渡槽支承排架設(shè)計(jì)示例

崔鳳友

（齊齊哈爾市水利勘測設(shè)計(jì)研究院，黑龍江齊齊哈爾 161006）

某大型灌區(qū)總干渠及干渠設(shè)有多座跨河的渡槽，槽身多為矩形梁式結(jié)構(gòu)，用鋼筋混凝土建造。縱向支承型式有簡支梁、等跨雙臂及等彎矩雙懸臂3種，簡支梁的跨度一般為12 m，等跨雙懸臂及等彎矩雙懸臂式的兩支承間距離，前者均為12 m，后者有18 m與15 m及14 m與10 m兩種。梁式渡槽的下部支承結(jié)構(gòu)，有單排架和A型排架兩種，排架最大高度20 m。渡槽與兩岸連接型式大都采用剛性連接。下面主要介紹兩種排架的設(shè)計(jì)。

1 支承排架的斷面型式

支承排架的斷面型式見圖1。

圖1 支承排架的斷面型式

2 兩種支承排架的優(yōu)缺點(diǎn)比較

單排架體積小，施工方便，與A型排架比可節(jié)省混凝土及鋼筋用量。北干渠渡槽設(shè)計(jì)時(shí)曾進(jìn)行過兩者的比較方案計(jì)算，排架高度為15 m，間距為12 m，頂部垂直荷重176 t，所需的工程數(shù)量（不包括基礎(chǔ)）見表1。

表1 兩種排架工程量比較

由表1可見，單排架較為經(jīng)濟(jì)合理。如果垂直荷重小、高度不大，其經(jīng)濟(jì)效果更為明顯。灌區(qū)流槽排架高度一般為10～20 m，普遍采用了單排架。

單排架柔性大，能適應(yīng)雙懸臂式槽身伸縮變形，無需設(shè)置鉸支座、擺墩或其他支座。當(dāng)槽身為簡支時(shí)，為了盡量不增大排架柱的斷面尺寸，采取設(shè)置臨時(shí)支座的措施，將施工及運(yùn)用中荷載的偏心距控制在允許范圍內(nèi)。“石江長渡”渡槽系在單排遣架上起吊，吊重達(dá)120 t，排架高15 m，按設(shè)計(jì)運(yùn)行情況選定的排架柱斷面尺寸僅40 cm×70 cm，在柱頭設(shè)置臨時(shí)支座以控制偏心距。至于臨時(shí)支座引起與其接觸的排架頂面上局部壓應(yīng)力的增加，則應(yīng)在允許范圍內(nèi)。在前一跨槽身吊裝完畢后，用千斤頂舉起本跨槽身，將臨時(shí)支座取出。

3 單排架設(shè)計(jì)

3.1 縱向計(jì)算

排架縱向（渡槽水流方向）按中心或偏心受壓柱進(jìn)行計(jì)算，并考慮縱向彎曲的影響。

排架縱向在正常工作條件下排架頭部的壓應(yīng)力分布圖形，簡支槽身近似按三角形分布，雙懸臂梁槽身可近似按梯形分布，見圖2。圖中P1、P2均系槽身一支座的總反力，A為排架頂承壓面積，故槽身為簡支時(shí)屬中心受壓，槽身為雙懸臂時(shí)屬偏心受壓。

簡支槽身的單排架在施工或運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的偏心受力情況，應(yīng)予以核算。如較大渡槽當(dāng)按一跨槽身發(fā)生意外事故考慮時(shí)，鄰跨槽身對排架的偏心可能成為排架柱斷面設(shè)計(jì)的控制條件。對于高度較大（＞25 m）的單排架而渡槽的跨度或槽身斷面也較大時(shí)，排架縱向計(jì)算時(shí)還應(yīng)進(jìn)行滿槽水作用下排架柱軸心受壓的強(qiáng)度驗(yàn)算。

圖2 雙懸臂梁槽身壓應(yīng)力梯形布置示意圖

排架柱的斷面尺寸，可按下述關(guān)系擬定：排架縱向立柱的截面尺寸b約為排架總高H的1/20～1/30，排架橫向主柱的截面尺寸h約為b的1/1.5～1/2.0，b、h及H參見圖3。

圖3 排架橫向立柱截面示意圖

為了縮短槽跨、滿足槽身坂座肋伯要求和降低排架頭部的承壓應(yīng)力，排架頭部伸出短懸臂梁（牛腿），其強(qiáng)度計(jì)算與一般實(shí)腹牛腿相同。

3.2 橫向計(jì)算

排架橫向?yàn)閱慰缍鄬涌蚣埽偶苤g的橫梁多按等距布置，間距最大不超過5 m，一般3～4 m，橫梁高為橫梁間距的1/6～1/8;排架柱與基礎(chǔ)結(jié)合，如系現(xiàn)場澆筑按固結(jié)考慮如屬預(yù)制吊裝則按鉸接計(jì)算。排架的橫向計(jì)算圖形。

排架的垂直荷載包括：槽身重與槽內(nèi)水重、風(fēng)荷載（作用于槽身水平向）通過槽身支座形成作用于排架柱頂一拉一壓的垂直軸向力以及排架柱和橫梁的自重。風(fēng)荷載在排架柱頂形成的拉力和壓力，等于槽身上總風(fēng)壓力對排架頂橫梁中心取矩再除以排架立柱的軸線距離。排架柱、梁自重化為節(jié)點(diǎn)荷載時(shí)，等于該節(jié)點(diǎn)相鄰的上半柱、下半柱及半跨橫梁重量之和。

排架的水平荷載主要是作用在槽身及立柱上的風(fēng)荷載，如渡槽跨越河流時(shí)，排架立柱上作用有流水壓力和漂浮物的沖擊力。水平荷載計(jì)算時(shí)，同樣簡化為節(jié)點(diǎn)荷載T1、T2、T3等，T1等于槽身風(fēng)壓力與立柱l/2工業(yè)基范圍內(nèi)幾壓力之和，l為排架橫梁的間距，T2、T3依此類推。

垂直的節(jié)點(diǎn)荷載只使立柱產(chǎn)生軸向力，對排架不引起彎矩。水平節(jié)點(diǎn)荷載可分解為正對稱和反對稱兩組，見圖4。正對稱荷載只引起橫梁的軸向力，反對稱荷載可使整個(gè)排架產(chǎn)生彎矩、剪力和軸向力。反對稱荷載下的排架彎矩，可用無切力分配法進(jìn)行計(jì)算;然后，再分別截取桿件和節(jié)點(diǎn)，依力或力矩的平衡求出軸向力和剪力。

圖4 水平節(jié)點(diǎn)荷載分解示意圖

4 A型排架

當(dāng)支承重量大、排架高時(shí)，可以考慮采用A型排架。其主要優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性好，但造價(jià)高，施工復(fù)雜。

A型排架計(jì)算分為兩個(gè)排架考慮其計(jì)算方法與單排架基本相同。

[1]第一機(jī)械工業(yè)部第一設(shè)計(jì)院，第一機(jī)械工業(yè)部第二設(shè)計(jì)院.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊：排架計(jì)算[R].北京：中國工業(yè)出版社，1971.

[2]湖南省革命委員會(huì)水利電力局.韶山灌區(qū)第二分冊：設(shè)計(jì)與施工[R].北京：水利電力出版社，1976.