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南水北調(diào)中線工程是我國一項跨世紀(jì)的巨型工程，它將丹江口水庫的大壩加高20m，然后將庫水引出，通過湖北、河南、河北向京津地區(qū)供水。源頭的設(shè)計引水流量達(dá)630m3/s，輸水總干渠全長達(dá)1700多km，沿途有大量的渡槽、隧洞、倒虹吸等交叉建筑物。特別是穿過黃河的建筑物，長度達(dá)5km，輸水流為500m3/s。黃河流勢復(fù)雜，基礎(chǔ)地質(zhì)條件差，且位于7度地震區(qū)，河床高程以下15m內(nèi)砂土極易液化，對這樣的巨型輸水建筑物，必須提出多種方案，進(jìn)行全面、深入的分析和比較。在對穿黃隧洞和常規(guī)的鋼筋混凝土渡槽結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合弧柏渠線方案，對大跨度鋼結(jié)構(gòu)渡槽進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計和有限元分析，從而為穿黃輸水建筑物的設(shè)計和優(yōu)選提供科學(xué)依據(jù)。
設(shè)計方案選用雙支渡槽，根據(jù)輸水要求，每支渡槽的設(shè)計過水?dāng)嗝嫒?5m×3.5m(寬×高)，雙支渡槽的過水?dāng)嗝婧嫌嫗?05m2。每支渡槽均為開口廂形結(jié)構(gòu)，它由鋼質(zhì)箱形截面主縱梁，工字形截面橫梁、小縱梁和高強(qiáng)混凝土廂形過水槽組成。整個渡槽結(jié)構(gòu)由鋼纜索懸掛支承在鋼筋混凝土塔架上。由于黃河河床的地質(zhì)條件比較軟弱，并考慮施工方便，塔架的基礎(chǔ)采用灌注樁，由灌注群樁支承頂部塔墩(樁臺)，上部塔架結(jié)構(gòu)則直接落在該樁臺上。由于渡槽結(jié)構(gòu)荷重很大，所需斜拉索根數(shù)較多，鋼纜索的布置采用了扇形布置的密布柔索體系。塔架則采用三層雙跨A型剛架型式。
根據(jù)上述設(shè)計思路，共設(shè)計了四種方案12組結(jié)構(gòu)尺寸，進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析和方案比較。為節(jié)省篇幅，經(jīng)過初步優(yōu)選，下面僅列出三組結(jié)構(gòu)設(shè)計尺寸，進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和方案比較。對照圖，各方案渡槽上部結(jié)構(gòu)的構(gòu)件截面尺寸如表所列。其中，主縱梁為由鋼纜索懸吊的彈性支承連續(xù)梁，截面采用焊接箱形組合梁，每支渡槽布置兩根;橫梁為支承在兩主縱梁上的單跨梁，采用變梁高的焊接工字形組合梁，橫梁間距初定為2.5m，小縱梁與橫梁一起支承混凝土過水槽底板，采用軋制工字型鋼，間距為1.5m，共11道。鋼索沿主縱梁縱向的吊點布置間距為5.0m，即每隔一根橫處布置一個鋼索吊點。
由于每一個塔架都是獨(dú)立式結(jié)構(gòu)，可只取一跨并考慮相鄰跨的連接條件來進(jìn)行計算，其計算簡圖如圖所示。經(jīng)多方案比較，并考慮便于伸縮縫的止水布置，渡槽跨中截面邊界支承條件取為雙鉸連接，即在箱形主縱梁截面的上、下翼緣處均按有一縱向水平鏈桿處理。
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