船闸毕业设计说明书.doc

目 录1 工程概况及相关设计资料-61.1 兴建缘由 -61.2 基本资料 -6 1.2.1 水文基本资料 -6 1.2.2地质情况-61.2.3 地震烈度-71.2.4 船闸规模-71.2.5 设计船型船队-71.2.6 通航净空-81.2.7 水位组合-81.2.8 引航道布置要求-9 1.3 船闸总体布置-92 船闸参数设计及总体布置-10 2.1 输水系统计算-10 2.1.1 灌泄水时间计算-10 2.1.2 设计指标计算及消能措施-10 2.1.3 输水系统的水力特性曲线的绘制-12 2.2 船闸通过能力及耗水量的计算-21 2.2.1 船闸通过能力的计算-21 2.2.2 船闸耗水量的计算-23 2.3 船闸总体结构布置-23 2.3.1 上闸首布置-23 2.3.2 下闸首布置-24 2.3.3 闸室布置-24 2.3.4 翼墙布置-24 2.3.5 引航道布置-24 2.3.6 上下游护底布置-243 船闸渗流计算-25 3.1 船闸各部分的地下轮廓线的布置-25 3.1.1 上闸首底线轮廓线布置-25 3.1.2 下闸首地下轮廓线布置-26 3.1.3 闸室墙地下轮廓线布置-26 3.1.4 船闸翼墙地下轮廓线布置-27 3.2 船闸渗流稳定验算-28 3.2.1 上闸首渗流稳定验算-28 3.2.2 下闸首渗流稳定验算-31 3.2.3 闸室墙渗流稳定验算-34 3.2.4 船闸翼墙渗流稳定验算-364 船闸稳定验算-39 4.1 上闸首稳定验算-39 4.1.1 上闸首自重及设备重的计算-39 4.1.2 上闸首在完建期的稳定验算-41 4.1.3 上闸首在设计水位情况的稳定验算-43 4.1.4 上闸首在检修情况下的稳定验算-50 4.1.5 上闸首在校核水位情况下的稳定验算-53 4.2 下闸首稳定验算-604.2.1 下闸首自重及设备重的计算-60 4.2.2 下闸首在完建期的稳定验算-62 4.2.3 下闸首在设计水位情况的稳定验算-63 4.2.4 下闸首在检修情况下的稳定验算-67 4.2.5 下闸首在校核水位情况下的稳定验算-714.3 闸室墙稳定验算-77 4.3.1 闸室墙自重及作用在其上的各种荷载的计算-77 4.3.2 闸室墙稳定验算-79 4.3.3 闸室墙地基承载力稳定验算-804.4 船闸翼墙稳定验算-80 4.4.1翼墙自重及作用在其上的各种荷载的计算-80 4.4.2 翼墙稳定验算-83 4.4.3 闸室墙地基承载力稳定验算-835 船闸结构计算-84 5.1 下闸首底板结构计算-84 5.1.1 下闸首底板内力计算-84 5.1.2 下闸首底板配筋计算及抗裂验算-91 5.2 下闸首闸墩的结构计算-945.2.1 下闸首闸墩的内力计算-945.2.2 下闸首闸墩的抗裂验算-985.3 闸室挡土墙结构计算-99 5.3.1 闸室挡土墙立板的内力计算及配筋计算-99 5.3.2 闸室挡土墙立板的抗裂验算-104 5.3.3 闸室挡土墙底板的内力计算及配筋计算-105 5.3.4 闸室挡土墙底板的抗裂验算-109 5.3.5 闸室挡土墙扶壁的内力计算及配筋计算-109 5.3.6 闸室挡土墙扶壁的抗裂验算-1126 交通桥结构设计-113 6.1 交通桥设计资料-113 6.2 交通桥尺寸布置-113 6.3 交通桥主梁计算-113 6.3.1 交通桥恒载内力计算-113 6.3.2 交通桥活载内力计算-114 6.3.3 主梁的配筋计算-117 6.3.4 主梁的抗剪强度上下限复核-119 6.4 交通桥行车道板的计算-123 6.4.1 行车道板的恒载及其内力的计算 -123 6.4.2 行车道板所受的汽车荷载 -123 6.4.3 行车道板的荷载组合 -124 6.4.4 行车道板的截面配筋计算 -124 6.4.5 行车道板的截面尺寸验算 -125 6.4.6 行车道板的抗剪强度验算 -1257 人字型闸门结构设计 -126 7.1 闸门设计基本资料 -126 7.2 闸门平面布置-126 7.3 闸门结构设计-127 7.3.1 闸门面板的计算 -127 7.3.2 水平次梁的计算 -128 7.3.3 主横梁的计算 -131 7.3.4 底主横梁的计算 -138 7.3.5 接缝梁的计算 -143 7.3.6 竖向连接系的计算 -145致谢-146参考文献-147附表一 不平衡剪力计算表-148附表二 闸底板弯矩计算表-149附表三 底板弯矩计算续表-150附表四 下闸首底板配筋弯矩表-151附图一 船闸总体布置图-152附图二 下闸首底板结构及其配筋图-153附图三 闸墩结构及其配筋图-154附图四 交通桥结构及其配筋图-155附图五 闸室墙结构及其配筋图-156附图六 人字闸门结构图-1571工程概况及相关设计资料1.1 兴建缘由泰州引江河贯穿于苏中地区的泰州市，南连长江、北接新通扬运河，是江苏省广大里下河地区及盐城市的重要通江口门。泰州引江河高港船闸枢纽位于江苏省泰州市高港区境内的泰州引江河入江出口处，距江边1300m。枢纽现已建成节制闸、抽水站、船闸一座以及相应的管理配套设施。泰州引江河高港枢纽船闸在2000年使用以来，随着经济发展，货运量运量增加很快，目前年货运量已近3000万吨，现有船闸规模已经不能满足航运要求，过闸的待航时间达4小时左右，从而经常造成交通堵塞，影响了该航运的交通舒畅。从利用泰州引江河的水运能力，充分发挥工程综合效益考虑，在泰州引江河高港枢纽原船闸的基础上修建复线船闸，缓解目前交通压力，扩大泰州引江河的对外门是可行的。扩建复线船闸后，将充分发挥枢纽工程的综合效益和社会效益，勾通泰州应江河和长江的航运。泰州市及盐城市部分地区的入境，物资主要由长江水运经泰州引江河船闸入境，经测算到2031年入境运量达2500万吨，同时入境年货运量达977万吨，年过闸量为2902万吨。 泰州引江河近期通过船只主要为300吨级顶推船队，经过规模论证后，设计第二船闸闸室有效尺寸。1.2 基本资料 1.2.1 水文基本资料1. 引航道基本资料为：上游引航道底宽40m，底高程0.5m,边坡1：2.5，坡顶高程5.5m,引航道直线段长度为300m,弯道曲率半径260m,中心角，门口区引航道中心线与泰州引江河中心线交汇会角为，下游引航道宽40m,底高程1.95m，边坡1：3，东侧堤顶设计高程7.0m,西侧堤顶设计高程9.2m,边坡中间在高程7.0m处设计一平台，宽度5m.引航道直线段长度300m,弯道曲率半径260m,中心角为，口门区引航道中心线与泰州引江河中心线交会角为。2. 上闸首稳定计算水位组合表 设计情况水位（m) 备注 上游（内河）下游（闸室）完建期1.95 1.95正向设计3.01.8971年引水期平均低潮位1.89m校核3.91.0554年汛期旬平均高潮位4.73m船闸大修3.01.953. 3.下闸首稳定计算水位组合 设计情况水位（m) 备注 上游（内河）下游（闸室）完建期1.95 1.95正向设计3.20.56（百年一遇低潮位0.56）校核3.91.56船闸大修1.955.32（五年一遇高潮位5.32）1.2.2 地质情况1.2.2.1 土层地质（1） 经钻探揭示，勘区钻探深度内土质以其结构和物理力学性指标自上而下可分为4个大层11个小亚层，与区域地层及泰州引江河历史勘探分析对比，其中：层为现代人工堆积，（）、（）、（）、（）、（）层为第四纪全新世冲洪积或冲湖积层，、（）、（）层为第四纪晚更新世冲洪积层。1.2.2.2 工程地质评价船闸底板基本上以第（）、（）层沙壤土、粉砂、极细沙为持力层。在船闸部位第（）、（）层分布较稳定，层顶面平均高层为6.0m左右，层底为16.0m,平均厚度为10.00m,水平产状，土质均匀，土质结构呈中密状态，容许承载力130kpa-180kpa，可以作为基础持力层。第（）层以下无软弱土层。船闸底板下为第（）、（）层沙壤土、极细沙，渗透性能较好，因此底板下应采取防渗措施，扩大渗透长度。（）层潜水含水层经测试其静止水位为4.60m；渗透系数k=6.6cm/s.该层分布范围仅在船闸下闸首及下游引江河处，分布高程在2.0m以下，由于该层透水性能低，在施工时只需进行明渠排水即可。第（）、（）层含水经水文地址测验，该层平均水平渗透系数为7.1cm/s，静水1.25m左右，承压水头6_7m,且富水性及透水性均较强，必须做好施工时期的排、降水工作。在施工排水设计时，可采用渗透系数k=7.1cm/s,静止水位1.25m左右，承压水头67m，且富水性及透水性均较强，必须做好施工时期的排、降水工作。在施工排水设计时，可采用渗透系数k=7.1cm/s;影响半径r=290m.第（）层粉质粘土、重粉质壤土，土层较厚，土源充足，土质均匀，天然含水量适宜，压实性能良好，可选作本工程回填土料，施工时含水量可控制在18%-25%,干密度控制1.55g/cm3。挡土墙设计时可采用：c=28pa,=。1.2.3 地震烈度根据国家地震局1990年版中国地震烈度区划图查得，工程位于6 基本烈度区，因此建筑物按规范规定按照6 地震设防。1.2.4船闸规模1.2.5设计船型船队根据泰州引江河地区航运现状，近期通航主要船只为100吨级拖带船队，船型尺寸为（长宽设计吃水）26m5.2m1.8m，船队为一托十二，尺度（长宽设计吃水）为361m5.5m2.0m,考虑船队分两次过闸，则一次过闸船队为182m5.5m2.0m。按内河通航标准，五级船闸设计船队应为300吨级顶推船队，设计船队尺寸为87m9.2m1.3m。表1.1 设计采用船型、船队尺度表 船型驳船尺度船队形式船队尺度500吨级分节驳4510.81.6一顶二单列式10910.81.6300吨级分节驳359.21.3一顶二单列式871.21.3100吨级分节驳265.21.8一托十二单列式3615.52.060吨级分节驳214.51.34一托十二单列式276.54.51.351000吨级分节驳67.510.82.0一顶二单列式16010.82.01.2.6通航净空枢纽下游以建的灰管桥通航净空为最高通航水位以上7.0米，泰州引江河沿线桥梁通航净空为5.0米，本船闸为五级船闸，同时考虑过闸船队主要为拖带船队及与闸站工程公路接坡要求，船闸上下闸首通航净空区6.0米。1.2.7引航道布置要求上游引航道底宽40米，底高程-0.5米，边坡1：2.5，坡顶高程5.5米，引航道直线段长度300米，弯道曲率半径为260米，中心角15，口门区引航道中心线与泰州引江河中心线交汇角为15。1.3总体布置船闸总体布置如船闸总体布置图图1.1所示：2船闸参数计算及总体布置2.1输水系统计算2.1.1 灌泄水时间计算本设计采用头部集中式输水，由设计水位关系，取上游正常通航水位3.9m，下游正常通航水位2.5m,水头差1.4m。式中：t为输水时间 m为集中输水系数，要求要大于等于3.5m，取3.5 h为设计水头差2.1.2设计指标计算及消能措施2.1.2.1消能措施的计算对上闸首：对下闸首：在式中： 对上闸首为灌水时间时闸室最大的断面平均流速；对下闸首为泄水时下闸首门后段最大的断面的平均流速（米/秒）为闸室水域长度，初步取镇静段长度为5米，水域长度取195米（米）h为闸首水位差（米）t为闸室灌（泄）水时间（秒）为闸坎上最小水深（米）由船闸设计规范jtj262第2.1.4条，无需消能工。2.1.2.2 水力指标计算2.1.2.2.1 廊道断面计算由船闸设计规范jtj262第2.3.3条有式中：为输水廊道阀门处断面面积（） c对单级船闸h为设计水位（米）为闸门全开时输水廊道的流量系数，可假定取为0.7t为闸室输水时间（秒）g为重力加速度（米/）为系数，与阀门门型和流量系数有关，对于平板门取0.7m时，取为0.56为输水闸门开启时间与输水时间的比值，可以取为0.6-0.8，取为0.7取输水廊道阀门处断面面积为3.2（宽高），实际总面积为12.2.1.2.2.2 输水闸门开启时间计算由船闸设计规范jtj262第2.3.5条有取为200秒。式中：为输水阀门开启时间（秒） 为系数，对于锐缘平面闸门，取0.725为阀门处廊道断面面积（）为波浪系数，取为1.0w为船队排水量（吨）h闸首水位差（米）重力加速度（米/）为允许系缆力的纵向水平分力（千牛）为初始水位闸室的断面面积（）为船队浸水横断面面积（） 2.1.3输水系统的水力特性曲线的绘制2.1.3.1流量系数与时间的关系曲线由船闸设计规范jtj附2.5式中：为时刻t时的输水系统的流量系数；为时刻t阀门开度n时的阀门局部阻力系数；为阀门井或者门槽的损失系数，对平面阀门，=0.25；为阀门全开后输水系统总阻力系数，包括进口、拦污栅；转弯、扩大、收缩等局部阻力系数，以及沿程摩阻损失的阻力系数，但是均应换算为阀门处廊道断面的阻力系数，即各阻力系数应乘以。廊道断面进出口扩大到12，扩大倍数为2，为0.5。扩大断面后要修正为，修正公式为，列表计算如下：表 局部阻力系数计算表开度n0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0186.243.7817.488.384.282.161.010.390.090192.246.7319.369.705.232.851.500.710.270.22表2.1 局部阻力系数计算表的计算：进口；出口；拦污栅；转弯。沿程阻力系数（长度约为20米）换算成阀门处的阻力系数：对于进出口：进口，出口所以开度n0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0t(s)204060801001201401601802000.0720.1430.2180.2970.3830.4760.5680.6580.7310.7462.1.3.2闸室水位与时间的关系曲线水位计算表如下：对于集中输水惯性水头可以忽略不计，由船闸设计规范jtj262中式（附4.1）有：闸门开启过程中式中：计算时段末的水位差（m）；计算时段开始时的水位差（m）；为计算时段，取为30秒；为计算时段的平均流量系数；为输水阀门处的廊道断面面积（）；为重力加速度（）。c对单级船闸，,对多级船闸，。为闸室水域面积（）水位计算表如下：表 闸室水位与时间的关系表0204060801001201401601802001.41.3851.3411.2691.1691.0450.8980.73405630.3960250闸门完全开启后式中：d为惯性水头（m），为0；为阀门全开后输水系统的流量系数。表 闸室水位与时间关系计算表t220240260280300h0.1370.0580.01在260秒和280秒之间存在h为零的点，与初估计算估值相近 ，符合要求。2.1.3.3流量与时间的关系曲线由船闸设计规范jtj262中式（附4.3）有：式中： 为时刻t的流量（米3/秒）为时刻t的流量系数为时刻t的水位差（米）为时刻t的惯性水头（米），取0g为重力加速度（米/秒2） 为阀门处廊道断面面积（米2） 表2.5 流量与时间关系计算表t0204060801001201401.41.3851.3411.2691.1691.0450.8980.73400.0720.1430.2180.2970.3830.4760.56804.58.7913.0517.0620.8023.9625.85t1601802002202402602803000.5630.3960.2500.1370.0580.010.6580,7310.7460.7460.7460.74626.2324.4419.8214.679.543.962.1.3.4能量与时间的关系曲线计算由船闸设计规范jtj262中式（附4.4）有： 式中：为时刻t时的能量（千瓦）为时刻t的流量（米3/秒）为时刻t的水位差（米）表2.6 能量与时间关系计算表t0204060801001201401.41.3851.3411.2691.1691.0450.8980.73404.58.7913.0517.0620.8023.9625.85061.14115.63162.46195.64213.23211.07186.13t1601802002202402602803000.5630.3960.2500.1370.0580.0126.2324.4419.8214.670.543.96144.8794.9448.6019.725.430.392.1.3.5比能与时间的关系曲线计算由船闸设计规范jtj262中式（附4.5）有：式中：为时刻t时的比能（千瓦/米3）为时刻t时的闸室过水横断面面积（米2），闸室宽为16米表2.7 比能与时间关系计算表t0204060801001201401.41.3851.3411.2691.1691.0450.8980.73471.271.4472.1473.3074.9076.8879.2381.86061.14115.63162.46195.64213.23211.07186.1300.8551.62.222.632.772.632.29t1601802002202402602803000.5630.3960.2500.1370.0580.0184.6087.289.691.4192.6793.60144.8794.9448.619.725.430.391.711.090.540.220.05902.1.3.6闸室断面平均流速与时间的关系曲线计算由船闸设计规范jtj262中式（附4.6）有：式中：为时刻t时闸室断面平均流速（米/秒）为时刻t时闸室过水横断面面积（米2）为时刻t的流量（米3/秒）表2.8 闸室断面平均流速与时间的关系计算表t02040608010012014004.58.7913.0517.0620.8023.9625.8571.271.4472.1473.3074.9076.8879.2381.8600.0630.1220.1840.230.260.30.316t16018020022024026028030026.2324.4419.8214.670.543.9684.6087.289.691.4192.6793.600.310.280.220.160.100.04表2.9 输水系统的水力特性曲线数据表t0 20 406080100120140186.243.7817.488.384.282.161.010.39192.246.7319.369.705.232.851.500.7100.0720.1430.2180.2970.3830.4760.5681.41.3851.3411.2691.1691.0450.8980.73404.58.7913.0517.0620.8023.9625.85061.14115.63162.46195.64213.23211.07186.1371.271.4472.1473.3074.9076.8879.2381.8600.8551.62.222.632.772.632.2900.0630.1220.1840.230.260.30.316t160 180 2002202402602803000.0900000000.270.220.220.220.220.220.220.220.6580,7310.7460.7460.7460.7460.7460.7460.5630.3960.2500.1370.0580.010026.2324.4419.8214.670.543.9600144.8794.9448.619.725.430.390084.6087.289.691.4192.6793.60001.711.090.540.220.0590000.310.280.220.160.100.0400输水系统的水力特性曲线：其中各图中横坐标均为时间轴，纵坐标为相应特性轴，时间轴中每格表示20秒。 图2.1 流速（m/s）与时间关系曲线图2.2 比能（kw/m2）与时间关系曲线 图2.3 能量（kw）与时间关系曲线图2.4 流量（m3/s）与时间关系曲线 图2.5 水位（m）与时间关系曲线2.1.3.7船队在闸室内停泊条件核算由船闸设计规范jtj262中式（2.3.8-2）有：式中：为灌水初期的波浪作用力（千牛）为船舶所受的水流作用力（千牛）其他符号与前面所提相同。符合要求，在引航道中船舶停泊在较远处不用验算。2.2船舶通过能力及耗水量计算2.2.1船闸通过能力计算船闸过船基本情况及相关参数的选取2.2.1.1一次过闸平均吨位过闸主要船型为两300吨级，闸室有效尺寸为161903。2.2.1.2日工作时间的选取船闸所在河道每天有=2小时平潮时间，船闸可工作=22小时；年通航天数取n=360天。2.2.1.3相关系数的选取货船载重量的平均利用系数a=0.8，运量不均匀系数b=1.2。2.2.1.4一次过闸时间的计算由船闸设计规范jtj261式（5.1.9）有：单向过闸：t1=4t1+t2+2t3+t4+2t5双向过闸：t2=4t1+2t2+2t3+2t4+4t5其中：t1为单向一次过闸时间（分） t2为双向一次过闸时间（分）t1 为开（关）门时间（分），取2分钟。t2 为单向进闸时间（分