閘墩結構計算

1、、閘墩結構計算:1 . 計算模型：(1)平面閘門的閘墩 -固定于底板的懸臂梁-材料力學法(2)弧形閘門的閘墩 -一邊固定、三邊自由的彈性矩形板-彈性力學法2 .主要荷載及荷載組合主要荷載結構自重；水壓力：縱向(順水流方向)，橫向(垂直水流方向)；地震慣性力；交通橋上車輛剎車制動力荷載組合(a)正?；蚍浅跛畷r期，閘門全關。-主要核算順水流方向(縱向)的應力分布。平面閘門：閘墩底部應力，門槽處應力弧形閘門：閘墩牛腿及整個閘墩的應力(b)正常或非常擋水時期，一孔檢修，相鄰孔過水。-閘墩兩側有水頭差，同時受到橫向水壓力和車輛剎車制動力。，主要核算垂直水流方向(橫向)應力分布正常擋水時期閘門全關，遭遇

2、強震。一主要核算垂直水流方向（橫向）的應力分布。3.平面閘門的閘墩的應力分析步驟計算邊閘墩和中閘墩的形函數：墩底水平截面形心位置和慣性矩Ix、Iy,面積矩Sx、Sy。圖9-25閘墩結構計算示意圖P1,P2-上下游水平水壓力；C1-閘墩自重；P3 P4-屈墩兩側橫向水壓力;G2-工作橋重及聞門重；P5-交通橋上車輛剎車制動力；G3-交通橋重計算墩底水平截面上的正應力與剪應力順水流方向（縱向）：最不利情況是閘門全關擋水、閘墩承受最大上下游水位差。產生的 水壓力。中閘散變+乙也工二罵二圣最大剪應力發(fā)生在工-若由上，la 2aL邊閘墩或受力不對稱的中墩水平截面上有扭矩作用。閘墩邊緣位于xx軸上點的最大

3、扭剪力可近似為：a 0.百垂直水流方向（橫向）：最不利情況是一孔檢修的情況，此時該孔上下游檢修閘門關閉而相鄰孔過水。一閘墩兩側有水頭差，同時受到橫向水壓力和車輛剎車制動力等荷載。公王十強”A 4八空垂直截面上的應力計算（門槽處應力計算）對任一垂直截面位置，在任一高程取高度為1m的閘墩作為脫離體，其頂面、底面上的正應力和剪應力分布已由得出，均屬已知，由靜力平衡條件可求出任一垂直截面上的N、M、Q,從而可以求出該垂直截面上的平均剪應力和平均正應力。在門槽處截取脫離體（取上游段閘墩或下游段閘墩都可以），將其作為固結于門槽位置的懸臂梁，同理可求得門槽處垂直截面上的應力。二.底板結構計算（開敞式閘室整體

4、式平底板） 常用方法：倒置梁法、反力直線分布法、彈性地基梁法。各種算法都是以垂直水流方向截取的單寬板條作為計算對象，簡化為平面問題進行計算。倒置梁法忽視了閘墩處變位不等的重要因素，誤差較大，因此不宜在大、中型水閘設計中采用；大、中型水閘，當地基為相對緊密度Dr<0.5的砂土時，由于變形容易得到調整，可用反力直線分布法計算，當地基為粘性土或Dr>0.5 的砂土時，可采用彈性地基梁法計算。1. 倒置梁法計算模型及基本假定以垂直水流方向截取的單寬板條作為計算對象，把閘室底板作為固支于閘墩的連續(xù)梁進行計算。即把閘墩作為底板連續(xù)梁的支座。假定：i .地基反力在順水流方向直線分布ii .地基反

5、力在垂直水流方向均勻分布iii .相鄰閘墩間無任何相對位移倒置梁法計算十分簡便，但假定地基反力在橫向為均勻分布與實際情況不符，而且支座反力 與閘墩鉛直荷載也不相等，故只能在小型水閘中采用。圖9-26倒置梁法及反力直線分布法簡圖圖9-27分離式底板接縫型式JVY jf fA Ahn揚壓力地基反力均布荷載q書壓力比+地基反力水重山, -底板自重5 其中山'飛 其中-dr2d2) 2L/用偏心受壓公式計算縱向(順水流方向)地基反力。BLIMK取橫向單寬板條，按倒置連續(xù)梁計算內力并進行配筋。2.反力直線分布法計算模型及基本假定以垂直水流方向截取的單寬板條作為計算對象，把閘墩當作底板的已知荷載進

6、行計算。假定(a)地基反力在順水流方向直線分布。(b)地基反力在垂直水流方向均勻分布。(c)把閘墩當作底板的已知荷載，閘墩對底板無約束，底板可以自由變形。大、中型水閘，當地基為相對緊密度DrW0.5的砂土時，可用反力直線分布法計算。均布荷載q書壓力小+地基反力加-水重（1/ -底板自重4*/QJ2L/其中飛 UI?L'計算步驟用偏心受壓公式計算縱向（順水流方向）地基反力。取橫向單寬板條，計算不平衡剪力/Q。M + 2% +（的 J取4*） 2Z/+AQ - 0Hi 一2*式中假定不平衡剪力/ Q的方向向下，如其計算結果為負值，說明Q的實際方向向上。對不平衡剪力進行分配。不平衡剪力Q應由

7、閘墩和底板共同承擔。次，b=1m,對既定截面，Q/I是常數，。與S (y')成正比，設閘墩和底板對應的S (y')的面積分別為 Ai和A2,則閘墩和底板分擔的不平衡剪力分別為：閘墩二上A0月+ j4 2J底板 hQ2 =-?-A QQi還要由中墩和縫墩按厚度再進行分配，兩者分配的Qi'和Qi分別為:A2iQi計算作用在底板上的荷載分配給閘墩的不平衡剪力連同包括上部結構的閘墩重力可示為集中力作用在梁上，將分配給底板的不平衡剪力轉化為均布荷載，則作用在底板梁上的均布荷載為：均布荷載q=q3+地基反力q4-水重q2 ' -qi-力 Q2/2L '。計算底板內力

8、并進行配筋。3.彈性地基梁法 計算模型及基本假定以垂直水流方向截取的單寬板條作為計算對象，按平面應變的彈性地基梁，利用靜力平衡條件及底板與地基的變形協(xié)調條件，計算地基反力和底板內力。假定(a)地基反力在順水流方向直線分布。(b)地基反力在垂直水流方向呈彈性(曲線)分布，為待求未知數。(c)把閘墩當作底板的已知荷載，閘墩對底板無約束，底板可以自由變形。當地基為粘性土或 Dr>0.5的砂土時，可采用彈性地基梁法計算。二二力用# A-:ra»iiiun圖9-28閘底板結構計算圖不平衡剪力Q應由閘墩和底板共同承擔。 與反力直線分布法中均布荷籟修壓力電水重+'-底板自重qrjQj

9、l' 其中q/ TL f"川廣二）2L1 此時地基反力的橫向分布為待求耒 知荷英計算步驟用偏心受壓公式計算縱向（順水流方向）地基反力。取橫向單寬板條，計算不平衡剪力/Q。與反力直線分布法中相同。肌+ 2朋+（%+ = 0對不平衡剪力進行分配。相同。計算作用在底板(彈性基礎梁)上的荷載分配給閘墩的不平衡剪力連同包括上部結構的閘墩重力可示為集中力作用在梁上，將分配給底板的不平衡剪力轉化為均布荷載，則作用在底板梁上的均布荷載為：均布荷載q=揚壓力q3 -水重q2 -底板自重qi-Q2/2L'。此時地基反力的橫向分布為待求未知荷載。注意：規(guī)范7.5.4規(guī)定，當采用彈性地基梁法

10、時，可不計閘室底板的自重，但當作用在基底 面上的均布荷載為負值時，則仍應計及底板自重的影響，計及的百分數以使作用在基底面上 的均布荷載值等于 0為限度確定。注意：(a)如果計算對象包括直接擋土的邊墩，則側向土壓力、側向水壓力等引起的彎矩對彈性地基梁也有影響。在有些水閘工程設計中，從安全考慮，當彎矩使梁內力減小時，考慮彎矩計算值的50%,使梁內力增加時，考慮彎矩計算值的100%。表7.5.5邊荷載計算百分數地基類別邊荷載使計算閘段底板內力減小邊荷載使計算閘段底板內力增加砂性土50%100%粘性土0100%計算底板內力并進行配筋。具體算法及其理論假定要適應底板及地基的具體條件：i .對于土基上的水

11、閘的整體式平底板：(a)當地基可壓縮層(厚度為 T)很厚(即厚度遠大于梁的最大水平尺寸)時( T/L' >2)可將地基視為半無限彈性體進行計算。(b)當地基可壓縮層較薄時(T/L ' <0.25)一可按反力與地基變形成正比的文克爾假定(即基床系數法)進行計算。(c)當地基可壓縮層厚度與梁的最大尺寸同量級時( T/L ' =0.25 - 2)可按有限深彈性地基梁用鏈桿法進行計算。ii .對于巖基上水閘的整體式平底板的應力分析，可按基床系數法計算。這是因為巖基彈性模量較大，其單位面積上的沉降變形與所受壓力之間的關系比較符合文克爾的假定。*文克爾假定下的基礎梁：假

12、定地基單位面積上所受的壓力與該單位面積上的地基沉降成正比。按此假定，基底應力值計算顯然未考慮基礎范圍以外的地基變形的影響，即邊荷載并不引起梁的內力；同時，在文克爾假定下，當全梁受均布荷載 q時，地基反力也均勻分布，它的集度p就等于均布荷載集度q,因此基礎梁并不彎曲，梁截面上并不發(fā)生彎矩。具體計算時可以采用查表法，先計算出柔度系數工嚴=(現嚴El EIH然后查表（水工設計手冊（1）得彎矩系數，然后計算彎矩。*半無限深彈性地基梁：先計算出柔度系數4 = 1。的矽E h然后查表（水工設計手冊（1）得彎矩系數，然后計算彎矩。需考慮全梁受均布荷載、 梁上受彎矩荷載、梁上受集中荷載、集中邊荷載、均布邊荷載的情況。*有限深彈性地基梁：先計算出柔度系數然后查表水閘設計（上冊），華東水利學院編得地基反力系數，然后計算彎矩。在分析底板應力時，底板自重 qi的取值也應根據地基的具體情況確定。新規(guī)范指出：“原規(guī)范規(guī)定，在分析底板應力時，應根據不同的地基情況， 分別考慮底板自重對其應力的影響， 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計底板的自重。經分析認為，這種考慮方法是不夠全面的，因為水閘閘室底板絕大多數