羌河口水電站首部閘壩樞紐設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書題目:羌河口水電站首部閘壩樞紐設(shè)計(jì)學(xué)院(直屬系):能源與環(huán)境學(xué)院年級(jí)、專業(yè):2010級(jí)水利水電工程學(xué)生姓名:學(xué)號(hào):指導(dǎo)教師:完成時(shí)間:2014年5月25日目錄摘要 ④工作橋及啟閉機(jī)重力=1014kN，交通橋自重=825kN，檢修橋自重=132kN。水重作用在水閘上面的水閘應(yīng)該按照其實(shí)際體積及其容重計(jì)算確定，水的容重一般取10，在多泥沙的河流上應(yīng)考慮水中含有的懸移質(zhì)對(duì)誰容重的影響，這是采用渾水容重，渾水容重的計(jì)算公式如下：式中：—渾水容重，；—實(shí)測最大泥沙含量，。由已知資料知道，該河段多年平均含沙量0.134kg/m3，即，所以。10710.002=3956kN水平水壓力作用在水閘上的水平水壓力應(yīng)根據(jù)水閘不同的運(yùn)行情況時(shí)的上、下游水位組合條件計(jì)算確定，計(jì)算簡圖如圖9-1。式中：—止水c以上的上游水深，m；—c、d的揚(yáng)壓力水頭，m；為c、d兩點(diǎn)距離，m；其余符號(hào)與上面相同。在這里=5.65m，=3m，L=6m，=4.8kN，=2.7kN。所以有：=940kN；=（4.8+2.7）369.81=1325kN。圖9-1上游水壓力圖揚(yáng)壓力作用在水閘基礎(chǔ)底面的揚(yáng)壓力應(yīng)根據(jù)地基內(nèi)別、防滲排水布置及上下游水位組合條件計(jì)算確定。泥沙壓力當(dāng)閘前有泥沙淤積應(yīng)該計(jì)算作用在閘上的泥沙壓力，泥沙壓力應(yīng)根據(jù)水閘上、下游可能淤積的厚度及泥沙的容重等計(jì)算確定。根據(jù)黃河水利勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)院的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算可能淤積厚度確定為：在淤積高度確定后可按以下公式計(jì)算計(jì)算泥沙壓力：式中：為作用于水閘上的泥沙壓力，；閘前沉積泥沙的浮重度，，；為為淤積泥沙的內(nèi)摩擦角，（）；n為泥沙的孔隙率。=閘室上、下游端地基反力的比值，反映閘室基底反力分布的不均勻程度。值愈大，表明閘室兩端基底反力相差愈大，沉降差愈大，閘室的傾斜度也愈大。設(shè)計(jì)中的的容許值應(yīng)符合表9-1中規(guī)定。表9-1η的容許值地基土質(zhì)荷載組合基本特殊松軟中等堅(jiān)硬、緊密堅(jiān)硬、緊密沿土基面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)因水閘的級(jí)別而異，見表9-2。表9-2Kc的容許值荷載組合水閘級(jí)別1234、5基本組合特殊組合12對(duì)于結(jié)構(gòu)布置及受力情況對(duì)稱的閘孔，按式計(jì)算基底最大和最小壓應(yīng)力：式中：—鉛直荷載的總和，KN；A—閘室基底面的面積，m2；—作用在閘室的全部荷載對(duì)基底面垂直水流流向形心軸的力矩，KN·m；B—閘室底板的長度，m。計(jì)算閘室穩(wěn)定時(shí)，一般區(qū)分為施工、完建、運(yùn)用和檢修等情況，各種情況下的荷載均有所不同，應(yīng)根據(jù)具體情況將同時(shí)作用的各種荷載進(jìn)行組合。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選擇計(jì)算情況和確定其可能存在的最不利荷載組合。但不少工程單位計(jì)算基底壓力時(shí)，先按下式計(jì)算偏心矩e：從而上下游基底壓力為：式中的符號(hào)與上面的相同。此次設(shè)計(jì)計(jì)算完建期和正常運(yùn)用期。表9-3荷載組合情況荷載組合計(jì)算情況荷載基本組合完建期重力水壓力（不計(jì)）揚(yáng)壓力（不計(jì)）正常運(yùn)用期重力水壓力揚(yáng)壓力表9-4完建期計(jì)算結(jié)果表荷載重力KN力臂m力矩KN·m底板自重3500517500閘墩自重4500522500工作橋及啟閉設(shè)備自重101411014交通橋自重82554125檢修橋自重1322264閘門自重78178合計(jì)1004945481計(jì)算偏心距e：=所以有：=184.3KN/m22η==＜[η符合應(yīng)力要求。計(jì)算偏心距e：=所以有：22η==/=＜[η表9-5正常運(yùn)行期計(jì)算結(jié)果表荷載鉛直向上kN鉛直向下kN水平力KN力臂m順時(shí)針力矩kN·m逆時(shí)針力矩kN·m閘室結(jié)構(gòu)自重1004945481水重3956519780上游水壓力1325249194021880揚(yáng)壓力4341637泥沙壓力3合計(jì)13571227067998計(jì)算偏心距e：=所以有：=195.1KN/m22η==/=＜[η符合應(yīng)力要求。經(jīng)過計(jì)算，閘室基地應(yīng)力滿足要求，設(shè)計(jì)結(jié)果合理。10閘室抗滑穩(wěn)定分析水閘建成投入運(yùn)行后，閘室受到豎向力和水平力的共同作用，水閘是否會(huì)發(fā)生沿地基表面的水平滑動(dòng)，決定于阻止閘室滑動(dòng)的力及阻滑力是否大于致使閘室滑動(dòng)的力及滑動(dòng)力，前者與后者的比值及為抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。閘室抗滑穩(wěn)定計(jì)算水閘沿地基面的抗滑穩(wěn)定按下式計(jì)算：或式中：為沿閘室基底面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；f為閘室基底面與地基之間的摩擦系數(shù)；為作用在閘室上的全部水平荷載之和，kN；閘基基礎(chǔ)底面與土質(zhì)地基之間的摩擦角，（）；為閘室基底面與土質(zhì)地基之間的粘聚力，kPa。其中f的值可按照《水閘》張世儒編著一書中的的表5-9查看,這里取0.53。目前在水閘設(shè)計(jì)中普遍采用公式進(jìn)行計(jì)算。而公式是根據(jù)是根據(jù)現(xiàn)場混凝土的抗滑實(shí)驗(yàn)資料進(jìn)行分析研究后提出的，因而其計(jì)算成果能夠比較真實(shí)的反應(yīng)粘性土地基上水閘的真實(shí)情況。所以對(duì)于粘性土地基上的水閘采用此公式計(jì)算比較好。由閘底的基底應(yīng)力計(jì)算可知：KNKN所以：=3.17 ＞[所以本次設(shè)計(jì)的抗滑穩(wěn)定滿足要求，設(shè)計(jì)滿足要求。 11閘室底板的配筋計(jì)算底板直接建在地基面上，承受著閘室上部的所有荷載，包括閘室自重、閘室上面的水中、工作橋自重、閘墩自重等等、并且它還還起著傳遞力的作用，將上部的所有荷載直接傳遞給地基。同時(shí)還要考慮兩邊邊荷載的影響，特殊情況下還要考慮地震荷載等，所以受力條件十分復(fù)雜。而且其作用也十分重要，假使底板受到很小的破壞或者滑動(dòng)將直接導(dǎo)致整個(gè)閘室傾覆。因此必須對(duì)閘室進(jìn)行受力分析，然后進(jìn)行配筋計(jì)算。只有這樣才能確保閘室的整體安全性。本次設(shè)計(jì)采用彈性地基梁法。對(duì)于半無限大彈性體假說下平面地基上的常截面基礎(chǔ)梁，常采用郭氏表計(jì)算。均布荷載和集中荷載均采用郭氏表計(jì)算。郭氏表中沒有能考慮邊荷載的影響，所以對(duì)于邊荷載的計(jì)算則采用河海大學(xué)徐芝綸教授編寫的計(jì)算表格。相關(guān)數(shù)據(jù)查尋所用表格都來自于《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》。首先算出基礎(chǔ)梁的無因次的柔度指標(biāo)t：式中：為基土的變形模量；為混凝土的彈性模量；l為地基梁的半梁長度，m；h為梁的高度，m。查《水閘》張世儒主編一書的表6-10知=6有：≈3表11-1均布荷載計(jì)算表x01234567891007374757678828895117150—P414419425431442465499538663849—0-5-70V0-148-283-397-527-634-748-776-765-5610980M5094452848114472390533402604181210193400當(dāng)全梁受均布荷載q時(shí)，可由t查出梁各截面處的反力系數(shù)、剪力系數(shù)、彎矩系數(shù)，再由以下公式求出各截面處的反力p、剪力V、彎矩M。取。當(dāng)梁上承受集中荷載P時(shí)，可由t和a查出梁各截面處的反力系數(shù)、剪力系數(shù)、彎矩系數(shù)，再由以下公式求出各截面處的反力p、剪力V、彎矩M。取。表11-2集中荷載計(jì)算表x012345678910050494746444342424764—P280275264258247241236236264359—50-45-40-36-31-27-22-18-14-90V2763-2487-2210-1989-1713-1492-1216-995-774-49802722181411853200M1493112166995477426083442427651659110600當(dāng)梁上承受邊荷載時(shí)，可由t和a查出梁各截面處的反力系數(shù)、剪力系數(shù)、彎矩系數(shù)，再由以下公式求出各截面處的反力p、剪力V、彎矩M。表11-3邊荷載計(jì)算表x012345678910014161922242626200-54—14119641-2-6-13-26—560——P-224—2130-40562663640-1120V00-6-50-20-1548-1631-1658-1631-1547-1382-1160-857-525-1930-1548-1437-1354-1133-967-774-552-414-193-550M-3096-3068-3012-2764-2514-2156-1712-1271-718-2480取。表11-4所有荷載疊加表x012345678910P984—V27630M169291362611753945074745608365722001407920按DL/T5057-2009規(guī)范：式中：—彎矩設(shè)計(jì)值；—截面極限彎矩值；為綜合分項(xiàng)系數(shù)；—混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；b—矩形截面寬度；x為混凝土受壓區(qū)計(jì)算高度；—截面有效高度；為鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；—受拉區(qū)縱向鋼筋截面面積。將代入上式，并令：則有式中：—截面抵抗矩系數(shù)；—相對(duì)受壓區(qū)計(jì)算高度；—系數(shù)，在規(guī)范中取1.0。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該滿足，但為了考慮經(jīng)濟(jì)問題一般取。所以有：再求解：可求得鋼筋截面面積：由以上計(jì)算可知：=116854KN·m；=1.32；2；b=7m；=1.96m；=360N/mm2。查《水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)學(xué)》附錄4知a=c+10=30+10=40mm。查表《水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)學(xué)》3-1）=0.09＜=0.384，因此直接采用單筋截面進(jìn)行計(jì)算，查表《水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)學(xué)》3-1：=＜則每米板寬鋼筋量為4914。配筋率：＞=0.15％查表《水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)學(xué)》附錄3表2選擇HRB400直徑為22mm間距為70mm進(jìn)行布設(shè)。此時(shí)的鋼筋含量為每米5430略大于4914滿足要求?？紤]到板厚達(dá)到了兩米，所以需要在上層配置構(gòu)造筋，構(gòu)造筋選用HRB400直徑選用20mm間距取為200mm，進(jìn)行配設(shè)。配筋圖詳見圖紙。12結(jié)論本次設(shè)計(jì)是羌河口攔河閘壩首部樞紐的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是對(duì)泄洪閘的設(shè)計(jì)和計(jì)算。泄洪閘的主要作用是宣泄水庫中超過調(diào)蓄能力的洪水或存水。本次設(shè)計(jì)的第一步是對(duì)資料的綜合分析整理，整理出對(duì)本次設(shè)計(jì)有用的資料，方便在后續(xù)的計(jì)算和設(shè)計(jì)中取用。然后參照水閘設(shè)計(jì)規(guī)范確定出工程等級(jí)。本次設(shè)計(jì)的工程等別為四等，規(guī)模為?。?）型，防護(hù)對(duì)象重要性為一般。閘址選在陵江鄉(xiāng)吊壩村上游約1.5km處，泄洪閘布置在主河床中間，右岸有成洞條件便于引水隧洞的開挖，因此在右岸設(shè)置進(jìn)水口。左岸采用土石壩擋水。在上游設(shè)置15m長的鋪蓋，在鋪蓋與閘室的連接處設(shè)置齒墻，并采用止水銅片止水，閘室長度為10m，每孔設(shè)計(jì)一道工作閘門一道檢修閘門，其中檢修閘門可移動(dòng)。在水閘下游設(shè)置消力池采用底流消能方式，消力池長為18m，深為1m。在消力池末端設(shè)置海曼，海曼長20m，在海曼末端設(shè)置防沖槽。之后進(jìn)行閘室的抗滑穩(wěn)定計(jì)算，此過程十分復(fù)雜，需要對(duì)閘室以及其上部結(jié)構(gòu)所有的荷載進(jìn)行疊加計(jì)算，然后再利用相應(yīng)公式進(jìn)行計(jì)算。防滲計(jì)算式水閘計(jì)算中的一個(gè)重點(diǎn)，采用改進(jìn)阻力法進(jìn)行計(jì)算，這種方法是在阻力系數(shù)法、分段發(fā)以及獨(dú)立函數(shù)的基礎(chǔ)上綜合發(fā)展而來，因此近似度非常高。最后進(jìn)行閘室底板配筋計(jì)算，與抗滑穩(wěn)定分析類似需要對(duì)水閘上面的力進(jìn)行疊加計(jì)算，十分復(fù)雜。本次設(shè)計(jì)的結(jié)果與工程實(shí)際十分接近只是在局部地方有一些瑕疵，現(xiàn)在進(jìn)行逐個(gè)說明。比如鋪蓋的長度計(jì)算存在差異，本次設(shè)計(jì)主要參照《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》以及《水工建筑物》進(jìn)行估算，并沒有具體的公式進(jìn)行參照因此計(jì)算的結(jié)果有所差異，肯定存在考慮不足不完善的地方。還有閘室的長度也有所差異，閘室的長度主要是根據(jù)上下游水位差等因素估算，從而計(jì)算出的長度與實(shí)際也有所差異，在老師的指導(dǎo)下進(jìn)行了改進(jìn)，因此得出了更為精確的長度。在海曼的長度計(jì)算時(shí)遇上了問題，在初步的按《水工建筑物》給出的估算公式得出的海曼長度只有幾米，與實(shí)際的20m左右的長度存在巨大差異。在翻看了各種資料書后發(fā)現(xiàn)毛旭熙高級(jí)工程師的海曼計(jì)算公式比較精確從而解決了這一問題。最后回顧這次設(shè)計(jì)讓我明白了，進(jìn)行一個(gè)水電站的設(shè)計(jì)是十分精細(xì)的工作，需要參看許多規(guī)范與資料，不同的地形地質(zhì)條件會(huì)選用不同的參考資料，得出的結(jié)論應(yīng)十分謹(jǐn)慎的進(jìn)行分析，如果發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤應(yīng)及時(shí)予以修正。同時(shí)水電的計(jì)算設(shè)計(jì)中包含很多估算以及安全系數(shù)的取值范圍，在這部分計(jì)算值應(yīng)該引起重視以免出現(xiàn)設(shè)計(jì)不合格或者是取值過于保守從而引起經(jīng)濟(jì)上和材料上的浪費(fèi)。最后希望老師對(duì)我本次設(shè)計(jì)不合理的地方進(jìn)行細(xì)心的斧正和批評(píng)！總結(jié)與體會(huì)我在本次的設(shè)計(jì)過程中遇到了很多的問題，但是在自己的努力與學(xué)習(xí)下、老師以及同學(xué)的幫助下我一個(gè)一個(gè)的解決了這些問題。在這期間我學(xué)會(huì)了很多的東西，這些東西在我畢業(yè)后的工作中將成為一種寶貴的財(cái)富積累。在剛剛開始設(shè)計(jì)的時(shí)候，就遇到了很多的問題需要我利用以前的知識(shí)來解決。比如設(shè)計(jì)之初工程等級(jí)的確定就在以前《水工建筑物》里學(xué)過，再后來水閘的水利計(jì)算，更是充分運(yùn)用了《水力學(xué)》里面的各種知識(shí)，比如堰型的選擇，過閘流量的計(jì)算，消力池深度的計(jì)算等等。通過對(duì)這些數(shù)值的計(jì)算我仿佛又從大一開始再一次學(xué)習(xí)了一遍這些知識(shí)，他加深了我對(duì)這些知識(shí)記憶的同時(shí)讓我對(duì)這些知識(shí)又產(chǎn)生了進(jìn)一步的理解。讓我更加牢固的掌握了我們所學(xué)習(xí)的專業(yè)知識(shí)。在計(jì)算海曼長度的時(shí)候我就遇到極大的挑戰(zhàn)，在參考了《水工建筑物》里面關(guān)于海曼的計(jì)算公式計(jì)算出的海曼長度只有幾米，剛開始我并沒有發(fā)現(xiàn)問題，但是到了防滲驗(yàn)算是就是不合格，后來才與實(shí)際的工程對(duì)比發(fā)現(xiàn)了問題，浪費(fèi)了我?guī)滋斓臅r(shí)間。之后在老師的指導(dǎo)下才采用了毛旭熙高級(jí)工程師的關(guān)于海曼計(jì)算公式，最后才計(jì)算出了正確的海曼長度。這讓我了解了再解決實(shí)際工程問題是不能單一的采用某種計(jì)算方法就能完全確定，尤其是在沒有具體計(jì)算公式的時(shí)候我們更應(yīng)該謹(jǐn)慎選用相關(guān)估算公式并與實(shí)際工程相結(jié)合得出更加合理的結(jié)論，同時(shí)他提高了我對(duì)實(shí)際與理論的認(rèn)識(shí)，很多理論性的知識(shí)只有通過了實(shí)際的設(shè)計(jì)檢驗(yàn)才能將它為我所用。這次的問題也讓我對(duì)工程的設(shè)計(jì)與施工有了更深的理解，也對(duì)實(shí)際施工設(shè)計(jì)工作產(chǎn)生了弄厚的興趣。再者通過逐步解決自己在設(shè)計(jì)中遇到的各種問題，增強(qiáng)了我自己解決問題的能力，還有就是設(shè)計(jì)過程是一個(gè)極具邏輯性的推理試算然后再計(jì)算確定實(shí)際數(shù)據(jù)以及相關(guān)結(jié)構(gòu)尺寸的一個(gè)的過程，做完本次設(shè)計(jì)后讓我深有體會(huì)，加入在以后的工作中遇到相關(guān)的工作或者相關(guān)的事情這做起來會(huì)讓我更加的得心應(yīng)手。還有就是在設(shè)計(jì)之初，需要在網(wǎng)上查看許多關(guān)于閘壩、水電相關(guān)的知識(shí)。他能拓展我們?cè)谶@個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)寬度，讓我更加了解整個(gè)國家以及世界上的能源結(jié)構(gòu)，以及遇到的環(huán)境問題。水電的開發(fā)能改變整個(gè)能源的結(jié)構(gòu)，減少煤、石油等的使用，減少環(huán)境污染。對(duì)可持續(xù)發(fā)展做出巨大貢獻(xiàn)。其中最大的收獲還是讓我更加了解了以后的工作的方向以及工作的內(nèi)容。他讓我對(duì)水電事業(yè)有了更深的興趣，明白了自己以后的奮斗方向。謝辭本次設(shè)計(jì)的指導(dǎo)老師魏張煥敏老師。在我們做設(shè)計(jì)這一個(gè)多月的時(shí)間里，名義上張老師說每周的周四為畢業(yè)設(shè)計(jì)的答疑時(shí)間。但是實(shí)際上除了張老師上課的時(shí)間，他基本上都在辦公室里等著我們?nèi)枂栴}。最讓我感動(dòng)的是那天中午去辦公室敲門，里面沒有人應(yīng)答，隨后我撥通了張老師的，突然我聽到辦公室里面?zhèn)鱽硪魂囀煜も徛?，我以為我錯(cuò)覺了，但隨后聽到了張老師接的聲音。原來他累的在辦公桌上睡著啦，那一刻我感動(dòng)了，一位老師為了我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)，犧牲了自己的午休時(shí)間，犧牲了陪家人吃午飯的時(shí)間，這就是偉大的老師??！還有辦公室的涂老師、劉老師等，雖然他們不是我們直接的指導(dǎo)老師，但是只要我們有問題而張老師不在的情況下，他們都會(huì)很熱心的幫助我們解答，同時(shí)還會(huì)夸獎(jiǎng)我們學(xué)習(xí)認(rèn)真，鼓勵(lì)我們的士氣。在設(shè)計(jì)做完以后我們還要答辯，屆時(shí)我們還將耽擱很多學(xué)院老師的時(shí)間來為我們指導(dǎo)。這些老師都在默默的關(guān)心著我們的畢