毕业设计——泄水闸设计算书.doc

目目 录录 第 1 章 工程概况.1 1.1 兴建缘由和效益 1 1.2 工程等别及设计标准 1 1.3 枢纽地形、地质及当地材料 2 1.4 泄水闸的工程布置3 第 2 章 枢纽工程布置及主要建筑物的设计资料.5 2.1 设计基本资料 5 2.2 建筑物的设计参数6 2.3 泄水闸7 第 3 章 泄水闸的闸孔设计.9 3.1 堰型、堰顶高程的确定 9 3.2 闸孔净宽及泄流能力的校核 9 3.3 校核洪水位时上游水深计算 .10 第 4 章 泄水闸的消能防冲设计11 4.1 消能水位 .11 4.2 消能计算 .11 4.3 消力池深度D13 4.4 计算消力池池长 L13 4.5 护坦厚度T13 4.6 海漫设计 .13 第 5 章 泄洪闸的防渗排水设计15 5.1 地下轮廓线的拟定 .15 5.2 闸基渗流计算 .16 5.3 防渗设计 .19 第 6 章 泄洪闸闸室布置和稳定计算21 6.1 泄洪闸的闸室布置 .21 6.2 泄洪闸的闸室稳定计算 .24 第 7 章 泄洪闸的底板结构计算32 7.1 闸墩、底板剪力分配系数的计算（设计水位） .32 7.2 作用在单宽板条上的荷载 .34 第 8 章 连接建筑物的设计37 8.1 翼墙的形式 .37 8.2 翼墙的结构、尺寸拟定 .37 8.3 翼墙的稳定计算及结构计算 .37 华北水院 2008 级函授本科毕业设计函江泄水闸设计算书 1 第第 1 1 章章 工程概况工程概况 1.11.1 兴建缘由和效益兴建缘由和效益 函江位于我国华东地区，流向自东向西北。全长 375km，流域面积为 176 万 km2，是鄱阳湖水系的重要支流，也是长江水系水路运输网的组成部 分。该流域气候温和、水量充沛、水面平缓、含沙量小，对充分开发这一 地区的水路运输具有天然的优越条件。 流域内有耕地 700 多万亩，土地肥沃。矿藏资源十分丰富。工矿企业 发达，有国家最大的有色金属冶炼工程铜基地及腹地内的建材、轻工、电 力等工业部门和十多个粮食基地；原料及销售地大部分在长江流域各省、 市地区，利用水运条件十分优越。 流域梯级开发后，将建成一条长 340km 通航千吨级驳船的航道和另一 条长 50km 通航 300 吨级驳船航道，并与长江、淮河水系相互贯通形成一个 江河直达的内河水路运输网；同时也为沿江各县市扩大自流灌溉创造条件， 对促进沿河地区的工农业具有重要的作用。该工程以航运为主体，兼有泄 洪、发电、灌溉、供水和适应战备需要的综合开发工程，它在经济上将会 具有非常显著的效益。 1.21.2 工程等别及设计标准工程等别及设计标准 1 1、工程等别、工程等别 本枢纽工程定为三级工程；主要建筑物按 3 级建筑物设计，次要建筑物按 4 级建筑物设计。 2 2、洪水标准、洪水标准 设计洪水按 50 年一遇标准设计；校核洪水按 300 年一遇标准设计；最大通 航洪水按 5 年一遇标准设计。 华北水院 2008 级函授本科毕业设计函江泄水闸设计算书 2 1.31.3 枢纽地形、地质及当地材料枢纽地形、地质及当地材料 1 1、闸址地形、闸址地形 闸址左岸与一座山头相接，山体顺流向长 700m，垂直向长 2000m，山顶主 峰标高为 110m，靠岸边山顶标高 65m，山体周围是河漫滩冲积平原，滩面标高 (18.520.0)m；沿河两岸筑有防洪大堤。堤顶宽 4m，堤顶标高 24.5m；闸址处 河宽 700m，主河槽宽 500m，深泓区偏右。河床底标高为(13.014.0)m，右岸 滩地标高 18.5m。 2 2、闸址地质、闸址地质 闸址河床土质主要由砂砾卵石层组成，表层为中细砂层，层厚 25m，左 厚右薄并逐步消失，河床中层主要是砂砾卵石层，卵石含量 3050% ，粒经 213cm，层厚(1020)m，属于强透水层，渗透系数 K=1.8410-1510- 2cm/s， 允许坡降 J=0.150.25；河床底层为基岩，埋深标高从左标高 10m 向右增深至 标高 15m 以下，其岩性为上古生界二迭长兴阶灰岩及硅质岩。 河床土质有关资料如下： 中砂： Dr=0.6 Eo=310kg/cm2 N63.5=20 砂砾石：Dr=0.66 Eo=360kg/cm2 详见附图：闸轴线地质剖面图 3 3、当地建筑材料、当地建筑材料 块石料：在闸址左岸的山头上，有符合质量要求的块石料场，其储量 为 50 万方，平均运距 1 公里。 砂砾石：闸址上、下游均有宽阔的冲积台地。在上、下游 35 公里的 沙滩台地上，均有大量的砂砾料，可满足砼的粗、细骨料之用，且水运方 便。 华北水院 2008 级函授本科毕业设计函江泄水闸设计算书 3 土料：闸址上游约 2 公里有刘家、八圩土料场，储量丰富，符合均质 土坝质量要求，还有可作为土坝防渗体的粘性土，其质地良好。 1.41.4 泄水闸的工程布置泄水闸的工程布置 泄水闸总净宽为 320m，每孔净宽 10m，共布置 32 孔；闸底板高程 13.0m；并按三孔为一整体设计，两边孔各为单孔 10m 设计。上游铺盖长 20m ,0.50m 厚 C20 砼结构；水闸中墩厚 1.2m,分缝中墩厚 1.8m，中间缝宽 2cm，边墩厚 1.2m，闸底板长 20m 厚 1.5m C25 钢筋砼结构；消力池池长 L=21 m、深 d=1.3m, C20 钢筋砼结构；海漫为 60m 长，厚 0.5m、M7.5 浆砌 块石并每隔 5m 设宽 0.5m、厚 0.5m 的 C20 钢筋砼纵、横向网格；防冲槽深 4m 抛大块石；上下游翼墙采 用 C30 钢筋砼轻型结构。上下游浆砌块石护坡。 表表 1 1- -1 1 工工程程特特性性表表 序号及名称单位数量备注 一、水文 1、河道允许单宽流量 m3/ S 30 2、特征水位 设计洪水位 （P=2%） m23.48 灌溉水位m19.5 正常蓄水位m19.0 二、主要建筑物及机电设 备 地基特性砂土、砂砾石 闸基承载力 KPa230 闸室结构露顶式 闸顶高程 m25.0 华北水院 2008 级函授本科毕业设计函江泄水闸设计算书 4 闸底板高程 m13.0 闸门型式、尺寸扇 32 10.68.3m 直升钢闸门 启闭机型式台 32 QPQ240 固定式 卷扬启闭机 水闸孔数 孔口净宽 m3210 水闸消能方式底流式（设消力池）消能 水闸防冲方式砼与 M7.5 浆砌块石海漫 水闸防渗方式C25 砼防渗墙及钢筋砼铺盖 华北水院 2008 级函授本科毕业设计函江泄水闸设计算书 5 第第 2 2 章章 枢纽工程布置及主要建筑物的设计资料枢纽工程布置及主要建筑物的设计资料 2.12.1 设计基本资料设计基本资料 1 1、气象、气象 函江水利枢纽工程洪水期多年平均最大风速为 20.7m/秒，风向为垂直坝轴 线，吹程为 3 公里。 2 2、水文、水文 设计洪水：各设计频率下洪水流时及相应坝下水位见表 21。 表表 2 21 1 各设计频率洪水流量及相应坝下水位表各设计频率洪水流量及相应坝下水位表 设计频率 （%） 0.33220 洪水流量 Q（M3/S） 12350100005730 坝下水位 H （M） 23.8023.4822.25 水位流量关系曲线见表 22。 表表 2 22 2 水位流量关系曲线表水位流量关系曲线表(H(H下 下Q Q 曲线曲线) ) 水位（M） 141516171819 流量(M3/S） 50300650120018002480 水位（M） 2021222324 流量 （M3/S） 320041405340770013800 3 3 、地震、地震 本地区地震基本烈度为 6 度。 4 4、回填土、回填土 回填土的力学性能见表 23。 华北水院 2008 级函授本科毕业设计函江泄水闸设计算书 6 表表 2 23 3 回填土力学性质回填土力学性质 干容重 （T/M3） 湿容重 （T/M3） 饱和容重 （T/M3） 内摩擦角 （） 粘聚力 c（kg/cm2 ） 含水量 （%） 砂性土 1.551.852.05270 粘性土 1.501.92180.228 2.22.2 建筑物的设计参数建筑物的设计参数 2.2.12.2.1 船闸船闸( (五级航道标准五级航道标准) ) 1 1、水位、水位: :最高通航水位23.32m，最低通航水位19.0m；正常蓄水位 19.0m；下游最低水位14.25m。 2 2、船型、船队：、船型、船队：船型300 吨驳船，单驳尺度 359.21.3(长宽吃水深)； 船队300 马力+2300 吨，船队尺度 919.21.3(长宽吃水深)。 3 3、船闸、引航道尺寸及高程、船闸、引航道尺寸及高程 闸室有效尺寸：闸室顶高程24.0m，闸底高程10.5m；长宽槛上水 深=135122.5。 上闸首平面尺寸：长宽=1824m；墩顶高程25.0m（注：该高程控制公 路桥高程）；门槛高程16.5m，基底高程8.5m。 下闸首平面尺寸：长宽=1724m；墩顶高程24.50m；门底高程 10.5m，基底高程7.0m。 上下游导墙段长底 50m。 上下游引航道直线段长度应满足 L5 位设计船队长度，引航道底宽 35m， 边坡 1:2.5；引航道底高程：上游15.0m，下游11.0m；引航道转弯半径 R5 倍设计船队长度；进出口轴线与主河流基本流向的交角 20。 4 4、 闸上公路桥设在上闸首的上游端闸上公路桥设在上闸首的上游端 2.2.22.2.2 电站电站 1 1、机型、机型 水轮机型号：GE（F02）WP380 机型； 华北水院 2008 级函授本科毕业设计函江泄水闸设计算书 7 发电机型号：SFG20070/3960； 总装机：32200KW； 2 2、水头、水头 设计水头 3.5m，最高水头 7.0m，最小水头 2.0m，最大引用流量 225M3/S。 2.2.32.2.3 厂房平面尺寸及高程厂房平面尺寸及高程 主厂高度底板长度 48m，总宽度 36.2m。机组进水室宽为 7。6m；中墩厚 3.4m，边墩厚 2.8m；进口高程8.5m，出口高程7.8m；基底最低高程 2.0m，基底平均开挖高程5.0m。进水口前砼铺盖长 10m，并于 1:5 反坡向上 游与原河床高程衔接，并在上游端应设拦沙槛。尾水出口后设砼护坦、护坦水 平段 15m，并伯 1:5 的倒坡段与尾水渠相连。 上部厂房宽 15m（顺水流向），长 36.2m。厂房地面高程24.5m，水轮机 安装高程10.5m，厂房屋顶高程37.0m，厂房边墙距底板上游端 15.0m。 2.2.42.2.4 站上的公路桥设在厂房的上游端站上的公路桥设在厂房的上游端 2.32.3 泄水闸泄水闸 1 1、水位、水位 正常蓄水位19.0m，灌溉水位19.5m 设计洪水位 Q2% = 9540 M3/S，相应闸下水位 H下=23.40m 校核洪水位 Q0.33% = 12350 M3/S，相应闸下水位 H下=23.80m 2 2、设计水位组合、设计水位组合 、闸孔净宽计算水位 设计流量 Q2% = 9540 M3/S，相应闸下水位 H下=23.40m 设计水位差H: H=0.25m（上游水位 H上=23.65m） 校核流量 Q0.33% = 12350 M3/S，相应闸下水位 H下=23.80m 、消能计算水位 华北水院 2008 级函授本科毕业设计函江泄水闸设计算书 8 闸上水位 H上=19.50m 闸下水位 H下=14.50m 下泄流量：以闸门开启度 e=0.5、e=1.0 以及全开时的泄量. 、闸室稳定计算水位（关门） 闸上设计水位 H上=19.50m，闸下水位 H下=14.50m 闸上校核水位 H上=20.0m(与门顶齐平)，闸下水位 H下=14.50m 3 3、其它参数、其它参数 、单孔净宽： 812m。 、闸门结构：平面钢闸门。 、闸门类型：直升门。 、底板与中砂的摩擦系数 f=0.4。 、闸孔的允许单宽流量 q=30M3/S/M 4 4、公路桥、公路桥 公路桥载重按汽20 设计，挂100 校核，双车道桥面净宽 7.0m，两侧人 行 道 21.0m，总宽 9m，采用 T 型结构。梁高 1.0m，梁腹宽 0.2m，梁翼宽 1.6m，用 5 根梁组成，两侧人行道为悬臂式，每 m 延长重量按 8 吨计。 华北水院 2008 级函授本科毕业设计函江泄水闸设计算书 9 第第 3 3 章章 泄水闸的闸孔设计泄水闸的闸孔设计 3.13.1 堰型、堰顶高程的确定堰型、堰顶高程的确定 根据河床的地形及高程，河床底标高为 13.014.0m，为了减少开挖量，确定闸 底板高程为 13.0m；闸孔采用无坎平底宽顶堰。 3.23.2 闸孔净宽及泄流能力的校核闸孔净宽及泄流能力的校核 1 1、设计水位、设计水位 设计流量 Q2% = 9540 M3/S，相应闸下水位 H下=23.40m 设计水位差H: H=0.25m（上游水位 H上=23.65m） 校核流量 Q0.33% = 12350 M3/S，相应闸下水位 H下=23.80m 2 2、闸孔净宽的设计、闸孔净宽的设计 设计流量 Q2% = 9540 M3/S 时，闸底板高程为13m，上游设计水位为H 上=23.65m，相应的闸下游水位 H 下=23.40m。闸上渠道近似于矩前，宽度 为 700m 河槽宽 500m。 闸上水深： H=23.65-13.0=10.65m 坎前流速： 0=9540/500/10.65=1.79m/s 坎上总水头： H0=H+02/2g=10.65+1.792/19.6=10.81m 淹没出流条件： Hs/h0=(23.4-13)/10.81=0.962 水闸设计规范 附录 A：表 A.0.1-2 查表得淹没系数： s=0.57 假设侧收缩系数 : =0.86 堰流系数：M=0.385 则闸孔净宽： B=nb=Q/(s*m*2g*H03/2)=9540(0.57*0.86*0.385*19.6*10.813/2) =9540/29.35=321m 选用每孔宽 b=10m，孔数 n=32 孔，总净宽 B=320m 华北水院 2008 级函授本科毕业设计函江泄水闸设计算书 10 根据上述孔宽及孔数校核计算侧缩收系数。根据闸墩和边墩墩头形状查得相应 的形状系数，k=0.7，o =0.56， 则 =1-0.2k+(n-1) oHo B =1-0.20.7+(32-1) 0.5610.81320 =0.878 计算闸孔总净宽 B B= Q(sM2gH03/2)=9540(0.570.8780.38519.610.813/2) =954030.32=315m 选用每孔宽 b=10m，孔数 n=32 孔，总净宽 B=320m。 闸门总净宽为 320m 时所通过的设计流量时为 9701 M3/S 设计洪水时单位流量的校核：q=Q/B=9540/320=29.81 M3/S/M t，闸下发生远离式水跃衔接，需要做消能设施。 设 Q 下求出 ，然后查表（hs- hc”）/（H- hc”），求出相应 hs值，在 QH下画 出 Q，hs，曲线，与 QH下曲线相交点为所求。 同理试算 e1.0m，全开等时 2 孔开启下游水位值以及闸门全开时的下游水位 值。计算结果如下表： 华北水院 2008 级函授本科毕业设计函江泄水闸设计算书 13 开 启 度 (m) 过闸流量 (m3/s) 下游水深 (m) 单宽流量 (m3/s) 收缩水深 (m) 0.51401.53.220.3 1.01138.23.96.310.62 全 开 2095.25.626.30.38 经比较，当 e=0.5m，2 孔开启时下游水位最低，流态最不利，故此时工况作为计算 消力池设计依据。 4.34.3 消力池深度消力池深度 d d 根据水闸设计规范附录 B： B.1.1-1 公式估算消力池深度 d1= 0hc”2- Ht=1.052.81-1.5=1.45，取消力池的深度为 1.5m d1.05 h2-Ht-Z1.052.81-1.5-0.0941.31 m 取消力池 d=1.3m。 4.44.4 计算消力池池长计算消力池池长 L L L6.9（hc”- hc）6.9（2.81- 0.305）=17.28m 故取消力池长度为 20 米 同理可得当 e1.0m，e全开时的消力池尺寸为负值，无需设。 因此取消力池池深 d=1.3m, 池长 l=20m。 4.54.5 护坦厚度护坦厚度 t t 护坦厚度 t0K1(qH1/2)1/2=0.18*(3.64(5) 1/2)1/2=0.48m。 现取护坦厚度 t0为 0.5m。 4.64.6 海漫设计海漫设计 根据水闸设计规范附录 B： B.2.1 公式计算海漫长度 Lp= ks qs (H)1/2 1/2 其中: k系数，河床土质为中砂，查水闸设计规范附录 B 表 B.2.1 值 得 K=12 当 e=0.5 时：Lp=12 3.64 4.91/2 1/2=32(m) 当 e=1.0 时：Lp=12 6.26 4.771/2 1/2=42(m) 当 e=全开时：Lp=12 22.7 1.051/2 1/2=59(m) 对不同开度情况下的海漫长度进行计算，结果如下表： 华北水院 2008 级函授本科毕业设计函江泄水闸设计算书 14 开 启 度 (m)单宽流量 (m3/s) qSH(m)LP (m) 0.53.642.744.932.0 1.06.265.374.7742.00 全 开 22.721.651.0559.0 取海漫长度 L=60m，海漫结构型式及布置如下： 、10m 长水平段浆砌块石厚 0.5m，设排水孔和反滤层； 、20m 长厚 0.5m 干砌块石海漫，坡度 1：20，下设碎石垫层厚 15cm； 、防冲槽设计 海漫末端的冲刷深度按下式计算: hp=0.164kq/ d1/2(ht/d)1/6 式中: k系数，取 k=1.50 q考虑流量集中后的海漫末端的单宽流量， 取 q=8.6m3/s/m d河床砂粒的平均粒径，取 d=0.10 cm ht海漫末端的水深，取 ht=2.5 m hp=0.1641.58.6/ 0.101/2(2.5/0.10)1/6=3.9 (m) 防冲槽采用梯形断面，槽深 4m，槽底宽 5m，槽内抛填大块石，块石直径不小于 0.4m 左右。具体尺寸见设计图纸。 18.6 13.0 1：10 9.0 1: 3 1: 4 7.5 20m 40m 4.5m 5m 6m 华北水院 2008 级函授本科毕业设计函江泄水闸设计算书 15 第第 5 5 章章 泄洪闸的防渗排水设计泄洪闸的防渗排水设计 5.15.1 地下轮廓线的拟定地下轮廓线的拟定 5.1.15.1.1 防渗排水布置防渗排水布置 防渗排水设施的布置，又称地下轮廓线布置，是围绕如何减少闸室底板扬压力， 提高闸室的抗滑稳定性，防止闸基土壤发生渗透变形开展的。根据设计要求和地基 土壤特性，选用的防渗排水布置为（自闸室上游开始）：50cm 厚 20m 长 C20 砼铺盖、 C25 砼板桩长 6m、C25 砼闸室底板长 20m 厚 1.5m、并设 PVC 排水孔。详图见设计图 纸。 5.1.25.1.2 防渗排水设施尺寸拟定防渗排水设施尺寸拟定 、底板长度： 设计水位时：L=12.7 m 校核水位时：L=13.3 m 上部结构要求净宽：公路桥加栏杆总宽 9.4m，工作桥宽度由闸门启闭机安置场 地尺寸决定为 5.0m，检修桥置于检修门槽之上，宽度选 2.0m，因此，上部结构要求 最小宽度为 18.4m。故取底板长度 L=20m。 、铺盖 铺盖材料选用砼，厚度为 50cm，长度 20cm，纵缝缝距 22.6m，靠近两岸翼墙处， 缝距为 10.6m。铺盖与翼墙及底板间设沉降缝。 、板桩长度 采用 C25 钢筋砼预制板桩。板桩入土深度 6m，厚 20cm。 、排水设施 排水设施向上游布置，即将其置于底板之后护坦下面，首部紧接底板下游齿墙。 、验算防渗长度 L LcH ，L 为防渗长度，H 外围上下游水位差，c 为渗径系数，查水闸规范 华北水院 2008 级函授本科毕业设计函江泄水闸设计算书 16 19. 50上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 14. 5上 上 上 上 上 上 上 上 上 -16上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 得： 设计水位时，上游水位 19.5m，下游水位 14.5m，c5.0，计算得 L27.5m 根据上述（1）（5）确定的尺寸，设计防渗长度为 55m，大于设计和校核水位 下的计算值 L。 5.25.2 闸基渗流计算闸基渗流计算 渗流计算主要内容包括设计水位下的闸基渗透压力、地基抗渗稳定性验算和渗 流量。 闸基渗透压力计算方法采用水闸设计规范推荐的改进阻力系数法。 5.2.15.2.1 闸地下轮廊初拟闸地下轮廊初拟 渗径长度应能满足水闸上下游水位差最大时的防渗要求，故按上下游水位差最 大的情况来确定。上下游水位差最大的情况为闸室稳定计算中的校核情况。相应的 上游水位 H上为 20.0m，下游水位 H 下=14.5m，最大水位差 H=H 上-H 下=20.0- 14.5=5.5 (m) 因本闸水位差较大，基础透水性强，由结构布置要求确定的闸底板长度较短， 仅 20m，故于底板上游增设一长 20m 的钢筋砼防渗铺盖，并于齿墙下设 6m 深板桩， 以增加渗径长度，初步拟定的闸底轮廓线如图下图所示。为了便于计算，将闸底还 透水部分轮廓线划分成 7 个段，如下图。 附图 华北水院 2008 级函授本科毕业设计函江泄水闸设计算书 17 5.2.25.2.2 验算地下轮廓的合理性验算地下轮廓的合理性 L=L1 + L2 + L3 + L4 + L5 + L6+ L7 =10+7.5+9.4+1.9+3.8+1.3+1.3+0.8 =36(m) 上下最大水位差 H=5.5m 查表 12.7 , 取 C0=5.0 C0 H=5.55=27.5 (m) L C0 H 闸底轮廓长度满足防渗要求,地下轮廓是合适的。 5.2.35.2.3 用阻力系数法计算渗透出逸坡降用阻力系数法计算渗透出逸坡降 、为了简化计算，简化地下轮廊，见图 6-2 、由各角隅点 2、3、4、5 引出等势线 2-2、3-3、4-4、5-5，将渗透 区域分成、等 5 个分段，各分段的计算见图 6-2 、确定计算深度 Tc 地下轮廓线的水平总长度 L0=20+20=40m， 最大铅直投影长度 S0=8.5m， 根据 L0/S0=40/8.5=4.7 ，查水闸表 4-3 得 A=2.5 B=0 则 Tc=AS0+BL0=2.58.5+0=21.25(m) TS=29.0Tc 采用 Tc=21.25 m 、计算阻力系数水闸设计规范附录 C (C.2.2-1 至 C.2.4-5 公式 ) a)、进口段： 用实际阶齿高度 a=1.5m， 得 1=1.5*(s1/Tc)1.5 +0.441=0.511 m b)、铺盖水平段： 华北水院 2008 级函授本科毕业设计函江泄水闸设计算书 18 L=20+0.75=20.75(m)，S1=1.5-0.5=1.0(m)，S2=8.5-0.5=8.0(m) 故 2=L-0.7(S1+ S2)/T1 =20.75-0.7(1+8)/(21.25-0.5)=0.978 c)、板桩垂直段 S=8.5-1.5=7.0(m) a =1.5-0.5=1.0m T1=21.25-0.5=20.75 m T2=21.25-1.5=19.75 (m) 及 0.5Kc=1.25 水闸沿基底面的抗滑稳定系数是足够的。 所以水闸在设计情况下是稳定的。 6.2.36.2.3 校核情况下水闸稳定计算校核情况下水闸稳定计算 1 1、荷载组合、荷载组合 因闸前底板无泥沙淤积，可不考虑泥沙压力。 校核情况下荷载特殊组合,按校核水位组合计算: 1、水闸自重和水重；2、静水压力；3、扬压力；4、波浪压力 校核水位组合： H上=20.0m， H下=14.5m. 以上以两闸孔长 L=34 m 为计算单位进行计算。 2 2、水闸自重和水重计算、水闸自重和水重计算 、水闸自重 见表 6-1 , 计算得 G=65200（KN） 、水重 W 华北水院 2008 级函授本科毕业设计函江泄水闸设计算书 29 水重包括闸门上游水重 W1和闸门下游水重 W2两部分组成， 闸门中心距底板首端 L=15m, 有 W1=r水 h上 L2L净 =9.8(20.0-13.0)15310=30870 (KN) W2=r水 h下 (20-L)2L净 =9.8(14.5-13.0)(20-15)310=2205(KN) 3 3、静水压力计算、静水压力计算 、上游水压力 水闸底板与铺盖间的缝中设止水铜片，止水片在底板顶面以下 0.3m。 上游水压力分为两部分： (1).止水片以上为 P1 ， (2). 止水片以下为 P2+P3 ， 有 P1=1/2.rh2L=1/29.8(20-12.7)230 =7834(KN) P2=9.82.20.930=582(KN) P2=1/29.80.9230=238(KN) 、下游水压力 已知 H下=14.5m，反滤层 D 与计算基准面平，而 D 点的渗压水头为零， HD=12.8m 下游水压力 P4=1/2r(H下-HD)2.L =1/29.8(14.5-13+1.5)234 =1500(KN) 4 4、扬压力计算、扬压力计算 扬压力包括浮托力 WB和渗透压力 WS 。 浮托力 WB=1/29.820343=9996 (KN) 渗透压力 WS分三部分计算： Ws1=9.8/2(5.5+4.7)1.534.2=2551 (KN) 华北水院 2008 级函授本科毕业设计函江泄水闸设计算书 30 Ws2=9.8/2(4.7+3.168)134.2=1316（KN） Ws3=9.8/2(3.168+1.883)1734=14305 (KN) Ws4=9.8/2(1.883+0.853)134=456 (KN) Ws5=9.8/20.8531.534=213 (KN) 5 5、波浪压力计算、波浪压力计算 校核水位时 2hB=1.511(m)；2LB =26.3(m)；h00.562(m)；a=0.68 计算单位宽度浪压力 PW按下式计算 浪压力: PW=rL/2(H+2hB+h0)(H+a)-H2 =9.834/2(7+1.551+0.562)(7+0.68)-72 =3497 (KN) 6 6、闸室稳定计算、闸室稳定计算 表表 6 63 3 校核水位闸室稳定计算表校核水位闸室稳定计算表 部位名称 重量 （KN） 偏心矩（对闸底板中 心） 弯矩（KN.M） 自重 65200()0.25016300() 浪压力 3197()7.69121588.13() 止水片以上 7834()3.6328437.42() 上游静 水压力止水片以下 820()0.75615() 下游静水压力 1500()11500() WB9996()00 Ws1 2397() 152() 9.25 9.5 22172.25() 1444() Ws2 1077() 234() 8 8.17 8616() 1911.78() 扬压力 Ws3 10884() 3421() 0 2.5 0 8552.5() 华北水院 2008 级函授本科毕业设计函江泄水闸设计算书 31 Ws4 290() 166() 8 (-) 8.17 (-) 2320() 1356.22() Ws5213()9 (-)1917() 上游水重 30870()2.62581033.8() 下游水重 2205()7.625(-)16813.13() 合计 6944541323.22 、水闸地基承载力复核 据表 8-3,计算得 W=69445 KN M=41323.22KN.m e=M/W=41323.22/69445=0.595m max=W/BL.(1+6e/B) = 69445/34/20(1+60.595/20)=119.65KN/m2 max=W/BL.(1+6e/B) = 69445/34.2/20(1-60.595/20)=83.41KN/m2 maxKc=1.25 水闸沿基底面的搞滑稳定系数是足够的。所以水闸在校核情况下是稳定的。 华北水院 2008 级函授本科毕业设计函江泄水闸设计算书 32 第第 7 7 章章 泄洪闸的底板结构计算泄洪闸的底板结构计算 7.17.1 闸墩、底板剪力分配系数的计算（设计水位）闸墩、底板剪力分配系数的计算（设计水位） 7.1.17.1.1 闸室和部分重量的计算闸室和部分重量的计算 闸室各部分重量计算如下表： 表表 7 71 1 闸室各部分重量计算表闸室各部分重量计算表 部位名称门前上游段（KN） 门前下游段（KN） 备注 底板216757225 合计 28900 闸墩204006800合计 27200 工作桥790995合计 1785 交通桥2125 闸门3150 胸墙 检修桥2040 上游水重28665 下游水重2205 合计7569520375 1 1、确定不平衡剪力、确定不平衡剪力 、门前上游段单宽板条上不平衡剪力计算： 底板自重 q1：q1=21675/15/34=42.5KN/m2 上游水重 q2：q2=28665/15/34=56.2KN/m2 浮托力 q3：q3=30KN/m2 渗透压力 q4：q4=36.9KN/m2 地基反力 q5：q5=(122.1+85.66)/2=103. 9KN/m2： 根据上游段闸墩自重及上部结构荷重G 的计算： 上游段闸墩自重为 W：W=20400KN 华北水院 2008 级函授本科毕业设计函江泄水闸设计算书 33 按墩宽比分配如下： 两个中墩自重=(1.2/(1.2+0.8)20400=12240 KN 两个缝墩自重=(0.9/(1.2+0.8)20400=9180 KN 上游段上部结构荷载为：2040+790+1656=4486KN 则：两个中墩承受荷重=2/34486=2991 KN 两个缝墩承受荷重=1/34486=1495 KN 迭加得：每个中墩荷重G1 =(12240+2991)/2=7615.5 KN 每个缝墩荷重G2=(9180+1495)/2=5338 KN 根据门前上游中间板条的平衡条件，即Y=0，求单宽板条上不平衡剪力Q。 2G1/B1+2G2/B1+Q+( q1 +q2 q3 -q4 -q5)=0 15231/15+9655/15+Q+( 42.5 +56.23036.9 103.9)=0 Q=-1587KN() 、不平衡前力分配： 确定截面重心轴位置： Y0=AiYi/Ai =(1.5340.75+(20.8+21.2)13.6(13.6/2+1.5)/(1.534+(20.8 +21.2)13.6)=(38.25+451.52)/(51+54.4)=4.65m 用积分法确定闸墩与底板剪力分配系数： Q 1=Q (2d1+2d2)(h1+h2)2(2h1-h2)/6Jx =Q (21.2+20.8)(8.95+3.15)2(28.95-3.15)/6Jx =Q1440/Jx Q 2=QL(h3-h2)2(2h3+h2)/6Jx =Q34(4.65-3.15)2(24.65+3.15)/6Jx =Q159/Jx 闸墩剪力分配系数： =Q 1/(Q 1+Q2)=1440/(1440+159)=90% 底板剪力分配系数 华北水院 2008 级函授本科毕业设计函江泄水闸设计算书 34 =Q 2/(Q 1+Q2)=159/(1440+159)=10% 则闸墩和底板所承受的不平衡剪按以上分配系数进行分配。 分配给底板的不平衡剪力： Q 2=158710%=158.7KN() 分配给闸墩的不平衡剪力 Q 1=158790%=1428.3KN() 7.27.2 作用在单宽板条上的荷载作用在单宽板条上的荷载 7.2.17.2.1 上游段单宽板条上的荷载：上游段单宽板条上的荷载： 匀布荷载 q： q= q1 +q2 q3 q4+Q 2/L=42.5 +56.23036.9158.7/34=27.13 KN/m2() 集中荷载： 中墩：P1=G1/B1+Q 1(d1/(2d1+2d2) =7615.5/151428.3(1.2/(21.2+20.8)=79.21 KN() 缝墩：P2=G2/B1+Q 1(d2/(2d1+2d2) =4827.5/151428.3(0.8/(21.2+20.8)=36.17 KN() 7.2.27.2.2 底板内力计算底板内力计算 1 1、梁的柔性指数、梁的柔性指数 2l=3400cm，h=150cm，则 t=10Eo(l/h)3/E=10110(1700/150)3/(2.55105)=6.28 1.25 华北水院 2008 级函授本科毕业设计函江泄水闸设计算书 40 3 3、倾覆稳定性验算、倾覆稳定性验算 相对于墙趾点，墙身重力的力臂 Zw = 4.58 (m) 相对于墙趾点，Ey的力臂 Zx = 8.50 (m) 相对于墙趾点，Ex的力臂 Zy = 4.43 (m) 验算挡土墙绕墙趾的倾覆稳定性 倾覆力矩= 2680.69(kN-m) 抗倾覆力矩= 13027.89(kN-m) 倾覆验算满足: K0 = 4.86 1.50 4 4、地基应力及偏心距验算、地基应力及偏心距验算 基础为天然基础，验算墙底偏心距及压应力 作用于基础底的总竖向力 = 1955.57(kN) 总弯距=10347.20(kN-m) 基础底面宽度 B = 10.50 (m) 偏心距 e = -0.04(m) 基础底面合力作用点距离基础趾点的距离 Zn = 5.29(m) 基底压应力: 趾部=181.86 踵部=190.62(kPa) 作用于基底的合力偏心距验算满足: e=-0.04 fyk=335.00 (N/mm2) 最大裂缝宽度为: 0.584 (mm) 6 6、墙踵板强度计算、墙踵板强度计算 基础底面宽度B= 10.50 (m) 偏心距 e = -0.04(m) 基础底面合力作用点距离趾点的距离 Zn= 5.29(m) 基础底压应力(乘分项系数后): 趾点=218.24 踵点=228.75(kPa) 截面高度: H= 1.00(m) 踵板边缘的法向应力= 182.33(kPa) 踵板与肋结合处剪力: Q= 237.03(kN/m) 截面抗剪验算满足，不需要配抗剪腹筋 跨中弯矩: M=61.63(kN-m/m) 抗弯受拉筋: As= 1500(mm2) 抗弯拉筋构造配筋: 配筋率Us=0.02% Us_mi