水闸毕业设计计算书YT

目录第一章水力计算111闸孔总净宽计算1111计算公式1112参数取值2113计算过程312闸顶高程计算6121设计情况下闸顶高程7121校核情况下闸顶高程813消能防冲计算9131消力池深度计算9132消力池长度计算11133消力池底板厚度计算11134海漫长度计算12135防冲槽冲刷深度计算13第二章防渗排水计算1421地下轮廓线尺寸设计14211铺盖尺寸设计14212底板尺寸计算1422渗流计算15221地基有效深度计算17222分段阻力系数计算17223各段水头损失计算20224渗流量及渗透坡降计算2223绕流计算23231设计洪水期23232校核洪水期24第三章闸室稳定计算2631各类荷载计算26311闸室自重26312水重计算28313扬压力计算29314静水压力计算30315波浪压力计算3132闸室稳定计算33321完建期稳定计算33322设计情况稳定计算34323校核情况稳定计算3633岸墙稳定计算38331作用力和作用力矩38332抗滑、抗倾验算39333地基应力验算40第四章闸室结构计算4241底板内力计算42411纵向地基反力计算42412不平衡剪力计算42413不平衡剪力分配44414基础梁荷载计算46415边荷载计算47416强度及配筋计算48417底板抗裂验算5042闸墩内力计算51421闸墩水平截面形常数计算51422墩底截面纵向正应力、剪应力计算54423边缝墩扭矩计算56424边缝墩侧向应力计算56425门槽应力计算57第五章工程量计算6051混凝土方量计算6052钢筋用量计算6053石方量计算6154挖方量计算6155填方量计算61华南理工大学本科毕业设计深岗水闸工程设计1第一章水力计算11闸孔总净宽计算111计算公式根据水闸设计规范SL2652001，水闸的闸孔总净宽B0可按以下公式计算B0QM2GH03211ZN1BN12Z101711B0B0DZB0B0DZ413B101711B0B0DZ2BBB0B0DZ2BB414231HSH01HSH00415式中B0闸孔总净宽（M）；Q过闸流量；H0计入行近流速水头的堰上水深（M）；G重力加速度,可采用981M/S2；M堰流流量系数；堰流侧收缩系数，对于多孔闸可按公式12计算求得；B0闸孔单孔净宽，初定为8M；N闸孔数；初定为N5；Z中闸孔侧收缩系数,可按公式13计算求得；DZ中闸墩厚度，初定DZ15M；B边闸孔侧收缩系数，可按公式14计算求得；BB边闸墩顺水流向边缘线至上游河道水边线之间的距离（M）；经测量，闸址处河道宽度约为52M，则BB528515423M堰流淹没系数，可按公式15计算求得；第一章水力计算2HS由堰顶算起的下游水深，本工程HS185M；112参数取值1、流量Q取值设计情况下Q设651M3/S；校核情况下Q校913M3/S；2、H0及HS取值设计情况下选取闸址上游约10M处的河道断面，经初步测量其河床底宽约58M，取边坡垂直，上游水深为设计流量情况下的22242M，则河道断面面积A58422436M2，则行进流速V0Q设A6512436267M/S。H0HV022G4226722981456MHS1852385M。校核情况下选取闸址上游约10M处的河道断面，经初步测量其河床底宽约58M，取边坡垂直，上游水深为设计流量情况下的24244M，则河道断面面积A58442552M2，则行进流速V0Q校A9132552358M/S。H0HV022G443582298151MHS1852385M。3、流量系数M取值平底堰进口的局部能量损失很小，很接近于零，因此流速系数可取为1。由于MK1K令DMDK0,可得K23，此时堰顶的收缩水深HCKH023H0,等于临界水深，流量系数M达到最大值MMAX1231230385。华南理工大学本科毕业设计深岗水闸工程设计3113计算过程1131设计情况计算231HSH01HSH004231385454138545404093B101711B0B0DZ2BBB0B0DZ2BB41017118815238815234095Z101711B0B0DZB0B0DZ41017118838834097ZN1BN097510955097将以上所得各结果带入下式得B0Q设M2GH0326510930970385298145632435M1132校核情况计算231HSH01HSH0042313855113855104099第一章水力计算4B101711B0B0DZ2BBB0B0DZ2BB41017118815238815234095Z101711B0B0DZB0B0DZ41017118838834097ZN1BN097510955097将以上所得各结果带入下式得B0Q校M2GH032913099097038529815132491M计算结果统计闸门总净宽计算结果统计如下表表11闸孔总净宽计算流量Q（M3/S）上游水头H0（M）下游水深HS（M）淹没系数B0（M）Q设651M3/S456385092435Q校913M3/S510385099491根据计算结果选取闸孔数6孔，每孔宽度为9米。1133总净宽验算1、验算公式B0QM2GH032式中Q为设计流量、校核流量，分别按设计、校核两种情况确定计算参数，求出相应的，所求实际所需净宽必须小于设计的净宽，才能满足过流能力。华南理工大学本科毕业设计深岗水闸工程设计52、侧收缩系数计算根据水闸设计规范有B101711B0B0DZ2BBB0B0DZ2BB41017119915239915234095Z101711B0B0DZB0B0DZ410171110103101034098ZN1BN0986109560973、H0及HS计算设计情况下选取闸址上游约10M处的河道断面，经初步测量，开挖后其河床底宽约70M，取边坡垂直，上游水深为设计流量情况下的22242M，则河道断面面积A7042294M2，则行进流速V0Q设A651294221M/S。H0HV022G4222122981445MHS1852385M。校核情况下选取闸址上游约10M处的河道断面，经初步测量，开挖后其河床底宽约70M，取边坡垂直，上游水深为设计流量情况下的24244M，则河道断面面积A7044308M2，则行进流速V0Q校A913308296M/S。H0HV022G44296298148MHS1852385M。4、淹没系数计算1设计情况下HSH03854450865，查水闸设计规范表A012得设090第一章水力计算62校核情况下HSH0385480802，查水闸设计规范表A012得校0975、泄流量验算1设计情况下B0QM2GH0326510900970385298144532467MLB，LB为半波长）。如在浅水区（HLB35M，故不须进行修正。波浪中心线超出静水位的高度为华南理工大学本科毕业设计深岗水闸工程设计9H04HB22LBCTHHLB43140182235CTH31458435006M故设计情况下闸顶高程为HH1H2H3H1H02HBH338400603603456M13消能防冲计算根据水闸设计规范附录B，消力池的计算采用以下简图图11消力池计算简图131消力池深度计算消力池深度计算公式采用水闸设计规范附录B公式D0HCHSZ（110）HCHC218Q2GHC31B1B2025（111）HC3T0HC2Q22G20（112）ZQ22G2HS2Q22GHC2（113）式中D消力池深度（M）；0水跃淹没系数，可采用105110。本设计0105；HC跃后水深，（M）；第一章水力计算10HC收缩水深，（M）；孔流流速系数，可采用09510。本设计取095；水流动能校正系数，可采用10105。本设计10；Q过闸单宽流量（M2/S），QQB913541691M2/S；B1、B2消力池首、末端宽度（M），本工程粗略计算选取B1B2095；T0由消力池底板顶面算起的总势能（M）；Z出池落差（M）；HS出池河床水深，取440836M。进行试算时，以HC为试算变量，先假设一个HC，由式“111”“112”“113”可分别算出HC“、T01、Z，从而由式“110”得到消力池深度D。再由关系式T02DH0得到T02，当T02与T01相等时，假设的消力池深度D就是实际的深度。EXCEL试算过程如下表14消力池深度试算HCHC“ZT01DT020501041611126509562251118710070600954171492860782215054590757867713756336160522207127908117161331705003066472880989595117050030664728809895951180480006136784082657881904611056063730681564220044340505603705515512210426704465762043553972204111038455370333529523039630318535302435205240382302495204016551272503690017650840099506126035640099498900445005华南理工大学本科毕业设计深岗水闸工程设计1125536270138503300705032由上表可知在闸门通过校核流量时，所需消力池深度为007米。132消力池长度计算根据水闸设计规范附录B，消力池长度计算公式如下LSJLSLJ（114）LJ69HC“HC（115）式中LSJ消力池长度（M）；LS消力池斜坡段水平投影长度（M），斜坡坡度一般为1314，本工程取14的斜坡，则LSDM0542（M）；水跃长度校正系数，可采用0708，本工程取075；LJ水跃长度（M）。由表12知HC“3627（M）HC255（M）将已知量代入以上各式求得LJ69HC“HC693627255743（M）LSJLSLJ207588（M）取LSJ8（M）133消力池底板厚度计算根据水闸设计规范附录B，消力池底板厚度可根据抗冲和抗浮要求确定，取两者的较大值，计算公式如下抗冲TK1QH（116）抗浮TK2UWPMB（117）第一章水力计算12式中T消力池底板始端厚度（M）；Q单宽流量（M2/S），取消力池始端宽度为70M，则Q913/7013（M2/S）；H闸孔泄水时上、下游水位差（M）,由资料可知，本工程取H08M；K1消力池底板计算系数，可采用015020，本工程取02；K2消力池底板安全系数，可采用1113，本工程取13；U作用在消力池底板顶面的扬压力（KPA）；W作用在消力池底板顶面的水重（KPA）；PM作用在消力池底板上的脉动压力（KPA），其值可取跃前收缩断面流速水头值的5；通常计算消力池底板前半部的脉动压力时去“”号，计算消力池底板后半部的脉动压力时取“”号；B消力池底板的饱和重度（KK/M3）。由于本工程上下游水位差与消力池底板以上的水深相比很小，即U5，故TE05L0052713512取有效深度为实际深度，即TE12M。222分段阻力系数计算根据水闸设计规范，分段阻力系数可按以下公式计算1、进、出口段见图23A015ST320441（24）式中0进、出口段的阻力系数；S板桩或齿墙的入土深度（M）；T地基透水层深度（M）。2、内部垂直段见图23BY2CTG41ST（25）式中Y内部垂直段的阻力系数。3、水平段见图23CXLZ07S1S2T（26）第二章防渗排水计算18式中X水平段的阻力系数；LZ水平段的长度（M）；S1、S2进、出口段板桩或齿墙的入土深度（M）。图23A图23B图23C图23典型流段简图根据图22把地下轮廓简图各段进行分类华南理工大学本科毕业设计深岗水闸工程设计191、进、出口段有1、13；对于1段S125M；T12M则115ST32044115125123204410491；对于13段S06M；T115M则1315ST32044115061153204410459；2、内部垂直段有3、4、6、7、9、10、12；对于3段S125M；T1075M则32CTG41ST2CTG4112510750765对于4段S1M；T105M则42CTG41ST2CTG4111050740对于6段S1M；T105M则62CTG41ST2CTG4111050740对于7段S2M；T107M则72CTG41ST2CTG4121070858对于9段S0M；T107M则92CTG41ST2CTG4101070637对于10段S04M；T109M则102CTG41ST2CTG4101070674对于12段S0M；T109M则122CTG41ST2CTG41010706373、水平段有2、5、8、11。对于2段T1075；LZ55；S10；S2125则2LZ07S1S2T5507012510750430对于5段T105；LZ15；S11；S21则5LZ07S1S2T1507111051295对于8段T107；LZ255；S12；S20则8LZ07S1S2T25507201070107第二章防渗排水计算20对于11段T109；LZ4；S104；S20则11LZ07S1S2T4070401090341故各段的阻力系数分别为10491；20430；30765；40740；51295；60740；70858；80107；90637；100674；110341；120637；130459；223各段水头损失计算根据水闸设计规范，各分段水头损失值可按以下公式计算HIIHINI127式中HI各分段水头损失值（M）；I各分段阻力系数；N总分段数，本工程N13；H上下游水位差，本工程H08M。式中INI18174将“222”计算结果带入式27得到各分段的水头损失为H11HINI104910881740048；H22HINI104300881740042；H33HINI107650881740075；H44HINI107400881740072；H55HINI112950881740127；H66HINI107400881740072；H77HINI108580881740084；H88HINI101070881740011；H99HINI106370881740062；华南理工大学本科毕业设计深岗水闸工程设计21H1010HINI106740881740066；H1111HINI103410881740033；H1212HINI106370881740062；H1313HINI104590881740045。进、出口水力坡降呈急变曲线形式，误差较大，需要进行必要的修正，根据水闸设计规范，进、出口段修正后的水头损失值可按下式确定H0H028121112TT22ST005929式中H0进、出口段修正后的水头损失值（M）；H0进、出口段水头损失值（M）；阻力修正系数，当计算的1时，取1；S底板埋深与板桩入土深度之和（M）；T板桩另一侧地基透水层深度（M）。1、进口水头损失修正进口水头损失修正前H10045M；进口处T115MT109MS06M。将以上各参数带入式29得121112TT22ST005912111212107522125107500590873故修正后进口水头损失为H1H1087300480042M进口段水头损失减小值为H1H1H0004800420006M将进口段水头损失减小值加在铺盖段水头损失上，则增加后的铺盖水头损失值为H2004200060048M2、出口水头损失修正进口水头损失修正前H10048M；进口处T1075MT12MS06M。将以上各参数带入式29得121112TT22ST0059121112109115220611500590506第二章防渗排水计算22故修正后出口水头损失为H1H1050600450023M出口段水头损失减小值为H1H1H0004500230022M将出口段水头损失减小值加在消力池底板段水头损失上，则增加后的消力池底板段水头损失值为H11003300220055M故修正后各段的水头损失值为H10042；H20048；H30075；H40072；H50127；H60072；H70084；H80011；H90062；H100066；H110055；H120062；H130023。224渗流量及渗透坡降计算1、渗流量计算根据达西定律，任一流段的单宽渗流量Q为QKHILITHIKI210式中Q单宽流量，M3/SM；K地基土的渗透系数，本工程取K699109M/S；I渗流段的阻力系数；HI渗流段的水头损失。本工程取闸底板段为计算段，则有I1295；HI0127则单宽流量QHIKI012769910912956861010M3/SM总渗流量QQB6861010645442108M3/S2、渗透坡降计算根据水闸设计规范，出口处的渗透坡降可按下列公式计算JH0S211式中J出口段的渗透坡降。对于出口段H00023；S06则JH0S002306004华南理工大学本科毕业设计深岗水闸工程设计2323绕流计算边墙绕流计算简图如下图24边墙绕流计算简图（M）由于L0S0156822HK062，且H42KC13故岸墙满足抗滑要求；2、抗倾覆验算土压力对墙趾的力臂为ZF3H0HH32H0H30796737332079673265M；倾覆力矩为M0FZF173942654611KNM抗倾覆安全系数为K0MYM0394476461186K015故满足抗倾覆稳定要求。333地基应力验算最大地基应力可按下式计算MAX、MINNB16EB（37）华南理工大学本科毕业设计深岗水闸工程设计41式中1、2地基最大、最小应力，KPA；B底板总宽，为75M；E偏心距。EB2MYM0N752394476461110549504KF11；故底板满足抗裂要求。42闸墩内力计算421闸墩水平截面形常数计算1、计算形心位置X0、Y0本次计算将中墩或边墩分7段计算，如下图所示图41闸墩分段示意图（单位M）第四章闸室结构计算521、中墩对于与中墩，闸墩各分快面积及面积矩计算如下表所示表41中墩各分快面积及面积矩分段面积（M2）分面积形心到上游墩头的距离（M）分面积矩（M3）10540294015922775092525673027250006754382539251501350545500297061089400101520718113726248442056147748故X0截面分面积之和截面面积14774820567186M；同理可得Y005M；2、边墩及缝墩对于与边墩及缝墩，闸墩各分快面积及面积矩计算如下表所示表42边墩及缝墩各分快面积及面积矩分段面积（M2）分面积形心到上游墩头的距离（M）分面积矩（M3）103902870112218509251711302125000525425539251000950425500231067294006768071191374216353138198700故X0截面分面积之和截面面积98713817147M；同理可得Y00479M；2、计算IY、SY1、中墩华南理工大学本科毕业设计深岗水闸工程设计53IY、SY计算过程见下表所示表43中墩惯性矩、静面积矩计算表截面分面积惯性矩分面积A分面积形心到全面积形心距离AAA2AAAAB10070546959261513758375815207912775576192100159871974515/09300020274686592912652101009/1542073825326140676124733348315/09500160541686153509103439409/15646656108221452939239111048215704318164377499711651000015500352056294327由上表得IYIYIN1AI,Y2N1AI50035294327344362M4；同理可得IX359M42、边墩及缝墩IY、SY计算过程见下表所示表44边墩及缝墩惯性矩、静面积矩计算表截面分面积惯性矩分面积A分面积形心到全面积形心距离AAA2AAAAB10020396947188222709270912052818557226057110586132951/07300020214647453509761427107/1413822553222264728216224871/07500130421647113906922317907/16311047222533654716222695717029119650850401774500001333391381198488由上表得IYIYIN1AI,Y2N1AI33339198488231827M4；同理可得IX112M4；第四章闸室结构计算54422墩底截面纵向正应力、剪应力计算1、中墩截面纵向应力、剪应力计算根据“311”闸室自重及“312”水重计算得到闸墩荷载及弯矩统计表如下表45中墩截面垂直应力计算荷载垂直力（KN）水平力（KN）对形心轴距离（M）力矩（KNM）逆时针顺时针工作桥2463316864153启闭机171316862888公路桥854640634697工作桥柱96168616186上游水压1016414714907下游水压1790619534856上游浪压4074351424下游浪压40745120756闸墩191869663893闸墩247175576271728闸墩345946921527闸墩465025326211981闸墩591816915514闸墩6171225221378407闸墩728055644180674455836774254798顺由上表计算结果有MINNFMIYX4558362056547983443671862103KPA；MAXNFMIYLX455836205654798344361571862341KPA；剪应力计算公式为QSYIYB，由表45计算知，截面剪力Q7742KN，剪应力分布计算结果见下表华南理工大学本科毕业设计深岗水闸工程设计55表46中墩截面剪应力计算计算截面1234567B1515090915150909151515SY值376197419742101210133483348343934391048000剪应力值5412845474150453027482480408259495515100002、边墩及缝墩截面纵向应力、剪应力计算根据“311”闸室自重及“312”水重计算得到闸墩荷载及弯矩统计表如下表47边墩及缝墩截面垂直应力计算荷载垂直力（KN）水平力（KN）对形心轴距离（M）力矩（KNM）逆时针顺时针工作桥2463316864153启闭机171316862888公路桥854640634697工作桥柱96168616186上游水压532414778263下游水压9379195182890上游浪压1985376746下游浪压198554810872闸墩1663696461448闸墩23145576181152闸墩3357469167433闸墩44335326141321闸墩5714169120666闸墩611415221252271闸墩7184456441187863461414055151956顺由上表计算结果有MINNFMIYX34614113811519562318371472038KPA；MAXNFMIYLX3461411381151956231831571473022KPA；第四章闸室结构计算56剪应力计算公式为QSYIYB，由表47计算知，截面剪力Q4055KN，剪应力分布计算结果见下表表48边墩及缝墩截面剪应力计算计算截面1234567B110707110707111SY值27113301330142714272249224923182318696000剪应力值474232533223566249639335619579240541217000423边缝墩扭矩计算对边墩或缝墩，由于单侧水推力产生的扭矩为MTPB192121058424420324977KNM由扭矩引起的半墩长边界处的剪应力1为1MT04B2L49770412151242KPA；由水压力P对截面的剪应力作用，在半墩长处边界产生的剪应力2为23P2BL3323822115324KPA；在半墩长边界处的主拉应力为ZL212241223384212338424124232421744KPA；424边缝墩侧向应力计算侧向应力计算时，水深取上下游平均水深，及H05（44584）512M；则侧向水压力为P12105122150618874KN；侧向应力计算见下表所示表49边墩及缝墩截面侧向应力计算荷载垂直力（KN）水平力（KN）力臂（M）力矩（KNM）华南理工大学本科毕业设计深岗水闸工程设计57闸墩33443工作桥24633启闭机1713公路桥8546工作桥柱96侧水压力1887417132275455841887432275由上表计算结果可得，侧向应力为MINNFMYMAXIX4558413813227504791121050KPA（拉应力）；MAXNFMYMAXIX45584138132275047911217104KPA（压应力）；425门槽应力计算1、中墩从闸门门槽处切开，取上游闸墩段为脱离体，该部分在上部荷载、墩自重、墩底截面应力和上下游水压力的作用下，切开截面的内力计算见下表表410中墩门槽应力计算荷载垂直力（KN）水平力（KN）与切开面形心矩离力矩（KNM）逆时针顺时针工作桥、柱171212521400闸墩19185247736闸墩24717541193418闸墩3459313770闸墩465025158102740闸墩5459015689正应应力2589941241859正应力3579317370正应力48282158130856正应力5591015887剪应力23543480036上游水压1016412121968第四章闸室结构计算58下游水压1790504885944上游浪压407401407下游浪压407416968851151538781782逆由上表计算结果得到门槽应力为门槽顶部应力NFMYMAXIX5387680981782342358206KPA拉应力；门槽底部应力NFMYMAXIX538768098178234235830KPA压应力；2、边（缝）墩从闸门门槽处切开，取上游闸墩段为脱离体，该部分在上部荷载、墩自重、墩底截面应力和上下游水压力的作用下，切开截面的内力计算见下表表411边（缝）墩门槽应力计算荷载垂直力（KN）水平力（KN）与切开面形心矩离力矩（KNM）逆时针顺时针工作桥、柱171212521400闸墩16635234476闸墩2314541128945闸墩3357310710闸墩4433515868493闸墩5357015536正应应力2394341161663正应力3462313860正应力458531589