渠化工程学作业及答案Word文档格式.doc
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1.5
300马力推轮
25
7.5
150
1.0
2）设计船队编队型式：
一顶二驳（按纵向排列考虑）。
3、经济资料
1）单向货运量250万吨/年；
2）非载货船舶过闸次数：
n0＝6；
3）通航天数N＝360天/年；
4）船舶载重利用系数：
＝0.83；
5）货运量不均衡系数：
＝1.25；
6）船舶每天平均工作时间：
＝22小时。
4、其它资料
1）船闸闸门采用人字门，门扇长度计算见教材P176，闸首长度计算见教材P137，检修门槽宽度取0.8m；
2）输水阀门采用平板阀门，设计为一个工作阀门和一个检修阀门方式，阀门井设计为开敞式。
作业1：
根据上述资料，计算确定船闸闸室的有效长度、有效宽度、槛上水深；
计算确定船闸闸首长度；
计算确定船闸引航道长度、宽度、最小水深；
绘制船闸平面图，并标明尺寸（见教材P46-47、P68-70、P137-138）。
作业2：
根据上述资料，计算确定船闸各部分高程，并绘制船闸纵剖面图，标明尺寸（见教材P50-53）。
建议计算表格：
船闸部位
依据水位
计算式
高程（m）
例：
上导航墙顶
上游最高通航水位
≥7.0+1.5
8.5
下导航墙顶
上闸门门顶
下闸门门顶
上闸首墙顶
下闸首墙顶
上门槛顶
下门槛顶
上引航道底
下引航道底
闸室墙顶
闸室底
作业3：
根据上述资料及作业1、作业2结果，进行上闸首输水系统设计及灌水水力计算：
1、上闸首输水系统设计、布置（见教材P76-83）；
2、船闸灌水水力计算，绘制灌水水力特性曲线，主要包括：
μt～t曲线、Ht～t曲线、Qt～t曲线、ht～t曲线、Et～t曲线、△Q/△t～t曲线等（见教材P91-106）；
3、输水廊道内水力条件校核；
4、船舶在闸室内停泊条件校核。
作业4：
已知地基渗径系数C=3.0，试采用渗径系数法计算检修工况下闸室地基的渗透稳定性（垂直段换算为水平段的换算系数m为1.0）。
作业5：
计算如图的双铰底板闸室结构的地基反力并画出地基反力图。
其中：
闸墙底宽3m，中底板半宽5m，闸墙结构所受荷载传到铰处的垂直力为495kN、力偶为300kNm，底板自重、水重、浮托力等合力为25kN/m。
495KN
300KNm
25KN/m
5m
3m
作业1、2、3参考（过程参考）
1船闸基本尺度确定
1）船闸闸室有效长度：
船闸闸室有效长度不应小于按下式计算
式中：
---闸室有效长度（）；
---设计最大过闸船队的长度（），；
---富裕长度（），对顶推船队：
≥=8.66。
则=111+8.66=119.66
按标准化设计，取
2）闸室有效宽度：
船闸闸首口门和闸室有效宽度不应小于按公式3-2和公式3-3计算的宽度，并采用现行国家标准《内河通航标准》（GBJ139）中的规定的8，12，16，23，34的宽度
---闸室有效宽度（）；
---同闸次过闸船队并列停泊的最大总宽度（），这里只有一个船队过闸，则为设计最大船队的宽度；
---富裕宽度（）；
---富裕宽度附加值（m），可按下列数据采用：
当≤7m时，≥1.0；
当＞7m时，≥1.2；
---每次过闸船队（舶）数目。
船闸拟每次通过一推二驳（2排1列）500t级驳船，则==10.8，
∵＞7
∴=1.2+0.025×
（1-1）×
10.8=1.2
∴=10.8+1.2=12
3）门槛水深：
船闸门槛最小水深应为设计最低通航水位至门槛顶部的最小水深，并应满足设计船舶、船队满载时的最大吃水加富裕深度的要求，可按下式计算
H≥1.6T
H---门槛水深（）；
T---设计最大过闸船队的满载吃水（）。
H≥1.6T=1.6×
1.6=2.56
取H=2.6。
2船闸各部分高程确定
船闸上下游设计最高通航水位、设计最低通航水位、校核洪水位、正常挡水位，根据水文特征、航运要求、船闸级别、有关水利枢纽和航运渠化梯级运用调度情况，考虑航道冲淤变化影响、两岸自然条件和综合利用要求等因素，综合研究确定得如下：
闸坝校核洪水位：
233.5；
闸坝正常挡水位：
231.5；
上/下游最高通航水位：
232.5/229.5；
上/下游最低通航水位：
227.5/224.5。
船闸各部分高程计算表
序号
计算内容
计算水位
计算式
计算
结果
1
上闸门门顶高程
上游设计最高水位
上游设计最高水位+超高+浪高
234.0
2
下闸门门顶高程
上游设计最高通航水位
上游设计最高通航水位+超高
233.0
3
上闸首墙顶高程
上闸门门顶高程+超高
236.0
4
下闸首墙顶高程
下闸门门顶高程+超高≥闸室墙顶高程
234.5
5
闸室墙顶高程
上游设计最高通航水位+空载干舷高度
6
上闸首门槛顶高程
上游设计最低通航水位
上游设计最低通航水位—门槛水深
224.9
7
下闸首门槛顶高程
下游设计最低通航水位
下游设计最低通航水位—门槛水深
221.9
8
上游引航道底高程
上游设计最低通航水位—引航道最小水深
225.1
9
下游引航道底高程
下游设计最低通航水位—引航道最小水深
222.1
10
闸室底高程
≤下闸首门槛高程
11
上游导航及靠船建筑物顶高程
12
下游导航及靠船建筑物顶高程
下游设计最高通航水位
下游设计最高通航水位+空载干舷高度
231.5
船闸各部分高程见图3.2船闸高程示意图。
图3.2船闸高程示意图
3引航道设计
引航道的作用在于保证船舶安全、顺利地进出船闸，供等待过闸的船舶安全停泊，并使进出闸船舶能交错避让。
引航道应具有足够的水深和适合的平面布置以保证通航期内过闸船舶（队）畅通无阻，安全行驶。
船舶在引航道内航速较小，对水流和侧向风的影响比较敏感。
引航道应具有较好的掩护，以满足过闸船舶（队）在引航道内安全停泊和航行的条件。
1）引航道长度
拟采用直线进闸，曲线出闸布置，引航道的各段长度应按以下计算：
①导航段长度：
≥
---导航段长度（）；
---顶推船队为设计最大船队长，拖带船队或单船为其中的最大船长（）
则≥=111,取=111。
②调顺段长度：
≥（1.5～2.0）
取=1.5=1.5×
111=166.5
③停泊段长度：
≥
取==111
引航道直线段总长度L：
L==111+166.5+111=388.5
2）引航道的宽度
单线船闸引航道的宽度，对反对称型和不对称型引航道宽度应按下式计算：
≥+++
式中：
---设计最低通航水位时，设计最大船舶、船队满载吃水船底处的引航道宽度（）；
---设计最大船舶、船队的宽度（），取船队长=10.8；
---一侧等候过闸船舶、船队的总宽度（），取船队长=10.8；
---船舶、船队之间的富裕宽度（），取=；
---船舶、船队与岸之间的富裕宽度（），取=0.5；
则+++=10.8+10.8+10.8+0.5×
10.8=37.8
取=37.8
3）引航道最小水深
对Ⅰ～Ⅳ级船闸：
≥1.5
---引航道最小水深（）；
---设计最大船舶（队）的满载吃水（）。
则=1.5×
1.6=2.4，取=2.4
4）引航道的底宽
引航道的底宽可按下式计算：
---设计最低通航水位时，设计最大船舶（队）满载吃水船底处的引航道宽度（）；
---引航道水下岸坡的边坡系数；
---在设计最低通航水位时，引航道底宽内最小水深（）；
---设计最大船舶（队）的满载吃水（）。
则=37.8-2×
×
（2.4-1.6）=37
4输水系统设计
4.1闸门选择
4.1.1闸门型式选定
船闸的工作闸门，在船闸正常运用情况下被用来封闭通航孔口，保证船舶安全进出船闸。
除兼作输水的闸门外，工作闸门一般都是在无压的静水中启闭，在通航期大部分时间中，闸门是在不断地运转着，且闸门的许多重要部件均位于水下，一旦发生故障，常需停航将闸室或闸首中的水抽干进行检修，因此应特别注意闸门运转的可靠性。
4.1.2闸门基本尺度
人字闸门门扇的基本尺度：
1）门扇长度：
门扇的计算长度是门扇支垫座的支承而到两扇门扇互相支承的斜接面的距离。
其值可按下式计算：
---闸首口门宽度（）；
---由门扇的支垫座与枕垫座的支承面至门龛外缘的距离，一般取为：
=（0.05～0.07），本设计取为=0.06=0.06×
12=0.72。
---闸门关闭时门扇轴线与闸室横轴线的交角，此交角的大小直接关系到门扇主横梁所受的轴向力和传递到闸首边墩的水平推力以及门扇计算长度的大小。
我国所建船闸一般选用=22.50。
则=7.27
图4.1人字闸门平面示意图
2）门扇厚度：
门扇的厚度t是指主横梁高度，一般根据门扇高度，宽度及荷载情况在（～）之间选用。
取
3）门扇高度：
门扇高度是指闸门面板底至顶的距离，可按下式计算
（4-2）
---闸门门顶高程（）；
---门槛高程（）；
---闸门面板底与门槛侧面的距离，通常取=（0.15～0.25）；
当闸门关闭，门底止水位于门槛侧面时取正值，在门槛顶面时取负值，本设计是拟当闸门关闭时，门底止水位于门槛侧面，则取正值。
所以上闸门门扇高度：
=234-224.9+0.2=9.3
下闸门门扇高度：
=233-221.9+0.2=11.3
4.2阀门选择
输水阀门是船闸上主要设备，本身造价小，但对船闸的运转起着很大的作用，对输水阀门的要求是：
结构简单可靠，止水性能好；
具有良好的水力特性；
在局部开启时，阀门本身的振动较小；
启闭简单；
检修方便。
目前广泛应用的输水阀门有平面阀门，反向弧形阀门等，平面阀门的特点是结构简单可靠，检修方便，占地较小。
反向弧形阀门也同样具有阀门结构简单可靠的特点，同时它的启门力小，但其缺点是检修阀门时必须进入输水廊道内，很不方便，因此从工程实际出发，采用平面阀门是比较理想的。
4.3输水型式选定
船闸输水系统可分为集中输水系统和分散输水系统两大类，类型的选择可根据判别系数按下式初步选定。
---判别系数；
---设计水头（）；
---闸室灌水
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