9.5 结构设计

9.5.2  上部输水结构、下部支承结构和基础等结构各成独立单元的渡槽，应根据力的传递关系和各部分的具体结构形式，分别进行结构分析。组合拱式渡槽及其他上部槽身与下部支承结构联合受力的渡槽，则应按整体结构进行结构分析。

9.5.3  作用在渡槽上的荷载应符合本标准第8.3.4条的规定，荷载计算应按本标准附录J计算。

9.5.4  混凝土收缩在超静定拱渡槽引起的附加内力，应按温度降低作用考虑，温度降低值应按表9.5.4确定。对1级、2级渡槽，其混凝土收缩对拱圈内力的影响宜经试验或专门研究确定。混凝土徐变引起的应力松弛，应按对计算拱圈内力乘以影响系数的方式确定。计算温度内力时影响系数应采用0.70，计算收缩内力时影响系数应采用0.45。

9.5.5  设计时应将可能同时作用于渡槽的各种荷载进行组合。渡槽结构设计的荷载组合应按表9.5.5选用。

    重要、特殊渡槽尚应考虑其他可能的不利荷载组合。

9.5.6  梁式渡槽槽身结构计算内容应包括：纵向和横向断面的内力、正截面和斜截面强度、正截面抗裂（或限裂）及挠度验算。应根据具体结构形式选用相应的计算方法并应符合下列规定：

    1  梁式槽身（包括U形）跨宽比大于或等于4时，可按梁理论计算；跨宽比小于4时，应按空间问题采用弹性力学方法计算，4级、5级渡槽槽身也可近似按梁理论计算。对于实腹式、横墙腹拱式及上承式桁架拱等拱上槽身，应按连续弹性支承梁进行计算。

    2  槽身跨高比小于或等于5.0时，应按深受弯构件设计。简支深受弯构件的内力可按一般简支梁计算。连续深受弯构件的内力，当跨高比小于2.5时应按弹性理论的方法计算，当跨高比大于或等于2.5时应按一般连续梁计算。深受弯构件的强度计算和抗裂验算方法应按现行行业标准《水工混凝土结构设计规范》SL 191的规定执行。

    3  渡槽纵向结构计算时，槽身支座摩擦系数大于0.1，则应考虑温降条件下支座摩阻力对槽身内力产生的不利影响。

    4  预应力混凝土槽身应力分析宜采用梁理论和弹性理论相结合的方法，相互补充并进行验证。

    5  渡槽槽身的最大挠度应按满槽水工况进行计算。简支梁式槽身计算跨度L小于或等于10m时，跨中最大挠度应小于L/400，计算跨度L大于10m时，跨中最大挠度应小于L/500。对于双悬臂或单悬臂梁式渡槽的槽身，跨中挠度的限值同简支梁跨中挠度的限值，悬臂端挠度限值为：当悬臂段计算长度L＇小于或等于10m时为L＇/200；当计算长度L＇大于10m时为L＇/250。预应力混凝土槽身最大挠度计算值不应含施加预应力所产生的反拱值。

    6  1级～3级渡槽槽身应按抗裂设计，4级、5级渡槽槽身宜按限裂设计，最大裂缝宽度限值应符合现行行业标准《水工混凝土结构设计规范》SL 191的相关规定。

9.5.7  U形槽身端肋的结构计算，当槽身按梁理论计算时，端肋可近似按一次超静定计算，梁高取中部最小截面的高度。当槽身按弹性理论计算时，端肋应与槽身作为整体结构进行计算。

9.5.8  1级、2级以及跨度大、宽跨比大于1/20的拱式渡槽，应采用有限元法进行拱圈结构分析计算。跨度较小的3级～5级拱式渡槽应采用结构力学的方法，应分别计算纵向竖直荷载和横向风压作用下的拱圈结构内力，并应符合下列规定：

    1  超静定拱应计算因温度变化在拱圈内引起的附加应力。跨度小于25m、矢跨比大于或等于1/5，由砖石或混凝土预制块砌筑的拱圈，不宜计入温度变化对拱圈内力的影响。

    2  土质地基上的超静定拱，应计算因墩台不均匀沉降、水平位移和转动引起的拱圈附加应力，其内力计算成果宜折减50％。

    3  无铰拱主拱圈应对拱顶、1/4拱跨和拱脚三个截面进行强度与稳定验算。小跨径拱圈只需计算拱顶和拱脚两个截面，大跨径拱圈应加算1/8和3/8拱跨两个截面，上部支承结构为拱上排架的主拱圈应对拱顶、拱脚、拱顶和拱脚附近排架等所在截面以及两排架中间的截面进行强度与稳定验算，裸拱和裸拱肋在施工安装阶段的验算截面应根据实际情况确定。

    4  砖石、混凝土主拱圈及其他结构在荷载作用下的偏心距e_O不应超过下列规定：

      1）中、小跨径拱圈e₀小于或等于0.6y（y为截面或换算截面重心至偏心方向截面边缘的距离，mm），其他结构e₀小于或等于0.5y；

      2）当混凝土拱圈截面受拉一边设有不小于截面面积0.05％的纵向钢筋时，或是荷载组合中考虑了基础变位影响力时，e₀可在1）规定值增加0.1y；

      3）截面配筋率符合最小配筋率规定，按钢筋混凝土截面计算，偏心距不受限制。

    5  按偏心受压构件计算的钢筋混凝土主拱圈，应按现行行业标准《水工混凝土结构设计规范》SL191规范的规定，在其正截面受压承载力计算中考虑结构侧移和主拱圈挠曲引起的二阶效应附加内力。

    6  钢筋混凝土主拱圈最大裂缝宽度限值应符合现行行业标准《水工混凝土结构设计规范》SL 191的规定。

    7  采用无支架或吊装施工的主拱圈，应按裸拱进行纵向稳定验算；采用无支架或早期脱架施工的大、中跨径主拱圈，拱上结构未与拱圈共同作用时，应按主拱圈承受全部拱上荷载进行验算；拱上排架无纵向联系且槽身简支于排架顶部时，应按主拱圈承受拱跨结构全部荷载进行验算。

    8  长细比不大且矢跨比小于1/3的主拱圈，不宜进行纵向稳定验算。长细比l_a /h_a大于30（矩形截面）或l_a /γ_w大于104（非矩形截面）的砖石及混凝土主拱圈（l_a为直杆的计算长度，h_a为矩形截面偏心受压构件在弯曲平面内的高度，γ_w为在弯曲平面内构件截面的回转半径）、长细比l_a /b₀大于50或l_a /i₀大于174的钢筋混凝土主拱圈（b₀为矩形截面短边尺寸，i₀为截面最小回转半径），拱圈的纵向稳定可按下列公式验算：

    式中：N_m——计算荷载作用下的平均轴向压力（kN）；

          K_v——纵向稳定安全系数，可采用4～5；

          N_L——拱圈丧失纵向稳定时的临界平均轴向压力（kN）；

          H_m——计算荷载作用下拱脚水平推力（kN）；

          ψ_m一一半拱的弦与水平线的夹角（°）；

          f——拱的计算矢高（m）；

          L——拱的计算跨度（m）；

          H_L——临界水平推力（kN）；

          E——拱圈材料的弹性模量（kN/m²）；

          I_x——主拱圈截面对水平主轴的惯性矩（m⁴），对于变截面拱圈，可近似采用1/4拱跨处截面惯性矩；

          k_L一一临界推力系数，等截面悬链线拱在均布荷载作用下的kL值可按表9.5.8确定。

    9  当主拱圈宽跨比小于1/20或采用无支架施工时，应验算拱圈的横向稳定性，可按本标准附录K的公式验算。

9.5.9  排架、槽墩、槽台等下部支承结构的强度计算应符合下列规定：

    1  排架应按下端为固接或铰接分别验算横槽向和顺槽向的强度。横槽向内力宜按平面刚架计算，立柱应按迎风面及背风面配筋计算中的大者对称配置受力钢筋。顺槽向单排架宜按顶端为铰或自由端的立柱进行强度验算，并考虑纵向弯曲的影响。采用预制吊装时尚应验算仅承受单侧槽身荷载时的强度。顺槽向双排架可简化为平面刚架计算，A字形排架宜简化为两个横槽向单排架（A字形架在顺槽向）或单A字形排架（A字形架在横槽向）计算。采用预制吊装的排架，应计算起吊时的强度，排架重力应按动力荷载计算。

    2  梁式渡槽及拱式渡槽两侧拱跨结构对称相等的重力式槽墩，应验算墩身与墩帽结合面、校核洪水位时漂浮物（或船只）撞击点的墩身上下断面、墩身水平断面突变处、墩身与基础结合面的正应力和剪应力。两侧拱跨不等的不对称墩，应验算小跨拱脚下缘、大跨拱脚上缘与下缘、墩身与基础结合面以及墩面变坡截面的正应力和剪应力。桁架式加强墩除应验算墩帽与墩身结合面的应力外，尚应根据结构内力计算成果对墩柱的不利截面进行应力验算。

    3  槽墩应验算施工过程中两侧荷载不对称作用时的纵向强度。拱式渡槽的不对称墩，应验算运用期主拱圈承受最大竖向荷载并计入温升作用的情况。对加强墩应考虑一侧拱跨垮塌时另一侧为空槽加温升的工况。

    4  槽台应根据其结构形式、运用工况和地基条件等验算整体抗滑、抗倾覆稳定性和地基承载力，并计算台身各水平断面的正应力和剪应力。U形槽台两侧墙长度不小于同一水平截面前墙全长的40％时，宜按整体U形截面验算其应力。轻型槽台不应产生沿基底面的滑动，但允许绕基底面垂直渡槽水流方向的重心轴产生向岸坡方向的较小转动。

    5  支承结构顶部的支座部位应进行局部承压应力验算，并应采取相应措施。

9.5.10  支座结构应满足强度要求，并应适应槽身因温度变化、混凝土收缩、徐变及荷载作用而引起的位移（线位移和角位移）。支座结构的设计、计算方法宜按桥梁工程的支座设计，大型渡槽及高地震烈度区渡槽的支座应进行专门研究。