闸室的结构计算.docx

1、闸室的结构计算第一节 概述一、概念水闸是调节水位、控制流量的低水头水工建筑物，主要依靠闸门控制水流，具有挡水和泄（引）水的双重功能，在防洪、治涝、灌溉、供水、航运、发电等方面应用十分广泛。二、水闸的类型按担负的任务（作用）分：节制闸（拦河闸）：拦河兴建，调节水位，控制流量。进水闸（渠首闸）：在河、湖、水库的岸边兴建，常位于引水渠道首部，引取水流。排水闸（排涝闸、泄水闸、退水闸）：在江河沿岸兴建，作用是排水、防止洪水倒灌。分洪闸：在河道的一侧兴建，分泄洪水、削减洪峰洪、滞洪。挡潮闸：建于河流入海河口上游地段，防止海潮倒灌。冲沙闸：静水通航，动水冲沙，减少含沙量，防止淤积。排冰闸：在堤岸上建闸防止

2、冬季冰凌堵塞。按闸室结构分（1）开敞式：闸室露天，又分为有胸墙；无胸墙两种形式（2）涵洞式：闸室后部有洞身段，洞顶有填土覆盖。（有压、无压）按操作闸门的动力分（1）机械操作闸门的水闸（2）水力操作闸门的水闸三、水闸等级划分及洪水标准（以平原区水闸枢纽为例）1、工程等别及建筑物级别平原区水闸枢纽工程是以水闸为主的水利枢纽工程，一般由水闸、泵站、船闸、水电站等水工建筑物组成，有的还包括涵洞、渡槽等其它泄（引）水建筑物，应根据水闸最大过闸流量及其防护对象的重要性划分等别。其中水工建筑物的级别应根据其所属枢纽工程的等别、作用和重要性划分。平原区水闸枢纽工程分等指标表工程级别规模大（1）型大（2）型中型

3、小（1）型小（2）型最大过闸流量500050010001000100100200.5的砂土时，可采用弹性地基梁法计算。1.倒置梁法计算模型及基本假定以垂直水流方向截取的单宽板条作为计算对象，把闸室底板作为固支于闸墩的连续梁进行计算。即把闸墩作为底板连续梁的支座。假定：.地基反力在顺水流方向直线分布 .地基反力在垂直水流方向均匀分布 .相邻闸墩间无任何相对位移倒置梁法计算十分简便，但假定地基反力在横向为均匀分布与实际情况不符，而且支座反力与闸墩铅直荷载也不相等，故只能在小型水闸中采用。图9-26 倒置梁法及反力直线分布法简图 图9-27 分离式底板接缝型式用偏心受压公式计算纵向（顺水流方向）地基

4、反力。取横向单宽板条，按倒置连续梁计算内力并进行配筋。反力直线分布法计算模型及基本假定以垂直水流方向截取的单宽板条作为计算对象，把闸墩当作底板的已知荷载进行计算。假定 (a)地基反力在顺水流方向直线分布。 (b)地基反力在垂直水流方向均匀分布。 (c)把闸墩当作底板的已知荷载，闸墩对底板无约束，底板可以自由变形。大、中型水闸，当地基为相对紧密度Dr0.5的砂土时，可用反力直线分布法计算。计算步骤用偏心受压公式计算纵向（顺水流方向）地基反力。取横向单宽板条，计算不平衡剪力Q。*式中假定不平衡剪力Q的方向向下，如其计算结果为负值，说明Q的实际方向向上。 对不平衡剪力进行分配。不平衡剪力Q应由闸墩和

5、底板共同承担。 ，b=1m，对既定截面，Q/I是常数，与S（y）成正比，设闸墩和底板对应的S（y）的面积分别为A1和A2，则闸墩和底板分担的不平衡剪力分别为：Q1还要由中墩和缝墩按厚度再进行分配，两者分配的Q1和Q1分别为：计算作用在底板上的荷载分配给闸墩的不平衡剪力连同包括上部结构的闸墩重力可示为集中力作用在梁上，将分配给底板的不平衡剪力转化为均布荷载，则作用在底板梁上的均布荷载为：均布荷载q=q3+地基反力q4-水重q2-q1-Q2/2L。计算底板内力并进行配筋。弹性地基梁法计算模型及基本假定以垂直水流方向截取的单宽板条作为计算对象，按平面应变的弹性地基梁，利用静力平衡条件及底板与地基的变

6、形协调条件，计算地基反力和底板内力。假定 (a)地基反力在顺水流方向直线分布。 (b)地基反力在垂直水流方向呈弹性（曲线）分布，为待求未知数。 (c)把闸墩当作底板的已知荷载，闸墩对底板无约束，底板可以自由变形。当地基为粘性土或Dr0.5的砂土时，可采用弹性地基梁法计算。图9-28 闸底板结构计算图 计算步骤用偏心受压公式计算纵向（顺水流方向）地基反力。取横向单宽板条，计算不平衡剪力Q。与反力直线分布法中相同。对不平衡剪力进行分配。不平衡剪力Q应由闸墩和底板共同承担。与反力直线分布法中相同。计算作用在底板(弹性基础梁)上的荷载分配给闸墩的不平衡剪力连同包括上部结构的闸墩重力可示为集中力作用在梁

7、上，将分配给底板的不平衡剪力转化为均布荷载，则作用在底板梁上的均布荷载为：均布荷载q=扬压力q3 -水重q2-底板自重q1-Q2/2L。此时地基反力的横向分布为待求未知荷载。注意：规范7.5.4规定，当采用弹性地基梁法时，可不计闸室底板的自重，但当作用在基底面上的均布荷载为负值时，则仍应计及底板自重的影响，计及的百分数以使作用在基底面上的均布荷载值等于0为限度确定。注意：(a)如果计算对象包括直接挡土的边墩，则侧向土压力、侧向水压力等引起的弯矩对弹性地基梁也有影响。在有些水闸工程设计中，从安全考虑，当弯矩使梁内力减小时，考虑弯矩计算值的50%，使梁内力增加时，考虑弯矩计算值的100%。表7.5

8、.5 边荷载计算百分数 地基类别边荷载使计算闸段底板内力减小边荷载使计算闸段底板内力增加砂性土50100粘性土0100计算底板内力并进行配筋。 具体算法及其理论假定要适应底板及地基的具体条件：.对于土基上的水闸的整体式平底板：(a)当地基可压缩层（厚度为T）很厚（即厚度远大于梁的最大水平尺寸）时（T/L2）可将地基视为半无限弹性体进行计算。(b)当地基可压缩层较薄时（T/L0.25） 可按反力与地基变形成正比的文克尔假定（即基床系数法）进行计算。(c)当地基可压缩层厚度与梁的最大尺寸同量级时（T/L=0.252）可按有限深弹性地基梁用链杆法进行计算。.对于岩基上水闸的整体式平底板的应力分析，可

9、按基床系数法计算。这是因为岩基弹性模量较大，其单位面积上的沉降变形与所受压力之间的关系比较符合文克尔的假定。*文克尔假定下的基础梁：假定地基单位面积上所受的压力与该单位面积上的地基沉降成正比。按此假定，基底应力值计算显然未考虑基础范围以外的地基变形的影响，即边荷载并不引起梁的内力；同时，在文克尔假定下，当全梁受均布荷载q时，地基反力也均匀分布，它的集度p就等于均布荷载集度q，因此基础梁并不弯曲，梁截面上并不发生弯矩。具体计算时可以采用查表法，先计算出柔度系数然后查表（水工设计手册（1）得弯矩系数，然后计算弯矩。*半无限深弹性地基梁：先计算出柔度系数然后查表（水工设计手册（1）得弯矩系数，然后计

10、算弯矩。需考虑全梁受均布荷载、梁上受弯矩荷载、梁上受集中荷载、集中边荷载、均布边荷载的情况。 *有限深弹性地基梁：先计算出柔度系数然后查表水闸设计（上册），华东水利学院编得地基反力系数，然后计算弯矩。 在分析底板应力时，底板自重q1的取值也应根据地基的具体情况确定。新规范指出：“原规范规定，在分析底板应力时，应根据不同的地基情况，分别考虑底板自重对其应力的影响，即在粘性土地基上，可采用底板自重的50%100%，在砂性土地基上可不计底板的自重。经分析认为，这种考虑方法是不够全面的，因为水闸闸室底板绝大多数是挖埋式，底板自重远小于基坑开挖前的原压荷载，由底板自重引起的地基沉降是基坑开挖回弹后的再压缩，属于弹性压缩的性质，不象排水固结那样需要较长的时间，弹性变形可在很短时间内完成，因此不论是粘性土地基还是砂性土地基，都可以不考虑底板自重对其的影响，但当不计底板自重时致使作用在底板基底面上的均布荷载为负值时，则仍应计及底板自重的影响，计及的百分数以使作用在基底面上的均布荷载值等于零为限度