1、第2页，共121页前言21工程概况411地形412地质413上、下游渠道资料414建筑材料及安全系数515工程回填土及地基力学特性516设计要求62渡槽总体布置设计621渡槽轴线及槽身起止点位置选择6211选择原则6212选择方案722渡槽型式选择、分跨及纵剖面布置8221型式选择8222分跨9223剖面布置93渡槽水力设计1031计算方法和计算公式11311流量计算公式11312水头损失计算公式1132槽底纵坡I、槽身净宽B和净深H的设计12321拟定I、B和H的值12322总水头损失Z校核与I、B和H值的确定1233进出口高程确定13331高程计算公式13332高程计算结果1434进出口渐
2、变段长度确定1435水力计算结果示意图144槽身设计1541尺寸设计15411扶栏15412人行道板15413拉杆15414侧墙15415底板15416渡槽横剖面示意图1542槽身各部分荷载及自重1643人行道板配筋设计1744拉杆、侧墙、底板横向配筋设计17第4页，共121页441内力计算17442配筋设计2045拉杆、侧墙、底板纵向配筋设计21451计算简图21452内力计算21453配筋设计2146槽身抗裂验算22461横向抗裂验算22462纵向抗裂验算2447槽身吊装验算25471吊装施工布置及其示意图26472吊装内力计算26473吊装验算265重力墩计算2751重力墩尺寸确定275
3、11渡槽高度及柱底高程计算28512重力墩局部尺寸确定2852重力墩设计30521重力墩墩身设计306基础3261基础尺寸确定32611基础形式选择32612尺寸初步确定32613基础尺寸验定337渡槽及其地基稳定性验算3471渡槽整体性验算34711抗滑稳定性验算34712抗倾覆稳定性验算3472渡槽抗滑稳定性验算35721空槽工况下抗滑稳定性验算35722满槽工况下抗滑稳定性验算3673渡槽抗倾覆稳定性验算36731空槽工况下抗倾覆稳定性验算36732满槽工况下抗倾覆稳定性验算3774基底压应力验算37741横槽向基底压应力验算37742顺槽向基底压应力验算378ANSYS有限元计算分析3
4、881ANSYS有限元基本简介38第4页，共121页82渡槽平面模型的建立38821ANSYS平面渡槽模型39882结构力学求解器渡槽平面计算3983渡槽三维模型的建立39831创建渡槽三维模型40832网格划分40833边界条件及施加荷载40834求解及后处理4084结果及分析40841ANSY平面结构分析40842结构力学求解器结构分析40843ANSYS三维结构分析4185计算结果对比分析41851平面计算结果分析41852三维有限元结果分析429细部结构4291伸缩缝及止水4292支座4393两岸连接44致谢45参考文献46附录计算说明书481水力计算4811水力计算公式4812加大流
5、量下水力计算4913设计流量下的水力计算4914水头损失计算5015高程计算5116进出口渐变段长度计算5117水力计算结果522槽身各部分荷载计算5221扶栏自重5322人群荷载5323人行道板自重5424拉杆自重5425侧墙自重5426底板自重5527设计水流下水自重5528加大水流下水自重56第4页，共121页29槽身各细部自重结果563人行道板配筋计算5631计算简图5732荷载及内力计算5733配筋计算584槽身计算5841槽身横向计算58411内力计算58412配筋计算6742槽身纵向计算73421槽身纵向计算简图73422槽身纵向荷载及内力计算74423槽身纵向配筋计算7543槽
6、身抗裂验算76431槽身横向抗裂验算76432槽身纵向抗裂验算8144槽身吊装验算83441吊装布置及其示意图83442吊装内力计算83443槽身吊装验算845槽墩计算8551槽墩尺寸确定85511渡槽高度计算85512重力墩局部尺寸确定8652重力墩的设计说明87521水平方向荷载计算91522竖直方向荷载计算94523墩帽局部承受压力计算956基础9661基础尺寸确定97611基础形式选择97612尺寸初步确定97613基础尺寸验定987渡槽稳定性验算10071渡槽槽身的整体性验算100711抗滑稳定性验算100712抗倾覆稳定性验算10172渡槽整体抗滑稳定性验算102721空槽工况下抗
7、滑稳定性验算102第4页，共121页722满槽工况下抗滑稳定性验算10373渡槽抗倾覆稳定性验算103731空槽工况下抗倾覆稳定性验算104732满槽工况下抗倾覆稳定性验算10474基底压应力验算104741横槽向基底压应力验算1048ANSYS有限元计算分析10581ANSYS有限元基本简介10582渡槽平面模型的建立105821ANSYS平面渡槽模型105882结构力学求解器渡槽平面计算10883渡槽三维模型的建立109831创建渡槽三维模型109832网格划分110833边界条件及施加荷载110834求解及后处理11184结果及分析112841ANSY平面结构分析112842结构力学求解
8、器结构分析113843ANSYS三维结构分析11485计算结果对比分析115851平面计算结果分析115852三维有限元结果分析116第1页，共121页林家河渡槽设计学生指导老师三峡大学水利与环境学院摘要本文采用传统设计方法对林家河渡槽进行了整体设计。首先，通过对林家河周边地形和地质条件分析，根据渡槽结构型式特点，确定本渡槽型式为简支梁式渡槽，槽身采用矩形横截面，支撑结构采用实体重力墩形式，基础采用整体板式基础；然后参照水工设计规范和工程中渡槽设计经验值确定各部分尺寸并进行校核，再进行各部分的内力计算、配筋计算、抗裂验算及细部处理，最后采用ANSYS有限元软件进行平面计算和三维模型计算与结构力
9、学求解器计算的结果进行比较，利用其结果对渡槽进行强度校核，检验渡槽各部分以及整体是否满足强度和稳定性要求，并对设计值进行修正以达到最优效果。通过本次毕业设计，将大学本科所学的专业知识与工程实际相结合，提高了水利水电专业素养，达到了毕业设计的预期效果。ABSTRACTINTHISPAPER，LINJIAHEAQUEDUCTHASBEENOVERALLDESIGNEDUSINGTHETRADITIONALMETHODSCOMBINEDWITHTHEENGINEERINGCONCEPTATFIRST，ACCORDINGTOTHEANALYSISOFTHETERRAINANDGEOLOGYCONDIT
10、IONANDTHECOMPARISIONOFTHECHARACTERISTICSOFEACHKINDSOFAQUEDUCTS，THESTRUCTUREFORMOFSIMPLYSUPPORTEDBEAMAQUEDUCTISDECIDED，SOTHECROSSSECTIONOFTHEBODYOFTHEAQUEDUCTISRECTANGULAR，THESUPPORTINGSTRUCTUREISTHEGRAVITYABUTMENT，ANDTHEFOUNDATIONISAINTEGRALPLATETYPEFOUNDATIONTHESECOND，INORDERTODETERMINETHESIZEOFEAC
11、HCOMPONENTOFAQUEDUCT，THEEXPERIENCEDATASFROMPRACTICALENGINEERINGSARESTUDIEDANDUSEDINTHEPAPERTHEN，THEINTERNALFORCEOFEACHCOMPONENTISCALCULATED，THEREINFORCEMENTCALCULATIONANDCHECKINGCALCULATIONFORCRACKAREFINISHED，ANDTHEDETAILSSTURCTUREISDEALTWITHATLAST,ANSYSFINITEELEMENTSOFTWAREPLANARANDTHREEDIMENSIONAL
12、MODELCALCULATIONSANDSTRUCTURALMECHANICSSOLVERCALCULATIONRESULTSWERECOMPARED,USINGITSSTRENGTHCHECKRESULTSAQUEDUCTBOTHTHEPARTSANDTHEWHOLEOFTHEAQUEDUCTISTESTEDTOKNOWWHETHERTHEAQUEDUCTISSATISFIEDWITHTHEREQUIREMENTSFORTHESTRENGTHANDTHESTABILITY，ANDCORRECTTHEDESIGNDATASTOOPTIMIZETHERESULTOFTHEDESIGNTHROUG
13、HTHISGRADUATIONDESIGN，PROFESSIONALKNOWLEDGEANDENGINEERINGBACHELORSDEGREESTUDIESTHEACTUALCOMBINATION，IMPROVETHEPROFESSIONALQUALITYOFTHEWATERCONSERVANCYANDHYDROELECTRICPOWER，TOACHIEVETHEDESIREDEFFECTOFGRADUATIONDESIGN第2页，共121页关键词水利水电渡槽水力计算配筋计算抗裂验算稳定性验算有限元结构力学KEYWORDSWATERRESOURCESANDHYDROPOWEAQUEDUCTH
14、YDRAULICCALCUTIONREINFORCEMENTCALCUTIONCRACKINGCALCUTIONSTABILITYCHECKINGCALCULATIONFINITEELEMENTSTRUCTURALMECHANICS前言世界上最早的渡槽诞生于中东和西亚地区。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483KM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21M，高9M，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
15、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”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
16、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120M3/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126M。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、更第3页，共121页强、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
17、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。如湖南岳阳地区的凉清渡槽，槽身全长752M，由一跨504M的拱梁组合式结构与两端各一跨124M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
18、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，大型槽身则采用后张法
19、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200T，提升高度达50多M。南水北调中线工程中有40多座渡槽跨越山谷和江河，已经成为世界最大的引水渡槽。未来渡槽发展研究的总趋势，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方面。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第4页，共121页结构型式的研究；利用电子计算技术及先
20、进设计理论优选结构型式的研究；渡槽结构抗震；大体积混凝土渡槽温控等方面研究。本次毕业设计选题虽然不复杂，计算过程也无特别之处，但本次毕业设计细致而齐全的工作包括了水力学、理论力学、材料力学、土力学、结构力学、钢筋混凝土结构力学、水工建筑物、水利施工等多门基础知识和专业知识的综合运用，同时将大学四年所学的专业知识进行一次系统的应用，因而综合性比较强。本次毕业设计包括渡槽的槽身设计，支撑结构设计，基础设计。从整体布置到局部设计，荷载计算到配筋设计校核，抗拉、抗压、抗裂计算到特殊工况下的验算，整个计算过程都少不了叶永教授的细心指导。本次毕业设计的重点是配筋计算，尽管计算过程繁琐，步骤复杂但是都一一克
21、服了。1工程概况林家河水库灌区引水干渠经林家沟时需要修建一座输水建筑物，经过填方渠道、倒虹吸和渡槽三种方案比较，决定修建渡槽。干渠控制灌区农田面积65万亩，根据工程情况和相关规程，确定工程为等工程，主要建筑为3级。11地形林家沟顶宽约120M，沟深约10米。属狭长V型断面。沟内无常年流水，沟内种植有经济作物。耕作深度为10M。12地质林家沟沟内为周口店期黄土层，干重度为1314KN/M2，210，C24KPA，地基承载力R290KPA，基础与地基摩擦系数F031。13上、下游渠道资料上游渠底高程为8M，Q设计65M3/S，Q加大81M3/S，I1/3500，渡槽上、下游渠底宽25M，糙率N00
22、17。上、下游渠道的内、外边坡设计相同，分别为11和115，该渡槽允许水头损失为025M，具体的水力要素如表1。渡槽糙率为0015。表1上、下游渠道过水断面水力要素第5页，共121页流量（M3/S）纵坡I底宽B（M）流速V（M/S）堤高H（M）边坡糙率N水深H（M）超高H（M）渠口宽B（M）Q设计651/35002508618311001713305616Q校核811/35002501220011001715005650渠道通过加大流量的示意图如下图11上下游渠道通过加大流量时的横截面图（单位M）14建筑材料及安全系数该工程主要的建筑材料为水泥、混凝土、钢筋等。混凝土重度C24KN/M3，温度
23、膨胀系数DC101051/，混凝土其它特性的性能指标见表12。采用和级钢筋，级钢筋强度设计值FYFY210N/MM2。强度模量ES21105N/MM2，级钢筋强度设计值FYFY310N/MM2，强度模量ES21105N/MM2。钢筋混凝土重度35KN/M3。构件裂缝宽度允许值，短期组合WMAX03MM，长期组合WMIN025MM。表12混凝土特性指标（单位N/MM2）注浆砌采用M15砂浆砌块石15工程回填土及地基力学特性混凝土标号轴心抗压轴心抗拉弹性模量EC标准值FCK设计值FC标准值FCK设计值FCC20135100150110255104C2517012517513028104第6页，共1
24、21页C14KN/M3；210；C24KPA，修正后地基承载力特性值FA290KPA。基础与地基摩擦系数F031，抗滑稳定安全系数K15。根据水利水电工程等级划分及洪水标准规定以及灌区规划要求，确定该渡槽为三级永久建筑物，结构安全级别为级。机构重要性系数为R01，短暂设计状况系数095，偶然状况系数085，钢筋混凝土结构系数D12。其他荷载人群荷载20KN/M2人行桥上的活荷载；基本荷载035KN/M2风压气象条件最高日平均气温30，最低日平均气温0，不考虑冻土深度。施工条件采用装载式钢筋混凝土渡槽，预制吊装。16设计要求按初步设计标准进行设计，局部可深入考虑。进行渡槽总体布置，包括槽身、支撑
25、、基础等机构型式的选择。水力计算槽身设计支承机构设计基础设计细部构造设计2渡槽总体布置设计21渡槽轴线及槽身起止点位置选择211选择原则渠系规划布置时，已从全局考虑决定了渡槽的位置。对于长度不大的渡槽，中心线和槽身起止点的位置，一般已无多大选择余地。渡槽轴线及槽身起止点位置选择的基本要求渠线及渡槽长度较短，地质条件较好，工程最省；槽身起止点争取落在挖方渠道上；进出口水流顺畅，运用管理方便；应考虑进出口建筑物及槽跨结构的型式和布置等。第7页，共121页但这些条件之间常存在错综复杂的矛盾，特别是进出口落在挖方渠道上与槽身最短的要求不易同时满足，需通过方案比较确定，具体选择时可从以下几个方面考虑（1
26、）槽址尽量选在地质条件良好、地形有利和便于施工的地方，以利于缩短渠线而又能尽量缩短槽身长度，减小工程量和降低槽墩及槽架的高度，进出口争取落在挖方渠道上。（2）进出口不能落在挖方渠道上时，也可落在填方渠道上。根据经验，取土方便，所压地面不宜于耕种，填方高度（从渠顶算起）在68米以内时可以考虑作填方渠道。但此数值仅可做参考，实际工程中应结合工程材料供应条件、当地劳动力及压废耕地的情况综合考虑。（3）跨越河流的渡槽，槽址应位于河床稳定、水流顺直的河段，避免位于河流急转弯处，以避免河流转弯处，凹岸与基础受冲刷。渡槽轴线应尽量与水流方向正交，两岸为填方渠道时，填方不能过长，以免过于束窄河床而造成壅水，使
27、河岸和河床受到较大冲刷。对于可能冲刷的岸坡，应根据情况设置块石护坡，过陡而又不稳定的岸坡应削除。对于通航河道，尚应满足通航流速及净空要求。（4）渡槽进出口渠道与槽身的连接，在平面布置上应争取成一直线，不急剧转弯。进口段急转弯，易使水流不均匀而偏离一侧，从而影响渡槽的进流条件。出口段急转弯，则易形成回流而抬高出口水位，影响正常输水，并易造成下游渠水摆动而引起冲刷，对于大流量及纵陡坡的渡槽更应注意这一问题。（5）渡槽发生事故需要停水检修，或为了上游分水等目的，常在进口段出口段设置节制闸，以便与泄水闸联合运用，使渠水泄入溪谷或河道。泄水闸的位置是根据渠系的规划布置选定的，一般在大型渡槽前都有设置，这
28、样，既可保证不致因某段渠道发生满溢而造成各种不良后果，又给渡槽的检修提供了有力的条件。选定渡槽进口位置时，应给进口建筑物提供合适条件。（6）尽量少占耕地，少拆迁房屋，并尽可能有较宽敞的施工地以便于施工，争取靠近建筑材料资源地，以便就地取材。212选择方案本次设计中林家河顶宽约120M，沟深约10米。属狭长V型断面。沟内无常年流水，沟内种植有经济作物。耕作深度为10M。上下游还有渠道，渠道的基本情况见13。第8页，共121页根据所给出的地形资料可以判断此次设计的渡槽规模较小，在选址上已无多大的选择余地，所以在进出口落在挖方渠道上和槽身最短这两个要求中选择前者；沟内无常年流水，所以不用考虑槽址与河
29、道之间的关系；因为渠道和渡槽是配套完成的，所以可以近似地认为渡槽的进出口与槽身的连接是一条直线；考虑渡槽发生事故需要停水检修，会在进水口的地方设置节制闸，并通过另外修造的排水沟将水引入谷底，从早先存在的沟渠中排出。22渡槽型式选择、分跨及纵剖面布置渡槽型式的选择是选定包括槽台在内的进出口建筑物和各个跨段的槽身、支撑结构及基础的结构形式与材料；分跨是选定槽墩（或槽架）及其基础的中心线位置与一跨槽身的长度；纵剖面布置则是拟定进出口建筑和槽身、支撑结构以及基础的布置尺寸和构造。221型式选择对于长度不大的中小型渡槽，一般只采用一种类型的单跨或等跨度布置方案。林家河沟顶宽约120M，沟深约10米，属狭
30、长V型断面。本次设计属于小型渡槽，选用等跨度布置方案。渡槽的型式选择、分跨和剖面布置工作是渡槽设计的关键。布置方案是否合理，不仅关系到工程的安全运用，也关系到工期和造价。显然，渡槽各跨段和各组成部分，一方面发挥各自的作用，同时又相互配合同处于渡槽这个统一体中，每个部分结构型式的改变，必将引起其他部分的相应变化；设计时应从全局出发，从互相联系上去研究，从而选用最经济、合理的方案。这一工作除了处理好各个部分之间的内部联系外，还须使它与外部条件相适应，才能做出安全、经济而又合理的布置方案。这些外界因素很多，但主要有以下几个方面（1）地形、地质条件。地形平坦、槽高不大，一般采用梁式渡槽较好，施工与吊装
31、均方便，所以本次设计决定采用梁式渡槽。梁式渡槽的槽身是直接搁置于槽墩或槽架上的，为了适应温度变化和不均匀沉降等原因而引起的槽身变形，必须设置横向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第9页，共121页身纵向是两个支点，所以起输水作用又起纵向梁作用。根据支撑点位置的不同，梁式渡槽有简支梁式、双悬臂梁式和单悬臂梁式三种型式。简支梁式施工吊装方便，接缝止水结构简单，但跨中弯矩较大，底板受拉对抗裂防渗不利。双悬臂梁式又分为等跨双悬臂和等弯矩双悬臂，相对于简支梁式而言，地板跨中弯矩较小，故跨度可以增大，但双悬臂梁式对地基的不均匀沉降适应较差，接缝将产生错动而使
32、止水容易被拉裂，另外，根据已建工程观察，双悬臂梁式槽身在支座附近容易产生横向裂缝。单悬臂梁式较少采用。综合上述情况，本次设计决定采用简支梁式渡槽。（2）建筑材料情况。建筑材料有时对渡槽类型的选择起着重要参考作用。应贯彻就地取材和因材设计的原则来选择渡槽型式。本次设计中渡槽采用钢筋混凝土结构。槽身采用级钢筋和C25的混凝土，支撑结构采用标号为60粗石料砌体，标号为75砂浆，基础同支撑结构材料相同。（3）施工条件。一定型式和一定布置尺寸的渡槽结构，要求一定的施工技术和施工设备。基本资料中已经给出，本次设计的施工条件为采用吊装式钢筋混凝土渡槽，预制吊装。222分跨梁式渡槽的跨度是这类渡槽最关键的尺寸
33、。当渡槽高（槽底距地面的高度）较大、基础较好或基础施工困难时宜选用较大的跨度，当槽高不大或地基较差时则以采取小跨度为宜。根据实际经验及统计资料，简支梁式渡槽的常用跨度为815米。林家河顶宽约120米，沟深约10米。设计选用简支梁式渡槽等跨度方案。简支梁渡槽的合理跨高比（L/H）一般为1012。这里，因为林家河沟深约10米，除去渠道深度2米，加上耕地与基础的深度，取跨高约为10米，然后确定取每一跨的长度为12米。223剖面布置纵剖面布置是拟定进出口建筑和槽身、支撑结构以及基础的布置尺寸和构造。在这里，先初步确定各部分的形状和构造，具体的尺寸要等到水力计算之后再确定。（1）槽身第10页，共121页
34、槽渡的槽身横断面最常用的是矩形和U形，本项目为中小型流量渡槽，可选择矩形横截面；中小流量槽身多设拉杆，本次毕业设计中设置拉杆，并取拉杆的间距为2米；对于简支梁式渡槽，矩形槽底板底面稍高于侧墙底缘可以减小地板的拉应力；侧墙和地板的连接处常加设角度为3060的贴角边长0203米，此次毕业设计设置内贴角450边长为02米，以减小转角处的应力集中。为了便于交通，常在槽顶设人行道，本次毕业设计设置人行道。2支撑结构梁式渡槽的支撑结构有重力式槽墩、钢筋混凝土槽架、混合式墩架和桩柱式槽架等。在设计中选用浆砌石重力墩作为支撑结构。3基础对于浆砌石重力墩支撑结构，一般都采用刚性浅基础。4进出口建筑物进出口建筑物
35、的作用是使槽内水流与渠道水流平顺衔接并尽量减少水头损失和防止冲刷；连接槽跨结构和两岸渠道，避免因连接不当引起漏水，致使岸坡或填方渠道产生过大的沉陷和滑坡现象；满足运用、交通和泄水等的要求。为了使水流进出槽身比较平顺，以利于减小水头损失和防止冲刷，渡槽进出口均设置渐变段。渐变段常采取八字形过渡，水流条件好，一般用浆砌石建造，迎水面用水泥砂浆勾缝，使之兼起防渗作用。进水口处还应设置节制闸，有检修闸门的功用，与工作闸门相配合，合理调度和维护渡槽的综合效益。3渡槽水力设计渡槽的进口段、槽身和出口段，构成输送渠水的明渠通道，渡槽水力设计的目的，就是通过水力计算，确定这些与水流条件有关的布置形式、尺寸和高
36、程。其中，槽底纵坡I和槽身净宽B与净深H一经选定，进出口建筑物和槽身结构的横纵剖面布置，对于一定形式的渡槽，也就有了相应决定了。第11页，共121页渡槽水力计算的步骤，一般按通过最大流量QM来拟定槽身的纵坡I和槽身净宽B与净深H，然后按通过设计流量Q0计算水流通过渡槽的总水头损失Z，如Z小于规划定出的允许水头损失，则最后确定I、B与H的值。渡槽的水力设计是在槽址中心线及槽身起止点位置选择的基础上进行的，且上下游断面的渠道尺寸，通过各级流量时的水深、渠底高程以及允许水头损失均已由设计资料提供。在选择渡槽轴线及槽身起止点位置时，已初步考虑了进出口建筑物及槽跨结构的型式和布置，水力设计时，应首先定出
37、进出口渐变段和连接段的布置形式和长度；拟定槽身净宽B和净深H时应考虑槽深和槽跨的结构型式。31计算方法和计算公式311流量计算公式一般情况下，渡槽的槽身总长度常大于进口前渠道水深的15倍，所以水力计算时，渡槽中水流按明渠均匀流考虑，用下式计算2/1231IARNQ（31）式中Q通过渡槽的流量（米/秒）；A槽身过水断面面积（米）；N糙率系数，糙率系数N0015；R水力半径（米）；I槽底纵坡。312水头损失计算公式通过渡槽的总水头损失Z按下式计算321ZZZZ（32）式中1Z进口段水面降落值，3Z出口段水面回升值，2Z槽身水面降落值2Z为槽身水面降落值，一般取值为ILZ2（33）第12页，共121
38、页式中I槽底纵坡；L渡槽的总长度。1Z为出口水面降落值GVVZ2/121211（34）3Z为出口水面回升值GVVZ2/122223（35）1，2分别为进口渐变段和出口渐变段局部水头损失系数，1V渡槽上游渠段水平均流速，2V是渡槽下游渠段水平均流速，V是渡槽内水流平均速度。32槽底纵坡I、槽身净宽B和净深H的设计321拟定I、B和H的值槽底纵坡I的选择将对水流经的渡槽总水头损失、槽身过水断面面积、槽中流速等多方面产生影响，因此渡槽水力设计的关键是合理的选定I值。这一问题上在渠系规划中给定渡槽的允许水头损失时就应该引起注意，以免造成工程设计被动的局面而增加设计工作量和拖延设计时间。水流经渡槽的总水
39、头损失Z中，进出口损失值Z1Z3常在0103M之间，所以长度大的渡槽主要由沿程损失Z2IL决定，即主要决定于槽底纵坡I，特别是长度大的渡槽。因此渡槽水力设计的关键是合理I值的确定。为了减少渡槽的工程量，在通过设计流量时渡槽的总水头损失定于或略小于渠系规划中给定的允许水头损失的条件下，尽可能的选择较陡的槽底纵坡。但是纵坡必须为缓坡，即I100M时，0S105。1S为荷载安全系数，对于结构自重1S取1209，对于其他荷载1S14，为荷载组合系数，对于可变荷载和永久荷载的一种或几种组合去10，如在计入其他可变荷载取08。式中A为验算截面的面积，JAR为材料的抗压极限强度，M为材料或砌体的安全系数，为
40、竖向力的偏心影响系数，按下式计算20011WMEYE（56）式中0E为竖向力的偏心距，NME/0，Y为截面重心至偏心方向截面边缘的距离；W为在弯曲平面内截面的回转半径；M为截面的形状系数。第32页，共121页满水无风时荷载组合选取重力墩和墩帽连接处的截面进行验算，选取4个截面进行验算。本次毕业设计中，截面系数M取大值，在最不利的情况下满足设计要求，则可以说明在小于其设计值时的M满足相应设计要求，但是材料用量较大。为防止圬工结构裂缝开展过大影响耐久性，并保证结构有足够的稳定性，当槽墩承受偏心受压荷载时，其偏心距YE500。如荷载组合中考虑了水的浮力或基础变位影响力，容许偏心距YE600采用。6基
41、础61基础尺寸确定611基础形式选择一般实体重力墩的基础常做成刚性的基础。这种基础常用浆砌石，混凝土建造。由于这种材料抗弯能力很小，抗压能力很强，故基础悬臂的挑出长度不能太大，基础顶面周边比槽墩四周的外延边缘深处的距离为C0（称为襟边），根据施工条件而定。一般不小于2025CM。若加了襟边以后仍然不满足地基承载力的要求，可以采用台阶式向下扩大，台阶的高度，与所用的材料有关，一般以0507M为一级。当基础高度较大须采用多级台阶时，可采用等高台阶，每级台阶的悬臂CI与级高度HI保持一定的比值而采用刚性角来控制。各级台阶刚性角应符合下式要求IIHC1TAN61式中为刚性角，IC为第I阶悬臂长度（单位
42、M），为刚性角允许值。对于砌片石，块石，粗石料的圬工基础，采用5号以下水泥浆砌筑时300，5号以上的水泥浆砌筑时350，对于混凝土基础400。612尺寸初步确定初步确定的基础尺寸结果如下图所示第33页，共121页图61基础的示意图（单位M）其中（A）是正视图；（B）是顺槽向的立面图；（C）是顺槽向的侧视图。613基础尺寸验定（1）基地尺寸满足的条件基础底面尺寸是根据地基承载能力和地基变形条件确定的。地基的底面积不大时，可假定基础是绝对刚性并且地基反力为线性分布。通过对地基反力的验算可以判断所选择的尺寸是否满足强度要求。本次毕业设计基础采用刚性基础，顺槽方向长7M，高1M，每级台阶高度05M，每
43、级悬臂035M。采用公式IIHC1TAN验算可知0011353550350TANTANIIHC所以可不进行弯曲和剪力验算。（2）基底验算结果根据上面的公式，求出地基反力的最大值和最小值，其中包括地基承载力的标准值和设计值，然后和资料给出的地基承载能力进行比较发现地基反力满足要求；同时要求检验材料的抗压承载力是否满足要求其中包括材料承载力的设计值和标准值，然后和资料给出的材料承载能力进行比较发现材料承载力满足要求。第34页，共121页7渡槽及其地基稳定性验算71渡槽整体性验算位于大风地区的渡槽，渡槽槽身被风荷载掀下来的情况是有的。槽中无水时，如图（71）所示，槽身的竖向荷载只有槽身的自重N2，水
44、平荷载有风荷载P1。设支撑面的摩擦系数为F，绕背风面支点转动的倾覆力矩为MP1、抗倾覆力矩为MN2，则抗滑稳定性安全系数为K1FN2/P1，抗倾覆稳定安全系数为K2MN2/MP1，设计时可根据当地的具体条件等因素采用。K1FN2/P171K2MN2/MP172711抗滑稳定性验算足要求。；槽身的抗滑稳定性满的风压力，空槽是时作用在槽身槽身自重，取支撑面的摩擦系数，抗滑稳定性安全系数1497123137431071231374310/11122121KKNPPKNNNFFPFNK712抗倾覆稳定性验算满足要求。，槽身的抗倾覆稳定性；倾覆力矩，绕背风面支座转动的抗覆力矩绕背风面支座转动的倾抗倾覆稳
45、定性安全系数4351113933932123137421211127517122751,/122221111122KMKNNMNMMKNPMPMMMKNNPPPN第35页，共121页PN图71渡槽横断面示意图72渡槽抗滑稳定性验算重力墩及其基础，在水平荷载P的作用下，可能沿基底面产生水平滑动。渡槽基底的抗滑稳定性系数CK按下式计算CCCKPNFK，31CK721空槽工况下抗滑稳定性验算抗滑稳定性满足要求。所以满槽工况下基底的所以荷载的总和，空槽工况下所有水平力的总和，空槽工况下所有铅直间的摩擦系数，取为基础底面与地基之抗滑稳定性安全系数CCCCCKKKNPPKNNNFFPNFKC6533217
46、2852306231021728741047217523062310第36页，共121页722满槽工况下抗滑稳定性验算满足要求。所以基底的抗滑稳定性所以荷载的总和，满槽工况下所有水平力的总和，满槽工况下所有铅直间的摩擦系数，取为基础底面与地基之抗滑稳定性安全系数CCCCCKKKNPPKNNNFFPNFKC75640215285237093102152847177451052370931073渡槽抗倾覆稳定性验算渡槽的抗倾覆稳定性的不利条件与渡槽的抗滑稳定性的不利条件是一致的，所以，抗倾覆稳定性的计算条件及荷载组合与抗滑稳定性验算相同。对于图（72），抗倾覆稳定性安全系数按下式计算OAYAOKE
47、LMNLK0式中轴的距离（偏心距）上的作用点到基底重心为荷载合力在基底面）心轴的距离（基底面边缘到基底面重是承受最大压应力的）；矩总和（力对地基面重心轴的力是所有铅直力和水平）；力总和（是地基面承受的铅直0YMKNMKNELMNA当时3100KK，就说明基地的抗倾覆稳定性满足要求。PNMINMAXMPP图72抗倾覆稳定性系数计算简图731空槽工况下抗倾覆稳定性验算第37页，共121页空槽工况下MLKNNKNNKNNA15112495,2317321；KNMEFM33102834053024OYAOKMNLK84233102852924所以空槽工况下基底的抗倾覆稳定性满足要求。732满槽工况下抗
48、倾覆稳定性验算满槽工况下KNNMLKNNKNNKNNA64715112495,23174321；KNMEFM31121434053571OYAOKMNLK94231121453571所以满槽工况下基底的抗倾覆稳定性满足要求。分别对空槽及满槽工况下的渡槽基底抗倾覆稳定系数进行计算，得到两种工况下，基底的抗倾覆稳定性系数都大于抗滑倾覆稳定性安全系数，基底的抗倾覆稳定性满足要求。74基底压应力验算基底的压应力验算其实就是前面提到的基底反力的验算，正常运行时，基底压应力是一定小于基础的承载力的。现下要考虑的是最不利工况下，基底压应力是否也满足强度要求。渡槽浅基础的基底压应力验算按横槽向和顺槽向分别计算
49、基底压应力而不叠加。并分别考虑各自的不利条件。741横槽向基底压应力验算横槽向验算时，槽中通过设计水流量加上横向风压力的时候是最不利的工况，对其进行基底压应力验算，得到此工况下，基底压应力小于地基承载能力，所以横槽向基底的压应力验算满足要求。742顺槽向基底压应力验算第38页，共121页对于顺槽向，梁式渡槽一般只验算施工情况，如一跨槽身已吊装而另一跨槽身未吊装。对其进行压应力计算，得到基底压应力小于地基承载能力，所以顺槽向基地的压应力验算满足要求。8ANSYS有限元计算分析81ANSYS有限元基本简介ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如PRO/EN
