湖南镇水电站进水口设计及配筋计算毕设专题

1、第一章 进水口设计 坝址处河床较宽，右岸岸坡较，质条件较好，属于比较坚固的岩层，采用深水竖井式进水口。如下图所示；图7-1竖井式进水口示意图 7.2.1 进口底高程的计算 设计水头下三台机全发电时，每台机组按照HL180最大引用流量，隧洞总流量为249.3m/s.式中: v有压遂洞经济流速，取为 4m/s。 以死水位 191m 为计算条件：= =式中： v 闸门断面平均流速， 4m/s； Scr闸门低于最低水位的临界淹灭深度； C 经验系数，估计为对称进水，故取 C0.6； D 闸门孔口高度。即得隧洞进口底高程 H172m。隧洞进口顶高程为 H=182m 7.2.2 进水口轮廓尺寸设计(1)深

2、式进水口轮廓尺寸的选定 隧洞进口顶部采用椭圆曲线连接，俯视时成直线型喇叭口，内部断面为矩形,即喇叭口三面收缩进水口。目前广泛采用四分之一椭圆曲线 根据国内外实践经验，喇叭口顶端的椭圆曲线方程为： 式中 a =11.5D 通常取1.1D ， b=0.30.5D 通常取1/3 D 则 进水口的长度没有一定的标准，以满足工程结构布置需要以及进水可能允许的尺寸与流水顺畅条件下为原则。图7-2 引水系统进水口示意图7.2.3拦污栅设计(1)进口段拦污栅包括栅框与栅条两部分，一般的进水口拦污栅用圆铁，圆铁直径一般为810毫米，栅条净距一般为HL：b=D1/30，ZL: b=d1/20， CJ: b=d/5

3、，拦污栅框是崁在进水室的栅槽里，倾角一般为6070,过水断面大,易于清污。此次设计业使用圆铁，直径为10毫米，栅条净距取0.1米，倾角为60。初步估计进水口宽度 B 为 18m。设置一个中墩宽2m，两个栅框，每个栅框后设置四个横隔板厚35cm，长7.65m,宽0.75m 。拦污栅轮廓尺寸按下公式计算： 拦污栅宽 = 进水口室宽 + 0.2（米） 拦污栅高 = 1.25倍进水口入口斜断面高 （米） 则得到 单个进水口拦污栅宽 = 8+ 0.2 =8.2（米 单个进水口拦污栅长 =14/sin601.25=20（米）由净距确定栅条数目为73条。进水口过水净面积：67.294.84=212m2。断面

4、平均流速 v=1.17m/s,规范要求过栅流速v=0.8-1.2m/s,则1.17m/s1.2m/s，满足要求。定拦污栅断面尺寸8.220m。(2) 闸门段闸门段是引水道与进口段的链接段，其孔口常用矩形，其宽度一般等于或稍小于压力管道直径D，高度一般等于或稍大于压力管道直径D。闸门段的长度长取决于闸门的及启闭设备的需要，并考虑引水道检修通道的要求，从椭圆弧段衔接至渐变段总长度初取8m。 通气孔面积根据经验公式式中： Qa 空气进气量，采用引水道的最大引水流量，m3/s； Va允许进气流速m/s。 露天式管道进水口，Va一般取3050m/s，坝内管道和隧洞：Va取7080m/s。根据工程实践经验

5、，建议发电引水道工作闸门或事故闸门后的通气孔面积可取管道面积的5%左右通气孔顶端应高出上游最高水位，以防水流溢出。 取通气孔面积取3.5m2。(3)渐变段渐变段是闸门段（通常为矩形，此处设计也为矩形）到压力管道的过渡段，其断面面积与流速应逐渐变化，使水流不长生漩涡并尽可能的减少水头损失。由矩形变化到圆形过渡通常采用四角加圆角。如图22 所示。圆弧的中心位置与圆角半径r均按直线规律变化。. 渐变段的长度根据经验，一般为压力隧道直径的1.01.5倍，收缩角6-8以为宜，故前段 L 取为 10m，侧面扩散角取6。 则闸门高度h=11m米，满足闸门段高度设计要求（大于或稍大于压力管道的直径），宽度取8

6、.7m（等于或稍小于压力管道直径D）。则闸门段的断面面积A1=8.711=95.7m。第二章 进水口结构计算及配筋8.1计算原则按照DL进水口设计规范，本次设计选取进水口单宽截面，按照弹性地基上的框架结构计算，选择典型截面最不利荷载组合进行内力计算和配筋。 8.2计算原理截面选择：分别在进口段前端和闸室段各选取一个截面，截面形状尺寸如图。图8-1 进口及闸室段截面图计算工况：1 施工完成未输水时 2校核洪水位下运行 完成内力包络图。 荷载种类：自重，校核洪水位之静水压力，围堰压力，外水压力围岩压力计算公式式中： 岩体垂直地应力标准值 岩体水平地应力标准值 岩体重度 洞室上覆岩体厚度 岩体侧压力

7、系数 岩体的泊松比（流纹斑岩取0.16）外水压力计算公式式中： 作用于衬砌上的外水压强标准值 外水压力折减系数 作用水头 按设计采用的地下水位线与隧洞中心线之间的 高差确定弹性地基上的框架结构结构计算简图,框架两端铰接，地基梁两端自由，框架轴力按集中荷载作用于梁两端。 (a) (b)图8-2 各截面框架结构计算简图8.3结构计算8.3.1荷载计算（1）截面a工况1：施工完成未输水阶段 围岩压力 （垂直顶部） （顶部水平） （底部水平） 外水压力 （顶部） (底部) 自重 （顶梁） (单个边墙) （地梁） 由于地板最终受向上的均布力，所以采用结构力学理论求解不采用弹性地基梁理论。图8-3 截面a

8、工况1荷载示意图 工况2：校核洪水位下运行阶段 围岩压力 （垂直顶部） （顶部水平） （底部水平） 外水压力 （顶部） （底部）（按照正常蓄水位为地下水位）校核洪水位之静水压力 (顶部) （底部） 自重 （顶梁） (单个边墙) （地梁） 图8-4 截面a工况2荷载示意图(2)截面b工况1：施工完成未输水阶段 围岩压力 （垂直顶部） （顶部水平） （底部水平） 外水压力 （顶部） （底部） 自重 （顶梁） (单个边墙) （中墩） （地梁）工况2： 校核洪水位下运行阶段 围岩压力 （垂直顶部） （顶部水平） （底部水平） 自重 （顶梁） (单个边墙) （中墩） （地梁）（按照正常蓄水位为地下水位）

9、 外水压力 （顶部） （底部） 校核洪水位之静水压力 （顶部） （底部）8.3.2内力计算截面a1 施工完成未输水阶段 图8-5 框架荷载及内力图表8-1 截面a工况1框架内力最大值表顶板边墙底梁最大弯矩(kNm)11226.92022.51112.9最大轴力（kN）305287541587.12 校核洪水位下运行阶段 利用结构力学计算器得铰接框架在荷载作用下的原始角变=0.001图8-6 截面a工况2框架位移示意图 两端自由的地基梁在荷载作用下的原始角变判断梁的类型式中： L特征长度 k为地基系数，取,b梁宽 EI-梁截面抗弯刚度选择C25混凝土E= 集中荷载至梁两端距离均小于3L=28.1

10、m,故判断此梁为短梁，按照温克尔局部弹性理论所得到的计算公式：由条件x=5.4时联立计算得 利用结构力学计算器添加单位弯矩后，得铰接框架的柔度系数图8-7 地基梁的柔度系数示意图在两端自由的梁的一段作用单位顺时针的弯矩有温克尔局部弹性理论公式 由条件x=10.8时,，计算得 内力矩式中： 框架及地梁原始边角代数和 F框架及地梁柔度系数之和内力矩加入内力矩后的结构计算 图8-8 截面a工况2框架荷载及内力图弹性地理内力计算采用半无限弹性体地基法梁的弹性模量取，地基弹性模量取t=9.810按照短梁计算,取t=10由于荷载对称，取梁中点右部计算，左部弯矩图对称相等。（1）求均布荷载产生的弯矩表8-2

11、 地基梁均布力产生弯矩值表0.00.10.30.50.70.91M6.36.25.54.22.40.40842.31828.94735.35561.54320.8853.480求集中力产生的弯矩右边P点的位置参数是 ,取0.9 左边P的位置表8-3 地基梁集中力产生弯矩值表 0.00.10.30.50.70.91右边PM-8-9-10-9-620-3240-3645-4050-3645-24308100左边PM-8-7-5-3-100-3240-2835-2025-1215-40500求力偶荷载产生的弯矩表8-4 地基梁力偶荷载产生弯矩值表 0.00.10.30.50.70.91右边PM-24

12、-29-44-61-80-97-100292.08352.93535.48742.37973.61180.41217左边PM-24-19-11-5-200-292.0-231.2-133.8-60.85-24.3400表8-5 地基梁弯矩叠加弯矩值表00.10.30.50.70.91q842.3828.9735.3561.5320.853.40右边P-3240-3645-4050-3645-24308100左边P-3240-2835-2025-1215-40500右边M292.0352.9535.4742.37973.61180.41217左边M-292.0-231.2-133.8-60.85

13、-24.3400总和-5637.6-5529.2-4937.7-3616.4-1564.12044.71218图8-9 地基梁右部弯矩图表8-6 截面a工况2框架内力最大值表顶板边墙底梁最大弯矩9989.45892.65637.69最大轴力-68.28-6410.2-1253.59由弯矩图可以发现，当围岩压力过大时，通过边墙的传力，可以导致地梁中部的翘曲。而在进水口入口出，围岩压力较小，底梁仍然有向下翘曲的可能，所以底部仍然需要配筋。在这里不作计算。综合工况1,2得到控制配筋的条件表8-7 截面a控制配筋内力值表顶板边墙底梁最大弯矩11226.95892.65637.69最大轴力-3052-8

14、754-1587.1/1253.598.4配筋计算8.4.1 顶梁配筋顶梁主要承受向下的弯矩和压力，采用C20混凝土，对中部截面A和端部截面B进行偏心受压计算由于弯矩绝对值相近取较大的进行一次配筋。M=11226.9 kNm , N=3052.3 kN结构长期处于地下水及地下环境中，确定为二类环境，板结构环境混凝土保护厚度取25mm, 故按照大偏心进行计算，考虑到输水结构应使用直径较小，强度较低的钢筋防止裂缝，故采用HPB335，基本组合K取1.2，按照最小配筋率，1620通过计算发现底板截面偏大，高度偏大，受拉钢筋面积过大，最后发现在高度降低到1.2米适合。按照原尺寸配1020和3428。结

15、合构造要求，最后顶板内侧3428，外侧也配3428，单宽中5根通配，其他集中两端。8.4.2边墙配筋边墙主要承受压力和弯矩，按照偏心受压计算,对称配筋。M=11226.9kNm , N=8754.9kN 故按照大偏心进行计算按最小配筋率按照原尺寸两侧各配1020。8.4.3底梁配筋承受向上和向下弯矩，取C D截面分别对其进行偏心受拉计算。M=5637.69kNm ， N=1253.59kNM=1217 kNm ， N=1253.59kN，大偏心计算，大偏心计算按照原尺寸两侧各配1528和5028。按照最小配筋率 钢筋未屈服按照原尺寸两侧各配520和1428。结合构造要求，最后底梁内侧5028，外侧配1528。8.4.4抗裂验算结构在二类环境中，查的按照要求最大裂缝宽度为0.3mm。抗裂公式计算得： 满足要求。8.5专题小结 由于弹性地基梁计算量大及时间限制