渠系建筑物.ppt
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1、第第3 3篇篇 渠系建筑物渠系建筑物第七章第七章 渠系建筑物渠系建筑物为保证渠道正常并安全运用,在渠道上修建的各种建筑物,统称为渠道系统的水工建筑物,或简称渠系建筑物 渠系建筑物的种类很多,一般按其作用分类,主要有:控制水位的节制闸和调节流量的分水闸、斗门等配水建筑物;测定流量的量水堰、量水喷嘴、量水槽或其它形式的量水建筑物;保证渠道安全的泄水闸、泄洪涵洞、泄洪渡槽和沉积、排除泥沙的沉沙池、排沙闸等防洪保安全建筑物;开凿穿过山岗的穿山建筑物隧洞;渠道与河流、溪谷、道路交叉或渠道与渠道交叉时所建的渡槽、桥梁、倒虹吸管和涵洞等交叉建筑物;渠道通过坡度较陡或有集中落差的地段而修建的陡坡、跌水等落差建
2、筑物;为船只通航的船闸,利用集中落差发电的水电站和水力加工站等专门建筑物 第七章第七章 渠系建筑物渠系建筑物各种渠系建筑物的作用虽各有不同,但具有较多的共同点:单个工程的规模一般都不很大,但数量多,总的工程量往往是渠首工程的若干倍;建筑物位置分散在整个渠道沿线,同类建筑物的工程条件常相近。因此,宜采用定型化结构和装配式结构,以简化设计,加快施工进度,缩短工期,降低造价,节省劳力和保证工程质量。第七章第七章 渠系建筑物渠系建筑物第一节 渡 槽第七章第七章 渠系建筑物渠系建筑物第二节 倒虹吸管和涵洞第三节 跌水和陡坡第七章第七章 渠系建筑物渠系建筑物第七章第七章 渠系建筑物渠系建筑物第七章第七章
3、渠系建筑物渠系建筑物第七章第七章 渠系建筑物渠系建筑物第七章第七章 渠系建筑物渠系建筑物第七章第七章 渠系建筑物渠系建筑物第七章第七章 渠系建筑物渠系建筑物第七章第七章 渠系建筑物渠系建筑物第七章第七章 渠系建筑物渠系建筑物第七章第七章 渠系建筑物渠系建筑物第一节 渡 槽一、渡槽的作用与组成1 1、作用:、作用:渡槽是输送水流跨越渠道、河流、道路、山冲、谷口等的架空输水建筑物。当挖方渠道与冲沟相交时,为避免山洪及泥沙入渠,还可在渠道上面修建排水渡槽,用来排泄冲沟来水及泥沙。第七章第七章 渠系建筑物渠系建筑物2 2、组成:、组成:渡槽由槽身、支承结构、基础及进出口建筑物等部分组成。槽身置于支承结
4、构上,槽身重及槽中水重通过支承结构传给基础,再传至地基。渡槽一般适用于渠道跨越深宽河谷且洪水流量较大、渠道跨越广阔滩地或洼地等情况。它比倒虹吸管水头损失小,便利通航,管理运用方便,是交叉建筑物中采用最多的一种型式。第七章第七章 渠系建筑物渠系建筑物二、渡槽的类型二、渡槽的类型渡槽根据其支承结构的情况,分为梁式渡槽和拱式渡槽两大类。(一一)梁式渡槽梁式渡槽梁式渡槽槽身置于槽墩或排架上,其纵向受力和梁相同,故称梁式渡槽。槽身在纵向均匀荷载作用下,一部分受压,一部分受拉,故常采用钢筋混凝土结构。第七章第七章 渠系建筑物渠系建筑物为了节约钢筋和水泥用量,还可采用预应力钢筋混凝土及钢丝网水泥结构,跨度较
5、小的槽身也可用混凝土建造。第七章第七章 渠系建筑物渠系建筑物1 1、简支梁式:、简支梁式:优点是结构简单,施工吊装方便,接缝处止水构造简单。缺点是跨中弯矩较大,底板受拉,对抗裂防渗不利。常用跨度是8-15m,其经济跨度大约为墩架高度的0.8-1.2倍。第七章第七章 渠系建筑物渠系建筑物2 2、双悬臂梁式:、双悬臂梁式:双悬臂梁式槽身又分等跨双悬臂和等弯矩双悬臂两种型式:设每节槽身的总长度为L,悬臂长度为a,则等跨双悬臂a0.25L;等弯矩双悬臂a0.207L。在均匀荷载作用下,等跨双悬臂的跨中弯矩为零,但支座负弯矩较大;等弯矩双悬臂的跨中正弯矩数值等于支座负弯矩数值,且比等跨双悬臂的支座负弯矩
6、数值为小,但由于在上、下层均需配置纵向受拉筋及构造筋,所以总配筋量可能比等跨双悬臂梁式要多,且墩架的间距不等,故采用较少。第七章第七章 渠系建筑物渠系建筑物3 3、单悬臂式:、单悬臂式:一般用在靠近两岸的槽身或双悬臂梁式向简支梁式过渡时采用。第七章第七章 渠系建筑物渠系建筑物(二二)拱式渡槽拱式渡槽第七章第七章 渠系建筑物渠系建筑物第七章第七章 渠系建筑物渠系建筑物第七章第七章 渠系建筑物渠系建筑物军都山渡槽桥位于北京市延庆县,在两山之间跨越二道河、大秦铁路和两条主要公路,是我国第一座跨度超过百米的大型斜拉输水建筑物。该渡槽桥全长276m,主跨长126m,槽身距地面27m,塔墩高52.4m。槽
7、宽3.2m,高1.8m。设计流量5m3/s。由于该桥的宽跨比仅1/40,为提高结构的整体刚度和抗风稳定性,渡槽截面采用圆弧形的半封闭薄壳结构。该桥上部结构的施工采用“地面成型、整体提升”的方案,避免了大跨、高柔结构高空架设的难题。提升分两个半桥进行,最后在跨中合拢。于1988年7月建成输水 第七章第七章 渠系建筑物渠系建筑物三、槽身横断面型式和尺寸三、槽身横断面型式和尺寸梁式槽身最常用的横断面型式是矩形和U型。1.钢筋混凝土矩形槽身的构造 适于各种流量。中小流量槽身多设拉杆,见图(a),拉杆间距为l2 m。有通航要求时不设拉杆,侧墙变厚度以增加刚度,见图(b),顶厚不小于8cm,底厚常大于15
8、cm;或沿槽长每隔一定距离加一道肋而成为加肋矩形槽,见图(c)。大流量有通航要求的矩形槽多做成宽浅式的,为使结构合理,槽底可做成多纵梁结构,见图(d),纵梁间距一般为 23 m。有的矩形槽采用箱式结构,见图(e),深宽比常用0.60.8或更大些,顶板可兼做交通桥面,箱中应按无压流设计,顶板与水面之间留0.20.6m的净空。第七章第七章 渠系建筑物渠系建筑物2.U形槽身的构造 横断面为半圆加直段的钢筋混凝土或钢丝网水泥结构,比矩形槽水力条件好,纵向刚度大,重量轻,省材料。槽顶一般设拉杆,槽身厚高比t/H1=1/101/15,常用厚度t510cm。槽壁顶端常加大以增加刚度;支座处设端肋,以放置在支
9、座上并设置止水装置。对于槽身跨宽比大于4的梁式槽身,槽底弧形段常加厚以便于布置纵向受力筋,并增加槽壳的纵向刚度,以利于满足底部抗裂要求 对于设拉杆的钢筋混凝土U形槽,在拟定断面尺寸时,可参考下列经验数据t=(1/101/15)R0 ;h0=(0.40.5)R0 ;a=(1.52.5)t;b=(12)t;c=(12)t;d0=(0.50.6)R0 ;s0=(12)t第七章第七章 渠系建筑物渠系建筑物三、槽墩和槽架三、槽墩和槽架1、重力式槽墩第七章第七章 渠系建筑物渠系建筑物第七章第七章 渠系建筑物渠系建筑物2、钢筋混凝土槽架第七章第七章 渠系建筑物渠系建筑物第七章第七章 渠系建筑物渠系建筑物 渡
10、槽水力设计的任务渡槽水力设计的任务:拟定合理的槽身比降及过水断面尺寸;拟定合理的槽身比降及过水断面尺寸;通过水头损失及水面衔接的计算,确定渡槽进出口高通过水头损失及水面衔接的计算,确定渡槽进出口高程与衔接形式程与衔接形式。三、渡槽的水力设计三、渡槽的水力设计渡槽水力设计的方法渡槽水力设计的方法:一般按通过最大流一般按通过最大流Q Qmaxmax来拟定槽身的纵坡来拟定槽身的纵坡i、净宽净宽b和净深和净深h,然后按通然后按通过设计流量计算水流通过渡槽的总水头损失过设计流量计算水流通过渡槽的总水头损失z,如果,如果z等于或略小于规等于或略小于规划定出的允许水头损失,且槽身满足超高要求,则可最后确定划
11、定出的允许水头损失,且槽身满足超高要求,则可最后确定i、b和和h,进而定出有关高程。,进而定出有关高程。第七章第七章 渠系建筑物渠系建筑物1.槽身纵向比降i的拟定 坡度陡则流速快,所需过水断面小,可以降低渡槽造价,所以要尽可能选取较陡的渡槽比降(即i值较大的)。但要同时考虑槽身材料的抗冲刷能力和水头损失要求,控制槽内流速。一般经验:常用i=1/5001/2000;中、小型i=1/3001/1500;有通航要求的i=1/30001/10000。第七章第七章 渠系建筑物渠系建筑物1.槽身净宽b和净深h的设计 槽身净宽b和净深h在设计过程中经常一起考虑,即考虑深宽比h/b来拟定。选择h/b时,主要从
12、结构受力条件等方面来考虑。h/b大(窄深式):槽身纵向刚度大,稳定性差。h/b 小(宽浅式):如同时i值取得过大,则槽中水深很小,进口槽底抬高过大。同时,当渡槽通过小流量时,槽前渠道的雍水现象比较严重;当通过大流量时,渡槽你上游渠道又可能产生较长的降水段,致使渠道受到冲刷。一般矩形槽:h/b=0.60.8 U形槽:h/b=0.70.9第七章第七章 渠系建筑物渠系建筑物3.渡槽过水能力计算 应判断过流流态,采用相应的水力学公式进行计算:(1)当渡槽长度L10h时(h为槽内水深),渡槽过水流量可按明渠均匀流公式计算:当渡槽长度L10h 时,渡槽过水流量可按淹没宽顶堰计算:第七章第七章 渠系建筑物渠
13、系建筑物4.过水水头损失与水面衔接计算第七章第七章 渠系建筑物渠系建筑物 进口段水面降落 水流经过进口段时,随着过水断面的减小,流速逐渐加大,水流的位能一部分转化为动能,另一部分消耗于因水流收缩而产生的水头损失,因此形成进口段水面降落z1,可按能量方程求得:第七章第七章 渠系建筑物渠系建筑物 槽身段沿程降落 水流经过底坡为i,长度为 L的槽身,槽中基本保持均匀明流,水面坡等于槽底坡,沿程水头损失:Z2iL 出口段水面回升 水流经过出口段时,随着过水断面的扩大,流速逐渐减小,水流的动能一部分消耗于因水流扩散而产生的水头损失,另一部分转化为位能,因此形成出口段水面回升z3。出口段水面回升z3与进口
14、段水面降落z1有关,一般取:z3z1/3 第七章第七章 渠系建筑物渠系建筑物当下游渠道流速与槽内流速之比在1/54/5的范围内时,z3值可按下表的数值采用。也可采用能量方程求得,但出口局部损失系数不易准确确定。第七章第七章 渠系建筑物渠系建筑物 通过渡槽的总水面降落ZZ1+Z2一Z3 Z应等于或小于渠系规划中预留的允许水头损失值Z。渡槽进出口高程的确定 为使渡槽与上下游渠道的水面平顺衔接,水头损失得以合理利用,既不影响过流能力,又减少渠道冲淤,可将槽身进口底部适当抬高,出口渠底适当降低,来确定各部位的高程:第七章第七章 渠系建筑物渠系建筑物槽身进口底面高程 21h1一Z1一h2 槽身出口底面高
15、程 32一Z2槽身出口渠底高程 43h2Z3一h3 槽身进口抬高值=2一1h1一Z1一h2出口渠底降低值=3一4h3一Z3一h21槽身进口上游渠底高程 第七章第七章 渠系建筑物渠系建筑物四、渡槽进出口渐变段的型式与长度四、渡槽进出口渐变段的型式与长度 渡槽进出口渐变段,应保证进出口水面衔接良好,水流平顺,水头损失小,下游渠道不发生冲刷,较常用型式为直线扭面式,对大型渡槽,其进出口渐变段应通过水工模型试验确定。第七章第七章 渠系建筑物渠系建筑物一般的渡槽进出口渐变段的长度,可采用以下经验公式确定:L=C(B1-B2)式中,L进口或出口渐变段长度,m;B1渠道水面宽度,m;B2渡槽水面宽度,m;C
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