渠化工程課程設(shè)計講解學(xué)習(xí)

1、?渠化工程學(xué)?課程設(shè)計1設(shè)計目的課程設(shè)計的目的在于穩(wěn)固和加深課堂中所學(xué)的根本概念和根本理論,了解渠化工程(主要指船閘)設(shè)計的一般原那么、步驟和方法,樹立正確的設(shè)計思想,培 養(yǎng)和提升計算、繪圖的根本水平.2設(shè)計任務(wù)通過渠化工程課程設(shè)計,可以將所學(xué)的根底課和專業(yè)根底課同專業(yè)知識有機(jī) 的結(jié)合起來,使學(xué)生更好地明確學(xué)習(xí)目的,加深專業(yè)印象,為今后從事航道及通航建筑物的勘測、規(guī)劃、可行性研究、設(shè)計、施工和科學(xué)研究工作打下堅實的基 礎(chǔ),以到達(dá)本專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的要求.3根本內(nèi)容與要求3.1 船閘總體平面布置及設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)3.1.1 船閘及引航道在樞紐中的布置1 .船閘的布置(1)布置原那么：船閘在通航期內(nèi)應(yīng)有良好的

2、通航條件, 滿足船舶平安迅速通暢過閘,并有利于 運(yùn)行治理和檢修；遵照綜合利用、統(tǒng)籌兼顧的原那么,正確處理船閘與溢流壩、泄水閘、電站等建 筑物之間的關(guān)系和矛盾,優(yōu)化布置,以發(fā)揮最大的綜合效益；根據(jù)國民經(jīng)濟(jì)開展規(guī)劃,做到遠(yuǎn)近結(jié)合,既要滿足設(shè)計水平年內(nèi)航運(yùn)的需要, 又要考慮遠(yuǎn)景開展,充分留有余地；在滿足航運(yùn)要求的前提下,應(yīng)盡量選擇經(jīng)濟(jì)合理、工程投資少、能就地取材、 施工方便的方案；對大、中型和水流泥沙條件復(fù)雜的工程應(yīng)進(jìn)行模型試驗,優(yōu)選布置方案.布置方式：采用閘壩并列式.2 .引航道的布置(1)引航道的布置方式：采用對稱型式.(2)引航道尺度1)引航道寬度B0：單線船閘且停泊段只一側(cè)停泊等候進(jìn)閘的船舶

3、由于,Bo >bc bc1b1b2=10.8+10.8+10.8+0.5*10.8=37.8m所以,取B0=40m2)引航道長度導(dǎo)航段長度11 :由于,11 > Lc=160m c所以,取11=160m調(diào)順段長度12：由于,12 > (1.5 2.0)Lc =(1.52.0)*160=240320 m所以,取12 =320m停泊段長度13：由于,13 > Lc=160m所以,取l3=160m過渡段長度l 4 :由于,1410 B=10* (60-40) =200m所以,取1 4=200m制動段長度1 4':由于,14,= Lc且取 =3.0 所以,14,=3*1

4、60=480m 3)引航道的最小水深H.：由于本設(shè)計船閘為I級船閘,所以引航道最小水深應(yīng)滿足Hd/T 1.5 (T表 示設(shè)計最大船舶(隊)滿載吃水).即Ho1.5T =1.5*2=3m,取H0=3m4)彎曲半徑和彎道加寬 引航道的最小彎曲半徑R: 由于,R 4Lc=4*160=640m所以,取R=640m彎道加寬值 B:由于, B L2c (2R Bo) =1602 (2 * 640 40) =19.39m所以,取 B=20m3 . 口門區(qū)的防沙和水流條件要求(1) 口門區(qū)的防沙：船閘宜布置在順直穩(wěn)定河段,上、下游引航道口門應(yīng)盡可能避開易淤積部位, 尤其是凸岸淤積區(qū)及回流、環(huán)流淤積區(qū).如因當(dāng)?shù)?/p>

5、條件限制,找不到適宜的河段時,那么應(yīng)通過論證,證實可采取工程舉措到達(dá)通航要求,才可布置.對泥沙淤積 影響較大的船閘,應(yīng)考慮布置防淤清淤設(shè)施,以保證引航道尺度.(2) 口門區(qū)的水流流速：口門區(qū)是過閘船舶進(jìn)出引航道的咽喉.因此在通航期內(nèi),引航道口門區(qū)的流速、流態(tài)應(yīng)滿足船舶(隊)正常航行的要求.并應(yīng)盡量預(yù)防出現(xiàn)不良的流態(tài),如 泡漩、亂流等,如因條件限制不能預(yù)防時,那么須采取舉措,消減到無害程度.在 ?船閘總體設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)?中,引航道口門區(qū)水面最大流速限值見下表.船閘引航道口門區(qū)水面最大流速限值( m/s)船閘級別平行航線的縱向流速垂直航線的橫向流速回流流速IIV2.00.30.4vm1.50.25由于本

6、設(shè)計船閘為I級船閘,所以平行航線的縱向流速不應(yīng)大于2.0m/s ,垂直航線的橫向流速不應(yīng)大于 0.3m/s ,且回流流速不應(yīng)大于0.4m/s.3.1.2船閘型式選擇1.船閘線數(shù)和級數(shù)(1)船閘線數(shù)：船閘線數(shù)是船閘規(guī)模的重要局部,應(yīng)根據(jù)船閘設(shè)計水平年的客、 貨運(yùn)量,過閘的船型船隊組成,地形地質(zhì)條件,船閘所在河流的重要性等因素, 結(jié)合船閘尺度及通過水平、船閘級數(shù),綜合論證選擇.本設(shè)計船閘采用單線船閘.(2)船閘級數(shù)：船閘級數(shù)直接影響船閘的通過水平.船閘級數(shù)的選擇,應(yīng)根據(jù) 船閘總水頭、地形、地質(zhì)、水源、水力學(xué)等自然條件和可靠性、技術(shù)條件、治理 運(yùn)用條件等,通過經(jīng)濟(jì)技術(shù)比擬確定.由于單級船閘較多級船閘

7、具有過閘時間短、 通過水平大、故障較少、檢修停航時間較短,占線路較短、樞紐布置較易如需 設(shè)沖沙建筑物等和治理方便等優(yōu)點(diǎn),因而是最廣泛采用的形式.本設(shè)計船閘采 用單級船閘.2.船閘建設(shè)規(guī)模及標(biāo)準(zhǔn)1船閘的根本尺度：船閘的根本尺度是指船閘正常通航過程中,閘室可供船 舶平安停泊和通過的尺度,包括閘室有效長度、有效寬度和門檻水深.閘室有效長度Lx：閘室有效長度Lx等于設(shè)計最大船隊長度加上富裕長度,即：Lx Lc Lf式中：Lf一閘室的充裕長度m.對于頂推船隊：Lf 2 0. 06lc所以,閘室有效長度 Lx=160+ 2+0.06*160 =171.6m.取 Lx=172m閘室有效寬度Bx：閘室有效寬度

8、Bx是指閘室內(nèi)兩側(cè)墻面最突出局部之間的最 小距離,為閘室兩側(cè)閘墻面間的最小凈寬度.Bxbcbfbfb 0. 025 n 1bc式中：bc 一只有一個船隊或一艘船舶單列過閘時,那么為設(shè)計最大船隊或船舶的寬度bc;b 充裕寬度附加值m,由于bc10. 8m 7m,所以 b 1m,取b =1m ；n一過閘停泊在閘室的船舶列數(shù).所以,閘室有效寬度Bxbcbf=11.8m,取Bx=12m門檻最小水深H:門檻最小水深是指在設(shè)計最低通航水位時門檻上的最小深度.我國船閘設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)采用門檻水深大于等于設(shè)計最大船舶隊滿載吃水的1.6倍,即H T 1.6所以,門檻最小水深H 1.6 * 23.2m,取H=4m船閘最小

9、過水?dāng)嗝娴臄嗝嫦禂?shù)：一 1.5 2.0式中：Q 最低通航水位時,船閘過水?dāng)嗝婷娣e褶一最大設(shè)計過閘船舶隊滿載吃水時船舶斷面水下局部的斷面面積itf所以,船舶的最小斷面系數(shù). = 12*4 / 10.8*2 2.22m,滿足要求.2船閘設(shè)計水位和各局部高程1船閘設(shè)計水位：設(shè)計河段的水文資料統(tǒng)計表廳P工程設(shè)計洪峰流量下泄流量壩前水位下游水位1P=0.2% 校核洪水220.812P=2.0% 設(shè)計洪水41100217.563正常蓄水位203.004死水位P 278.005上游最高通航水位5400203.006上游最低通航水位200.007下游最高通航水位190.508下游最低通航水位177.502)船

10、閘各局部高程船閘閘門頂高程：根據(jù)國內(nèi)船閘設(shè)計和運(yùn)用實踐,閘首門頂超高可采用下表的數(shù)值: 船閘閘門頂最小平安超高值船閘等級IIVv叩超圖值(m)0.50.3上閘首閘門頂高程=校核洪水位+超高=220.81+0.5= 221.31m下閘首閘門頂高程=上游設(shè)計最高通航水位+超高=203+0.5 = 203.5m閘首墻頂高程：上閘首墻頂高程=上閘首閘門頂高程+構(gòu)造高=221.31+1 = 222.31m下閘首墻頂高程=下閘首閘門頂高程+構(gòu)造高=203.5+1=204.5m閘室墻頂高程=上游設(shè)計最高通航水位+空載干舷高度=203+1.5=204.5m閘室底板頂部高程=下游設(shè)計最低通航水位閘室設(shè)計水深=1

11、77.5-4=173.5m閘首門檻頂高程：上閘首門檻高程=上游設(shè)計最低通航水位-門檻水深=200-4= 196m下閘首門檻高程=下游設(shè)計最低通航水位門檻水深=177.5-4= 173.5m引航道底高程：上游引航道底高程=上游設(shè)計最低通航水位引航道最小水深=200-3= 197.0m下游引航道底高程=下游設(shè)計最低通航水位引航道最小水深=177.5-3=174.5m導(dǎo)航建筑物和靠船建筑物頂高程：上游導(dǎo)航建筑物頂高程=上游設(shè)計最高通航水位+最大空載干舷高度=203+1.5=204.5m下游導(dǎo)航建筑物頂高程=下游設(shè)計最高通航水位+最大空載干舷高度=190.5+1.5二 192m3.1.3船閘通過水平和

12、耗水量1.船閘通過水平：船閘通過水平是指單位時間內(nèi)船閘能通過的貨物總噸數(shù)(過貨 水平)或船舶總數(shù)(過船水平),是船閘的一項重要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo).(1)船舶過閘時間(單級船閘)1)進(jìn)出閘時間：船隊進(jìn)出閘時間,可根據(jù)其運(yùn)行距離和進(jìn)出閘速度確定.對單 向過閘和雙向過閘方式應(yīng)分別計算.雙向進(jìn)閘距離是船隊自引航道中?？课恢弥灵l室內(nèi)停泊處之間的距離,雙向出閘距離是船隊自閘室內(nèi)停泊處至雙向過閘靠船碼頭的距離. 單向進(jìn)閘距離是船 隊自引航道中?？课恢弥灵l室內(nèi)停泊處之間的距離, 出閘時,是船隊自閘室內(nèi)停 泊處至船尾駛離閘門之間的距離.其距離可分別按下式近似確定：單向進(jìn)閘：L1L C1J =172*(1+0.4)=2

13、40.8m單向出閘：L'1LC1I ) =172*(1+0.1)=189.2m雙向過閘：L2I、LC(12)11 l 2=172*(1+0.1)+160+320=669.2m根據(jù)?船閘設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)?差得單向進(jìn)閘速度V=0.5m/s,單向出閘速度V 1=0.7m/s, 雙向進(jìn)閘速度 %=0.7m/s,雙向出閘速度 V2=1.0m/so進(jìn)出閘時間可按下式計算：單向進(jìn)閘：11L, / V1 =240.8/0.5=8.03min單向出閘：t4L'1 / V'1 =189.2/0.7=4.51min雙向進(jìn)閘：t' 1L2 / V2=669.2/0.7=15.93min雙向出閘

14、：t' 4 L'2 / V'2=669.2/1.0=11.15min2)開啟、關(guān)閉閘門時間12 :閘門啟閉時間與閘門型式和閘首口門寬度有關(guān),當(dāng)閘首口 門寬為12m時,取t2=2min.3)閘室灌泄水時間13 :船閘灌泄水時間與水頭,輸水系統(tǒng)型式,閘室尺度等有關(guān),取t 3 =8min.4)船隊進(jìn)出閘間隔時間：取 t5=5min.5)單向一次過閘時間：T1t 14t22t 3t 42 5 =8.03+4*2+2*8+4.51+2*5=46.54min35雙向一次過閘時間：T22t'14t 22t 32t'4 4t 5 =2*15.93+4*2+2*8+2*1

15、1.15+4*5=98.16min2123456)過閘時間：單級船閘一次過閘時間可按下式計算：T1 /TT2、T (T,) =47.81min22(2)日平均過閘次數(shù) n可按下式計算：60"n - =21*60/47.81=26.35,取 n=26(3) 一次過閘平均載重噸位G:根據(jù)運(yùn)量預(yù)測,一頂+2*1000t船隊約占30%, 一頂+2*500t船隊約占50% , 一頂+2*300t船隊約占20%G=2000*30%+1000*50%+600*20%=1220t(4)船閘通過水平P:P 2 (nn0) NG-=0.5*(26-2)*352*1220*0.84/1.3=333(萬 t

16、/年)2.船閘耗水量：船閘的耗水量是船閘的一項重要的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo).船閘的耗水量包括船舶過 閘用水量和閘、閥門漏水量兩局部.(1)單級船閘單向一次過閘的用水量3單級船閘單向一次過閘的用水重：V)CH= (172*12 ) * (203-177.5) =52632 m單級船閘雙向一次過閘的用水量(用水量為單向一次過閘用水量的一半)：.1 . .3V 0-V0=26316 m3一 .1 V''0-(V0v0 )39474 m32(2)閘閥門漏水量：qeu式中：e止水線每米上白滲漏損失(m3/s/m),當(dāng)水頭小于10m時,其e=0.0015330.0020 m/s/m,當(dāng)水頭大于 10

17、m 時,取 e=0.002 0.003 m/s/mu一閘門和閥門邊沿止水線的總長度(m),即閘門止水線：2l n3h2 * 73 * 30104m閥門止水線：2*3*2.5=15m3所以,q=0.003* (104+15) =0.357 m(3)船閘一天內(nèi)平均耗水量：0.75V 0n864000.75 * 52632 * 26864000.357312.49 m3.2輸水系統(tǒng)型式選擇及水力計算3.2.1 船閘輸水系統(tǒng)型式選擇：船閘輸水系統(tǒng)的型式可分為集中輸水系統(tǒng)和分散 輸水系統(tǒng)兩類型.輸水系統(tǒng)類型可根據(jù)以下判別系數(shù)初步選定：式中：H設(shè)計水頭(m)T一閘室灌水時間(min)8一 .一、由于m刀_

18、,1.58 ,所以才用分散輸水系統(tǒng).25.53.2.2 分散輸水系統(tǒng)1 .分散輸水系統(tǒng)的水力特性：分散輸水系統(tǒng)是通過設(shè)置在閘室墻或底板內(nèi)的縱向輸水廊道,以及與之相連的分支廊道和出水支孔,將水流灌入或泄出閘室內(nèi).與集中輸水系統(tǒng)相比,分散輸水系統(tǒng)的出水口沿一定長度分度,水流均勻進(jìn)入閘室,可大大減少水流作用力, 特別是波浪力.同時由于廊道較長,水流慣性力影響較大,導(dǎo)致各出水支孔出流 不均勻,而且隨流量和時間變化.在閥門開啟初期水流為加速流, 慣性阻滯流速 的增加,使得各出水支孔的出流沿水流方向減少.隨著慣性逐漸減小,壓力增加, 在廊道斷面及各支孔斷面不變情況下,后面支孔出流逐漸增多并超過前面支孔.

19、而后慣性的作用又轉(zhuǎn)為阻滯流速的減小, 后面支孔的出流更加的到增強(qiáng).由于各 出水支孔為非恒定流,再加上出水支孔一般布置在閘室的一定范圍內(nèi),因而形成 閘室內(nèi)的波浪運(yùn)動及縱向水流而對船舶產(chǎn)生波浪力及流速力.2 .分散輸水系統(tǒng)的型式：由于設(shè)計水頭H=2030m,所以采用較復(fù)雜式分散輸水系統(tǒng).3 .分散輸水系統(tǒng)的布置原那么：(1)閘室出水段中央宜與閘室面積的中央重合,閘墻長廊道側(cè)支孔和閘底長廊 道頂支孔輸水系統(tǒng)的出水段宜設(shè)置在閘室中部,其長度為閘室長度的1/22/3;(2)輸水系統(tǒng)的進(jìn)出口應(yīng)布置為流線型,以提升輸水效率.進(jìn)口斷面的最大平 均流速不宜大于2.5m/s,進(jìn)口淹沒水深應(yīng)大于0.4倍設(shè)計水頭,并

20、應(yīng)該考慮進(jìn)口 水面的局部跌落.出口的淹沒水深宜大于1.5m,布置應(yīng)能分散水流,減弱出口水流的紊動并到達(dá)引航道內(nèi)流速分布均勻的目的；(3)中、高水頭船閘的上、中閘首帷墻立面宜做成斜面,以預(yù)防當(dāng)閘室水面上 升至帷墻頂面平臺時,水域面積有較大的突變,從而惡化船舶的停泊條件；(4)分散輸水系統(tǒng)的閥門段前后應(yīng)有一定長度的直線段,以使水流順直均勻地 通過.同時閥門段及其以后的廊道頂部高程必須布置在下游最低通航水位以下, 并有一定淹沒水深,不容許摻入大量空氣而惡化船舶的停泊條件；(5)閥門段高程應(yīng)滿足閥門工作條件要求, 門口廊道型式應(yīng)根據(jù)工作條件選擇, 有擴(kuò)大、向上漸擴(kuò)和忽然擴(kuò)大三種型式,具布置應(yīng)通過模型試

21、驗確定；(6)閥門后廊道壓力較低時,上中閘首的下游側(cè)檢修門與工作門的距離宜大于 廊道高度的3倍,必要時需在檢修門井內(nèi)作預(yù)防摻氣的封閉舉措；(7)當(dāng)上、中閘首輸水閥門廊道段的壓力較低或出現(xiàn)負(fù)壓時,其后的檢修閥門 門槽距工作閥門的距離應(yīng)大于廊道高度的 3倍,以預(yù)防檢修閥門井摻氣.必要時 需在檢修閥門井內(nèi)廊道頂部高程處加設(shè)防治摻氣的封閉舉措；8輸水系統(tǒng)的主廊道斷面一般可大于輸水閥門處廊道斷面,以增大輸水系統(tǒng) 的流量系數(shù)；9閘墻長廊道室內(nèi)輸水系統(tǒng)的布置尤其是出水支孔的布置應(yīng)盡可能對稱,橫 支廊道宜交錯布置；10條件允許時,應(yīng)優(yōu)先考慮采用局部或全部由引航道外取水的旁側(cè)進(jìn)口和由 引航道外的旁側(cè)出口的布置.

22、3.2.3船閘水力計算 1.輸水系統(tǒng)設(shè)計及水力計算1本設(shè)計輸水系統(tǒng)采用全段橫支廊道出水蓋板消能輸水系統(tǒng).根據(jù)?船閘輸 水系統(tǒng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)?確定輸水系統(tǒng)廊道各細(xì)部尺寸如進(jìn)出口、轉(zhuǎn)彎、直線段、閥門段等斷面,其布置及尺寸見附圖1 2水力計算1輸水閥門處廊道斷面面積：對于分散輸水系統(tǒng),由于廊道較長,輸水過程中水流產(chǎn)生的慣性水頭影響較大. 因此,在水力計算中應(yīng)考慮慣性水頭的影響,即：2c H d dT- 1t v2g式中：一輸水閥門處廊道斷面面積m22 c一對于單級船閘,c172 * 122064m2 :閘室水域面積H設(shè)計水位差md慣性水頭,分散輸水系統(tǒng)的慣性水頭可達(dá)0.51.0m.取d=0.5m.一閥門全

23、開后輸水系統(tǒng)的流量系數(shù),初步設(shè)計時可取為0.70.8.取=0.7.一與閥門型式和流量系數(shù)有關(guān)的系數(shù),可按?渠化工程?表 5-5選用.本設(shè)計采用反向弧型閥門,=0.46.T一閘室灌、泄水的總時間,T=960s.tv閥門開啟時間s,取tv=60s.所以,輸水閥門處廊道斷面面積=7.25 m2,即閥門處廊道斷面尺寸為2.5*3 寬*高.tv閥門開啟時間tv s:=60s式中：HV閥門全開時水位差m, B HV =24m2輸水系統(tǒng)的阻力系數(shù)和流量系數(shù)：流量系數(shù) t =0.65J vn ' c式中：vn一與時間t相當(dāng)?shù)拈y門開度為n時的閥門局部阻力系數(shù),可按不同閥門 型式由?渠化工程?表5-4選取

24、.取vn=0;'閥門井或門槽的阻力系數(shù),對反向弧型閥門'=0;2c 一閥門全開后閥門段以外的輸水廊道系數(shù).ci=2.35.a.進(jìn)口處阻力系數(shù)0.1b.圓滑轉(zhuǎn)彎處阻力系數(shù)30.24c.擴(kuò)大處阻力系數(shù)40.81d.收縮處阻力系數(shù)50.5e.出口處阻力系數(shù)60.7輸水系統(tǒng)的阻力系數(shù)c 一2=2.353輸水廊道換算長度： p L一根據(jù)?船閘輸水系統(tǒng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)?,由于本設(shè)計船閘出水支孔的數(shù)量大于 15,所以 l p =0.5*8=4m.4慣性超高值：d2 IpC式中：C一閘室水域面積,C=172*12=2064mf一閥門全開時輸水系統(tǒng)的流量系數(shù),=0.72一輸水閥門處廊道斷面面積,=7.2

25、5 ml p 輸水廊道換算長度,l p=4m所以,閘室水面慣性超高值 d=1mm2 .水力特性曲線的繪制：繪制水力特性曲線一方面可以了解輸水過程中所有水力特性的變化情況及其最大值,另一方面可以進(jìn)一步進(jìn)行水力計算的需要, 如核算船舶停泊條件、閥門工作條件等.1流量系數(shù)與時間的關(guān)系曲線1假定閥門勻速開啟,且開啟時間為60s,那么閥門開度與時間的函數(shù)關(guān)系為1602 vn與閥門開度的關(guān)系:n0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0vn186.243.7817.488.384.282.161.010.390.0903流量系數(shù)與時間的關(guān)系曲線：t /1 ' =0, c=2.35

26、I,vnct (s)6121824303642485460n0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0vn186.243.7817.488.384.282.161.010.390.090t0.070.150.220.310.390.470.550.600.640.652水位差與時間的關(guān)系曲線1閥門全開后,當(dāng)考慮慣性影響時,任一時段末的水位差可按下式計算:h2 ' Ldt2g 2 d2c水位差與時間關(guān)系曲線式中：h2 一計算時段末的水位差m；兒一計算時段開始的水位差m；t 一計算時段s, 一般可取為1030s.取t =20s；mt 一計算時段的平均流量系數(shù)；d 慣性水頭

27、m,取d=0.5m.2水位差與時間的關(guān)系曲線:t (s)6121824303642485460t0.070.150.220.310.390.470.550.600.640.65hi25.525.3r 25.124.824.3：23.722.922.121.220.3(m)0950108563h2(m)25.325.124.8 024.323.722.922.1 521.2 620.319.4 1951083t 2g(hdt)l_p * dvg dt2 .、m / s )Qdt3流量與時間的關(guān)系曲線1流量與時間關(guān)系曲線可通過以下公式計算求得:t6121824303642485460t0.070.

28、150.220.310.390.470.550.600.640.65式中：t時刻t的流量系數(shù)；ht 一時刻t的水位差m；dt一時刻t的慣性水頭m； lp輸水廊道換算長度m；v 一閥門段廊道斷面平均流速2流量與時間的關(guān)系曲線ht25.3925.1524.8024.3123.722.9822.1521.2620.3319.41Q57.6122.3176.9244.4299.7350395413.6421.9409.1流鼠與時間關(guān)系曲線400200IfKl10D時間5003 .閘室內(nèi)停泊條件的驗算1閘室內(nèi)船舶的停泊條件1分散輸水系統(tǒng)的水流是在較大范圍內(nèi)分散流入或流出閘室,水流對船舶的作用力較小,尤其

29、是在泄水時它的值更小, 因此分散輸水系統(tǒng)泄水時,閘室內(nèi)船舶的停泊條件一般可不加考慮,而只驗算灌水時的停泊條件.2閘室灌水初期,波浪力最大,此時流速力和局部力幾乎為零,因此閘室灌水 時,過閘船舶的停泊條件可按下式核算：kr DW 2gHt v( c x)PL式中：Pb一灌水初期的波浪作用力,KN;W一船舶隊的排水量,t;七一與閥門型式有關(guān)的系數(shù),對反向弧型閥門取 0.623;輸水閥門處廊道斷面面積,m2;D一波浪力系數(shù)；按?渠化工程?表 5-6選取,取D=0.3;c一初始水位時閘室過水?dāng)嗝婷娣e,m2 ；H設(shè)計水頭,m；tv 一輸水閥門開啟時間,s；x一船舶中腰水下橫斷面面積,m2 ;PL允許系纜

30、力的縱向水平分力,KNo根據(jù)?渠化工程?表 5-1選取,Pl=40KN.由于Pb所以Pb33KN0.623 * 7.25 * 0.3 * (10.8 * 2 * 80) * 2 * 9.8 * 25.560 * (12* 4 10.8 * 2)Pl ,滿足泊穩(wěn)要求.3.3閘閥門及啟閉機(jī)型式選擇3.3.1 閘門型式選擇及門扇尺寸確定1 .閘門型式的選擇：本設(shè)計船閘采用平面人字閘門,在平面人字閘門中,門扇結(jié)構(gòu)成平面形式,其主橫梁受軸向力和彎矩的共同作用. 根據(jù)門扇結(jié)構(gòu)梁格的布置方式,本設(shè)計采 用橫梁式,其水平的主橫梁是它的主要承重構(gòu)件,在主橫梁間布置豎立次梁. 水 壓力由面板和次梁傳給主橫梁,然后

31、再由主橫梁通過斜接柱、門軸柱上的支墊座 和枕墊座形成三角拱而傳至閘首邊墩.2 .門扇尺寸確實定(1)門扇長度：門扇的計算長度l n是門扇支墊座的支承面到兩扇門葉互相支承 的斜截面的距離.其值可由下式求得：Bk2c2 cosc=式中：Bk閘首邊墩墻面間的口門寬度(m);c 由門扇的支墊座與枕墊座的支承面至們龕外緣的距離,通常(0.05 0.07) Bk；一閘門關(guān)閉時門扇軸線的傾角,此傾角的大小直接關(guān)系到門扇結(jié)構(gòu) 所受的軸向壓力與傳遞到閘首邊墩的水平推力以及門扇計算長度ln的大小.國內(nèi)已建船閘中, 一般選用22. 5或20.取 =20.g、,12 2 * (0.05 * 12)所以,l n 7m2

32、 cos 20(2)門扇高度：門扇高度是指閘門面板底至頂?shù)木嚯x,其值可由下式?jīng)Q定： h H hkk m式中：H上游設(shè)計洪水位與下游最低通航水位之間的水位差；hk 船閘的搬上水深；k 一閘門面板頂在上游設(shè)計洪水位以上的超高,一般取0.20.5m；m一閘門面板底與門檻頂?shù)母卟?通常取 m=0.150.25;當(dāng)閘門關(guān)閉, 門底止水位于門檻側(cè)面時取正值,在門檻頂面時取負(fù)值.所以,h 25.540.50.230.2m,取 h=30m.(3)轉(zhuǎn)軸中央確實定：1)在確定門扇旋轉(zhuǎn)中央位置時,應(yīng)使閘門的支墊座與枕墊座的支承面有良好的 接觸條件.在閘門轉(zhuǎn)動時能立即脫開, 以減小啟閉時的摩阻力,而當(dāng)閘門關(guān)閉時 它們

33、又能相互擠緊,以傳遞主橫梁的反力,并使門側(cè)止水效果良好.同時還應(yīng)使 門扇全開時能完全隱入門龕內(nèi),以免過閘船舶碰壞門扇.因此,在安裝閘門時, 必須精確的校正門扇轉(zhuǎn)軸中央的位置.2)當(dāng)閘門支承局部的型式不同時,確定轉(zhuǎn)軸中央的方法也不一樣.當(dāng)門軸上裝 設(shè)支墊座時,轉(zhuǎn)軸中央的位置可按以下步驟進(jìn)行：繪出門扇關(guān)閉時的軸線、輪廓線以及支墊座與枕墊座支承面的法線,即反力Ra的作用線(與門扇軸線成角)；繪出門扇開啟時的軸線,此軸線的位置可從閘墻邊緣按門扇全部隱于門龕中并使門扇各局部保持1020cm的余隙而求得；從兩軸線的交點(diǎn)上作其相應(yīng)補(bǔ)角的等分線,那么轉(zhuǎn)軸 O應(yīng)位于此補(bǔ)角的等 分線上；將反力Ra作用線向上游平行

34、移動,距離為 m=410cm,平行于反力作用 線的線,與補(bǔ)角等分角線交于 O,即為轉(zhuǎn)軸位置.這就使得當(dāng)門扇開啟時,支墊 座易于離開枕墊座,而當(dāng)關(guān)門的最后瞬間兩者才互相接觸而抵緊；校核轉(zhuǎn)軸O是否位于止水內(nèi)側(cè)的法線(垂直于閘首邊墩外表)以內(nèi),否 那么應(yīng)將止水向外移動一段距離,以免開門時止水被閘墻卡住.3.3.2閥門型式選擇及尺寸確定1 .閥門型式的選擇：本設(shè)計采用反向弧形閥門.在構(gòu)造上反向弧形閥門與弧形閘門根本相同, 只是將弧面朝向下游.它主要由面板、主梁、次梁、肋板、支臂等組成.為改善流態(tài),門扇和支臂可以用薄板完全包封,做成流線型.2 .反向弧形閥門的輪廓尺寸(1)閥門面板的曲率半徑：一般取決于

35、閥門處廊道孔口高度h,在工程實踐中常取曲率半徑 R等于(1.31.6) h,取R=4.5m.(2)閥門支絞中央的高程：應(yīng)使支絞及支絞大梁不受水流的直接沖擊,一般略高于廊道頂面約(0.10.3) h,取閥門支絞中央的高程為1.2h=3.6m.(3)門頂高程：與門頂止水及止水埋設(shè)構(gòu)件的型式、布置有關(guān).一般在廊道頂 面以上0.20.8m,取門頂高程為3.5m.(4)閥門井的輪廓尺寸：應(yīng)便于閥門的安裝和檢修,井內(nèi)應(yīng)有供井下檢修工作 的場地及進(jìn)入井內(nèi)的爬梯.閥門井的長度可取為閥門弧面最大弦長加 0.40.8m, 其側(cè)向的充裕寬度一般為0.40.6m.3.3.3閘閥門啟閉機(jī)型式選擇1 .閘門的啟閉機(jī)械：本

36、設(shè)計采用剛性拉桿式啟閉機(jī)械.2 .閥門的啟閉機(jī)械：本設(shè)計采用液壓啟閉機(jī)械啟閉,通過剛性拉桿將閥門與油缸 的活塞桿相連.3.4閘室結(jié)構(gòu)設(shè)計3.4.1 閘室結(jié)構(gòu)型式選擇船閘閘室是由上、下閘首的兩側(cè)閘墻環(huán)繞而形成的空間, 是船閘實現(xiàn)其調(diào)整 水位、升降船舶、使船舶克服航道上集中水位落差的結(jié)構(gòu). 由閘室墻和閘底構(gòu)成. 為保證過閘船舶能隨閘室水面平安地升降和可靠地停泊, 閘室中設(shè)有系船設(shè)備和 其他輔助設(shè)備.本設(shè)計船閘采用別離式閘室結(jié)構(gòu)(選用透水閘底) ,即閘墻和閘底分別設(shè)置.具閘墻型式采用重力式.3.4.2 初步設(shè)計1 .作用在船閘結(jié)構(gòu)上的荷載(1)作用荷載(取單寬)1)自重：G1=1* (204.5-1

37、98.5) *25=150KNG2= (1+4) * (198.5-178.5) /2*25=1250KNG3= (4+5) * (178.5-173.5) /2*8=180KNG4=4*6*18=432KNG5= (4+0.8) * (198.5-178.5) /2*18=864KNG6=0.8* (178.5-173.5) /2*8=16KNG7=11*5*25=1375KNG8=12* (177.5-173.5) *10=480KNG 運(yùn)G 4747KN1 7 G 4267KN 12 ) 土壓力(1)結(jié)合我國船閘建設(shè)經(jīng)驗,作用在船閘結(jié)構(gòu)上的土壓力狀態(tài)應(yīng)根據(jù)以下情況 考慮：巖基上的重力式結(jié)

38、構(gòu),由于墻身變位受到限制,主動極限平衡狀態(tài)一般難 以發(fā)生,墻后填土應(yīng)按靜止土壓力計算.(2)各土層界面上(包括地下水位線)的靜止土壓力強(qiáng)度凡,如下圖：K.1 - sin '=0.5Poi =0kpaPo2=K° h=0.5*18* (204.5-178.5) =234kpaPo3 = Ko( h1' h2)=234+0.5*8*(178.5-168.5)=274kpa土壓力合力 P± =0.5*234* (204.5-178.5) +0.5* (234+274) *(178.5-168.5)=5582KN3)靜水壓力,如下圖：閘室內(nèi)的靜水壓力 P1=10*

39、(177.5-173.5) =40KN地下水產(chǎn)生的靜水壓力 P2=10* (178.5-168.5) =100KN靜水壓力合力 P7K運(yùn)=0.5*100* (178.5-168.5) - 0.5*40* (177.5-173.5) =420KNP7K檢=0.5*100* (178.5-168.5) =500KN4)揚(yáng)壓力：作用于建筑物根底底面垂直向上的總水壓力稱為揚(yáng)壓力,包括浮托力和滲透壓力.揚(yáng)壓力的分布如下圖：H=10*(178.5-168.5)=100KN揚(yáng)壓力合力 P揚(yáng)運(yùn)=0.5* (90+100) *22=2090KNP揚(yáng)檢=0.5*100*22=1100KN5)船舶荷載船舶荷載包括：

40、船舶進(jìn)行時,船舶對建筑物的撞擊力；船舶?？繒r,由系船設(shè) 備傳到建筑物上的系纜力.至于?？吭诮ㄖ锴暗拇笆茱L(fēng)力作用而產(chǎn)生的橫擠 力,一般比撞擊力小,在船閘設(shè)計中多不予以考慮.船舶的撞擊力：a.PC0. 9k3 W"0. 9 * 1 * 3(10. 8 * 2 * 80)2129. 6KNb.撞擊力的分布長度可按以下公式計算：.2Ly -y (2bLyLd)3式中：Ly 一沿墻長方向的分布長度(m);y 一撞擊點(diǎn)至計算截面的高度(m)；b 一計算截面處的墻厚度(m)；Ld 一墻分塊長度(m)0(3)船舶的系纜力：船舶系纜力由配纜破斷力計算確定. 設(shè)計時,可根據(jù)過閘船舶的載重量,按?渠

41、化工程?表6-3選用.取系纜力值N=100KN 0船舶系纜力在建筑物長度方向上的分布與船舶撞擊力相同.6)閘面活荷載：閘面活荷載的大小決定于船閘的運(yùn)轉(zhuǎn)方式.通常情況下,過閘船舶不用岸上曳引設(shè)備,可只考慮人群荷載,并考慮船閘檢修期墻后堆放少量材料或使用輕便 設(shè)備機(jī)械的要求,閘面活荷載通常取為 25kpa.當(dāng)閘面有汽車、牽引車通行或 堆放材料時,應(yīng)根據(jù)具體情況確定.取閘面活荷載q=5kpa.(2)計算情況及荷載組合：1)作用在船閘結(jié)構(gòu)上的荷載,可能以不同組合方式出現(xiàn).在設(shè)計計算時,不可 能也不必要對所有的組合方式都進(jìn)行計算,一般都選取起限制作用的組合方式進(jìn)行計算.本設(shè)計針對運(yùn)用情況、檢修情況進(jìn)行驗

42、算.2)荷載組合：計算情況自重土壓力水壓力揚(yáng)壓力船舶柿我活荷載運(yùn)用情況VVVVV7V檢修情況V7V7V7V7V72.閘墻結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定驗算和強(qiáng)度驗算(1)抗滑穩(wěn)定性驗算本設(shè)計采用抗剪強(qiáng)度計算公式,其抗滑穩(wěn)定平安系數(shù)可按下式計算:kc式中：f墻體與地基接觸面的抗剪摩擦系數(shù),取f=0.5;V一作用于墻體上全部荷載對滑動面切向投影的總和, H一作用于墻體上全部荷載對滑動面切向投影的總和,1運(yùn)用情況:8G -隹運(yùn) 嗑=4747-2090+5*5=2682KN2檢修情況:kc1P土Pk 運(yùn)f VHG-FcN =5582+420+129.6+100=6231.6KN0. 5 * 2682 0. 221.1

43、6231.6嗑=4267-1100+5*5=3192KNPk 檢=5582+500=6082KNkc6082V 0. 5 * 3192 0.261.05顯然,閘室墻抗滑穩(wěn)定性的驗算結(jié)果不能滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求時,可采取適當(dāng)舉措提升閘室的抗滑穩(wěn)定性.其舉措有：在兩側(cè)閘墻之間的閘底處設(shè)置橫撐； 在閘墻基底設(shè)置齒墻；降低墻后地下水位和填土高度；或在基底更換摩擦系數(shù)較 大的砂土砂墊層等.2抗傾穩(wěn)定性驗算閘室墻的抗傾穩(wěn)定性按下式計算：MRM0式中：k.一抗傾覆穩(wěn)定平安系數(shù),按船閘設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定選用；M0對計算截面前趾的傾覆力矩,是由土壓力、水壓力及滲透壓力等產(chǎn)生 的力矩(KN - m);唯一對計算截面前趾的穩(wěn)定力矩,是由自重或上部荷載產(chǎn)生的力矩(KN m).1)運(yùn)用情況：MR=MGMk 穩(wěn)M=(150*3.6+1250*4.5+180*5.36+432*6.1+864*10.3+16*7.77 ) +80*1.67+25*5.6=19062.12KN - mM0二M±%傾岫 隊=5582*6.88+125*4/3+2090*4/3