河海大学《水工建筑物》第八章渡槽.ppt

'第八章渠系建筑物:渡槽aqueduct;flume（1）、调节建筑物：调节水位、分配流量，如节制闸、分水闸（2）、交叉建筑物：输送渠水跨越沟谷、河流、道路等，如渡槽、涵洞、倒虹吸等（3）、落差建筑物：连接差集中渠段，如跌水、陡坡等8.1.1渡槽的作用、类型及位置选择一、渡槽的作用、组成、类型渡槽––是输送渠水跨越山冲、谷口、河流、渠道及交通道路等的交叉建筑物作用：输水为主，兼排洪，导流。组成：槽身、支承结构、基础、进口、出口等部分。 分类：二、渡槽的位置选择①轴线(中心线)②起止点一般来说，在渠系规划设计时，已经从全局上初步确定了渡槽的位置，这对于中、小型渡槽，已无多大选择的余地，而对于大型渡槽，因工程量及投资大，将涉及到位置选择的方案比较问题，这些方面与地形和地质条件等因素密切相关。 位置选择时，拟考察的主要因素：(1)地形、地质条件：利用有利地形缩短槽身长度；选择良好的地质条件处，以减少基础的处理工程量，尽量使进出口落在挖方渠道上。(2)渡槽轴线尽量布置成直线，避免进出口急转弯；(3)跨越河流的渡槽，尽量与河流正交，并满足槽下净空要求，对于跨越公路、铁路的渡槽，亦是如此；(4)为了对于大型渡槽及上、下游填方渠道发生事故时进行检修，在进口段之前适当位置，设置节制闸(5)尽量少占耕地，减少拆迁，选择有较宽敞的施工场地，并便于交通运输。 8.1.2渡槽的水力设计，荷载及荷载组合（一）、渡槽的水力设计任务：①槽身断面选型；②拟定断面尺寸；③确定进出口高。具体包括：纵坡i；水深h；净宽b；起止点高程。基本步骤：①按最大过流量Qmax，拟定槽身纵坡I，净宽b，净深h。②按设计流量Q设，计算渡槽全长范围内的总水头损失△z；若△z等于或小于△z允许值，可最终确定I,h,b值，进而定出相关高程。 1、水力设计的计算方法及总水头损失计算①渡槽长度L<(15～20)H，(H槽中水深)称短渡槽过流量Q按淹没宽顶堰计算②长渡槽L≥(15～20)H––按明渠均匀流计算A––过水断面积；C––谢才系数；R––水力半径；I––纵坡(槽身)。 渠道水流，通过渡槽时的水面线变化过程，共可划分为三个阶段：(1)进口段：槽内流速大于渠道内的流速，U↑进口段形成水面跌落，其值记Z，影响范围L1：ζ––损失系数见表8–1；U1––渠内流速。 (2)渡槽段：明渠均匀流速，仅表现为沿程损失记Z1＝i×L(3)出口段：渠道内流速小于渡槽内流速U↓，出口段形成水面回升，其值记为Z2，影响范围l2。依表8–2查求注：表10–2是由模型实验总结的近似关系。总损失：△z＝(Z-Z2)+Z1(8–3)注意点：①富裕高度(槽壁超高)––通过设计流量时；②[△z]允许水头损失，渠道规划设计时确定；③检验由设计流量Q求得H(槽内水深)，即求得△h。 当△h≤h-Hand△Z≤[△Z]h––槽深按Qmax拟定I,b,h，直至满足要求。2、槽底纵坡I，槽身净宽b和净深h的设计(1)底纵坡I：影响关系：底坡i大→工程量↓U↑△Z↑灌溉面积↓效益↓底坡i小→结果相反综合比较拟定。(2)净宽b，净深h(确定h/b)影响关系：①h/b↑纵向刚度↑风力↑稳定↓②h/b↓且i过大，水深小，进口槽底抬高值y1过大，流量大时，进口降水段过小，当引起渠道冲刷。故需作综合比较选择。经验取值(初拟)i=1/500～1/5000且i1/20 增稳措施：①渡身断面：深度减小，宽度加大②自拱顶至拱脚逐渐加宽矢高(f)––当拱脚高程一定，矢高可变余地较小；一般需满足净空要求(如航运、交通)拱脚高程––(跨河渡槽)应高于最高洪水位逢跨比(f/l)––一般取(1/4～1/10)（三）、主拱圈结构设计主要内容：①结构布置；②结构计算。1、拱轴线的形式与选择(1)小跨度主拱圈：a)中心角：φ＝120o～130ob)半园拱：应力分布差(2)较大跨度排架拱：荷载近于均布，宜用二次抛物线原则：拱轴线接近于荷载压力线（各断面压力中心的连线）。 (3)实腹式渡槽(图10–32)名词：拱轴系数m=gk/gS;;gk––拱脚荷载强度gs––拱顶荷载强度经推导，可得荷载压力线(即拱轴线)当ζ＝1，y1=f时， 2.主拱圈的结构计算主要内容：①内力计算；②强度、稳定性验算。拱的稳定性问题，一般来说，只能对一些典型结构，在典型荷载作用下，这在一些力学书籍和专著中，有比较准确的解答。由于拱式渡槽的主拱圈，结构形式及荷载均较复杂，特别是难于合理考虑拱上结构对主拱稳定影响。目前，已有的计算方法是近似的。拱圈的内力计算方法，总体上讲，因结构的形式，拱轴线形式、设铰数目以及荷载形式的不同而各异；另外，渡槽横向荷载作用下的内力，准确计算也比较复杂，也常采用近似方法计算。拱圈的稳定问题及横槽向荷载作用下的内力计算问题等，可参考桥梁及渡槽工程的有关书籍和资料。此处主要介绍铅直荷载作用下无铰拱的内力计算等问题。鉴于拱式渡槽的主拱圈，因结构与荷载一般情况下多为对称，可取一半进行计算分析，如图(8–32). 要点：①由对称性知，在弹性中心，将只有对称的超静定未知力x1和x2。同时，仅作用有实腹拱的设计荷载(无论是实腹拱还是空腹拱，根据实际情况决定计算荷载均可)。②对于无铰拱，拱圈内的剪力及拱轴的曲率对弹性中心变位的影响很小，可忽略不计，只计算由内力弯矩M产生的弯曲变形和由轴力N产生的弹性压缩而引起的弹性中心的变位。也就是说：弹性中心变位＝弯矩M引起的变位＋轴力N引起的变位。在拱荷载作用下，基本结构任意截面的弯矩Mp，轴力NP，剪力QP，应用力法求解得： 拱圈任意截面的内力：注意点：拱圈在自身重力作用下的内力，是否按无铰拱计算应根据施工方法决定。3、主拱圈强度及稳定验算（1）主拱圈强度验算在各种荷载作用下，计算主拱圈各截面的内力，求出各截面在各种荷载最不利组合情况下产生的内力（包络图），最后进行强度验算。荷载组合：1）基本组合：设计水深水重+自中+人群荷载；2）特殊荷载：a）满槽水重+自重+人群荷载+横向风载+温升；b）自重+横向风载+温降+混凝土收缩（检修） （2）主拱圈稳定验算1）纵向稳定验算按轴向受压构件强度计算方法验算2）横向稳定验算 （四）槽墩、拱座及槽台根据受力情况，槽墩分为： 8.1.5渡槽的进、出口建筑物及总体布置（一）、进、出口建筑物作用与要求：①平顺衔接渠道与槽中水流，减小水头损失；②连接槽跨结构与两岸渠道，避免漏水及由此引起的过大沉降与滑坡；③满足适用交通、泄水等要求。主要尺寸：①进、出口渐变段长度lj=C(b1-b)(8–34)b1––渠道水面宽度；b––槽身水面宽度 ②其他构造设计a)U形槽––设连接段与渐变段未端的矩形断面连接；b)考虑交通要求––交通桥或人行桥；c)考虑停水检修––节制闸或预留检修门槽；d)注意止水、防渗。（二）槽身与两岸渠道的连接1、槽身与填方渠道的连接(图8–37，8–38) 斜坡式连接连接段置于柔性的地基上，由于填土沉降，易引起裂缝、漏水，注意地基的碾压，夯实，防渗，止水。挡土式连接：(图8–38)边跨槽身的一端支承在重力式挡土墙或边槽墩上，并与渐变段或连接段连接。 2、槽身与挖方渠道连接(图8–39) '