閘室的結構計算

1、第一節(jié) 概述一、概念水閘是調(diào)節(jié)水位、控制流量的低水頭水工建筑物，主要依靠閘門控制水流，具有擋水和泄（引）水的雙重功能，在防洪、治澇、灌溉、供水、航運、發(fā)電等方面應用十分廣泛。二、水閘的類型按擔負的任務（作用）分：節(jié)制閘（攔河閘）：攔河興建，調(diào)節(jié)水位，控制流量。進水閘（渠首閘）：在河、湖、水庫的岸邊興建，常位于引水渠道首部，引取水流。排水閘（排澇閘、泄水閘、退水閘）：在江河沿岸興建，作用是排水、防止洪水倒灌。分洪閘：在河道的一側興建，分泄洪水、削減洪峰洪、滯洪。擋潮閘：建于河流入海河口上游地段，防止海潮倒灌。沖沙閘：靜水通航，動水沖沙，減少含沙量，防止淤積。排冰閘：在堤岸上建閘防止冬季冰凌堵塞。

2、按閘室結構分（1）開敞式：閘室露天，又分為有胸墻；無胸墻兩種形式（2）涵洞式：閘室后部有洞身段，洞頂有填土覆蓋。（有壓、無壓）按操作閘門的動力分（1）機械操作閘門的水閘（2）水力操作閘門的水閘三、水閘等級劃分及洪水標準（以平原區(qū)水閘樞紐為例）1、工程等別及建筑物級別平原區(qū)水閘樞紐工程是以水閘為主的水利樞紐工程，一般由水閘、泵站、船閘、水電站等水工建筑物組成，有的還包括涵洞、渡槽等其它泄（引）水建筑物，應根據(jù)水閘最大過閘流量及其防護對象的重要性劃分等別。其中水工建筑物的級別應根據(jù)其所屬樞紐工程的等別、作用和重要性劃分。平原區(qū)水閘樞紐工程分等指標表工程級別規(guī)模大（1）型大（2）型中型?。?）型?。?/p>

3、2）型最大過閘流量500050010001000100100200.5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：.地基反力在順水流方向直線分布 .地基反力在垂直水流方向均勻分布 .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用偏心受壓公式計算縱向（順水流方向）地基反力。取橫向單

4、寬板條，按倒置連續(xù)梁計算內(nèi)力并進行配筋。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?shù)鼗鶠橄鄬o密度Dr0.5的砂土時，可用反力直線分布法計算。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。*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應由閘墩和底板共同承擔。

5、 ，b=1m，對既定截面，Q/I是常數(shù)，與S（y）成正比，設閘墩和底板對應的S（y）的面積分別為A1和A2，則閘墩和底板分擔的不平衡剪力分別為：Q1還要由中墩和縫墩按厚度再進行分配，兩者分配的Q1和Q1分別為：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(zhuǎn)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-q1-Q2/2L。計算底板內(nèi)力并進行配筋。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(diào)條件，計

6、算地基反力和底板內(nèi)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(shù)。 (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?shù)鼗鶠檎承酝粱駾r0.5的砂土時，可采用彈性地基梁法計算。圖9-28 閘底板結構計算圖 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。對不平衡剪力進行分配。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

7、板的不平衡剪力轉(zhuǎn)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q1-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(shù)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(nèi)力減小時，考慮彎矩計算值的50%，使梁內(nèi)力增加時，考慮彎矩計算值的100%。表7.5.5 邊荷載計

8、算百分數(shù) 地基類別邊荷載使計算閘段底板內(nèi)力減小邊荷載使計算閘段底板內(nèi)力增加砂性土50100粘性土0100計算底板內(nèi)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：.對于土基上的水閘的整體式平底板：(a)當?shù)鼗蓧嚎s層（厚度為T）很厚（即厚度遠大于梁的最大水平尺寸）時（T/L2）可將地基視為半無限彈性體進行計算。(b)當?shù)鼗蓧嚎s層較薄時（T/L0.25） 可按反力與地基變形成正比的文克爾假定（即基床系數(shù)法）進行計算。(c)當?shù)鼗蓧嚎s層厚度與梁的最大尺寸同量級時（T/L=0.252）可按有限深彈性地基梁用鏈桿法進行計算。.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(shù)法計

9、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(nèi)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(shù)然后查表（水工設計手冊（1）得彎矩系數(shù)，然后計算彎矩。*半無限深彈性地基梁：先計算出柔度系數(shù)然后查表（水工設計手冊（1）得彎矩系數(shù)，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(shù)然后查表水閘設計（上冊），華東水利學院編得地基反力系數(shù)，然后計算彎矩。 在分析底板應力時，底板自重q1的取值也應根據(jù)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(jù)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(jīng)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(shù)是挖埋式，底板自重遠小于基坑開挖前的原壓荷載，由底板自重引起的地基沉降是