水利工程渡槽毕业设计(水利毕业样本)

1、水利工程渡槽毕业设计(水利 毕业样本) 水利工程渡槽毕业设计(水利 毕业样本) 龙潭冲渡槽位于湖北省浠水县白莲河灌区西干渠上游处，桩号为 1+800，竣 工年限在 1961 年1962 年，经过三十多年的运行，该渡槽出现严重的老化 问题，加之灌区面积增加和流量增大，该渡槽已远远不能担负输水灌溉的任 务， 根据白莲河水库灌区续建配套与节水改造规划成果(2003 年） ， 要求重建 白莲河渡槽。考虑到原渡槽所在渠道位于一较大的冲谷处，该段渠道在山洪 期间常受洪水危胁。 经灌区重新规划， 将原山谷下的沿山渠道进行截弯取直， 在截弯处新建新的龙潭冲渡槽，工程为 III 等工程，主要建筑物为 3 级。 新建的渡槽采用矩形拱式渡槽，拱跨 87m，共两跨，槽底宽为 4.0m，侧墙高 3.92m，设有间距为 1.5m，高为 0.1m 的拉杆，考虑到交通要求，还设有 1m 宽的 人行板。本设计布置等跨的间距为 15m 的单排架共 12 跨，与渐变段连接处采用 浆砌石槽台。排架与地基的连接采用整体基础。槽身、排架、拱圈以及基础采用 预制吊装形式。 引 言引 言 0.1、研究背景及意义 渡槽是输送渠道水流跨

2、越河渠、道路、山冲、谷口等的架空输水建筑物，是 灌区水工建筑物中应用最广的交叉建筑物之一， 除用于输送渠水外还可排洪和导 流等之用。 我国幅员辽阔，但水资源十分短缺，且由于地形和气候的影响，水资源在时 空上分布不均匀，有一半的国土处于缺水或严重缺水状态。无论是资源性缺水还 是工程性缺水，工程手段作为优化配置的方法之一，主要就是在水源处修建取水 工程，然后通过输水工程把水送到不同的用户，如南水北调工程、引滦入津、引 滦入唐、引黄济青、引黄入晋和东北的北水南调工程等等都是如此。渡槽便是其 中一种重要渠系建筑物。 本次毕业设计为白莲河灌区龙潭冲输水渡槽的初步设计。目的在于培养我 们了解并初步掌握水利工程的设计内容、方法和步骤，通过设计，能够较熟练地 运用和巩固有关专业课、专业基础课及基础课所学的理论知识，并锻炼运用所学 理论去解决实际水利工程问题的能力，并提升编写设计说明书、进行各种计算和 绘制水利工程图的能力。 0.2、国内外关于渡槽设计课题的研究现状和发展趋势 世界上最早的渡槽诞生于中东和西亚地区。公元前 29 世纪前后,埃及在尼 罗河上建考赛施干砌石坝,坝高 15 m,坝长 450m,

3、是文献记载最早的坝,并建渠道 和渡槽,向孟菲斯城供水。 公元前 700 余年,亚美尼亚已有渡槽。公元前 703 年,亚述国王西拿基立 (Sennacherib)下令建一条 483 km 长的渡槽引水到国都尼尼微。渡槽建在石墙 上 ,跨越泽温的山谷。石墙宽 21 m ,高 9 m ,共用了 200 多万块石头。渡槽下 有 5 个小桥拱,让溪水流过。 渡槽在我国已有悠久的历史。 古代,人们凿木为槽用以引水,即为最古老的渡 槽。据 水经 渭水注:长安城故渠“上承泬水于章门西,飞渠引水入城 ,东 为仓池,池在未央宫西。 ” “飞渠” 即为渡槽,建于西汉,距今约 2000 年。 或说公 元前 246 年兴建的郑国渠 “绝” 诸水即利用了渡槽。 这说明渡槽在中国已有 2000 年以上的历史。我国古代比较著名的渡槽有:古代陕西关中地区大型引泾灌区 郑国渠 ,是中国古代最宏大的水利工程之一。 公元前 246 年(秦始皇元年)由 韩国水工郑国主持兴建,约十年后完工。 它位于泾水和渭水的交会处,干渠西起泾 阳,引泾水向东,下游入洛水,全长 150 余 km ,其间横穿了好几道天然河流,可 能使用了“渡槽”

4、技术。郑国渠的建成,使关中干旱平原成为沃野良田 ,粮食产 量大增,直接支持了秦国统一六国的战争。 我国从20世纪50年代开始建造渡槽,目前国内已建的各类渡槽有很多。 其中单槽过流量最大的为 1999 年新建的新疆乌伦古河渡槽,设计流量 120/ s , 为预应力混凝土矩形槽。单跨跨度最大的为广西玉林县万龙渡槽,拱跨长 126 m。 2002 年完成的广东东江深圳供水改造工程在旗岭、樟洋、金湖的 3 座渡 槽上采用了现浇预应力混凝土 U 型薄壳槽身,为国内首创。 根据目前我国渡槽的发展状况，渡槽在横断面上,以 U 型和矩形槽应用较为 广泛,特别是随着施工方法的改进,如采用预制吊装的渡槽,越来越广泛的采用各 种更轻、更强、更巧、更薄的结构,即槽身趋向采用 U 型、半椭圆型、环型、抛 物线形等薄壳结构或薄壁肋箱等。 在支承型式上,除梁式渡槽和拱式渡槽外,又发展了一种拱梁组合式,拱梁式 渡槽是从 20 世纪 90 年代逐步发展起来的,是在折线拱和桁架梁渡槽的基础上, 经 过研究改进发展起来的一种新型渡槽结构形式。它具有结构轻巧,受力状态良好, 外形美观,便于施工,安全可靠,经济适用等特点。如湖

5、南岳阳地区的凉清渡槽,槽 身全长 75. 2 m ,由一跨 50. 4 m 的拱梁组合式结构与两端各一跨 12. 4 m 的 简支结构组成。1990 年建成后投入使用,运行状况良好。 在材料使用上,在使用一般钢筋混凝土的基础上,趋于使用钢丝网水泥、 高标 号预应力混凝土,钢材采用高强钢丝、低合金钢等。采用这种材料后一是降低混 凝土槽身的壁厚,能使混凝土的壁厚由过去的几十厘米减为十几厘米;其次由于 渡槽槽身构件采用预应力工艺处理后,使渡槽在结构上发生了质的变化,抗裂性、 抗震性和刚度大大提高,克服了钢筋混凝土过早出现裂缝的弱点,充分发挥了高 强钢材的潜力,渡槽的断面和变形也相对减少,而跨度却可显著地增大。 从施工方法角度出发,渡槽越来越趋于装配式,由于灌溉及用水事业的发展 和地形的需要,大流量、大跨度的装配式渡槽逐年增多,并且这些大跨度、大流量 的渡槽结构多采用预应力结构和拱架支承。 小型壳槽则较多采用钢丝网水泥结构 以有利于农村小型工地的运输和装配。 从施工工艺方面,预应力施工工艺逐渐广泛地被采用,槽身的张拉,小型壳槽 则采用先张法,即在预制厂内固定的台座上成批张拉高强钢丝或钢绞线,大

6、型槽 身则采用后张法施工,以构件本身为台座。 在采用装配式渡槽方面,由于吊装技术 和设备的改进,构件的单元重量也逐渐增大,以适应大断面、大跨度结构的需要。 如湖北省 1973 年修建的排子河装配式渡槽,采用钢桁架梁垂直吊升巨型的槽身 构件,起重量达 200 t ,提升高度达 50 多 m。 目前,渡槽发展研究的总趋势是,适应各种流量、 各种跨度特别是大跨度渡槽 结构型式的研究;应用先进理论和先进手段进行结构型式优化设计;材料及施工 技术的改进等。如斜拉式及悬吊式这类跨越能力最大的渡槽型式的研究;过水与 承重相结合的合理结构型式的研究;利用电子计算技术及先进设计理论优选结构 型式的研究;早强快干混凝土和钢纤维混凝土等材料以及新型止水材料的研制应 用;构件预制工厂化及大型机械吊装等,有的已在逐步开展，有的在探索中,但是 可以预见,渡槽工程在结构型式、设计理论、建筑材料以及施工技术等方面,将有 一个新的发展。 0.3、毕业设计的基本要求及本设计主要内容 1）渡槽型式的选择、工程总体布置及主要尺寸的拟定； 2）渡槽的水力计算并编制相应渡槽水力计算软件一个； 3）渡槽槽身的结构及配筋计算； 4）

7、渡槽排架(拱圈)的结构及配筋计算； 5）渡槽的稳定计算； 一、设计基本资料 1.1、工程概况综合说明 表 1-2 混凝土特性指标：（单位 N/ mm2） 轴心抗压轴心抗拉混凝土强度 等级标准值 fck设计值 fc标准值 fck设计值 fc 弹性模量 Ec C2013.510.01.501.102.55104 C2517.012.51.751.302.8104 浆砌采用 M15砂浆砌块石。 1.7、设计要求 按初步设计标准设计，局部可深入考虑。 进行渡槽总体布置，包括槽身、支撑、基础等结构型式的选择。 水力计算 槽身设计 支承结构设计 基础设计 1.8、毕业设计参考书目 二、渡槽的水力计算 2.1、渠道断面的水力计算 三、槽身结构计算 3.1、纵向结构计算 3.1.1、槽身剖面形式及尺寸拟定 参考已建工程，初定槽身结构尺寸如下图 3.1 所示，渡槽长 180m，每跨长 度选定 15m，共 12 跨，支撑结构选取排架形式，每节槽身由两个排架支撑，故 等同于简支梁结构进行计算。 槽身横断面最常采用的是矩形和 U 形。本次设计选择矩形渡槽断面，渡槽无 通航要求。为改善横向受力条件槽顶设置拉杆，

8、每隔 1.5m 设置一根拉杆，于渡 槽拉杆上布置人行道，底板宽 1m，高 0.1m。侧墙厚度根据经验公式 t/=1/12-1/16，取侧墙厚度 t=20cm，侧墙高为=3.20m，底板地面高于侧墙底缘， 以减少底板的拉应力，底板厚度为 20cm，侧墙和底板的连接处加设角度为的贴 角。 根据前面计算结果，槽内净宽 B=4m，高 H=2.89m（拉杆 0.1m） ，拉杆断面尺 寸：高*宽=10cm*10cm。具体结构尺寸如图 3-1 所示。 3.1.2、各类系数的确定 该渡槽属于级水工建筑物，采用 C25 混凝土，级钢筋。结构重要系数 =1.0，设计状况系数 =1.0，承载能力极限状态使得机构系数=1.20，永久荷载 分项系数=1.05，可变荷载分项系数=1.20。 槽身横断面图 槽身纵断面图（-断面） 图 3-1 槽身结构尺寸图（单位：mm） 3.1.3、荷载计算 纵向计算中的荷载一般按均布荷载考虑，包括槽身重力（拉杆等是少量集中 荷载也换算为均布荷载） 、槽中水体的重力及人群荷载，其中槽身自重、水重为 永久荷载，人群荷载为可变荷载。 3.1.3.1、永久荷载设计值： 永久荷载设计值=永

9、久荷载分项系数永久荷载标准值（其中1.05） （1）自重： 槽身断面面积=2.68 槽身自重标准值=2.68*25=67 槽身自重设计值=*=67*1.05=70.35 （2）水重： 过水断面面积=9.64；=11.08 设计水深时值水重标准值（h=2.42m） =9.64*10=96.4 设计水深时值水重设计值（h=2.42m） =96.4*1.05=101.22 加大水深时值水重标准值（h=2.79m） =11.08*10=110.8 加大水深时值水重设计值（h=2.79m） =110.8*1.05=116.34 （按加大流量时进行计算） 3.1.3.2、可变荷载设计值： 可变荷载设计值=可变荷载分项系数可变荷载标准值（其中1.2） 人群荷载： 人群荷载标准值 =2.0*1.0m=2 人群荷载设计值 =2*1.20=2.4 3.1.4、纵向内力计算 如图所示单跨长度 15m，槽身每边支座宽 50cm，取计算跨度 l=1.05=1.05* （15-1）=14.7m，槽身宽度 B=4m，宽跨比 l/B=14.7/4=3.675，因此可按梁法计 算槽身内力。纵向结构计算可将矩形槽身截面概化为工字型，槽身侧墙为工字梁 的腹板，侧墙厚度之和即为腹板厚度，b=2*20=40cm；槽身底板构成工字梁的下 翼缘（由于简支梁槽身底板处于受拉区，故在强度计算中不考虑底板的作用，但 在抗裂验算中加以考虑） ；侧墙加大部分和人行道板构成工字梁的上翼缘，翼缘 的高度为 h=10+10=20cm，工字梁高为 H=3.3m，翼缘的计算宽度等于与腹板厚度 即=40cm。考虑到侧墙顶部和人行道宽度扩大较小，可近似的将侧墙看作矩形截 面，故计算简图可简化为 3300*400mm 的矩形截面（如图 3.2 所示） 。 纵向计算简图 横截面计算简图 图 3.2 槽身纵向计算图 跨中最大弯矩： =1/8*（+）=1/8*（70.35+116.34+2.4）*=5107.56KN.m 跨中弯矩设计值：M=*=5107.56 kN.m 跨端剪力设计值： =*1/2*（ +） *l=1.0*1.0*1/2*（ 70.35+116.34+2.4） *14.7=1389.81 kN 3.1.5、配筋计算 简支梁跨中部分应处于受压区， 故在强度计算中不考虑底板 （

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