CN116084261A - 一种无缝自伸缩渡槽及建造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无缝自伸缩渡槽及建造方法，属于水利工程技术领域，所述渡槽材料采用钢结构，包括：主梁、U型横梁和波纹水槽；所述主梁两端下部设置有支撑部，垂直于水流方向等间距均匀布置多片；所述U型横梁设置在所述主梁上端；所述波纹水槽设置在所述U型横梁内侧，作为过水通道的波纹水槽，在温度、地震等外力作用下可以利用自身波纹特性在水流通行方向自由伸缩，实现全长不设伸缩缝。解决了传统渡槽因设置伸缩缝导致密水困难，易渗漏等问题，且结构质量轻，方便运输和安装，具有工业化、标准化、轻量化、模块化等特点，本发明同时给出所述渡槽相应的建造方法，明确渡槽从设计到施工的全过程实施方法。

Description

一种无缝自伸缩渡槽及建造方法

技术领域

本发明属于水利工程技术领域，具体涉及一种无缝自伸缩渡槽及建造方法。

背景技术

渡槽是跨越河渠、道路、山沟等的空中输水结构，结构安全和防漏抗渗是渡槽结构的关键性能要求。其承受的外力主要是水荷载、温度荷载及船支撞击荷载等。现有渡槽结构多采用钢筋混凝土结构，主要存在以下几方面难以解决的问题：

(1)渡槽需要设置伸缩缝。由于钢筋混凝土是刚性材料，采用钢筋混凝土材料建造的渡槽可以看做是一个刚体，本身无法自由变形，在温度等外力作用下结构的伸缩只能通过端部伸缩缝的空间进行整体伸缩，因此渡槽达到一定长度就需要设置伸缩缝，因此渡槽整体密封性较差，其长度也受到限制。

(2)防漏抗渗是难题。混凝土材料空隙多，易渗漏，特别在伸缩缝、湿接缝等结构拼接处密封特别困难，业界有“十槽九漏”，在缝处安装橡胶止水带可以减少渗漏问题的发生，但是渡槽长期使用过程中，连接缝处的止水带会产生老化、破损或脱落，渗漏的水进入到结构内部亦会腐蚀钢筋和支座，对结构安全产生重大威胁。

(3)钢筋混凝土结构渡槽自重大，工厂生产的预制构件不便于运输且现场安装接缝多，采用现场浇筑又难以实现工厂化、标准化、快速化，且不环保。

以上问题都制约渡槽的发展和应用，尤其是渡槽的渗漏问题长期困扰着设计、施工和维护单位，因此如何使渡槽的迎水面做到无缝不漏，且又能实现渡槽结构在温度和地震等外力作用下的伸缩不受限值，这是渡槽发展亟需解决的问题。

发明内容

本发明提供了一种无缝自伸缩渡槽，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种无缝自伸缩渡槽，所述渡槽材料采用钢结构，包括：主梁；U型横梁，设置在所述主梁上端；波纹水槽，设置在所述U型横梁内侧。

进一步，所述主梁两端下部设置有支撑部，垂直于水流方向等间距均匀布置多片，截面形状为工字型，由上翼缘、腹板、下翼缘和加劲肋组成。

进一步，所述U型横梁呈U型形状，以所述主梁作为支点，沿水流方向等间距垂直于所述主梁布置，截面形状为倒T型，由腹板、下翼缘和加劲肋组成，根据位置不同分为三类模块，分别是标准模块、转角模块和悬臂模块；

所述标准模块长度标准化，根据渡槽宽度需要布置若干所述标准模块于所述U型横梁的中间直线段，所述转角模块位于所述U型横梁两侧的U型转角处，一端与所述标准模块连接，另一端与所述悬臂模块连接，下翼缘呈折线形，腹板呈圆弧形，所述悬臂模块位于所述U型横梁两侧的悬臂端，下部与所述转角模块连接，每一个所述标准模块和所述转角模块均支承于所述主梁上。

进一步，所述波纹水槽是将波纹板弯制成与所述横梁同等规格的U型水槽，以所述U型横梁作为支点，形成连续过水通道，所述波纹板是由钢板制成含有波峰、波谷和波腹的伸缩板；

所述波峰向槽内凸起，所述波谷向槽外凸起，所述波谷面与所述波峰面平行且与所述U型横梁的腹板垂直相接，所述波腹与所述波峰、波谷斜向相交成钝角，在温度和地震作用下可以自由改变斜交角度从而实现所述波纹水槽沿水流方向自由伸缩。

进一步，所述主梁沿水流方向分跨处设置断缝，所述波纹水槽全长不设伸缩缝，形成连续完整的迎水面。

所述无缝自伸缩渡槽的建造方法包括设计方法和施工方法，其中，所述渡槽的设计方法是指根据渡槽跨越需求和过水量需求计算出所述渡槽各组成部分的尺寸和数量，通过设计方法得到的设计数据包括：渡槽总长度L_sum、渡槽总宽度B_sum；分孔跨径L₀、分孔跨数N、主梁长度L_n、主梁个数n₁；主梁支座距端部距离a；U型横梁个数n₂、标准模块的个数m₁、转角模块个数m₂、悬臂模块个数m₃，具体步骤如下：

S1，根据渡槽跨越需求和过水量需求确定渡槽总需求长度L，渡槽横断面总需求宽度B；

S2，在分孔跨径L₀的取值范围内依次计算余尺并取最小值作为标准余尺r，并以标准余尺r对应的主梁长度作为标准分孔跨径L₀，存在多组余尺最小值的情况时由设计人员指定其中一组分孔跨径作为标准分孔跨径L₀，计算表达式如式(1)所示；

S3，对渡槽总需求长度L进行修正获得渡槽总长度L_sum，L_sum即所述波纹水槽3的总长度，并计算得出分孔跨数N，计算表达式如式(2)～(3)所示；

L_sum＝L+r                       式(2)

N＝L_sum/L₀                      式(3)

S4，计算主梁长度L_n，计算表达式如式(4)所示；

L_n＝L₀-4αL₀ΔT         式(4)

式(4)中，α为钢结构的线膨胀系数，取值为1.2×10^-5；ΔT为建造地近十年内季节最大温差；

S5，为所述波纹水槽定义一个标准单元长度l_b，所述U型横梁的间距为标准单元长度l_b的θ倍，进一步计算得出横梁个数n₂和主梁支座距端部距离a，计算表达式如式(5)～(6)所示；

S6，根据渡槽断面总需求宽度B和各模块宽度，计算得到所述U型横梁的标准模块的个数m₁、转角模块个数m₂、悬臂模块个数m₃和主梁个数n₁，计算表达式如式(7)～(9)所示；

m₂＝m₃＝2n₂         式(8)

式(7)中，b₁为所述标准模块的宽度，b₂为所述转角模块的宽度；

S7，对渡槽总需求宽度B进行修正获得渡槽总宽度B_sum，计算表达式如式(10)所示；

所述渡槽的施工方法步骤如下：

步骤1，按设计要求在工厂预制好对应数量的所述主梁，所述U型横梁的标准模块、转角模块和悬臂模块，所述波纹水槽，并运往施工现场；

步骤2，待渡槽下部支撑部结构施工完毕，将所述主梁依次吊放就位；

步骤3，将m₁个所述标准模块、2个所述转角模块和2个所述悬臂模块拼装成一个完整的所述U型横梁，并按照此方法将所有所述U型横梁拼装完毕；

步骤4，依次吊装所述U型横梁至所述主梁上指定位置并安装牢固；

步骤5，分段吊装所述波纹水槽至所述U型横梁上并焊接牢固紧密，完成所述无缝自伸缩渡槽的结构安装。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明的无缝自伸缩渡槽，整体为钢结构，作为过水通道的波纹水槽，在温度热胀冷缩、地震等外力作用下可以利用自身波纹特性在水流通行方向自由伸缩，实现全长不设伸缩缝；水流等外部荷载通过波纹水槽传递给U型横梁，U型横梁将力传递给主梁，由于主梁和波纹水槽不直接接触，主梁上设置的断缝并不会影响到过水通道的连续性和密封性，不论主梁上设置多少段缝都不会导致渗漏，同时解决了结构伸缩和防止漏水问题。

2、钢结构材料自身具有优异的防水抗渗功能，且本发明波纹水槽作为直接迎水面全长不设分缝，从根源上解决了传统渡槽水渗漏的问题。

3、本发明的波纹水槽除了可以实现纵向自由伸缩，在遇到船支撞击或地震时也可以借助其自身柔性变形的特点进行消能减震，减少偶发工况的灾害。

4、本发明提出的无缝自伸缩渡槽可以实现模块化生产和安装，进一步给出了针对该结构的建造方法，可以根据跨越需求和过水量需求自由选配组件，实现任意长度、任意宽度的渡槽结构设计施工，且结构质量轻，方便运输和安装，具有工业化、标准化、轻量化、模块化的特点，本发明同时给出所述渡槽相应的建造方法，明确渡槽从设计到施工的全过程实施方法。

附图说明

图1为本发明三跨渡槽结构的立体示意图；

图2为本发明三跨渡槽结构的侧视图；

图3为本发明一跨渡槽结构的立体图；

图4为本发明渡槽结构的横断面示意图；

图5为本发明U型横梁模块组成示意图；

图6为本发明波纹水槽局部横断面示意图；

图7为本发明主梁分缝处局部尺寸示意图；

图8为本发明渡槽的设计方法流程图。

图中：1、主梁；2、U型横梁；2.1、标准模块；2.2、转角模块；2.3、悬臂模块；3、波纹水槽；3.1、波峰；3.2、波谷；3.3、波腹；4、断缝；5、支撑部。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-8，本发明提供以下技术方案：

实施例1

一种无缝自伸缩渡槽，渡槽材料采用钢结构，包括：主梁1；U型横梁2，设置在主梁1上端；波纹水槽3，设置在U型横梁2内侧；主梁1两端下部设置有支撑部5，支撑部5用以支撑主梁1，主梁1垂直于水流方向等间距均匀布置多片，截面形状为工字型，由上翼缘、腹板、下翼缘和加劲肋组成；U型横梁2呈U型形状，以主梁1作为支点，沿水流方向等间距垂直于主梁1布置，截面形状为倒T型，由腹板、下翼缘和加劲肋组成，根据位置不同分为三类模块，分别是标准模块2.1、转角模块2.2和悬臂模块2.3；标准模块2.1长度标准化，根据渡槽宽度需要布置若干标准模块2.1于U型横梁2的中间直线段，转角模块2.2位于U型横梁2两侧的U型转角处，一端与标准模块2.1连接，另一端与悬臂模块2.3连接，下翼缘呈折线形，腹板呈圆弧形，悬臂模块2.3位于U型横梁2两侧的悬臂端，下部与转角模块2.2连接，每一个标准模块2.1和转角模块2.2均支承于主梁1上，波纹水槽3是将波纹板弯制成与横梁2同等规格的U型水槽，以U型横梁2作为支点，形成连续过水通道，波纹板是由钢板制成含有波峰3.1、波谷3.2和波腹3.3的伸缩板；波峰3.1向槽内凸起，波谷3.2向槽外凸起，波谷3.2面与波峰3.1面平行且与U型横梁2的腹板垂直相接，波腹3.3与波峰3.1、波谷3.2斜向相交成钝角，在温度和地震作用下可以自由改变斜交角度从而实现波纹水槽3沿水流方向自由伸缩。

本实施例中，主梁1沿水流方向分跨处设置断缝4，波纹水槽3全长不设伸缩缝，形成连续完整的迎水面。

具体地，由于渡槽整体为钢结构，钢结构材料自身具有优异的防水抗渗功能，作为过水通道的波纹水槽3，在温度热胀冷缩、地震等外力作用下可以利用自身波纹特性在水流通行方向自由伸缩，实现全长不设伸缩缝，波纹水槽3在遇到船支撞击或地震时也可以借助其自身柔性变形的特点进行消能减震，减少偶发工况的灾害，水流等外部荷载通过波纹水槽3传递给U型横梁2，U型横梁2将力传递给主梁1，由于主梁1和波纹水槽3不直接接触，主梁1上设置的断缝4并不会影响到过水通道的连续性和密封性，不论主梁1上设置多少断缝4都不会导致渗漏，同时解决了结构伸缩和防止漏水问题。

实施例2

作为一种可选情况，无缝自伸缩渡槽的建造方法包括设计方法和施工方法，其中，渡槽的设计方法是指根据渡槽跨越需求和过水量需求计算出渡槽各组成部分的尺寸和数量，通过设计方法得到的设计数据包括：渡槽总长度L_sum、渡槽总宽度B_sum；分孔跨径L₀、分孔跨数N、主梁1长度L_n、主梁1个数n₁；主梁支座距端部距离a；U型横梁2个数n₂、标准模块2.1的个数m₁、转角模块2.2个数m₂、悬臂模块2.3个数m₃，具体步骤如下：

S1，根据渡槽跨越需求和过水量需求确定渡槽总需求长度L，渡槽横断面总需求宽度B；

S2，在分孔跨径L₀的取值范围内依次计算余尺并取最小值作为标准余尺r，并以标准余尺r对应的主梁长度作为标准分孔跨径L₀，存在多组余尺最小值的情况时由设计人员指定其中一组分孔跨径作为标准分孔跨径L₀，计算表达式如式(1)所示；

S3，对渡槽总需求长度L进行修正获得渡槽总长度L_sum，L_sum即波纹水槽3的总长度，并计算得出分孔跨数N，计算表达式如式(2)～(3)所示；

L_sum＝L+r                       式(2)

N＝L_sum/L₀                      式(3)

S4，计算主梁长度L_n，计算表达式如式(4)所示；

L_n＝L₀-4αL₀ΔT         式(4)

式(4)中，α为钢结构的线膨胀系数，取值为1.2×10^-5；ΔT为建造地近十年内季节最大温差；

S5，为波纹水槽3定义一个标准单元长度l_b，U型横梁2的间距为标准单元长度l_b的θ倍，进一步计算得出横梁个数n₂和主梁支座距端部距离a，计算表达式如式(5)～(6)所示；

S6，根据渡槽断面总需求宽度B和各模块宽度，计算得到U型横梁2的标准模块2.1的个数m₁、转角模块2.2个数m₂、悬臂模块2.3个数m₃和主梁个数n₁，计算表达式如式(7)～(9)所示；

m₂＝m₃＝2n₂            式(8)

式(7)中，b₁为标准模块2.1的宽度，b₂为转角模块2.2的宽度；

S7，对渡槽总需求宽度B进行修正获得渡槽总宽度B_sum，计算表达式如式(10)所示；

渡槽的施工方法步骤如下：

步骤1，按设计要求在工厂预制好对应数量的主梁1，U型横梁2的标准模块2.1、转角模块2.2和悬臂模块2.3，波纹水槽3，并运往施工现场；

步骤2，待渡槽下部支撑部5结构施工完毕，将主梁1依次吊放就位；

步骤3，将m₁个所述标准模块2.1、2个转角模块2.2和2个悬臂模块2.3拼装成一个完整的所述U型横梁2，并按照此方法将所有U型横梁2拼装完毕；

步骤4，依次吊装U型横梁2至主梁1上指定位置并安装牢固；

步骤5，分段吊装波纹水槽3至U型横梁2上并焊接牢固紧密，完成无缝自伸缩渡槽的结构安装。

该实施例中的方案可以与其他实施例中的方案进行选择性的组合使用。

实施例3

按照本发明的渡槽设计方法进行一个具体渡槽实例的设计，根据渡槽跨越需求和过水量需求计算出所述渡槽各组成部分的尺寸和数量，通过设计方法得到的设计数据包括：渡槽总长度L_sum、渡槽总宽度B_sum；分孔跨径L₀、分孔跨数N；主梁1长度L_n、主梁1个数n₁；主梁支座距端部距离a；U型横梁2个数n₂、标准模块2.1的个数m₁、转角模块2.2个数m₂、悬臂模块2.3个数m₃，具体步骤如下：

步骤1，根据渡槽跨越需求和过水量需求确定渡槽总需求长度L＝126m，渡槽横断面总需求宽度B＝19m；

步骤2，在分孔跨径L₀的取值范围{x|20≤x≤45，x∈Z}内依次计算余尺：

r＝min{r₁，r₂，r₃，……，r₄₆}＝0m，存在多组相等的情况，指定L₀＝42m；

步骤3，对渡槽总需求长度L进行修正获得渡槽总长度L_sum，L_sum即所述波纹水槽3的总长度，并计算得出分孔跨数N，如下式所示：

L_sum＝L+r＝126+0＝126m；

N＝L_sum/L₀＝126/42＝3。

步骤4，计算主梁长度L_n，其中建造地近十年内季节最大温差为60℃，如下式所示：

L_n＝L₀-4αL₀ΔT＝42-4×1.2×10-⁵×40×60＝41.88m。

步骤5，为波纹水槽3定义一个标准单元长度l_b＝2m，U型横梁2的间距为标准单元长度l_b的2倍，进一步计算得出横梁个数n₂和主梁支座距端部距离a，如下式所示：

步骤6，根据渡槽断面总需求宽度B＝19m，各模块宽度b1＝4.4m,b₂＝3.4m,计算得到所述U型横梁2的标准模块2.1的个数m₁、转角模块2.2个数m₂、悬臂模块2.3个数m₃和主梁个数n₁，如下式所示：

m₂＝m₃＝2n₂＝2×33＝66；

步骤7，对渡槽总需求宽度B进行修正获得渡槽总宽度B_sum,如下式所示：

综上，通过本发明提供的一种无缝自伸缩渡槽的设计方法计算得到的本实施例成果数据汇总如下表所示：

表1一种无缝自伸缩渡槽实施例的成果数据汇总

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种无缝自伸缩渡槽，所述渡槽材料采用钢结构，其特征在于，包括：

主梁(1)；

U型横梁(2)，设置在所述主梁(1)上端；

波纹水槽(3)，设置在所述U型横梁(2)内侧。

2.根据权利要求1所述的一种无缝自伸缩渡槽，其特征在于：所述主梁(1)垂直于水流方向等间距均匀布置多片，截面形状为工字型，由上翼缘、腹板、下翼缘和加劲肋组成。

3.根据权利要求1所述的一种无缝自伸缩渡槽，其特征在于：所述U型横梁(2)呈U型形状，以所述主梁(1)作为支点，沿水流方向等间距垂直于所述主梁(1)布置，截面形状为倒T型，由腹板、下翼缘和加劲肋组成，根据位置不同分为三类模块，分别是标准模块(2.1)、转角模块(2.2)和悬臂模块(2.3)；

所述标准模块(2.1)长度标准化，根据渡槽宽度需要布置若干所述标准模块(2.1)于所述U型横梁(2)的中间直线段，所述转角模块(2.2)位于所述U型横梁(2)两侧的U型转角处，一端与所述标准模块(2.1)连接，另一端与所述悬臂模块(2.3)连接，下翼缘呈折线形，腹板呈圆弧形，所述悬臂模块(2.3)位于所述U型横梁(2)两侧的悬臂端，下部与所述转角模块(2.2)连接，每一个所述标准模块(2.1)和所述转角模块(2.2)均支承于所述主梁(1)上。

4.根据权利要求1所述的一种无缝自伸缩渡槽，其特征在于：所述波纹水槽(3)是将波纹板弯制成与所述横梁(2)同等规格的U型水槽，以所述U型横梁(2)作为支点，形成连续过水通道，所述波纹板是由钢板制成含有波峰(3.1)、波谷(3.2)和波腹(3.3)的伸缩板；

所述波峰(3.1)向槽内凸起，所述波谷(3.2)向槽外凸起，所述波谷(3.2)面与所述波峰(3.1)面平行且与所述U型横梁(2)的腹板垂直相接，所述波腹(3.3)与所述波峰(3.1)、波谷(3.2)斜向相交成钝角，在温度和地震作用下可以自由改变斜交角度从而实现所述波纹水槽(3)沿水流方向自由伸缩。

5.根据权利要求1所述的一种无缝自伸缩渡槽，其特征在于：所述主梁(1)沿水流方向分跨处设置断缝(4)，所述波纹水槽(3)全长不设伸缩缝，形成连续完整的迎水面。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的无缝自伸缩渡槽的建造方法，其特征在于：所述建造方法包括设计方法和施工方法，其中，所述渡槽的设计方法是指根据渡槽跨越需求和过水量需求计算出所述渡槽各组成部分的尺寸和数量，通过设计方法得到的设计数据包括：渡槽总长度L_sum、渡槽总宽度B_sum；分孔跨径L₀、分孔跨数N、主梁(1)长度L_n、主梁(1)个数n₁；主梁支座距端部距离a；U型横梁(2)个数n₂、标准模块(2.1)的个数m₁、转角模块(2.2)个数m₂、悬臂模块(2.3)个数m₃，具体步骤如下：

S1，根据渡槽跨越需求和过水量需求确定渡槽总需求长度L，渡槽横断面总需求宽度B；

S2，在分孔跨径L₀的取值范围内依次计算余尺并取最小值作为标准余尺r，并以标准余尺r对应的主梁长度作为标准分孔跨径L₀，存在多组余尺最小值的情况时由设计人员指定其中一组分孔跨径作为标准分孔跨径L₀，计算表达式如式(1)所示；

S3，对渡槽总需求长度L进行修正获得渡槽总长度L_sum，L_sum即所述波纹水槽(3)的总长度，并计算得出分孔跨数N，计算表达式如式(2)～(3)所示；

L_sum＝L+r                       式(2)

N＝L_sum/L₀                      式(3)

S4，计算主梁长度L_n，计算表达式如式(4)所示；

L_n＝L₀-4αL₀ΔT                     式(4)

式(4)中，α为钢结构的线膨胀系数，取值为1.2×10-5；ΔT为建造地近十年内季节最大温差；

S5，为所述波纹水槽(3)定义一个标准单元长度l_b，所述U型横梁(2)的间距为标准单元长度l_b的θ倍，进一步计算得出横梁个数n₂和主梁支座距端部距离a，计算表达式如式(5)～(6)所示；

S6，根据渡槽断面总需求宽度B和各模块宽度，计算得到所述U型横梁(2)的标准模块(2.1)的个数m₁、转角模块(2.2)个数m₂、悬臂模块(2.3)个数m₃和主梁个数n₁，计算表达式如式(7)～(9)所示；

m₂＝m₃＝2n₂                        式(8)

式(7)中，b₁为所述标准模块(2.1)的宽度，b₂为所述转角模块(2.2)的宽度；

S7，对渡槽总需求宽度B进行修正获得渡槽总宽度B_sum，计算表达式如式(10)所示；

7.根据权利要求6所述的无缝自伸缩渡槽的建造方法，其特征在于：所述渡槽的施工方法步骤如下：

步骤1，按设计要求在工厂预制好对应数量的所述主梁(1)，所述U型横梁(2)的标准模块(2.1)、转角模块(2.2)和悬臂模块(2.3)，所述波纹水槽(3)，并运往施工现场；

步骤2，待渡槽下部支撑部(5)结构施工完毕，将所述主梁(1)依次吊放就位；

步骤3，将m₁个所述标准模块(2.1)、2个所述转角模块(2.2)和2个所述悬臂模块(2.3)拼装成一个完整的所述U型横梁(2)，并按照此方法将所有所述U型横梁(2)拼装完毕；

步骤4，依次吊装所述U型横梁(2)至所述主梁(1)上指定位置并安装牢固；

步骤5，分段吊装所述波纹水槽(3)至所述U型横梁(2)上并焊接牢固紧密，完成所述无缝自伸缩渡槽的结构安装。

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