南水北調中線工程是我國一項跨世紀的巨型工程，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、河北向京津地區供水。源頭的設計引水流量達630m3/s，輸水總干渠全長達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5km，輸水流為500m3/s。黃河流勢復雜，基礎地質條件差，且位于7度地震區，河床高程以下15m內砂土極易液化，對這樣的巨型輸水建筑物，必須提出多種方案，進行全面、深入的分析和比較。在對穿黃隧洞和常規的鋼筋混凝土渡槽結構進行研究的基礎上，結合弧柏渠線方案，對大跨度鋼結構渡槽進行結構設計和有限元分析，從而為穿黃輸水建筑物的設計和優選提供科學依據。
      設計方案選用雙支渡槽，根據輸水要求，每支渡槽的設計過水斷面取為15m×3.5m(寬×高)，雙支渡槽的過水斷面合計為105m2。每支渡槽均為開口廂形結構，它由鋼質箱形截面主縱梁，工字形截面橫梁、小縱梁和高強混凝土廂形過水槽組成。整個渡槽結構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條件比較軟弱，并考慮施工方便，塔架的基礎采用灌注樁，由灌注群樁支承頂部塔墩(樁臺)，上部塔架結構則直接落在該樁臺上。由于渡槽結構荷重很大，所需斜拉索根數較多，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。
      根據上述設計思路，共設計了四種方案12組結構尺寸，進行了結構分析和方案比較。為節省篇幅，經過初步優選，下面僅列出三組結構設計尺寸，進行結構分析和方案比較。對照圖，各方案渡槽上部結構的構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立式結構，可只取一跨并考慮相鄰跨的連接條件來進行計算，其計算簡圖如圖所示。經多方案比較，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。

                                                                                  專業從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優化│技術服務與解決方案
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