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拱式渡槽

以拱圈为主要承重结构,槽身等上部荷载通过拱上结构传递给拱圈,再经拱圈传至墩台的渡槽(图1)。拱圈两端支承在槽墩、拱座或槽台上。各径向截面重心的连线称拱轴线。拱轴线有圆弧线、悬链线、抛物线和折线等形式。合理设计拱轴线,可使拱圈在竖向荷载作用下主要承受轴向压力而弯矩较小,以充分发挥拱圈圬工材料的抗压能力。由于拱圈具有这种优越性能,拱式渡槽不仅适用于中、小跨度,也适用于百米以上的大跨度。

以拱圈为主要承重结构,槽身等上部荷载通过拱上结构传递给拱圈,再经拱圈传至墩台的渡槽(图1)。拱圈两端支承在槽墩、拱座或槽台上。各径向截面重心的连线称拱轴线。拱轴线有圆弧线、悬链线、抛物线和折线等形式。合理设计拱轴线,可使拱圈在竖向荷载作用下主要承受轴向压力而弯矩较小,以充分发挥拱圈圬工材料的抗压能力。由于拱圈具有这种优越性能,拱式渡槽不仅适用于中、小跨度,也适用于百米以上的大跨度。中国广西壮族自治区的万龙渡槽,拱跨已达126米。拱圈因设铰数目不同而有无铰拱、双铰拱和三铰拱之分。无铰拱的稳定性最高,双铰拱次之,三铰拱最低,所以拱式渡槽一般采用无铰拱。但双铰拱渡槽不致因两拱脚产生微小竖向相对变位而明显改变拱圈等的受力条件和应力状态;三铰拱渡槽不致因两拱脚产生微小相对线变位、角变位以及拱圈的均匀温度变化、弹性压缩等而明显改变拱圈等的受力条件和应力状态。因此,有铰拱对地基条件等的要求可适当降低,在一定条件下也应考虑选用。

图1 板拱渡槽

根据径向截面形式的不同,拱圈结构有板拱、肋拱、双曲拱等不同型式。处于输水槽身与承重拱圈之间的拱上结构的型式应与拱圈结构的型式相适应。①板拱渡槽,拱圈径向截面为矩形,可用砖、石、混凝土等材料建造。拱上结构有实腹式与空腹式两类。实腹式的槽身和拱圈之间的腹部是实体结构,用料多,荷重大,一般用于小跨度拱圈,如图1中进口一端的两跨渡槽所示。当跨度较大时,常在主拱圈上设横向墙支承圆弧形腹拱,在腹拱上再砌槽身,称空腹式,见图 1。为了适应更大的跨度,需要进一步减轻拱圈及拱上结构的重量,但不减小拱圈的承载能力,可采用钢筋混凝土箱形板拱,在拱圈上再竖立排架或横向墙以支承U形或矩形槽身。中国湖南郴县乌石江渡槽,设计流量5米3/秒,主拱圈为箱型,净跨达110米。②双曲拱渡槽,拱上结构同空腹式板拱渡槽。双曲拱在纵向及横向均为拱形,如图2所示。双曲拱由拱肋、预制拱波、现浇拱板及横系梁四部分组成,为半装配式结构。双曲拱渡槽承载能力较大,吊件重量轻,但施工加载程序较复杂,工期较长,整体性差,运行中常出现裂缝,故现在采用不多。③肋拱渡槽(图3),肋拱之间每隔一定距离设置刚度较大的横系梁将两片肋拱联结成一拱形框架结构共同受力,以加强拱圈的整体性与横向稳定性。中、小流量的渡槽多采用双肋,大流量采用多肋。肋拱一般为钢筋混凝土结构,也可采用砌石结构,拱上构造都为空腹式。肋拱上竖立排架,槽身支承在排架上。槽身一般用预制吊装的钢筋混凝土U 形壳槽或矩形槽。肋拱渡槽结构轻巧美观,拱脚推力相应减小,从而节省槽墩、槽台工程量,对地基的适应能力也较大,因此,它是大、中跨度渡槽中常用的一种型式。

图2 双曲拱渡槽的双曲拱结构

图3 肋拱渡槽