10級船閘畢業(yè)設(shè)計布置第一階段(文天)解析課件

10級港口航道及海岸工程專業(yè)

船閘畢業(yè)設(shè)計

2013.122020年9月28日1一、畢業(yè)設(shè)計目的

畢業(yè)設(shè)計是完成高等學校專業(yè)教育的最后一個很重要的實踐性教育活動，是學生在學完各門課程后，綜合運用所學課程的知識，在教師指導下進行的最后教學環(huán)節(jié)。經(jīng)過此階段的教學鍛煉，學生必須獨立的掌握一個船閘工程的規(guī)劃、設(shè)計的全過程，拓寬知識面，鞏固并提高所學過的理論知識，使之能系統(tǒng)地解決各個設(shè)計階段的技術(shù)問題，豐富實際的設(shè)計經(jīng)驗，培養(yǎng)獨立工作的能力，提高設(shè)計、計算、繪圖、編寫說明書的水平。2020年9月28日2二、設(shè)計內(nèi)容、時間安排

1、設(shè)計資料的分析和整理0.5周2、船閘總體規(guī)劃設(shè)計1.0周3、結(jié)構(gòu)型式的選擇1.0周4、水力計算、輸水系統(tǒng)設(shè)計3.0周5、結(jié)構(gòu)計算4.0周6、繪圖及說明書、計算書的整理2.5周7、答辯1.0周本次畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)容分為以下幾個部分：2020年9月28日3（1）說明書、計算書各一份，要求說明書打印，計算書可以打印或手寫。（2）繪制一張上閘首結(jié)構(gòu)圖，一號圖。（3）繪制一張船閘整體布置圖，一號圖。（4）繪制指定構(gòu)件的配筋圖。（5）要求把自己設(shè)計的船閘位置布置到地形圖上。三、成果要求2020年9月28日4四、設(shè)計參考書和規(guī)范

（1）渠化工程學、航道工程學；（2）船閘設(shè)計，水利電力出版社；（3）船閘總體設(shè)計圖例，人民交通出版社（4）港口航道與海岸工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計指南；（5）土力學；（6）結(jié)構(gòu)力學、材料力學；（7）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；（8）內(nèi)河通航標準2020年9月28日5四、設(shè)計參考書和規(guī)范

（9）渠化工程樞紐總體布置設(shè)計規(guī)范（10）船閘水工建筑物設(shè)計規(guī)范（11）船閘輸水系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范（12）船閘總體設(shè)計規(guī)范（13）船閘閘閥門設(shè)計規(guī)范（14）船閘啟閉機設(shè)計規(guī)范（15）港口工程制圖規(guī)范（16）鋼筋混凝土設(shè)計規(guī)范2020年9月28日6結(jié)構(gòu)設(shè)計第一階段

（總體設(shè)計、結(jié)構(gòu)型式選擇、水力計算）2020年9月28日71、設(shè)計資料分析

船閘分級指標在我國，船閘的級別是根據(jù)其設(shè)計的最大船舶的噸級劃分，共分7級，下面為船閘的分級指標：2020年9月28日81、設(shè)計資料分析

1.1水文資料1.2地形、地質(zhì)資料1.3氣象資料1.4貨運量資料2020年9月28日91、設(shè)計資料分析

1.5船型資料

給定的設(shè)計船型資料里有可行性研究報告推薦船型、本省現(xiàn)狀兩個方面。在確定閘室尺度時必須兩者兼顧。2020年9月28日102、船閘總體設(shè)計船閘總體設(shè)計部分包括：閘室的基本尺度確定、船閘各部分高程的確定、引航道的型式及其平面尺度的確定、船閘通過能力的計算、船閘耗水量、樞紐布置等六個大的方面。2020年9月28日112、船閘總體設(shè)計2.1閘室基本尺度的設(shè)計包括閘室有效長度、有效寬度和門檻水深。閘室尺度確定時，需要考慮：（1）在一次過閘時，使過閘噸位盡量大。（2）是否將較長的拖帶船隊解隊過閘？（3）對設(shè)計船型加以合理組合。

2020年9月28日122、船閘總體設(shè)計2.1.1閘室有效長度

是指船舶過閘時，閘室內(nèi)可供船舶安全停泊的長度。閘室有效長度可按下式計算并取整數(shù)。

頂推船隊

拖帶船隊

2020年9月28日132、船閘總體設(shè)計鎮(zhèn)靜段：１０～１５米2020年9月28日142、船閘總體設(shè)計2.1.2閘室有效寬度是指閘室內(nèi)兩側(cè)墻面最突出部分之間的最小距離。閘室有效寬度可按下式計算：2020年9月28日152、船閘總體設(shè)計2.1.3門檻水深是指在設(shè)計最低通航水位時門檻上的最小深度，與船隊（舶）最大吃水和進閘速度等有關(guān)。門檻水深應(yīng)滿足：2020年9月28日162、船閘總體設(shè)計二級船閘：長度不小于：２００米寬度不小于：２３米檻上水深：４.５～５.０米三級船閘：長度不小于：１８０米寬度不小于：１６米檻上水深：３.５米2020年9月28日172、船閘總體設(shè)計2.2閘首尺度的確定閘首尺度確定的時候可與閘首結(jié)構(gòu)部分一起考慮。在計算船舶過閘時間時需要知道閘首長度，初步確定時可以考慮取閘首長度為30m左右。2020年9月28日182、船閘總體設(shè)計2.3引航道尺度的確定引航道尺度包括引航道長度、引航道寬度以及引航道水深等部分。

2020年9月28日192、船閘總體設(shè)計2.3.1引航道長度

引航道一般由導航段、調(diào)順段、停泊段、過渡段、制動段組成。其中導航段、調(diào)順段、停泊段構(gòu)成了引航道的直線段。2020年9月28日202、船閘總體設(shè)計

引航道平面圖2020年9月28日212、船閘總體設(shè)計（1）導航段導航段緊靠閘首，船舶出閘時，在船尾尚未駛出閘首前必須沿船閘軸線直線行駛，不能轉(zhuǎn)向。只有當船尾通過閘首邊界后，船首才能離開船閘軸線轉(zhuǎn)向。因此導航段長度滿足下式：

2020年9月28日222、船閘總體設(shè)計（2）調(diào)順段調(diào)順段是進出閘船舶從引航道航線轉(zhuǎn)到船閘軸線或從船閘軸線轉(zhuǎn)到引航道航線，或曲線進閘船舶由停靠軸線轉(zhuǎn)到船閘軸線所需要的長度。調(diào)順段長度可由下式確定：2020年9月28日232、船閘總體設(shè)計（3）停泊段停泊段是供等待過閘的船舶（隊）停靠并與出閘船舶（隊）避讓交錯的一段航道，其長度應(yīng)滿足：2020年9月28日242、船閘總體設(shè)計（4）制動段

船舶以一定速度通過口門區(qū)進入引航道，停車后會在慣性作用下滑行一段距離，這段從引航道口門到停泊段前沿的長度稱為制動段。頂推船隊的制動系數(shù)，當船舶進入口門航速為2.5~4.5m/s時，可在2.5~4.5之間選用2020年9月28日252、船閘總體設(shè)計2.3.2引航道寬度

根據(jù)船閘布置和運行方式，引航道寬度要滿足船隊停靠、調(diào)順、會讓和操作上的要求。

單線船閘和雙線船閘的引航道寬度是指調(diào)順段和停泊段的寬度。導航段到調(diào)順段采用漸變方式過渡。2020年9月28日262、船閘總體設(shè)計（1）單線船閘引航道寬度

單線船閘引航道寬度應(yīng)按雙向過閘確定，即出閘船舶與停在靠船碼頭等候進閘的船舶會讓時所需要的寬度，并考慮布置型式的不同，分為反對稱型和不對稱型、對稱型兩種情況。2020年9月28日272、船閘總體設(shè)計反對稱型和不對稱型引航道寬度為：2020年9月28日282、船閘總體設(shè)計對稱型引航道寬度為：2020年9月28日292、船閘總體設(shè)計（2）雙線船閘共用引航道寬度，根據(jù)下式確定：2020年9月28日302、船閘總體設(shè)計2.3.3引航道最小水深對于I～IV船閘，引航道最小水深應(yīng)滿足下式：2020年9月28日312、船閘總體設(shè)計2.4船閘各部分高程

船閘主要包括上/下閘首、閘室、上/下游引航道等組成。各部分高程根據(jù)特征水文資料確定。2020年9月28日322、船閘總體設(shè)計2.4船閘各部分高程

船閘高程包括船閘頂部高程和底部高程。船閘頂部高程包括門頂、墻頂、導航和靠船建筑物頂?shù)雀鞑糠?。先定門頂高程，再定墻頂高程。2020年9月28日332、船閘總體設(shè)計船閘閘門門頂高程：當位于擋水前緣時：門頂高程=上游校核高水位+安全超高。門頂高程=上游設(shè)計最高通航水位+安全超高。

（溢洪船閘）位于非擋水前緣時：門頂高程=上游設(shè)計最高通航水位+安全超高。2020年9月28日342、船閘總體設(shè)計船閘閘門門頂高程：

安全超高值：I～IV船閘不應(yīng)小于0.5m，一般取0.8～1.0m左右。對于有波浪或水面涌高情況的閘首門頂高程應(yīng)另加波高或涌高值。2020年9月28日352、船閘總體設(shè)計閘室墻頂高程閘室墻頂高程=上游設(shè)計最高通航水位

+超高值。超高值不應(yīng)小于設(shè)計過閘船舶、船隊空載時的最大干舷高度。2020年9月28日362、船閘總體設(shè)計

設(shè)計過閘船舶、船隊空載時的最大干舷高度參考值如下：

2020年9月28日372、船閘總體設(shè)計

上/下游閘首檻頂高程、船閘閘室底板頂部高程、上/下游引航道底高程、上/下游導航建筑物、靠船建筑物頂高程等參見船閘總體設(shè)計規(guī)范p10-112020年9月28日382、船閘總體設(shè)計2.5船閘通過能力

船閘通過能力是指每年通過船閘的單向船舶總數(shù)或貨物的總噸數(shù)。實際上，上行或者是下行的船舶總數(shù)或者是貨物總噸數(shù)不可能剛好相同，計算時取多的一側(cè)考慮。2020年9月28日392、船閘總體設(shè)計2.5船閘通過能力

一般情況下，船閘的通過能力是指設(shè)計水平年期限內(nèi)，單向通過船閘的貨物總噸數(shù)。2020年9月28日402、船閘總體設(shè)計2.5船閘通過能力

T：一次過閘時間，應(yīng)根據(jù)船舶、船隊進出閘時間，閘門啟閉時間，灌泄水時間，船舶、船隊進出閘間隔時間等因素確定。對不同的過閘方式應(yīng)分別計算。2020年9月28日412、船閘總體設(shè)計

船舶、船隊進出閘時間，可根據(jù)其運行距離和進出閘速度確定。船舶、船隊進出閘運行距離根據(jù)單向進閘和雙向進閘方式不同而不同。2020年9月28日422、船閘總體設(shè)計單向一次過閘時間T1：雙向一次過閘時間T2（上、下行各一次）：2020年9月28日432、船閘總體設(shè)計

一次過閘時間應(yīng)根據(jù)單向過閘和雙向過閘的閘次比率確定。當單向過閘與雙向過閘次數(shù)相等時，可按下式確定：2020年9月28日442、船閘總體設(shè)計2.6耗水量計算船閘耗水量計算時，閥門尺度可根據(jù)經(jīng)驗暫定為4×4m。船閘一天內(nèi)平均耗水量可按下式計算：2020年9月28日452、船閘總體設(shè)計

=1.2×××H2020年9月28日462、船閘總體設(shè)計2.7樞紐布置根據(jù)地形圖，分析擬建船閘位置處周圍建筑物的情況，確定船閘的位置，選兩個方案進行比較，說明理由。經(jīng)過方案比選，將優(yōu)選方案布置在地形圖上。2020年9月28日473、結(jié)構(gòu)型式選擇

結(jié)構(gòu)型式選擇主要是指閘首、閘室、輸水系統(tǒng)、閘門、閥門等型式的選擇，需要作出兩個可行性的方案，在進行技術(shù)論證的基礎(chǔ)上確定最優(yōu)方案。2020年9月28日483、結(jié)構(gòu)型式選擇3.1閘首結(jié)構(gòu)型式、尺寸2020年9月28日493、結(jié)構(gòu)型式選擇3.1閘首結(jié)構(gòu)型式、尺寸在土基上：為避免由于邊墩不均勻沉降而影響閘門正常工作，一般采用整體式閘首結(jié)構(gòu)；巖基上：可采用分離式結(jié)構(gòu)；當巖石較完整時，可不設(shè)底板，只有當巖石裂隙較多或巖石較軟弱時，才考慮加設(shè)底板或護底．必要時也可采用整體式結(jié)構(gòu)。2020年9月28日503、結(jié)構(gòu)型式選擇3.1閘首結(jié)構(gòu)型式、尺寸2020年9月28日51閘首結(jié)構(gòu)尺度確定1）閘首長度（順水流方向）

門前段長度l1門龕段長度l2閘門支持段長度l32）閘首寬度（垂直水流方向）

3、結(jié)構(gòu)型式選擇2020年9月28日52門前段長度l1

檢修門槽設(shè)于閘首外與導航墻接縫時，門前段的長度最小，一般為1.0m左右。檢修門槽設(shè)于閘首內(nèi)：對人字門閘首：l1=（1～2）+C1，C1為檢修門槽寬度（m）；對橫拉門閘首：

l1=（1～2）+C1+B，B為輸水進口斷面寬（m）。在設(shè)置檢修門槽不增加閘首長度的情況下，應(yīng)盡量使檢修門槽布置在閘首范圍內(nèi)。

閘首結(jié)構(gòu)尺度確定2020年9月28日53門龕段長度l2

人字閘門橫拉閘門三角閘門人字閘門門龕段長度l2：

式中：Bk：閘首的口門寬度(m)；d：門龕深度(m)，一般為門厚加0.4～0.8m；θ：閘門與船閘橫軸線的夾角，一般取20°～22.5°。閘首結(jié)構(gòu)尺度確定2020年9月28日54橫拉閘門門龕段長度l2：橫拉閘門的門槽寬度，主要由門厚、上下游支承木的厚度及閘墩楔形支承厚度組成：l2=h+2(0.2+0.25)式中：h——橫拉門厚度(m)，支承木厚度取0.2m，楔形支承厚度取0.25m。

橫拉門的厚跨比一般在1/4～1/7之間；閘首結(jié)構(gòu)尺度確定2020年9月28日55三角閘門門龕段長度l2：三角閘門門庫較大，其外形尺寸除要滿足閘門尺度及構(gòu)造要求外，還應(yīng)滿足輸水消能的要求。據(jù)已建船閘三角門門庫尺度的統(tǒng)計，其門龕長度可取為：

l2=(0.5～0.7)Bk

閘首結(jié)構(gòu)尺度確定2020年9月28日56據(jù)已建船閘支持段尺度的統(tǒng)計，l3的變化幅度較大，其范圍如下：

l3≈(0.3～1.2)h

或

l3≈(0.4～2.1)H式中：h——邊墩自由高度(m)；

H——設(shè)計水頭(m)。閘門支持段長度l3閘門支持段長度是指支持閘門并承受閘門推力部分的長度。主要應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)穩(wěn)定及強度的要求，并應(yīng)考慮輸水廊道進出口布置的要求。

人字閘門的支持段長度閘首結(jié)構(gòu)尺度確定2020年9月28日572）閘首寬度：閘首寬度等于閘首口門寬度和兩側(cè)邊墩寬度之和。閘首邊墩寬度，據(jù)已建船閘的統(tǒng)計，邊墩厚度一般取為2～3倍廊道寬度。閘首結(jié)構(gòu)尺度確定2020年9月28日583）閘首底板厚底板厚度可取等于（1/3～1/4.5）邊墩的自由高度，但不應(yīng)小于其凈跨的（1/6～1/7），在粘性地基上取較大值，在砂性地基上可取小值。閘首結(jié)構(gòu)尺度確定2020年9月28日593、結(jié)構(gòu)型式選擇閘首長度：約?。常懊组l首總寬度：約４０米閘首有效寬度：同閘室3.1閘首結(jié)構(gòu)型式、尺寸2020年9月28日603、結(jié)構(gòu)型式選擇2020年9月28日613、結(jié)構(gòu)型式選擇3.2閘室結(jié)構(gòu)型式、尺度閘室結(jié)構(gòu)按其受力狀態(tài)可分為整體式結(jié)構(gòu)和分離式結(jié)構(gòu)兩大類。兩側(cè)閘墻和底板澆筑在一起的為整體式結(jié)構(gòu)，為剛性連接。閘墻與底板分別設(shè)置的為分離式結(jié)構(gòu)。分離式雙鉸底板閘墻與底板之間采用鉸連接。2020年9月28日623、結(jié)構(gòu)型式選擇3.2閘室結(jié)構(gòu)型式、尺度一般來說，閘室結(jié)構(gòu)型式選擇必須根據(jù)地基條件、水級大小、材料來源、施工條件等因素綜合考慮。要求選取兩種方案進行比較。對于擬定的結(jié)構(gòu)型式，確定斷面尺寸，在計算書上畫出斷面圖。2020年9月28日633、結(jié)構(gòu)型式選擇3.3閘、閥門結(jié)構(gòu)型式選擇的門型及選擇的理由。一般單向水頭采用人字門的較多。閥門可采用平板提升門。2020年9月28日643、結(jié)構(gòu)型式選擇3.4輸水系統(tǒng)選擇、布置

船閘輸水系統(tǒng)的型式主要可分為集中輸水系統(tǒng)和分散輸水系統(tǒng)兩大類型。集中輸水系統(tǒng)是將輸水系統(tǒng)集中布置在閘首范圍內(nèi)。灌水時水經(jīng)上閘首由閘室的上游集中流入閘室，泄水時，水從閘室的下游端經(jīng)下閘首泄入引航道。2020年9月28日653、結(jié)構(gòu)型式選擇3.4輸水系統(tǒng)選擇、布置

分散式輸水系統(tǒng)是將輸水系統(tǒng)分散布置在閘首及閘室內(nèi)。灌、泄水時，水流通過設(shè)在閘室底或閘室墻內(nèi)的縱向輸水廊道上的一系列出水支管、出水孔分散地流入閘室。

2020年9月28日663、結(jié)構(gòu)型式選擇3.4輸水系統(tǒng)選擇、布置

可以根據(jù)下式初步判斷采用何種輸水系統(tǒng)形式：2020年9月28日673、結(jié)構(gòu)型式選擇3.4輸水系統(tǒng)選擇、布置

集中輸水系統(tǒng)可分為短廊道輸水、直接利用閘門輸水、組合式輸水。目前京杭運河上船閘大多采用對沖短廊道輸水系統(tǒng)。2020年9月28日683、結(jié)構(gòu)型式選擇3.4輸水系統(tǒng)選擇、布置

消能工類型的選擇（根據(jù)上、下閘首斷面最大平均流速以及水頭綜合確定，輸水系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范p5～p7）。2020年9月28日693、結(jié)構(gòu)型式選擇3.4輸水系統(tǒng)選擇、布置

對于短廊道輸水，為了保證廊道進口頂部不產(chǎn)生負壓、避免吸入空氣和其它漂浮物體、增大輸水效率，要滿足廊道進口布置在水面下一定深度，即滿足最小淹沒水深的要求。2020年9月28日703、結(jié)構(gòu)型式選擇3.4輸水系統(tǒng)選擇、布置

廊道出口處的最小淹沒水深按輸水系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范P13表3.2.3取值。廊道出口斷面宜擴大為廊道閥門處斷面的1.2～1.6倍，自轉(zhuǎn)彎段的起點至出口，應(yīng)設(shè)置中間導墻。廊道斷面型式宜做成寬扁形狀，B/H=1.1～1.2左右。2020年9月28日713、結(jié)構(gòu)型式選擇3.4輸水系統(tǒng)布置2020年9月28日724、輸水系統(tǒng)水力計算

本次畢業(yè)設(shè)計輸水系統(tǒng)水力計算，主要包括輸水閥門處廊道斷面面積；輸水系統(tǒng)的阻力系數(shù)和流量系數(shù)；輸水閥門的開啟時間；閘室輸水時間等，從而校核設(shè)計船閘的通過能力。2020年9月28日734、輸水系統(tǒng)水力計算繪制輸水過程的水力特性曲線，包括：流量系數(shù)、閘室水位、流量、流量增率等與時間的關(guān)系曲線。核算閘室內(nèi)船舶的停泊條件。2020年9月28日744、輸水系統(tǒng)水力計算4.1輸水閥門處廊道斷面面積的計算

經(jīng)過上式計算出的輸水閥門處廊道斷面面積為整個輸水系統(tǒng)的計算面積，則每側(cè)閥門的斷面面積為w/2；閥門斷面B/H=1.1～1.2左右，從而確定斷面尺寸。2020年9月28日754、輸水系統(tǒng)水力計算4.2輸水閥門開啟時間的計算

2020年9月28日764、輸水系統(tǒng)水力計算4.3流量系數(shù)的計算閥門全開后輸水系統(tǒng)總阻力系數(shù)，包括進口、出口、攔污柵、轉(zhuǎn)彎、擴大、收縮等局部阻力系數(shù)，以及沿程摩阻損失的阻力系數(shù)。2020年9月28日774、輸水系統(tǒng)水力計算4.3流量系數(shù)的計算

以上各阻力系數(shù)均應(yīng)換算為閥門處廊道斷面的阻力系數(shù)，即：2020年9月28日784、輸水系統(tǒng)水力計算4.3流量系數(shù)的計算

擴大段，在本次設(shè)計中將其視為圓錐形擴大來計算。2020年9月28日794、輸水系統(tǒng)水力計算4.3流量系數(shù)的計算

圓錐頂角的確定：將擴大前后的廊道斷面面積作為圓臺的上、下頂面，圓臺高度近似