武汉大学 白莲河灌区龙潭冲渡槽设计说明书
第二部分 计算书
1．槽身的水力设计
(1)拟定槽身的纵坡i、净宽B0和净深H0
渡槽的下游有一平台，高程为85.00m，黏土厚度为2.50m，拟建一段台槽。
渡槽的纵坡取为i=1/400。根据计算书中的计算可得B0=3.46m，H0=2.42m。一般情况下，渡槽的槽身总长度常大于进口前渠道的20倍。槽中水流按明渠均匀流计算。即
Q=AC
Ri （1—1）
式中 A、C、R——分别为槽身的过水断面、谢才系数及水力半径；
i——槽身纵坡。
根据（1—1）可以推求得
nQ(2?H0B052?1)33 B0=［
1］8 （1—2）
0.73?i2由Qj=30m3/s，n=0.014，H0/B0=0.7，i=1/400，得B0=3.455m，H0=2.419m。 根据（1—1）式可以推求渡槽正常水深的试算公式如下： h0=［
Qn(21?mh0?B0)B05/322/3i］3/5 （1—3）
设计流量Q=25m3/s，经试算h0=2.1m。
所以，通过设计流量时，槽中实有水面超高值为H0-h0=2.419-2.1=0.319（m）。要求超高值为h0/12+5=210/12+5=22.5（cm），小于实有值，满足要求。故最后确定i=0.014，B0=3.46m，H0=2.42m。
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(2)渡槽的进出口高程计算
进口段的布置形式较复杂，本设计选用长扭曲面，则进口段水面降落
⊿Z1=（1+ξ1）?v?v12g22 （1—4）
式中 v1、v——分别为上游渠道及渡槽内的平均流速； ξ1——进口段的水头损失系数。
根据式（1—1）可以推求渠道的试算公式如下： h=[
Qn(21?mh?b)(b?mh)5/322/3i]3/5 （1—5）
式中 m——渠道的边坡系数；
b、h——分别为渠道的宽和高； 其他符号的意义与前相同。
v/2g12z1zv22HV11Hvz22Hy22y1835017 图1—1 渡槽水力计算图
已知上游渠道的水力参数，Q=25m3/S，n=0.023，m=1.5，b=5.0m，i=1/3000，经试算，上游渠道的正常水深h1=2.5m。所以上游渠道的水流速度为
v1=
(1?Q1?m)bh2=1.081m/s
已知下游渠道的水力参数，Q=25m3/s，n=0.023，m=1.5，b=5.5m，i=1/5000，经试算，下游渠道的正常水深h2=2.85m。所以下游渠道的水流速度为
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v2=0.897m/s。
渡槽内的流速为v=3.446m/s。 取 ξ1=0.10，则根据式（1—4）可得 ⊿Z2=（1+0.10）?3.4462?1.08122?9.81=0.600（m）
槽身段的水面降落
ΔZ2=iL （1—6）
式中 L——槽身段的长度。
则⊿Z2=350?1400=0.875（m）
出口段的水面降落值ΔZ3可用下式近似计算，即
⊿Z3=（1-ξ2）
v?v22g22 （1—7）
式中 ξ2——出口段的水头损失。
取ξ2=0.03，则根据式（1—7）可得 ⊿Z3=（1-0.03）?3.44622?0.8972?9.81=0.582（m）
通过渡槽的总水头损失ΔZ可按下式计算，即
⊿Z=⊿Z1+⊿Z2-⊿Z3 （1—8）
则⊿Z=0.600+0.875-0.582=0.893（m）
根据图1—1所示条件可确定出以下各值（符号意义见图1—1）： 进口槽底高程 ▽1= ▽上+H1-⊿Z1-H （1—9） 进口槽底抬高 y1=▽1-▽3 （1—10） 出口槽底高程 ▽2=▽上-iL （1—11） 出口渠底高程 ▽下=▽2+⊿Z3+H-H下 （1—12） 出口渠底降落 y2= ▽2-▽下 （1—13） 进口前渠底高程▽1=86.00m，根据前面设计流量推求可知，上游渠道水深H1=2.5m，槽中水深H=2.1m，下游水深H2=2.85m，则
▽1=86.00+2.5-.600-2.1=85.9
因为上游渠道较宽，故势能降低较小，故取进口槽底高程与上游渠底高
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程相同为86.00m。
▽2=86.00-0.875=85.125m
▽下=85.125+0.582+2.1-2.85=84.957m y2=85.125-84.957=0.168m
2．槽身纵向内力计算及配筋计算
根据支承形式，跨宽比及跨高比的大小以及槽身横断面形式等的不同，槽身应力状态与计算方法也不同，对于梁式渡槽的槽身，跨宽比一般都大于4.0，跨高比也比较大，故可以按梁理论计算。
槽身纵向一般按满槽水，即水深与拉杆下缘齐平的情况设计。
图2—1 槽身横断面型式（单位：cm） (1)荷载计算
根据灌区规划方案中拟定，渡槽的设计标准为3级，所以渡槽的安全级别Ⅱ级，则安全系数为γ0=1.0，混凝土重度为γ=25kN/m3，正常运行期为持久状况，其设计状况系数为ψ=1.0，荷载分项系数为：永久荷载分项系数γ
G=1.05，可变荷载分项系数γQ=1.20，结构系数为γd=1.2。
纵向计算中的荷载一般按匀布荷载考虑，包括槽身重力（拉杆等小量集中荷载也换算为匀布的）、槽中水体的重力及人群荷载。其中槽身自重、水
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重为永久荷载,而人群荷载为可变荷载。
槽身自重标准值
g1k=γ
0ψ
γV1=25×[0.2×4.26+0.2×2.42×2+0.6×0.2×2+
0.2×0.2×3+1.0×0.1+0.4×0.2×2 +0.2 ×6 ×
0.2?3.06?0.5?2.26?0.6?(0.2?2?0.3)12.5
=66.0448（kN/m）
设计值 g1=γ
=81.356（kN/m）
G。g1k=1.05×66.0448=69.347（kN/m）
水重 标准值 g2k=γ0ψγV29.81×[2.42×3.46-0.2×0.2×2] 设计值 g2=γ
G。g2k=1.05×81.356=85.424（kN/m）
人群荷标准值 qk=3.0×[1.2+1.0+
0.2?3.06?612.5]=7.481（kN/m）
设计值q=1.2×7.481=8.978（kN/m）
(2)内力计算
梁式渡槽的单跨长l=12.5m，槽高H=2.9m，则 跨高比l/H=12.5/2.9=4.31≥4.0
故可按梁理论计算，沿渡槽水流方向按简支或双悬臂梁计算应力及内力：
l0=1250l=50l=50 图2—2 槽身纵向计算简图（单位：cm）
计算长度l=l0-
23l=12.5-0.5×
23=12.17（m）
18跨中弯矩设计值为 M=γ0ψ×（g1+g1+q）l2
=1.0×1.0××163.749×12.172
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