渡槽支承排架设计示例

崔凤友

（齐齐哈尔市水利勘测设计研究院，黑龙江齐齐哈尔 161006）

某大型灌区总干渠及干渠设有多座跨河的渡槽，槽身多为矩形梁式结构，用钢筋混凝土建造。纵向支承型式有简支梁、等跨双臂及等弯矩双悬臂3种，简支梁的跨度一般为12 m，等跨双悬臂及等弯矩双悬臂式的两支承间距离，前者均为12 m，后者有18 m与15 m及14 m与10 m两种。梁式渡槽的下部支承结构，有单排架和A型排架两种，排架最大高度20 m。渡槽与两岸连接型式大都采用刚性连接。下面主要介绍两种排架的设计。

1 支承排架的断面型式

支承排架的断面型式见图1。

图1 支承排架的断面型式

2 两种支承排架的优缺点比较

单排架体积小，施工方便，与A型排架比可节省混凝土及钢筋用量。北干渠渡槽设计时曾进行过两者的比较方案计算，排架高度为15 m，间距为12 m，顶部垂直荷重176 t，所需的工程数量（不包括基础）见表1。

表1 两种排架工程量比较

由表1可见，单排架较为经济合理。如果垂直荷重小、高度不大，其经济效果更为明显。灌区流槽排架高度一般为10～20 m，普遍采用了单排架。

单排架柔性大，能适应双悬臂式槽身伸缩变形，无需设置铰支座、摆墩或其他支座。当槽身为简支时，为了尽量不增大排架柱的断面尺寸，采取设置临时支座的措施，将施工及运用中荷载的偏心距控制在允许范围内。“石江长渡”渡槽系在单排遣架上起吊，吊重达120 t，排架高15 m，按设计运行情况选定的排架柱断面尺寸仅40 cm×70 cm，在柱头设置临时支座以控制偏心距。至于临时支座引起与其接触的排架顶面上局部压应力的增加，则应在允许范围内。在前一跨槽身吊装完毕后，用千斤顶举起本跨槽身，将临时支座取出。

3 单排架设计

3.1 纵向计算

排架纵向（渡槽水流方向）按中心或偏心受压柱进行计算，并考虑纵向弯曲的影响。

排架纵向在正常工作条件下排架头部的压应力分布图形，简支槽身近似按三角形分布，双悬臂梁槽身可近似按梯形分布，见图2。图中P1、P2均系槽身一支座的总反力，A为排架顶承压面积，故槽身为简支时属中心受压，槽身为双悬臂时属偏心受压。

简支槽身的单排架在施工或运行过程中可能出现的偏心受力情况，应予以核算。如较大渡槽当按一跨槽身发生意外事故考虑时，邻跨槽身对排架的偏心可能成为排架柱断面设计的控制条件。对于高度较大（＞25 m）的单排架而渡槽的跨度或槽身断面也较大时，排架纵向计算时还应进行满槽水作用下排架柱轴心受压的强度验算。

图2 双悬臂梁槽身压应力梯形布置示意图

排架柱的断面尺寸，可按下述关系拟定：排架纵向立柱的截面尺寸b约为排架总高H的1/20～1/30，排架横向主柱的截面尺寸h约为b的1/1.5～1/2.0，b、h及H参见图3。

图3 排架横向立柱截面示意图

为了缩短槽跨、满足槽身坂座肋伯要求和降低排架头部的承压应力，排架头部伸出短悬臂梁（牛腿），其强度计算与一般实腹牛腿相同。

3.2 横向计算

排架横向为单跨多层框架，排架柱间的横梁多按等距布置，间距最大不超过5 m，一般3～4 m，横梁高为横梁间距的1/6～1/8;排架柱与基础结合，如系现场浇筑按固结考虑如属预制吊装则按铰接计算。排架的横向计算图形。

排架的垂直荷载包括：槽身重与槽内水重、风荷载（作用于槽身水平向）通过槽身支座形成作用于排架柱顶一拉一压的垂直轴向力以及排架柱和横梁的自重。风荷载在排架柱顶形成的拉力和压力，等于槽身上总风压力对排架顶横梁中心取矩再除以排架立柱的轴线距离。排架柱、梁自重化为节点荷载时，等于该节点相邻的上半柱、下半柱及半跨横梁重量之和。

排架的水平荷载主要是作用在槽身及立柱上的风荷载，如渡槽跨越河流时，排架立柱上作用有流水压力和漂浮物的冲击力。水平荷载计算时，同样简化为节点荷载T1、T2、T3等，T1等于槽身风压力与立柱l/2工业基范围内几压力之和，l为排架横梁的间距，T2、T3依此类推。

垂直的节点荷载只使立柱产生轴向力，对排架不引起弯矩。水平节点荷载可分解为正对称和反对称两组，见图4。正对称荷载只引起横梁的轴向力，反对称荷载可使整个排架产生弯矩、剪力和轴向力。反对称荷载下的排架弯矩，可用无切力分配法进行计算;然后，再分别截取杆件和节点，依力或力矩的平衡求出轴向力和剪力。

图4 水平节点荷载分解示意图

4 A型排架

当支承重量大、排架高时，可以考虑采用A型排架。其主要优点是稳定性好，但造价高，施工复杂。

A型排架计算分为两个排架考虑其计算方法与单排架基本相同。

[1]第一机械工业部第一设计院，第一机械工业部第二设计院.建筑结构设计手册：排架计算[R].北京：中国工业出版社，1971.

[2]湖南省革命委员会水利电力局.韶山灌区第二分册：设计与施工[R].北京：水利电力出版社，1976.