水工U形渡槽设计

工程概况：

渡槽又称高架渠，是一组由桥梁，隧道或沟渠构成的输水系统。

用来把远处的水引到水量不足的城镇、农村以供饮用和灌溉。

分类：U型薄壳渡槽、矩形渡槽、薄腹梁渡槽、拱组合梁渡槽、下承式拱渡槽、T型刚构渡槽等

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，亚述国一西拿基立下令建一条483公里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米，高9米，共用了200多万块石头。渡槽下有5个小桥拱，让溪水流过。古希腊的许多城市建有良好的渡槽，但古罗马人最为认真，把供水系统看作是公共卫生设施的重要部分。罗马第一条供水渡槽是建于公元前312年的阿庇渡槽；第十条也是最后一条则是公元226年建成的阿历山大渡槽；最长最壮观的是建于公元前114年的马西亚渡槽，虽然水源离罗马仅37公里，但渡槽本身长达92公里。这是因为渡槽要保持一定坡度，依地形蜿蜒曲折地修建。

漆水河渡槽

水工U形渡槽槽身结构设计目录：

1. 水工U形渡槽槽身结构设计计算书。。。。。。。。。。。。。3

（1） 原始资料。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。2

（2） 内力分析。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。4 （3） 结构计算。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。6 （4） 配筋说明。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。17 2. 计算数据记录表。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。5 3. 内力分析图。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。附图1 4. 水工U形渡槽槽身结构配筋图。。。。。。。。。。。。。附图2

水工U形形渡槽槽身结构设计

一、水工U形渡槽槽身结构设计计算书

（一）原始资料（如图）

- 1 -

1．横截面尺寸：

槽壳内半径： R01.m6 0垂直段总高： f=0.85 m 槽壳壁厚： t=0.12 m 侧 梁： 水平宽 a=0.30 m 外端高 b=0.15 m 斜边高 c=0.12 m 2．纵截面尺寸：

槽壳总长： L=10.80 m 横杆： 高 0.20 m

宽 b0.2 0间距 e=1.50 m（近似值） 3．端肋：

沿水流方向厚度 d=0.30 m 垂 直 边 高 度 h1=1.55 m 斜边垂直高度 h2=1.62 m 斜边水平投影 m=0.29 m 横流方向支座宽 b1=0.30 m 支

座间距 ln=2.86 m

3．便桥：

预制桥板：

厚度 h0.07 m 宽度 B=0.60 m 栏杆：

柱aam0.12m1.2m

- 2 -

间距为e1.0m 扶手横档 bfhf0.08m0.10m 便桥有效宽度：B=0.86 m便桥人群荷载：q人＝ 2 KN2 m4．材料：

混凝土C30：3砼＝2.510＝25KNm

f2242c15Nmmft1.50NmmEc3.010Nmm

钢筋Ⅰ级： f252yfyfyv210NmmEs2.110Nmm 5．建筑物等级：Ⅳ级。

查表知结构安全级别为Ⅲ级 00. 96．荷载组合：满槽水＋自重＋人群

自重荷载（永久荷载）： 标准值

222gbR00t)R0k2[F0ehaHe2bfhfft(R4] 砼2(0.0630.020.021.600.1221.21.50.070.61.020.080.10

1.620.850.124)2527.6725KNm设计值grGgk27.67251.0529.0561 满槽水荷载（可变荷载）：

标准值

2q[πR0k水2R0(f2)]水[3.141.6022]10

.1920KNm 设计值q水 =Qq水.19201.170.61KN/m

人群荷载（可变荷载）：

标准值

qk人2q人B220.863.44KNm

设计值q人=Qq人3.441.24.128KN/m

（二）内力分析

- 3 -

用空间计算法程序AQ2上机计算。

1．上机数据计算（准备两组数据，一组用于承载力计算，一组用于正常使用极限状态验算）

RR0t21.600.850.1220.2021.66m 0.75m

0.63m

3 hfF0a(2bc)0.30(20.150.12)22lLd10.800.3010.50m

J0b312e0.200.20121.5030.000088888m3

G0{F0bR0ehBaHe22bfhf}砼.Gq人BQ6.81384998KNm(承载力 G＝1.05 ， Q1.20)6.24366665KNm(正  常G1.0,Q1.0)

4.52366665G1.72QABhRtR0.751.660.121.660.451807228 0.0722156

CF0RlR20.0631.6620.022862534

D10.501.666.325310205

3Et3J00.120.00008888819.4401944

6.813849983FG0水R2G0101.662G027.55627.5666.2436666527.5560.247272825(承载力）

0.226581022(正常使用）2．上机计算结果:

承载力计算

M 0 =-7.549942E-02 M 1 = .2115567 M 2 = .2214667 M 3 = .2072521

- 4 -

M 4 = .1726536 M 5 = .12238 M 6 = 6.169657E-02 M 7 =-4.028062E-03 M 8 =-6.958687E-02 M 9 =-.1302293 M 10 =-.181855 M 11 =-.2211571 M 12 =-.2457184 M 13 =-.2540697

S 0 =-300.5273 S 1 =-105.1067 S 2 =-49.97215 S 3 = 1.328807 S 4 = 47.78657 S 5 = 88.75562 S 6 = 123.7834 S 7 = 152.6342 S 8 = 175.5023 S 9 = 192.14 S 10 = 205.4156 S 11 = 213.6268 S 12 = 218.1468 S 13 = 219.5523 Z= 79.68113

N 0 =-.681385 N 1 =-.4693885 N 2 = .96244 N 3 = 1.537593 N 4 = 2.12781 N 5 = 2.71425 N 6 = 3.276332 N 7 = 3.796139 N 8 = 4.258661 N 9 = 4.651817 N 10 = 4.9663 N 11 = 5.195339 N 12 = 5.334429 N 13 = 5.381061 NG= .48586

T 0 = 0 T 1 = 92.716 T 2 = 97.75652 T 3 = 99.336 T 4 = 97.74118 T 5 = 93.30577 T 6 = 86.40169 T 7 = 77.42258 T 8 = 66.76346 T 9 = 54.79662 T 10 = 41.85808 T 11 = 28.24597 T 12 = 14.22031 T 13 = 2.171492E-03 TM= 99.336

正常使用极限状态验算

M 0 =-6.904241E-02 M 1 = .1919571 M 2 = .2009443 M 3 = .1879737

M 4 = .15427 M 5 = .11012 M 6 = 5.534594E-02 M 7 =-4.535793E-03 M 8 =-6.426623E-02 M 9 =-.1195174 M 10 =-.1665533 M 11 =-.2023612 M 12 =-.2247388 M 13 =-.2323477

S 0 =-276.0692 S 1 =-96.50473 S 2 =-45.84194 S 3 = 1.29765 S 4 = 43.94534 S 5 = 81.55782 S 6 = 113.7016 S 7 = 140.1754 S 8 = 161.1712 S 9 = 177.1398 S 10 = 188.04 S 11 = 196.2114 S 12 = 200.3176 S 13 = 201.676 Z= 73.18598

N 0 =-.6243666 N 1 =-.4275816 N 2 = .8805827 N 3 = 1.402606 N 4 = 1.94208 N 5 = 2.478112 N 6 = 2.991876 N 7 = 3.466993 N 8 = 3.874 N 9 = 4.249081 N 10 = 4.536512 N 11 = 4.745846 N 12 = 4.872967 N 13 = 4.915588 NG= .4417494

T 0 = 0 T 1 = 85.16774 T 2 = .7917 T 3 = 91.23868 T 4 = .76901 T 5 = 85.69219 T 6 = 79.34942 T 7 = 71.10252 T 8 = 61.31363 T 9 = 50.32399 T 10 = 38.44205 T 11 = 25.94059 T 12 = 13.05981 T 13 = 1.520416E-03 TM= 91.23868

3．绘内力（应力）图

①承载力计算内力图：

- 5 -

②正常使用极限状态验算内力图：

4．找出最大纵向正应力m和最大剪应力m①承

载

力

计

算

m993.7466 KNm m=2168.978 KNm

2222②正常使用极限状态验算 m=912.7137 KNm  m=1991.615 KNm

（三）结构计算

0.9所用参数：d1.20ct0 .851．正截面承载力计算

Asd0Zfy1.20.90.95797.236510210335.069mm

2选配钢筋：

内层 14162 } (As35.069mm)

外层 1212

- 6 -

2．正截面抗裂验算

查表 m1.35 修正值： mmfR0t)1.35(0.7300(0.851.60.12)103)1.2029617831.203m2168.978KNm2.1678Nmm

22

0m0.92.16781.95209802

ctmftk0.851.2032.252.301

0mctmftk

满足正截面抗裂要求

3．斜截面承载力计算

b2t20.120.24m240mm

h0fR00.851.62.45m2450mm

该梁均布荷载设计值：

qqk水水qk人Qg砼G =70.61+4.128+29.0561 =103.7941KN/m

剪力 V0(则

12qnl)0.90.950.53103.79412.8612K8N .2350157dV0.07bh0fc1.25fyvh01.2128.2350157100.072402450151.2521024500

所以按结构配筋

4．斜截面抗裂验算

m993.7466KNm

2tp2m2m1987.4932KNm1.9874932Nmm 0tp0.91.8247736Nmm1.9874932Nmm ctftk0.852.251.9125Nmm

2222220tpctftk

满足斜截面抗裂

5．跨中截面横向承载力计算

- 7 -

b1000mmht120mm aa25mm

h0ha1202595mmh0a952570mm h2a602535mm

（1）槽底截面横向承载力计算

MM133.135151KNmNN1353.85122KN e0MN3.1351553.851220.058218736m58mmh2a35mm

故 属于大偏心受拉构件，内侧受拉

ee0h2a473512mm

设 xbh0 查 sb0.426 AsdNefcsbbh0fyh0a)21.253.851221012150.426100095210702m1m2320

As(选配 6@130m )3sdNefyAs(h0)fcbh021.253.851221012210217701510009520

故按x2 计算 As

eh2ae01202254782mm

3AsdNefy(h0a)1.253.85122108221070360.4734mm

2配筋：

8@130(As360.4734mmmminbh00.15%100095142.5mmm)22

（2）槽侧横向承载力计算

MM21.833704KNmNN29.8072KN e0MN1.8337049.80720.1857m185.7mh2a35mm

故 属于大偏心受拉构件，外侧受拉

ee0h2a22935194mm

设 xbh0 查得 sb0.42 6 As

dNefcsbbh0fy(h0a)21.29.807210194150.42610009521070320- 8 -

选配 6@130As(s2m1m72m )3dNefyAs(h0a)fcbh021.29.80724100

故按 x2a 计算 As

eh2ae01202252292mm

3AsdNefy(h0a)1.29.807210221070212.58017mm

2配筋：

6@130s217mmmminbh00.15%1000142.5mmm

226．横向抗裂验算

b1000mmh120mma25mmh095mm

0.7m300h0.73001201.1

1.551.11.705EsEc2.1103.01054E7

（1）槽底

MsM133.135151KNmNsN1353.85122KN

A0bhE(AsAs)1000mm2

bhy022EAsh0EAsaA010002738795721725124228

60.33527mmI0by033b(hy0)33EAs(h0y0)EAs(y0a)322100060.335273237387

9560.33527)72171419980.3mm

4- 9 -

WI00hy1419980.32468839.782mm3

012060.33527MsmNs3.1351511031.70553.85122103WA002468839.782124026.6667

0.7415944Nmm2mctftk1.7050.852.253.2608125Nmm2

则

MsNsWm0Amctftk

0故 满足抗裂要求

2）槽侧

MsM21.833704KNmNsN29.8072KNA0bhE(AsAS)10001207(217217)mm2

bh2EAsh0EAsay02A0100072179572172521223.3333

60mm3Iby300)203b(hy3EAs(h0y0)EAs(y0a)21000603337217

9560)27217147544333.3mm4W00Ihy147544333.32459072.222mm3

012060MsmNs1.8337041039.8072103W0A02459072.2221.7051223.3333

0.137598Nmm2mctftk1.7050.852.253.2608125Nmm2

则

MsWmNsftk

0Amct0故 满足抗裂要求

- 10 -

（

7．横杆设计

l2R21.663.32m

ln2R021.63.2m

gb砼G0.20.2251.051.05KNm

qq人eQhe砼G＝21.51.20.071.5251.05＝6.35625KNm

M00.8835231KNm

则

MG0(18gl212qBM0)21220.90.951.053.326.356250.60.8835231)

22.970559076KNmV0[12(qg)ln]0.90.950.5(1.056.35625)3.2

10.13175KNNG4.595488KN

bb0.2m200mmh0.2m200mmaa25mm

h0ha20025175h0a17525150mmh2a20022575

（1）按NG,MG计算跨中截面的纵向受力筋

e0MGNG2.97055907.595488639.879611mm(h2a)75

故按大偏心受拉计算

ee0h2a639.879611755.8796115mm

设 xbh0 查得 sb0.42 6

- 11 -

AsdNGefcsbbh0fy(h0a)21.24.595488105.8796115150.4262001752101502320选配 10(Ass15m7m )dNGefyAs(h0a)fcbh021.24.5954881030故按 x2a 计算 As

eh2ae0200225545620mm

3AsdNGefy(h0a)1.24.595488102101501085.410499mm

2配筋：

s157mmmminbh00.20%20017570mm

22（2）按NG,M0计算两端截面的纵向受力筋

e0M0NG0.88352314.595488192.25882mm(h2a)75

故按大偏心受拉计算

ee0h2a1557580mm

设 xbh0 查得 sb0.42 6 AsdNGefcsbbh0fy(h0a)21.24.858610150.426200175210150232010(As选配 15m7m )sdNefyAs(h0a)fcbh021.24.85861030

故按 x2a 计算 As

eh2ae0200225155230mm

3AsdNGefy(h0a)1.24.85861021015042.6mm

2配筋（与跨中同步配筋）：

s157mmmminbh00.20%20017570mm

22（3）按V计算横向钢筋

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dV1.210.131751012158.1N

30.07fcbh00.07152001752450N

则 dV0.07fcbh0 故 按结构设计配筋 10@140Asv(8．端肋设计

7m8m.5 （单肢箍筋）)2

llnb12.860.33.16m kLl23.7223.160.2m8

2[端肋自重]＝[2(mb1)ln][h1h2]d[h2m2R0fR02]d}砼 ＝[2(0.290.3)2.86][1.551.62]0.30-[0.291.6221.60.8541.96821053KN[槽壳自重]＝[2ft

2]0.30}25t(2R0t)22F0][L22d]砼20.063][5.40.3]25 ＝[20.850.12KN[便桥自重](0.12(21.60.12)2bR0e2hB4bfhf2aHe2)L2砼1.21.0 =(20.20.21.61.520.070.640.080.10)5.425

31.8456KN则 [总自重]=[端肋]＋[槽壳]＋[便桥]=41.96821053126.455170231.8456 =200.26807KN[人群]=2q人BL2220.865.418.576KN

[水]=(R222hRRbe)L2水＝67.742196915.4＝365.8078633KN

所以

承载力计算中：

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G2[自重]G[人群]Q[水]水 ＝200.268071.0518.5761.2365.80786331.1 ＝634.9622794 KNGg2634.9622794L3.72170.6887848KNm

则计算得

Mmax206.3627408KNmV

max269.68828KN内力图如下

正常使用极限状态验算中：

G2[自重]G[人群]Q[水]水 ＝200.268071.018.5761.0365.80786331.0 ＝584.652844 KNGg2L584.6528443.72157.1743KNm

计算得

Mmax190.0121743KNmV

max248.3202939KN内力图如下

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b0.3m300mma50mm

h(h1h2)(fR0t)(1.551.62)(0.851.600.12)

0.6m600mmh0ha60050550mm

1）正截面承载力计算

6Msdf1.2206.362740810cbh201530055020.181917531

112s1120.1819175310.202378535

A0.202378535300550sfcbh0f152385.175602mm2

y210选配 820A(2s251m3m，分)两排，净距 e30mm

Asbh25131.52%min0.20%

03005502）斜截面承载力计算

dV1.2269.68828103323625.936N

0.25fcbh00.2515300550618750NdV323625.936N

故截面尺寸满足抗剪要求

Vc0.07fcbh00.0715dV323625.936N应由计算确定腹筋

首先选配 12@15 0 双肢箍筋 A2sv226mm

s150mmsmax200mm 可以

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（（

Vsv1.25fyvAsvsh01.25210226150550217525N

VcsVcVsv323625.936217525541150.936NdV323625.936N

svsvAbs2263001500.5%min0.12%

故所选箍筋满足要求

）正截面抗裂验算

0.7300h0.73006001.21.1

m1.551.11.705

A0bhEAs30007mm2

bh2EAsh0y02A03007304155022000273.3333

325.3mm33Iby0hy0)203b(3EAs(h0y0)300325.33337325.3070504)26538818613mm4WI030hy6538818613

0600325.323804103.22mmmctftkW01.7050.852.2533804103.2277620717.35Nmm

77.62071735KNmM192.0121743KNm按最大裂缝宽度验算

11.021.031.5c50mmacde50221587mm

A30052200mm2te2ab287

As3041teAte322000.058256704

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（3

ssMs0.87h0As190.01217431060.875133041140.0001141Nmm

2wmax123ssEs(3c0.1dte)(3500.1220.058256704)

1.01.01.5140.00011412.11050.19mm[wmax]0.3mm故满足裂缝宽度要求

（4）斜截面抗裂验算

mVmaxbh248.3202341030060031.379557186Nmm

2tpm1.379557186Nmm

0tp0.91.379557186Nmm1.24Nmm ctftk0.852.251.9125Nmm

22220tpctftk

满足斜截面抗裂要求

（四）配筋说明

1．U型渡槽薄壳混凝土保护层取25mm，端肋取50mm。

2．纵向受力筋布置在槽底高度为0.24m范围之内，内层为1212，外层为141。6

3．纵向附筋及槽顶驾力筋取8，按间距约150mm排列。 4．横向钢筋根据计算和结构取8@13，0槽侧与槽底统一选取。 5．侧梁（单侧）纵向为410。 6．栏杆竖向筋取8，箍筋取6，布置见配筋图。

7．止水缝宽为50mm，深25mm。 其他按计算选配

二、水工U型渡槽槽身结构配筋图

（见图）

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