名： 班级： 学号：
目录 1 毕业设计目的 2 设计基本要求 3 设计成果及具体要求 4 时间安排 5 基本资料 6 个人设计任务
1 毕业设计目的 本毕业设计是本专业教学大纲所规定的重要教学内容，是学生在校期间进行最后一次理论结合实际的较全面和基本的训练，是对几年来所学知识的系统运用和检验，也是走向工作岗位之前的最后一次的过渡性练兵。通过这次毕业设计要求达到以下基本目的。 （1）巩固、加强、扩大和提高以往所学的有关基础理论和专业知识； （2）培养学生综合运用所学的知识以解决实际工程问题的独立工作能力，并初步掌握进行水利枢纽和水工建筑物的设计思想、设计程序、设计原则、步骤和方法； （3）培养学生使用有关设计规范、手册、参考文献以及分析计算、绘图、概算和编写设计说明书等项能力的基本技能训练； （4）通过毕业设计使学生了解我国现行的基本建设程序，建立工程设计的技术和经济的政策正确观点； （5）因此，要求每个同学在长达15周的毕业设计中，抓紧时间，遵守纪律，努力学习工作，认真踏实，一丝不苟，实事求是，举一反三，充分发挥个人的主动性和创造性，独立的和高质量的完成本次设计，以便在今后的生产实践中当一名出色的工程师，为我国的水利事业也是为国民经济的基础设施和基础产业而做出贡献。 2 设计基本要求 （1）设计者必须发挥独立思考能力，创造性地完成设计任务，在设计中应遵循设计规范，尽量利用国内外先进技术与经验； （2）设计者对待设计计算、绘图等工作应具有严肃认真一丝不苟的工作作风，以使设计成果达到较高的水平； （3）设计者必须充分重视和熟悉原始资料，明确设计任务，在规定时间内圆满完成要求的设计内容，成果包括：设计说明书一份（按规范格式）A1图纸4-5份（文本版+光盘）。 3 设计成果及具体要求 3.1 设计成果 设计成果包括：
一、基本资料 1.1工程等别 根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）、《灌溉与排水工程设计规范》（GB50288－99）和《村镇供水工程技术规范》（SL687—2014）的规定，工程设计引水流量为3.9m3/s，供水对象为一般，确定本项目为Ⅳ等小（1）型工程。主要建筑物等级为4等，次要建筑物等级为5等，临时建筑物等级为5等。 渡槽过水流量≤5m3/s，故渡槽等级均为5级。 1.2设计流量及上下游渠道水力要素 正常设计流量1.83m3/s，加大流量2.29 m3/s。 1.3渡槽长度 槽身长725m，进出口总水头损失0.5m。 1.4地震烈度 工程区位于安陆市北部的洑水镇、接官乡和赵鹏镇三个乡镇，属构造剥蚀丘岗地貌。根据国家标准1：400万《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），工程区地震动峰值加速度为0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35s，相应的地震基本烈度小于Ⅵ度，建筑物不设防。 1.5水文气象资料 安陆市属亚热带季风气候区，春秋短，冬夏长，四季分明，兼有南北气候特点。年最高气温40.5℃,最低气温-15.3℃，多年平均气温15.9℃。年日照时数1920—2440h，日照率49%，居邻近各县（市）之冠。太阳总辐射年平均112千卡/cm2，年际变化不大，4-10月辐射量占全年的71.43%。10℃以上积温为4486—4908℃。多年平均无霜期246d。 境内多年平均降雨量1117mm，年降雨量很不稳定，最多年份可达1772.6mm （1954年），最少年份只有652.9 mm（1978年），降水量年内分配很不均匀，4-10月份平均降雨量占全年降雨量的85%以上，多年平均蒸发量1587.3mm，由于降水量年际和年内间变化大，导致洪涝旱灾发生频繁。
一、设计基本资料 1.1工程综合说明 根据丰田灌区渠系规划，在灌区输水干渠上需建造一座跨越小禹河的渡槽，由左岸向右岸输水。渡槽槽址及渡槽轴线已由规划选定（见渡槽槽址地形图）。渡槽按4级建筑物设计。 1.2气候条件 槽址地区位于大禹乡境内，植被良好。夏季最高气温36℃，冬季最低气温－32℃，最大冻层深度1.7m。地区最大风力为9级，相应风速v = 24 m / s。 1.3水文条件 根据水文实测及调查，槽址处小禹河平时基流量在0.2—0.4 m3/S之间，有时断流。洪水多发生在每年7、8月份；春汛一般发生在每年3月上旬，但流量不大。经水文计算，槽址处设计洪水位为1242.41m，相应流量 Q = 698 m3/S；最高洪水位为1243.83m，相应流量 Q = 1075 m3/S。据调查，洪水中漂浮物多为树木、牲畜，最大不超过400 kg。在春汛中无流冰发生。 槽址处小禹河两岸表层为壤土分布；表层以下及河床为砂卵石分布（见渡槽轴线断面图）。地基基本承载力壤土为34 t / m2；砂卵石为43 t / m2。 1.4工程所需材料要求 在建材方面，距槽址50km大禹镇有县办水泥厂一座，水泥质量合格，可满足渡槽建造水泥需要；槽址附近有大量砂石骨料分布，质量符合混凝土拌制需要，运距均在5km以内；槽址东北禹王山有石料可供开采，运距350km。 1.5上、下游渠道资料 根据灌区渠系规划，渡槽上下游渠道坡降均为1/5000。渠道底宽按设计流量计算2.7 m，边坡1：1.5，采用混凝土板衬砌。渠道设计流量6立方米每秒, 加大流量7.5立方米每秒。渠道堤顶超高0.5m。 根据灌区渠系规划，上游渠口（左岸）水面高程加大流量时为1251.04m。下游渠口（右岸）水面高程加大流量时为1250.54m。渠口位置见渡槽槽址地形图。
工程名称: 哈密市五堡镇五堡大桥渡槽工程 设计阶段：施工阶段 渡槽计算书 计算： 日期：2015.09.01 哈密托实水利水电勘测设计有限责任公司 2015.09.01
1 基本资料 五堡大桥渡槽定为4级建筑物，设计流量Q =1.2m3/s ，加大流量Q m=1.56m3/s。， 设 渡槽总长25.6m，进口与上游改建梯形现浇砼渠道连接，出口与下游改建矩形现浇砼渠道连接。 2 渡槽选型与布置 2.1 结构型式选择 梁式渡槽的槽身是直接搁置于槽墩或槽架之上的。为适应温度变化及地基不均匀沉陷等原因而引起的变形，必须设置变形缝将槽身分为独立工作的若干节，并将槽身与进出口建筑物分开。变形缝之间的每一节槽身沿纵向是两个支点所以既起输水作用又起纵向梁作用。根据支点位置的不同，梁式渡槽有简支梁式双悬臂梁式和单悬臂梁式三种型式。 单悬臂梁式一般只在双悬臂梁式向简支梁式过渡或与进出口建筑物连接时使用。 简支梁式槽身施工吊装方便，接缝止水构造简单，但跨中弯矩较大，底板受拉对抗裂防渗不利。简支梁式槽身常用的跨度为8-15m。本设计采用简支梁式槽身，跨度取为12.8m。梁式渡槽的槽身采用钢筋混凝土结构。 2.2 总体布置 渡槽的位置选择是选定渡槽的中心线及槽身起止点的位置。本设计的渡槽的中心线已选定。具体选择时可以从以下几方面考虑： （1）槽址应尽量选在地质良好、地形有利和便于施工的地方，以便缩短槽身长度、减少工程量、降低墩架高度； （2）槽轴线最好成一直线，进口和出口避免急转弯，否则将恶化水流条件，影响正常输水； （3）跨越河流的渡槽，槽轴线应与河道水流方向尽量成正交，槽址应位于河床及岸坡稳定、水流顺直的地段，避免位于河流转弯处； 2.3 结构布置 根据渠系规划确定，选用钢筋混凝土简支梁式渡槽进行输水，槽身采用带拉杆的矩形槽，支承结构采用单排架型式，两立柱之间设横梁，基础采用整体板式基础支撑排架。渡槽全长25.6m，采用等跨布置方案，一跨长度为12.8m。进出口均用混凝土建造。
目录(
1. 工程概况 重建渡槽带桥，原渡槽后溢洪道断面下挖，以满足校核标准泄洪要求。目前，东方红干渠已整修改造完毕，东方红干渠设计成果显示，该渡槽上游侧渠底设计高程为165.50m，下游侧渠底设计高程为165.40m。本次设计将现状渡槽拆除，按照上述干渠设计底高程，结合溢洪道现状布置及底宽，在原渡槽位重建渡槽带桥，上部桥梁按照四级道路标准，荷载标准为公路-Ⅱ级折减，建筑材料均采用钢筋砼，桥面总宽5m。 现状渡槽拆除后，为满足东方红干渠的过流要求及溢洪道交通要求，需重建跨溢洪道渡槽带桥。新建渡槽带桥轴线布置于溢洪道桩号0+，同现状渡槽桩号，下底面高程为165.20m，满足校核水位+0.5m 超高要求，桥面高程167.40m，设计为现浇结合预制混凝土结构，根据溢洪道设计断面，确定渡槽带桥总长51m，8.5m×6跨。上部结构设计如下：渡槽过水断面尺寸为×1.6m，同干渠尺寸，采用C25钢筋砼，底及侧壁厚20cm，顶壁厚30cm，筒型结构，顶部两侧壁水平挑出1.25m，并在顺行车方向每隔2m设置一加劲肋，维持悬挑板侧向稳定，桥面总宽5m，路面净宽4.4m，设计荷载标准为公路-Ⅱ级折减，两侧设预制C20钢筋砼栏杆，基础宽0.5m。下部结构设计如下：下部采用C30钢筋混凝土双柱排架结构，并设置横梁， 由于地基为砂岩，基础采用人工挖孔端承桩，尺寸为×1.2m，基础深入岩层弱风化层1.0m，盖梁尺寸为4××1.2m。 2．槽身纵向内力计算及配筋计算
根据支承形式，跨宽比及跨高比的大小以及槽身横断面形式等的不同，槽身应力状态与计算方法也不同，对于梁式渡槽的槽身，跨宽比、跨高比一般都比较大，故可以按梁理论计算。槽身纵向一般按满槽水。 图2—1 槽身横断面型式（单位：mm） (1)荷载计算 根据规划方案中拟定，渡槽的设计标准为4级，所以渡槽的安全级别Ⅲ级，则安全系数为γ =，混凝土重度为γ=25kN/m3，正常运行期为持久状况，其设计状况系数为ψ=，荷载分项系数为：永久荷载分项 系数γ G =，可变荷载分项系数γ Q =，结构系数为γ d =。 纵向计算中的荷载一般按匀布荷载考虑，包括槽身重力（栏杆等小量集中荷载也换算为匀布的）、槽中水体的重力、车道荷载及人群荷载。其中槽身自重、水重为永久荷载，而车道荷载、人群荷载为可变荷载。 槽身自重： 标准值：g 1k =γ ψγV 1 =×25××5+×2×2+×+×+×+×+×2+× 2)=（kN/m） 设计值： g 1=γ G。 g 1k =×=（kN/m） 水重：标准值： g 2k =γ ψγV 2 =××（×）=（kN/m）
渡槽课程设计
设计基本资料 一．设计题目：钢筋混凝土渡槽(设计图见尾页) xx灌区干渠上钢筋混凝土渡槽，矩形槽身设计，支撑排架和基础结构布置二．基本资料 1.地形：干渠跨越xx沟位于干渠桩号6+000处，沟宽约75m，深15m左右。根据地形图和实测渡槽处xx沟横断面如下表; 2.干渠水利要素：设计流量Q 设 =10 m3/s、加大流量Q 加 =11.5 m3/s，纵坡 i=1/5000，糙率n=0.025.渠底宽B=2m，内坡1：1，填方处堤顶宽2.5m，外坡1：1.干渠桩号6+000处渠底高程为95.00m。 3.地质：该处为第四纪沉积层，表面为壤土深2米，下层为细砂砾石深度为10米，再下层为砂壤土。 经试验测定，地基允许承载能力（P）=200KN/ m2 4.水文气象：实测该处地面在10米高处，三十年一遇10分钟统计平均最大风速为24m/s。 设计洪水位，按二十年一遇的防洪标准，低于排架顶1m，洪水平均流速为 2m/s，漂浮物重50KN。 5.建筑物等级：按灌区规模，确定渡槽为三级建筑物。 6.材料：钢筋Ⅱ级3号钢，槽身采用C25混凝土，排架及基础采用C20混凝土。 7.荷载： 1）自重：钢筋混凝土Υ=25 KN/ m3水Υ=10 KN/ m3
2）人群荷载： 3 KN/ m3 3）施工荷载： 4 KN/ m3 4）基础及其上部填土的平均容重为20 KN/ m3 三．设计原则与要求 1.构件强度及裂缝计算应遵守“水工钢筋混凝土结构设计规范“（SDJ20-78） 2.为了减少应力集中，构件内角处应加补角，但计算可以忽略不计。 3.计算说明书要求内容完全、书写工整。 4.图纸要求布局适当、图面清洁、字体工整。 四．设计内容 1.水力计算：确定渡槽纵坡、过水断面尺寸、水面衔接、水头损失和上下游链接。 2.对槽身进行纵向、横向结构计算，按照强度、刚度和构件要求配置钢筋。 3.拟定排架及基础尺寸。 4.两岸链接和布置。 五．设计成果 1.计算说明书一份 2.设计图纸一张（A1） 总体布置图：纵剖面及平面图 一节槽身钢筋布置图：槽身中部、端部剖面，侧墙钢筋布置及底板上、下层钢筋布置图，并列处钢筋用量明细表。排架和基础尺寸，钢筋布置等。 六．参考书 1.《水工建筑物》 2.《工程力学》 3.《建筑结构》 4.《水工钢筋混凝土》 5. 《工程力学与工程结构》
摘要 本次设计作为水利水电工程专业的毕业设计，主要目的在于通过运用所学的专业基础知识及基础课的理论了解并初步掌握水利工程的设计容，设计方法和设计步骤；熟悉水利工程的设计规；提高编写设计说明书和各种计算及制图的能力。 高店村沟排水渡槽位于省市所辖沙河市高店村西北，位于总干渠南沙河倒虹吸南侧，是南水北调中线工程总干渠上的一座左岸排水建筑物。 渡槽为跨越式建筑物，采用矩形渡槽排架结构，按三级建筑物考虑。设计地震烈度为80。 根据设计任务书，说明书分为四部分。第一部分，基本资料。第二部分，整体布置，确定渡槽的线路和槽身总长度，进行水利计算，确定槽底纵坡以及进出口高程，渡槽总长12m，进口渐变段6m，出口渐变段9m，渡槽进口底部高程89.695m，第三部分，槽身结构设计，确定槽身的横断面尺寸，渡槽槽身净宽4m，侧墙厚0.2m，底板厚0.4m，人行道板宽度为1m。，人行道板宽度为1m。进行槽身纵横断面力计算及结构计算。第四部分，支承结构设计，确定支承结构的尺寸，进行支承结构的结构计算，渡槽基础的结构计算及渡槽整体稳定性计算。 关键词：高店村渡槽槽身建筑水利水电工程
Abstract This design is a graduation project of undergraduation. Its main aim is to apply what have been learned in class, such as specialized basic courses, basic courses and so on, to initially master the content of design, the methods of design, the steps of design of the irrigation project; to have an intimate knowledge of the design standard of the irrigation project; to raise the capacity to compile the design exposition and the capacity of calculation and drawing. Gao dian village is located in hebei province xingtai city had jurisdiction over the village ditch drainage aqueduct Gao dian village northwest, located in the south area of nansha river inverted siphon of the main canal is the main canal of south-to-north water transfer project on a left bank drainage structures. Aqueduct for leap buildings, bent rectangular aqueduct structure, the level 3 buildings. Design earthquake intensity is 8 degrees. Under the proposal, manual is divided into four chapters. The first chapter, basic information. Second chapter, overall layout, determine aqueduct of line and slot body total length, for water calculation, determine slot end of longitudinal slope and import and export elevation, aqueduct total long 12m, imports gradient paragraph 6m, export gradient paragraph 9m, aqueduct imports bottom elevation 89.695m, third chapter, slot body structure design, determine slot body of cross section size, aqueduct slot body net wide 4m, side wall thick 0.2m, floor thick 0.4m, sidewalk Board width for 1M. Sidewalk width is 1M. Body cross section calculation of internal force calculation and structure. The fourth chapter, the supporting structure design, determine the dimensions of the support structure, for structural calculation of supporting structure, calculation and aqueduct aqueduct structure based on the whole stability calculation. Keywords: high shop village, aqueduct, slot, and buildings. Water conservancy and Hydropower Engineering
第25卷第2期人民黄河Vol.25,No.2 2003年2月YELLOW RIVER Feb.,2003 =水利水电工程> 南水北调中线穿黄工程渡槽设计研究 吴长征,张治平,阎红梅 (黄河水利委员会勘测规划设计研究院,河南郑州450003) 摘要:根据南水北调中线穿黄河段的地形地质条件、黄河的洪水泥沙特性和穿黄工程规模大、技术复杂的特点,进行了多种方案的研究比较,推荐采用三向预应力矩形薄腹梁渡槽,下部结构为柱式墩、混凝土灌注桩基础。经过较全面的计算分析研究,渡槽能够满足各种可能条件下的施工和安全运行要求。 关键词:设计;渡槽;穿黄工程;南水北调中线工程 中图分类号:TV672文献标识码:B文章编号:1000-1379(2003)02-0042-02 1工程概况 南水北调中线工程从丹江口水库陶岔渠首引水,横跨长江、淮河、黄河、海河四大流域,终点到北京团城湖,线路总长1267km。渠首引水流量500~630m3/s,年调水量120亿~140亿m3。主要供京、津、冀、豫4省(市)京广铁路沿线地区城市生活、工业和环境用水。中线穿黄渡槽是中线调水线路中规模最大、技术最复杂的交叉建筑物。该工程位于郑州黄河京广铁桥以西30k m处的孤柏嘴河段,南岸在孤柏嘴上游约2km,北岸位于河南温县陈家沟村西。渡槽设计流量440m3/s,加大设计流量500m3/s。渡槽工程自南岸起点至北岸终点全长19.3km,涉及的主要建筑物有跨黄河渡槽,进口节制闸、退水闸,出口检修闸,南、北岸连接渠道,新、老蟒河交叉建筑物等。跨黄河渡槽长度为3.5km,靠南岸山湾布置。 目前穿黄渡槽的初步设计工作已基本完成,除设计报告外,还提出了近30个专题科研报告。先后组织了多次有水利、交通、科研院所和高校等专家学者参加的技术咨询会和座谈会,对渡槽设计中的关键技术问题进行研究咨询。本文重点介绍穿黄渡槽方案的设计研究情况。 2穿黄渡槽设计 2.1设计标准和依据 中线工程属特大型跨流域调水工程,工程等级为大(?)型。穿黄渡槽是中线工程上最关键的交叉建筑物,建筑物级别为一级。根据5防洪标准6(GB50201-94),考虑中线穿黄工程的重要性和黄河洪水泥沙的复杂性,经论证确定穿黄渡槽设计洪水标准为300年一遇,校核洪水标准为1000年一遇。 穿黄渡槽设计地震加速度概率取基准期50年内超越概率的5%。 2.2地质条件 根据对孤柏嘴河段多条穿黄线路的比较,考虑穿黄工程对黄河河势的影响及工程布置等因素,选定李村)陈家沟线作为穿黄渡槽线路。该处黄河河床宽度9.9km,河槽高程98~100 m,滩地高程102~103m。南岸邙山顶面高程约180m,北岸青风岭岗地高程约112m。黄河北岸滩地上有新、老蟒河,河槽宽分别为40~50m及10~20m。 河床覆盖层主要为第四系全新统冲积层(alQ4)、上更新统冲积层(alQ3)和中更新统冲洪积层(al+plQ2)。下伏基岩为上第三系(N)黏土岩、砂岩等。 Q4地层主要分布于河床及漫滩,岩性为砂壤土、壤土、粉砂、细砂、中砂等,总厚度7~37m。该层与下部Q2地层间断续分布有一层厚度为0.5~5m的泥砾层。 Q3地层主要分布于邙山、青风岭一带及北岸漫滩Q4地层之下。在南岸邙山一带,该层厚55~70m,为黄土状粉质壤土,含少量钙质结核。在北岸青风岭一带,该层厚达90~100m,其上部10~20m为黄土状粉质壤土,下部主要为细砂、中砂及砂砾石层。 Q2地层主要分布于南岸邙山及河槽上部覆盖层之下,其顶面高程及层厚均变化较大。在渡槽起点附近顶面高程为110m 左右,厚约70m,岩性以粉质壤土为主夹6~7层粉质黏土。该层中普遍含有粒径1~8cm的钙质结核。 第三系地层(N),沿渡槽轴线顶面高程变化较大,河床下埋深40~60m。主要为河湖相沉积的黏土岩、砂岩等,固结成岩程度低,属软岩。 工程区地震基本烈度为7度。穿黄渡槽设计地震基准期50年内超越概率5%的基岩水平加速度峰值为0.158 。 2.3渡槽结构形式研究 在穿黄渡槽设计中,根据已有工程资料和近几年水电、桥梁工程中运用的新技术、新工艺,拟定了十几种不同结构类型、不同材料、不同断面形式、不同跨度的渡槽方案。经过初步计 收稿日期:2002-10-16 作者简介:吴长征(1958-),男,河南柘城人,高级工程师。