河海大學(xué)《水工建筑物》第八章渡槽

1、第八章第八章 渠系建筑物渠系建筑物: 渡槽渡槽 aqueduct ; flume （1）、）、調(diào)節(jié)建筑物調(diào)節(jié)建筑物：調(diào)節(jié)水位、分配流量，如節(jié)制閘、分水閘：調(diào)節(jié)水位、分配流量，如節(jié)制閘、分水閘 （2）、）、交叉建筑物交叉建筑物：輸送渠水跨越溝谷、河流、道路等，如渡槽、：輸送渠水跨越溝谷、河流、道路等，如渡槽、 涵洞、倒虹吸等涵洞、倒虹吸等 （3）、）、落差建筑物落差建筑物：連接差集中渠段，如跌水、陡坡等：連接差集中渠段，如跌水、陡坡等 8.1.1 8.1.1 渡槽的作用、類型及位置選擇渡槽的作用、類型及位置選擇 一、渡槽的作用、組成、類型一、渡槽的作用、組成、類型 渡槽渡槽是輸送渠水跨越山?jīng)_、谷

2、口、河流、渠道及交通道路等的是輸送渠水跨越山?jīng)_、谷口、河流、渠道及交通道路等的 交叉建筑物交叉建筑物 作用作用：輸水為主，兼排洪，導(dǎo)流。：輸水為主，兼排洪，導(dǎo)流。 組成組成：槽身、支承結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)、進(jìn)口、出口等部分。：槽身、支承結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)、進(jìn)口、出口等部分。 分類分類： 二、渡槽的位置選擇二、渡槽的位置選擇 軸線軸線(中心線中心線) 起止點(diǎn)起止點(diǎn) 一般來說，在渠系規(guī)劃設(shè)計時，已經(jīng)從全局上初步確定了渡槽一般來說，在渠系規(guī)劃設(shè)計時，已經(jīng)從全局上初步確定了渡槽 的位置，這對于中、小型渡槽，已無多大選擇的余地，而對于大的位置，這對于中、小型渡槽，已無多大選擇的余地，而對于大 型渡槽，因工程量及投資大，將

3、涉及到位置選擇的方案比較問題，型渡槽，因工程量及投資大，將涉及到位置選擇的方案比較問題， 這些方面與地形和地質(zhì)條件等因素密切相關(guān)。這些方面與地形和地質(zhì)條件等因素密切相關(guān)。 懸吊及斜拉式等 拱式、桁架式，組合式按結(jié)構(gòu)形式分：梁式、 梯形、橢園形、園形等 形 按槽身斷面分：矩形 預(yù)應(yīng)力式 預(yù)制裝備式 式按施工方法：現(xiàn)澆整體 砼、鉿等按材料分：木、磚石、 (4) U (3) (2) (1) 位置選擇位置選擇時，擬考察的時，擬考察的主要因素主要因素： (1)(1)地形、地質(zhì)條件：利用有利地形縮短槽身長度；選擇良好的地質(zhì)地形、地質(zhì)條件：利用有利地形縮短槽身長度；選擇良好的地質(zhì) 條件處，以減少基礎(chǔ)的處理工

4、程量，盡量使進(jìn)出口落在挖方渠道條件處，以減少基礎(chǔ)的處理工程量，盡量使進(jìn)出口落在挖方渠道 上。上。 (2)(2)渡槽軸線盡量布置成直線，避免進(jìn)出口急轉(zhuǎn)彎；渡槽軸線盡量布置成直線，避免進(jìn)出口急轉(zhuǎn)彎； (3)(3)跨越河流的渡槽，盡量與河流正交，并滿足槽下凈空要求，對于跨越河流的渡槽，盡量與河流正交，并滿足槽下凈空要求，對于 跨越公路、鐵路的渡槽，亦是如此；跨越公路、鐵路的渡槽，亦是如此； (4)(4)為了對于大型渡槽及上、下游填方渠道發(fā)生事故時進(jìn)行檢修，在為了對于大型渡槽及上、下游填方渠道發(fā)生事故時進(jìn)行檢修，在 進(jìn)口段之前適當(dāng)位置，設(shè)置節(jié)制閘進(jìn)口段之前適當(dāng)位置，設(shè)置節(jié)制閘 (5)(5)盡量少占耕地

5、，減少拆遷，選擇有較寬敞的施工場地，并便于交盡量少占耕地，減少拆遷，選擇有較寬敞的施工場地，并便于交 通運(yùn)輸。通運(yùn)輸。 8.1.2 8.1.2 渡槽的水力設(shè)計，荷載及荷載組合渡槽的水力設(shè)計，荷載及荷載組合 （一）、渡槽的水力設(shè)計（一）、渡槽的水力設(shè)計 任務(wù)任務(wù)： 槽身斷面選型；槽身斷面選型； 擬定斷面尺寸；擬定斷面尺寸； 確定進(jìn)出口高。確定進(jìn)出口高。 具體包括：縱坡具體包括：縱坡i i；水深；水深h h；凈寬；凈寬b b；起止點(diǎn)高程。；起止點(diǎn)高程。 基本步驟基本步驟： 按最大過流量按最大過流量Q Qmax max，擬定槽身縱坡 ，擬定槽身縱坡I I，凈寬，凈寬b b，凈深，凈深h h。 按設(shè)計

6、流量按設(shè)計流量Q Q設(shè) 設(shè)，計算渡槽全長范圍內(nèi)的總水頭損失 ，計算渡槽全長范圍內(nèi)的總水頭損失z z；若；若z z 等于或小于等于或小于z z允許值，可最終確定允許值，可最終確定I,h,bI,h,b值，進(jìn)而定出相關(guān)高程。值，進(jìn)而定出相關(guān)高程。 1 1、水力設(shè)計的計算方法及總水頭損失計算、水力設(shè)計的計算方法及總水頭損失計算 渡槽長度渡槽長度L(15L(1520)H20)H，(H(H槽中水深槽中水深) )稱短渡槽過流量稱短渡槽過流量Q Q按淹沒寬頂堰按淹沒寬頂堰 計算計算 長渡槽長渡槽L(15L(1520)H20)H按明渠均勻流計算按明渠均勻流計算 A A過水?dāng)嗝娣e；過水?dāng)嗝娣e； C C謝才系數(shù)；謝

7、才系數(shù)； R R水力半徑；水力半徑； I I縱坡縱坡( (槽身槽身) )。 iRACQ 渠道水流，通過渠道水流，通過渡槽渡槽時的時的水面線水面線變化過程，共可劃分為三個階段：變化過程，共可劃分為三個階段： (1)(1)進(jìn)口段：槽內(nèi)流速大于渠道內(nèi)的流速，進(jìn)口段：槽內(nèi)流速大于渠道內(nèi)的流速，UU進(jìn)口段形成水面跌落，進(jìn)口段形成水面跌落， 其值記其值記Z Z，影響范圍，影響范圍L L1 1： ： 損失系數(shù)見表損失系數(shù)見表8 81 1； U1U1渠內(nèi)流速。渠內(nèi)流速。 ) 2 U (1 2 1 2 g U z (2)(2)渡槽段：明渠均勻流速，僅表現(xiàn)為沿程損失渡槽段：明渠均勻流速，僅表現(xiàn)為沿程損失 記記Z1

8、Z1i iL L (3)(3)出口段：渠道內(nèi)流速小于渡槽內(nèi)流速出口段：渠道內(nèi)流速小于渡槽內(nèi)流速UU，出口段形成水面回升，其，出口段形成水面回升，其 值記為值記為Z2Z2，影響范圍，影響范圍l2l2。 依表依表8 82 2查求查求 注：表注：表10102 2是由模型實(shí)驗(yàn)總結(jié)的近似關(guān)系。是由模型實(shí)驗(yàn)總結(jié)的近似關(guān)系。 總損失：總損失： z z(Z-Z2)+Z1 (8(Z-Z2)+Z1 (83)3) 注意點(diǎn)：注意點(diǎn)： 富裕高度富裕高度( (槽壁超高槽壁超高) )通過設(shè)計流量時；通過設(shè)計流量時； zz允許水頭損失，渠道規(guī)劃設(shè)計時確定；允許水頭損失，渠道規(guī)劃設(shè)計時確定； 檢驗(yàn)由設(shè)計流量檢驗(yàn)由設(shè)計流量Q Q

9、求得求得H(H(槽內(nèi)水深槽內(nèi)水深) )，即求得，即求得h h。 當(dāng)當(dāng)hh-H and hh-H and ZZZZ h h槽深槽深 按按Q Qmax max擬定 擬定I,b,hI,b,h，直至滿足要求。，直至滿足要求。 2 2、槽底縱坡、槽底縱坡I I，槽身凈寬，槽身凈寬b b和凈深和凈深h h的設(shè)計的設(shè)計 (1)(1)底縱坡底縱坡I I： 影響關(guān)系影響關(guān)系： 底坡底坡i i大大工程量工程量 U U Z Z 灌溉面積灌溉面積 效益效益 底坡底坡i i小小結(jié)果相反結(jié)果相反 綜合比較擬定。綜合比較擬定。 (2)(2)凈寬凈寬b b，凈深，凈深h h ( (確定確定h/b)h/b) 影響關(guān)系影響關(guān)系：

10、 h/b h/b 縱向剛度縱向剛度 風(fēng)力風(fēng)力 穩(wěn)定穩(wěn)定 h/bh/b且且i i過大，水深小，進(jìn)口槽底抬高值過大，水深小，進(jìn)口槽底抬高值y1y1過大，流量大時，進(jìn)口降過大，流量大時，進(jìn)口降 水段過小，當(dāng)引起渠道沖刷。故需作綜合比較選擇。水段過小，當(dāng)引起渠道沖刷。故需作綜合比較選擇。 經(jīng)驗(yàn)取值經(jīng)驗(yàn)取值( (初擬初擬) ) i=1/500 i=1/5001/5000 1/5000 且且iJciJc臨界坡臨界坡 h/bh/b0.60.61.01.0 3 3、進(jìn)出口高程的確定、進(jìn)出口高程的確定 當(dāng)設(shè)計確定當(dāng)設(shè)計確定i i，b b，h h計算設(shè)計流量計算設(shè)計流量Q Q設(shè)相應(yīng)的設(shè)相應(yīng)的H H，Z2Z2各值后

11、，依各值后，依 圖圖10102 2求出槽身起止點(diǎn)高程求出槽身起止點(diǎn)高程1 1，2 2進(jìn)一步計算進(jìn)口槽底抬高進(jìn)一步計算進(jìn)口槽底抬高y1y1， 出口渠底降低出口渠底降低y2y2，一般，一般y1y1，y2y2均為正值均為正值 H1H1進(jìn)口渠道水深進(jìn)口渠道水深 H2H2出口渠道水深出口渠道水深 )( )(y 222 11 HZHy HZH y2要求0.1 （二）、渡槽的荷載及其組合（二）、渡槽的荷載及其組合 1 1、荷載：、荷載： 注意：上述荷載，并不是任何渡槽都出現(xiàn)，應(yīng)根據(jù)具體情況取舍！注意：上述荷載，并不是任何渡槽都出現(xiàn)，應(yīng)根據(jù)具體情況取舍！ 風(fēng)壓力：風(fēng)壓力： 溫度、砼收縮、徐變溫度、砼收縮、徐變

12、 溫度變化荷載溫度變化荷載( (對拱結(jié)構(gòu)渡槽對拱結(jié)構(gòu)渡槽) )，取決于封拱溫度及可能出現(xiàn)，取決于封拱溫度及可能出現(xiàn) 的高溫與低溫的高溫與低溫( (同拱壩部分同拱壩部分) ) 動荷載等地震、人群、施工吊裝溫度、砼收縮、徐變、 槽內(nèi) 飄浮物撞擊力 動水壓力 風(fēng)壓力 土壓力 水重 結(jié)構(gòu)自重 )( FZgP KK F P 2 2、荷載組合、荷載組合 基本組合基本組合( (設(shè)計條件設(shè)計條件) )： 特殊組合特殊組合( (校核條件校核條件) )： 運(yùn)行期不定期作用荷載 經(jīng)常作用荷載 (2) (1) 施工、檢修 用荷載經(jīng)常作用荷載偶然作 (2) (1) 8.1.3 8.1.3 梁式渡槽梁式渡槽 一、槽身結(jié)構(gòu)

13、一、槽身結(jié)構(gòu) ( (一一) )槽身結(jié)構(gòu)布置與構(gòu)造槽身結(jié)構(gòu)布置與構(gòu)造 1 1、槽身縱向支承形式和跨度、槽身縱向支承形式和跨度 梁式渡槽的槽身是擱置槽墩或槽架上的，它既起著輸水作用又起著縱梁式渡槽的槽身是擱置槽墩或槽架上的，它既起著輸水作用又起著縱 梁的作用。為了適應(yīng)溫度變化及地基的不均勻沉陷等原因而引起的變形，梁的作用。為了適應(yīng)溫度變化及地基的不均勻沉陷等原因而引起的變形， 須用橫向變形縫將槽身分為獨(dú)立工作的若干節(jié)。變形縫之間的每一節(jié)槽身，須用橫向變形縫將槽身分為獨(dú)立工作的若干節(jié)。變形縫之間的每一節(jié)槽身， 沿縱向一般是兩個支點(diǎn)。沿縱向一般是兩個支點(diǎn)。 按支點(diǎn)的位置分：按支點(diǎn)的位置分： (1)(1

14、)簡支梁式：簡支梁式： 不利底板受拉，對抗裂防滲缺點(diǎn)：跨中彎矩較大， 構(gòu)造簡單，工作可靠 吊裝方便，接縫止水優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，施工 (2)(2)懸臂梁式：懸臂梁式： (3)連續(xù)梁式：連續(xù)梁式： 受力條件較好，但對地基受力條件較好，但對地基 不均勻沉陷敏感，采用較不均勻沉陷敏感，采用較 少。少。 以及渡槽進(jìn)出口部位 懸臂向簡支式過渡，單懸臂梁式：多用于雙 裂縫；困難，支座附近易產(chǎn)生 較大情況，施工吊裝雙懸臂梁式：適用跨度 2 2、槽身橫斷面形式和構(gòu)造、槽身橫斷面形式和構(gòu)造 (1)(1)斷面形式：斷面形式： 分為分為 形 矩形 U 常用 不帶拉桿 無通航要求帶拉桿 主要控制性尺寸：主要控制性尺寸：

15、1 1、深寬比、深寬比(h/b)(h/b)：水力計算擬定：水力計算擬定 2 2、側(cè)墻厚高比、側(cè)墻厚高比(t/h1)(t/h1)，有拉桿矩形槽，有拉桿矩形槽 t/h11/12t/h11/121/61/6，f f101020cm20cm。 U U形槽主要控制性形槽主要控制性( (圖圖10105)5) 斷面斷面半園矩形半園矩形( (上部上部) ) 1 1）R R0 0，h h0 0由水力計算擬定由水力計算擬定 R R0 0內(nèi)半徑內(nèi)半徑 h h0 0上部矩形高上部矩形高 2 2）經(jīng)驗(yàn)尺寸：）經(jīng)驗(yàn)尺寸： t t(11/10(11/101/15)R1/15)R0 0 ； h h0 0=(0.4=(0.40

16、.6)R00.6)R0 a=(1.5 a=(1.52.5)t2.5)t； b=(1b=(12)t2)t， C=(1C=(12)t2)t；d d0 0=(0.5=(0.50.6)R0 0.6)R0 t t0 0=(1.0=(1.01.5)t1.5)t （二）槽身結(jié)構(gòu)計算（二）槽身結(jié)構(gòu)計算 1 1、槽身結(jié)構(gòu)計算方法簡述、槽身結(jié)構(gòu)計算方法簡述 根據(jù)支承形式，跨寬比及跨高比的大小以及槽身斷面形式根據(jù)支承形式，跨寬比及跨高比的大小以及槽身斷面形式 等的不同，槽身的應(yīng)力狀態(tài)與計算方法將有所不同?？傮w上講，等的不同，槽身的應(yīng)力狀態(tài)與計算方法將有所不同?？傮w上講， 主要有主要有彈性力學(xué)方法彈性力學(xué)方法，結(jié)構(gòu)力

17、學(xué)方法結(jié)構(gòu)力學(xué)方法以及以及板殼理論方法板殼理論方法。隨著。隨著 計算機(jī)的普及，有限元方法將會成為一發(fā)展方向。計算機(jī)的普及，有限元方法將會成為一發(fā)展方向。 在計算結(jié)構(gòu)中，主要有二方向的內(nèi)容，一是在計算結(jié)構(gòu)中，主要有二方向的內(nèi)容，一是縱向計算縱向計算，二，二 是是橫向計算橫向計算。這里將主要介紹橫向計算。這里將主要介紹橫向計算。 2 2、縱向計算、縱向計算 1 1）、計算工況：滿槽水運(yùn)行情況）、計算工況：滿槽水運(yùn)行情況 2 2）、要點(diǎn)：）、要點(diǎn)： 用結(jié)構(gòu)力學(xué)方法，根據(jù)支承情況，選擇計算的力學(xué)模型用結(jié)構(gòu)力學(xué)方法，根據(jù)支承情況，選擇計算的力學(xué)模型( (簡簡 圖圖) )，如多跨連續(xù)梁，簡支梁，懸，如多跨

18、連續(xù)梁，簡支梁，懸 臂梁等；計算出彎矩及剪力；臂梁等；計算出彎矩及剪力； 矩形槽：矩形槽： a)a)側(cè)墻側(cè)墻作縱梁考慮，計算內(nèi)力及配筋，抗裂及開裂寬度驗(yàn)算，作縱梁考慮，計算內(nèi)力及配筋，抗裂及開裂寬度驗(yàn)算， 最后定出有關(guān)尺寸；最后定出有關(guān)尺寸； b)b)由于底板相對較薄、剛度較小由于底板相對較薄、剛度較小 ，不考慮底板的縱向作用，偏，不考慮底板的縱向作用，偏 保守。保守。 3 3、橫向計算、橫向計算 槽身的橫向結(jié)構(gòu)計算的方法和原理，在結(jié)構(gòu)力學(xué)課程中已槽身的橫向結(jié)構(gòu)計算的方法和原理，在結(jié)構(gòu)力學(xué)課程中已 全面細(xì)致地進(jìn)行過講解，沒有必要重復(fù)。但是，要求同學(xué)們能全面細(xì)致地進(jìn)行過講解，沒有必要重復(fù)。但是，

19、要求同學(xué)們能 抽出時間，對結(jié)構(gòu)力學(xué)作必要的溫習(xí)與回顧。在這里，將著重抽出時間，對結(jié)構(gòu)力學(xué)作必要的溫習(xí)與回顧。在這里，將著重 敘述矩陳與敘述矩陳與U U形槽身橫向計算的荷載，計算假定及計算簡圖的選形槽身橫向計算的荷載，計算假定及計算簡圖的選 擇。擇。 原理：沿槽長方向取原理：沿槽長方向取1.0m1.0m作為計算分析對象作為計算分析對象( (圖圖10108)8)，同時，同時， 考慮兩截面上的剪力差值考慮兩截面上的剪力差值 Q QQ1Q1Q2Q2，然后按框架結(jié)構(gòu)求解其橫向內(nèi)力。，然后按框架結(jié)構(gòu)求解其橫向內(nèi)力。 基本荷載：水重，自重基本荷載：水重，自重(1(1米槽長米槽長) ) 注：注：Q Q在截面沿

20、高度上呈拋物線形分布，方向向上，絕大在截面沿高度上呈拋物線形分布，方向向上，絕大 部分分布在兩側(cè)墻截面上。部分分布在兩側(cè)墻截面上。 計算簡圖：計算簡圖： a) a) 不帶拉桿：簡化為矩形開口框架不帶拉桿：簡化為矩形開口框架 圖圖8 88 8中去掉頂端水平鏈中去掉頂端水平鏈 桿；桿； 假定：設(shè)拉桿處的橫向內(nèi)力與不設(shè)拉桿處的橫向假定：設(shè)拉桿處的橫向內(nèi)力與不設(shè)拉桿處的橫向 內(nèi)力相同，將拉桿均勻化，且不計拉桿的抗彎作用內(nèi)力相同，將拉桿均勻化，且不計拉桿的抗彎作用 與軸力對變位的影響，拉桿按鉸接考慮。拉桿的實(shí)與軸力對變位的影響，拉桿按鉸接考慮。拉桿的實(shí) 際拉力為計算拉力際拉力為計算拉力x x1 1乘以拉

21、桿間距。乘以拉桿間距。 不計底板上截面上的剪力，側(cè)墻截面上的不計底板上截面上的剪力，側(cè)墻截面上的 剪力不影響側(cè)墻的橫向彎矩，將它集中置于側(cè)墻底剪力不影響側(cè)墻的橫向彎矩，將它集中置于側(cè)墻底 面，按鏈桿考慮。依對稱性得面，按鏈桿考慮。依對稱性得( (圖圖8 810)10) NM NM QQ ，為彎矩，軸向力，水壓力，自重產(chǎn)生的力 ，軸向力剪力對槽殼產(chǎn)生的力為 (2)有拉桿的有拉桿的U形槽身形槽身 原理：沿槽長方向取原理：沿槽長方向取1米進(jìn)行計算分析，其荷載與帶拉桿的矩米進(jìn)行計算分析，其荷載與帶拉桿的矩 形槽身相同；形槽身相同； 基本假定：基本假定： 1） 槽身薄殼斷面上的剪力分布槽身薄殼斷面上的剪

22、力分布(2t)成拋物線形成拋物線形(圖圖811) 2) 剪力方向沿槽殼厚度中心線的切線方向。剪力方向沿槽殼厚度中心線的切線方向。 注意：二者方向相反，起抵消作用注意：二者方向相反，起抵消作用 2 2、 拉桿作用拉桿作用按均化法處理按均化法處理( (方法同前方法同前) ) 依對稱性，取一半考慮獲得圖依對稱性，取一半考慮獲得圖8 811(b)11(b) 當(dāng)獲得計算簡圖和荷載后，內(nèi)力計算方法詳見結(jié)構(gòu)力當(dāng)獲得計算簡圖和荷載后，內(nèi)力計算方法詳見結(jié)構(gòu)力 學(xué)教材。學(xué)教材。 U U形槽身的應(yīng)力分布規(guī)律：形槽身的應(yīng)力分布規(guī)律： 上半部外側(cè)受拉；上半部外側(cè)受拉； 下半部內(nèi)側(cè)受拉。下半部內(nèi)側(cè)受拉。 配筋：配筋： 雙

23、層布筋：按內(nèi)外側(cè)控制截面分別配筋；雙層布筋：按內(nèi)外側(cè)控制截面分別配筋； 單層布筋：按彎矩圖形將鋼筋布置在受拉一側(cè)。單層布筋：按彎矩圖形將鋼筋布置在受拉一側(cè)。 （三）、槽墩和槽架（三）、槽墩和槽架 1 1、槽墩、槽墩 15-8 )( 13-8 圖可節(jié)省材料空心墩： 圖漿砌石或砼 重力式邊槽墩 重力式實(shí)體墩 重力式槽墩 2 2、槽架、槽架 (1)(1)、槽架的形式和構(gòu)造、槽架的形式和構(gòu)造 三種基本形式三種基本形式 (c)(b)16(a)8 A 25m 5m2 ， 字形排架 雙排架高 單排架高 單排架單排架由兩根鉛直立柱與橫梁組成的單跨多層鋼筋砼剛架結(jié)構(gòu)，由兩根鉛直立柱與橫梁組成的單跨多層鋼筋砼剛架

24、結(jié)構(gòu)， 多用于高度多用于高度25m1/20b/l1/20 增穩(wěn)措施：增穩(wěn)措施： 渡身斷面：深度減小，寬度加大渡身斷面：深度減小，寬度加大 自拱頂至拱腳逐漸加寬自拱頂至拱腳逐漸加寬 矢高矢高(f)(f)當(dāng)拱腳高程一定，矢高可變余地較??；當(dāng)拱腳高程一定，矢高可變余地較??； 一般需滿足凈空要求一般需滿足凈空要求( (如航運(yùn)、交通如航運(yùn)、交通) ) 拱腳高程拱腳高程( (跨河渡槽跨河渡槽) )應(yīng)高于最高洪水位應(yīng)高于最高洪水位 逢跨比逢跨比(f/l)(f/l)一般取一般取(1/4(1/41/10)1/10) （三）、主拱圈結(jié)構(gòu)設(shè)計（三）、主拱圈結(jié)構(gòu)設(shè)計 主要內(nèi)容主要內(nèi)容：結(jié)構(gòu)布置；結(jié)構(gòu)計算。：結(jié)構(gòu)布置；

25、結(jié)構(gòu)計算。 1 1、拱軸線的形式與選擇、拱軸線的形式與選擇 (1)(1)小跨度主拱圈：小跨度主拱圈： a) a) 中心角：中心角：120120o o130130o o b) b)半園拱：應(yīng)力分布差半園拱：應(yīng)力分布差 (2)(2)較大跨度排架拱：荷載近于均布，宜用二次拋物線較大跨度排架拱：荷載近于均布，宜用二次拋物線 原則原則：拱軸線接近于荷載壓力線（各斷面壓力中心的連線）。：拱軸線接近于荷載壓力線（各斷面壓力中心的連線）。 (3)(3)實(shí)腹式渡槽實(shí)腹式渡槽( (圖圖101032)32) 名詞：拱軸系數(shù)名詞：拱軸系數(shù) m=gm=gk k/g/gS; S; g gk k拱腳荷載強(qiáng)度拱腳荷載強(qiáng)度 g

26、sgs拱頂荷載強(qiáng)度拱頂荷載強(qiáng)度 經(jīng)推導(dǎo)，可得荷載壓力線經(jīng)推導(dǎo)，可得荷載壓力線( (即拱軸線即拱軸線) ) 當(dāng)當(dāng)1 1，y y1 1=f=f時，時， 1)2( 2 1 )1( 2 2 v y f m mmnK ) 1( 1)-(m f 1 ChKY 2.2.主拱圈的結(jié)構(gòu)計算主拱圈的結(jié)構(gòu)計算 主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 內(nèi)力計算；內(nèi)力計算； 強(qiáng)度、穩(wěn)定性驗(yàn)算。強(qiáng)度、穩(wěn)定性驗(yàn)算。 拱的穩(wěn)定性問題，一般來說，只能對一些典型結(jié)構(gòu)，在典型荷載拱的穩(wěn)定性問題，一般來說，只能對一些典型結(jié)構(gòu)，在典型荷載 作用下，這在一些力學(xué)書籍和專著中，有比較準(zhǔn)確的解答。由于作用下，這在一些力學(xué)書籍和專著中，有比較準(zhǔn)確的解答。由于

27、拱式渡槽的主拱圈，結(jié)構(gòu)形式及荷載均較復(fù)雜，特別是難于合理拱式渡槽的主拱圈，結(jié)構(gòu)形式及荷載均較復(fù)雜，特別是難于合理 考慮拱上結(jié)構(gòu)對主拱穩(wěn)定影響。目前，已有的計算方法是近似的。考慮拱上結(jié)構(gòu)對主拱穩(wěn)定影響。目前，已有的計算方法是近似的。 拱圈的內(nèi)力計算方法，總體上講，因結(jié)構(gòu)的形式，拱軸線形式、拱圈的內(nèi)力計算方法，總體上講，因結(jié)構(gòu)的形式，拱軸線形式、 設(shè)鉸數(shù)目以及荷載形式的不同而各異；另外，渡槽橫向荷載作用設(shè)鉸數(shù)目以及荷載形式的不同而各異；另外，渡槽橫向荷載作用 下的內(nèi)力，準(zhǔn)確計算也比較復(fù)雜，也常采用近似方法計算。拱圈下的內(nèi)力，準(zhǔn)確計算也比較復(fù)雜，也常采用近似方法計算。拱圈 的穩(wěn)定問題及橫槽向荷載作用

28、下的內(nèi)力計算問題等，可參考橋梁的穩(wěn)定問題及橫槽向荷載作用下的內(nèi)力計算問題等，可參考橋梁 及渡槽工程的有關(guān)書籍和資料。此處主要介紹鉛直荷載作用下無及渡槽工程的有關(guān)書籍和資料。此處主要介紹鉛直荷載作用下無 鉸拱的內(nèi)力計算等問題。鉸拱的內(nèi)力計算等問題。 鑒于拱式渡槽的主拱圈，因結(jié)構(gòu)與荷載一般情況下多為對稱，鑒于拱式渡槽的主拱圈，因結(jié)構(gòu)與荷載一般情況下多為對稱， 可取一半進(jìn)行計算分析，如圖可取一半進(jìn)行計算分析，如圖(8(832).32). 要點(diǎn)要點(diǎn)： 由對稱性知，在由對稱性知，在彈性中心彈性中心，將只，將只 有對稱的超靜定未知力有對稱的超靜定未知力x1x1和和x2x2。同。同 時，僅作用有實(shí)腹拱的設(shè)計

29、荷載時，僅作用有實(shí)腹拱的設(shè)計荷載 ( (無論是實(shí)腹拱還是空腹拱，根據(jù)無論是實(shí)腹拱還是空腹拱，根據(jù) 實(shí)際情況決定計算荷載均可實(shí)際情況決定計算荷載均可) )。 對于無鉸拱，拱圈內(nèi)的剪對于無鉸拱，拱圈內(nèi)的剪 力及力及 拱軸的曲率對彈性中心變位的影響拱軸的曲率對彈性中心變位的影響 很小，可忽略不計，只計算由內(nèi)力很小，可忽略不計，只計算由內(nèi)力 彎矩彎矩M M產(chǎn)生的彎曲變形和由軸力產(chǎn)生的彎曲變形和由軸力N N產(chǎn)產(chǎn) 生的彈性壓縮而引起的彈性中心的生的彈性壓縮而引起的彈性中心的 變位。也就是說：變位。也就是說：彈性中心變位彈性中心變位 彎矩彎矩M M引起的變位軸力引起的變位軸力N N引起的變引起的變 位位。

30、在拱荷載作用下，基本結(jié)構(gòu)任意截在拱荷載作用下，基本結(jié)構(gòu)任意截 面的面的彎矩彎矩MpMp，軸力，軸力NPNP，剪力，剪力QPQP，應(yīng)，應(yīng) 用力法求解得：用力法求解得： 1 0 1 0 2 1 0 1 0 2 1 0 1 0 1 cos cos cos cos 1 cos X d EA d EI y d EA N d EI M X d EI d EI M PP P 拱圈任意截面的內(nèi)力：拱圈任意截面的內(nèi)力： 注意點(diǎn)：拱圈在自身重力作用下的內(nèi)力，是否按無鉸拱計算應(yīng)注意點(diǎn)：拱圈在自身重力作用下的內(nèi)力，是否按無鉸拱計算應(yīng) 根據(jù)施工方法決定。根據(jù)施工方法決定。 3 3、主拱圈強(qiáng)度及穩(wěn)定驗(yàn)算、主拱圈強(qiáng)度及穩(wěn)定

31、驗(yàn)算 （1 1）主拱圈強(qiáng)度驗(yàn)算）主拱圈強(qiáng)度驗(yàn)算 在各種荷載作用下，計算主拱圈各截面的內(nèi)力，求出各截在各種荷載作用下，計算主拱圈各截面的內(nèi)力，求出各截 面在各種荷載最不利組合情況下產(chǎn)生的內(nèi)力（包絡(luò)圖），最后面在各種荷載最不利組合情況下產(chǎn)生的內(nèi)力（包絡(luò)圖），最后 進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。 荷載組合：荷載組合： 1 1）基本組合：設(shè)計水深水重）基本組合：設(shè)計水深水重+ +自中自中+ +人群荷載；人群荷載； 2 2）特殊荷載：）特殊荷載：a a）滿槽水重）滿槽水重+ +自重自重+ +人群荷載人群荷載+ +橫向風(fēng)載橫向風(fēng)載+ +溫升；溫升； b b）自重）自重+ +橫向風(fēng)載橫向風(fēng)載+ +溫降溫降+ +混凝土收縮（檢修）混凝土收縮（檢修） sinQQ cosXN XXM 2P 2P 21P X N YM （2）主拱圈穩(wěn)定驗(yàn)算）主拱圈穩(wěn)定驗(yàn)算 1）縱向穩(wěn)定驗(yàn)算）縱向穩(wěn)定驗(yàn)算 按軸向受壓構(gòu)件強(qiáng)度計算方法驗(yàn)算按軸向受壓構(gòu)件強(qiáng)度計算方法驗(yàn)算 2 2