6-3 船闸闸室结构
第六章船闸水工建筑物详解
Pc
1．计算情况（续） (3)完建情况。闸室全部建成尚未放水的情况。特点：作用在地基上的垂直
荷载较大。 (4)施工情况。在施工期，闸室结构的受力状况与施工程序和方法有密切关
系。根据船闸修筑和填土处于不利情况确定。 如： ①对于混凝土闸室结构，修筑及墙后填土过程中出现的不利情况；②
对于施工期间临时分缝的整体式闸室底板，临时缝浇筑前、后的两种情 况。 (5)特殊工况。特殊工况应考虑校核洪水、排水管堵塞和止水破坏情况。对 处于地震区的船闸，应进行地震情况的计算。 溢洪船闸除应考虑以上计算情况外，尚应根据可能发生的最不利水位组合 ，进行溢洪情况的计算。
(1)在选择结构型式时，需根据船闸所处的自然条件、地质条件、建筑材料来源情况、 受力特征、对结构的使用要求以及施工条件等因素进行综合考虑并通过技术经济 比较确定。
(2)闸首、闸室等挡水建筑物，因其失事将导致灾害或因经常检修而影响运输，必须 满足稳定和强度要求。当闸室采用透水闸底，闸室灌、泄水时，其渗流方向将频 繁变换，为防止地基破坏及保证船闸水工建筑物正常工作，须认真做好防渗排水 设计。
W ——船舶(队)排水量(t)；
（6-15）
K ——系数：闸室 =1.0，引航道中导航建筑物的直线段南=1.67，曲线段后： 2.0。
船舶撞击力的作用方向垂直于建筑物表面。对于连续的闸墙及导航墙顶端 最不利的撞击情况，其撞击力分布长度可按下列公式计算：
Ly 2 y 3
(6-16)
2b Ly Ld (6-17)
位齐平；若为多级船闸时，则为闸室的高水位或低水位。在设计时，应 研究以下几种可能发生的最不利水位组合。 ①闸室内为上游最高通航水位，墙后地下水取可能出现的最低地下水位 或墙后排水管水位。②闸室内为下游最低通航水位，墙后取可能出现的 最高地下水位或墙后排水管水位。③当船闸与其他水工建筑物并列布置 时，相邻建筑物进行检修的不利水位；④可能出现的最大水位差的其他 不利组合。 (2)检修情况。船闸检修时，可能的最不利水位组合，是将闸室内的水完全 抽干，墙后地下水处于检修期可能出现的最高水位，并有闸面活荷载的 作用。
船闸结构设计规范
Te 0.5L0
当 L0 5 S0
时，T e
5L0
1.6 L0
2
S0
（6-22） （6-23）
（3）计算各段的阻力系数
①进出口段（如图6-9a）阻力系数 ： 0
3
1.5( S ) 2 0.441
0
T
（6-24）
式中： S0——地下轮廓的垂直投影长度，m； S——垂直防渗设施的深度，m；
2、阻力系数法
阻力系数法的基本原理是将建筑物地基内的整个渗流区域大 致按等势线位置分成几个基本渗流段形，各段渗流水头损失与各 段的阻力系数成正比。 主要计算步骤： （1）地基分段
将地基沿渗流流程，一般可通过板桩角点和尖点的等水头线进 行分段（图6-8、图6-9）。地基分段可归纳为进出口段、内部垂 直段和水平段。三种基本段形。
由于进出口段水头损失的减小，必然引起相邻水平 段的水头损失的增加，进出口段齿墙不规则部位，应 对与进出口板桩相邻水平段的水头损失和渗透压力图 形进行修正，具体的修正方法可见船闸设计规范相关 部分。
（7）计算出口坡降
出口处渗流的平均坡降可按下式计算：
Jf
hf s
（6-29）
出口段的平均坡降应小于在渗透水流作用下，按地基 土壤平衡条件所求得的出口段容许坡降，其值见教材 （p121）表6-4。
第六章 船闸结构计算
第一节 作用在船闸结构上的荷载
船闸水工建筑物设计时，须根据建筑物在施 工、完建、运用及检修等不同时期所承受的全 部荷载，并按各种可能的最不利荷载组合进行 计算。
一、荷载种类
作用于船闸水工建筑物上的荷载包括： （1）建筑物自重、水重及建筑物内部或上部填料重。 （2）闸门、阀门及其他设备的重量。 （3）土压力。 （4）静水压力。 （5）扬压力（包括浮托力及渗透压力）。 （6）船舶荷载。 （7）活荷载。 （8）波浪压力。 （9）水流力。 （10）地震力。 （11）其他。
第十五章37_船闸结构形式及特点
及配筋混凝土结构等。 • 重力式结构按断面型式分为梯形和衡重式两种。 • 重力式闸墙一般采用折线形墙背坡。浆砌条（块）石闸墙
也可做成阶梯形墙背。
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9
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• 根据国内已建的土基上船闸的统计，闸墙底宽与墙高之比 约在以下范围内：
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15.2 闸首的布置与结构
• 船闸闸首由底板、边墩及工作闸门等组成挡水结构， 一般设有输水廊道、闸门、阀门、闸阀门启闭机械 及其相应的设备等。因此闸首布置及尺寸与所选用 的闸门型式、输水系统及有无帷墙等有密切关系。 典型闸首布置如图15-9所示。
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本节内容结束
（a）人字门闸首（b）横拉门闸首（c）三角门闸首 图15-9 闸首布置型式
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15-8倒梯形衬砌断面图
15
• 5、混合式 • 基岩顶面低于闸墙顶高程时，可采用混合式结构，即基岩以上采
用重力式，基岩以下采用衬砌式结构。
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三、闸底设计
• 透水闸底由护面（块石或混凝士板等）、反滤层 及纵横格梁组成，反滤层采用中石、小石、中粗 砂构成。砂性地基，反滤层多为3～4层；粘性地 基，多为2～3层。
• 护面一般采用干砌块石，厚度一般为25～40cm， 在石料缺乏地区，也可采用混凝土板。
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• 为固定护面及反滤层各层间的相对位置，闸底须设置纵 横格梁，纵横格梁控制的面积以30m2为宜，其断面尺寸不 宜小于40cm×40cm，格梁配置构造钢筋。
船闸设计课件讲解
2）不允许淹没 上闸首顶高=防洪水位+ a 闸首室墙顶高程=下闸首顶部高程 下游引航道墙顶高程=下游最高通航水位 (0.5 ~ 1.0)m 上下游闸门顶高程=最高通航水位或防洪水位 (0.2 ~ 0.5)m
五、船闸的引航道 引航道作用在于保证船舶安全，顺利进出船闸，供等待过 闸船舶的安全停泊，使进出船闸船只交错避让，引航道应具 有足够的水深和一定的平面形状和尺寸。 引航道平面形状与尺寸取决于船舶过闸繁忙程度，船队进 出闸的引驶方式以及靠船和导航建筑物的型式与位置。
BK (1.10 ~ 1.15)B
B —并列过闸船只总宽。
有的书的建议这样确定 B K
BK mB1 2B (m 1)C
B1 —驳船宽度； m —过闸船队横向驳船数； B—船与闸室墙间富裕宽度一般 B (0.1 ~ 0.15)mB1 取 B 0.4 ~ 1.5m 一般取 C 0.3 ~ 0.5m C —船舶之间空隙，
BC—过闸船只宽度；
B—船与船、船与岸边富余宽度；
。 B (0.2 ~ 0.5)引航道中船速较小取小值，船速较大取大值 Bc
采用三线过闸即一船队过闸，两船队停在引航道内
Bo 3Bc 4B
引航道底宽 B底 Bo 2m(hk T )
m —边坡系数；
hk —引航道内最小通航水深；
船闸工作原理： 假定船舶从下游驶向上游，闸室内水位与下游水位齐平， 下闸门开启，上闸门及上游输水阀门关闭。 首先将船舶从下游引航道内驶向闸室，关闭下闸门及下 游输水阀门，然后打开上游输水阀门给闸室灌水，等闸室
内水位与下游水位齐平后，打开上闸门，船舶驶出闸室， 而进入上游引航道 从上游驶向下游其过闸程与此相反。
不过，近年来国内外建造了一些水头H>20m的单级船闸， 如广西融江的麻石船闸H=22m，江西赣江万安船闸H=32.6m。 国外建成的水头最大的单级船闸，前苏联额尔齐其尔河的 石山口船闸H=42m。
6-3 船闸闸室结构
c
闸底加设横撑；闸墙下设齿墙；降低填土高度；换填摩擦系数大的砂土。
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（3）抗倾稳定性
k0 MR M0
（4）地基承载力
max
min
N 6e (1 ) B B
1）控制应力不均匀：砂性土地基：m=σmax/ σmin <5 粘性土地基：m=σmax/ σmin <3 2）容许承载力： a 按照工程技术规范确定； b 按照塑性区深度确定： c 按照极限承载力公式确定。
三、整体式闸室计算 需要验算抗浮稳定和地基沉降。 1、抗浮稳定性 Kf＝V/U 2、结构计算
闸墙：按照偏心受压构件核算截面强度－配置钢筋 底板：地基反力－底板内力－强度校核－配置钢筋
（1）地基模型 A文克尔模型：
1)压力强度P只与该点地基沉降y成正比； 2)不能考虑边载对底板内力的影响 ； 3)仅在压缩层厚度小于0.25L（l 闸底板半宽）的情况下采用。
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（5）沉降计算 e1i e2i S m 分层总和法（e-p曲线法）， s 1 e1i 计算深度取 z / c 0.2 2、闸室结构应力计算 （1）重力式闸墙 通常按悬臂粱式计算 N 6 M 边界点的垂直正应力： b b 边界点剪应力、水平正应力和主应力 可根据平衡条件计算。
（1）渗透稳定性 特点？荷载组合？
闸室承受双向渗流作用，按照检修情况进行验算。
（2）抗滑稳定性 f V kc H 1）土基上： c f tg f的取值，在混凝土底板和土基的不同： n 2）岩基上： f V k 抗剪强度计算公式 ： H f V c A 抗剪断强度计算公式： k H 如果抗滑不满足要求?
船闸设计计算说明书(新三孔闸)
1、材料的供应情况如下表2-5。
表2-5建筑材料及购买地
建筑材料
购买地
土方
就地取材
石料
蓟县
混凝土
离城镇较近
就地购买
离城镇较远
现场拌合
钢材
钢材市场
其它装饰材料
市场
2、各种材料的物理指标：
混凝土γ=24.0kN/m3；
钢筋混凝土γ=24.5kN/m3；
浆砌块石γ=22.0kN//m3；
水泥砂浆或干砌块石γ=20kN/m3。
6.6
2.0
2.2.2
根据《船闸水工建筑物设计规范》（JTJ307）规定船闸建筑物航级如表2-4所示。
由此确定V级船闸闸首、闸室按3级建筑设计，导航建筑物按4级设计，临时建筑物按5级设计。VI级船闸闸首、闸室按4级建筑设计，导航建筑物按5级设计。
表2-4船闸建筑物航级
船闸航级
主要水工建筑物
次要建筑物
2.1.4
此设计中暂不考虑，仅按构造要求进行抗震设防，如有必要可单独进行验算。
2.2
2.2.1
北运河规划近期货运量为160万吨，集装箱可按平均每箱8吨折合。
设计船型尺度如下表2-3。
表2-3设计船型尺度
航道航级
船船吨级
设计船型尺度（m）
总长L
型宽B
设计设水T
V级航道
16TEU船(300t货船)
40~42
4.1.1
门扇的计算长度 是门扇支垫座的支撑面到两扇门叶相互支承的斜接面的距离。其值按公式(4-1)求得：
图2-2两船闸方案水位水头示意图
表2-2新三孔闸设计水位及水头
方案
地点
上游通航水位（m）
航道工程学船闸的结构荷载与设计
船舶系缆力在建筑物长度方向上的分布与船舶撞击力1相9 同
4．波浪压力
（1）平原地区船闸，按有限水深公式计 算
2hw=0.0151W(H D)0.33
（6-18）
2Lw=0.104W H0.57 D0.33
（6-19）
式中 2hw 2Lw W H D
波高，m； 波长，m； 计算风速，m/s； 水深，m； 吹程，Km，河道船闸宜取5倍闸前水面宽度
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基本组合①：运用情况； 基本组合②：检修情况、完建情况及施工情况
特殊组合可分为两种情况：
特殊组合①为相应于校核洪水、排水管堵塞或止 水破坏情况的荷载； 特殊组合②为相应于运用期和检修期地震情况的 荷载。 溢洪情况的荷载列入基本组合①。
30
荷载组合
表6-6
荷
主要考虑情
自
设
土
水
扬
船
水
波
活
地
载
况
重
23
（1）运用情况：
1）闸室内为上游最高通航水位，墙后地下水取可能出 现的最低地下水位或墙后排水管水位。此时，除水压力， 土压力及自重力等荷载外，还应考虑船舶撞击力的作用。 这种计算情况的特点是指向回填土方向的水平力最大。
2）闸室内为下游最低通航水位，墙后取可能出现的最 高地下水位或墙后排水管水位。此时，除水压力，土压力 及自重力等荷载外，还应考虑系缆力及闸面活荷载的作 用。 这种计算情况的特点是指向闸室方向的水平力较 大。
17
（3）撞击力方向及分布：
船舶撞击力的作用方向垂直于
建筑物表面。撞击力分布长度可按
下列公式计算：
Ly = 2- y 3
（6-16）
水闸的结构形式及组成
水闸的结构形式及组成水闸是一种常见的水工建筑物，主要用于调节水位、控制流量、排沙、泄洪等。
水闸的结构形式和组成是多样的，以下将对水闸的主要组成部分进行详细的介绍。
一、总体结构水闸的总体结构是指闸室及上下游连接段，包括闸前、闸后、闸槽、消力池等部分。
总体结构的布局应考虑到地形、地质、水流条件、施工条件、运行管理等因素，使水闸能够有效地实现其功能。
二、进水口结构进水口结构是水闸的重要组成部分，其形式和位置应根据地形、地质、水流条件等因素进行设计。
进水口通常包括闸门槽、拦污栅、闸门等部分，其结构应满足强度、刚度、耐久性等要求。
三、闸室结构闸室结构是水闸的主体部分，包括闸底板、闸墩、翼墙、岸墙等部分。
闸底板是承受水压和荷重的主要构件，应具有足够的强度和刚度。
闸墩和翼墙是支撑闸门和承受侧向荷重的构件，其设计应考虑结构稳定性、防渗性能等因素。
岸墙是连接闸室和岸边的构件，应满足防渗、抗冲刷、稳定等要求。
四、消能防冲设施消能防冲设施是水闸的重要部分，其作用是减小水流对下游河床的冲刷力，防止水流对下游河床的破坏。
消能防冲设施包括消力池、海漫、防冲槽等部分，应根据下游河床的地形、地质条件进行设计。
五、闸门和启闭机闸门是控制水流的关键部件，其形式和尺寸应根据水闸的类型和功能进行设计。
启闭机是控制闸门的设备，应根据闸门的尺寸和重量进行选择和设计。
闸门和启闭机的安装位置应便于操作和维护。
六、闸墩和岸墙闸墩是支撑闸门和承受侧向荷重的构件，岸墙则是连接闸室和岸边的构件。
这两者的设计应考虑结构稳定性、防渗性能等因素，以确保水闸的安全运行。
七、翼墙和护底翼墙是连接闸室和岸边的挡水墙，护底则是防止水流冲刷的措施。
翼墙和护底的设计应考虑水流条件、地质条件等因素，以保证水闸的安全性和稳定性。
八、闸基处理由于地质条件等因素的影响，有时需要对水闸的基底进行处理。
常见的处理方法包括桩基、扩基、换填等。
在选择处理方法时，应充分考虑地质勘察资料和上部结构的要求，以确保水闸的安全性和稳定性。
船闸的组成
船闸的组成船闸由闸室、闸首、输水系统、引航道等几个基本组成部分组成。
如图—1所示图—1船闸组成示意图1一闸室；2一上闸首；3一下闸首；4一闸门；5一阀门；6一输水廊道；7一门龛；8一帷墙；9一检修门槽；10一上游引航道；11一下游引航道（1）闸室闸室的作用：介于船闸上、下闸首及两侧边墙间供过坝（闸）船队（舶）临时停泊的场所。
闸室的组成：由闸墙及闸底板构成，并以闸首内的闸门与上、下引航道隔。
为了保证闸室充水或泄水时船队（舶）的稳定，在闸墙上设有系船柱和系船环。
闸室的材料：浆砌石、混凝土或钢筋混凝土闸室的类型：根据闸墙与闸底板是否连接在一起，分为整体式和分离式结构。
（2）闸首位于上游端的称上闸首，位于下游端的称下闸首。
在闸室内设有闸首的作用：是将闸室与上、下游引航道隔开，使闸室内维持上游或下游水位，以便船队（舶）通过。
闸首的组成：工作闸门、检修闸门、输水系统、阀门及启闭机系统、交通桥及其他辅助设备。
闸首的材料：浆砌石、混凝土或钢筋混凝土（3）输水系统输水系统的作用：供闸室灌水和泄水的设备，使闸室内的水位能上升或下降至与下游或下游水位齐平。
输水系统的形式：集中输水系统和分散输水系统。
集中输水系统，也称头部输水系统。
是将输水系统的设备集中布置在闸首范围内，灌水时，水经上闸首由闸室的上游端集中流入闸室，泄水时，水从闸室的下游端经下闸首泄入引航道。
分散输水系统，也称长廊道输水系统，是将输水系统的设备分散布置在闸首及闸室内，通过纵向输水廊道上的出水孔灌泄水。
（4）引航道与上闸首相连接的叫上游引航道，与下闸首相连接的叫下游引航道。
引航道的作用：保证过闸船舶安全进出闸室交错避让和停靠用的一段航道，设有导航和靠船建筑物。
标签：船闸的组成闸室闸首输水系统集中输水系统分散输水系统引航道。
水闸闸室的布置与构造
水闸闸室的布置与构造闸室是水闸的主体部分，由底板、闸墩、闸门、工作桥及交通桥等部分组成，有许多水闸还设有胸墙。
1底板按底板与闸墩连接方式的不同，底板可分为整体式及分离式（图7-29）两种。
按底板结构形式的不同，主要分为平底板［图7-5（a ）］、低堰式［图7-5（b ）］、以及折线底板等，工程中使用最多的是整体式平底板。
图 7-29 底板与闸墩的连接方式（a ）整体式；（b ）分离式1. 整体式平底板当平底板与闸墩连成整体时，这种底板称为整体式平底板。
它是闸室的基础部分，能把上部结构的重力及荷载传给地基，并有防冲及防渗作用。
底板长度（顺水流方向）应根据闸室地基条件和结构布置要求，以满足闸室整体稳定和地基允许承载力为原则，进行综合分析确定。
初拟底板长度L 时，除满足闸室上部结构布置的要求外，还可参考以下两种经验数据选用：①L 约为上游水深的1.5～2.5倍，坚实地基取下限值，松散地基取上限值；②L 约为上、下游最大水位差max H ∆的1.5～4.5倍，在相同的max H ∆情况下，砂土地基L 稍小些，黏土地基L 稍大些。
底板厚度必须满足强度和刚度要求。
闸室底板通常是等厚度的，也可以采用变厚度，后者在地基较坚实的情况下，有利于改善底板的受力条件，例如加大闸墩墩基部位的厚度，减小跨中部位的厚度。
对于大、中型水闸，闸室平底板厚度可以取闸孔净宽的1/6~1/8，一般为1.0～2.0m ，最薄也不宜小于0.7m 。
在底板上、下游两端一般均设有浅齿墙，深度为0.5～1.5m，以增加闸室的稳定性和延长防渗长度。
底板混凝土应满足强度、抗渗及防冲等要求，其强度等级常用C20～C25。
整体式平底板抗震性能较好，根据辽南地震调查，黑鱼沟水闸及虎茬水闸均为钢筋混凝土整体式平底板，经强烈地震后仍保持完整，并能继续正常运用。
当地基较差时，如承载能力只有30～40kN/m2时，则需考虑减轻底板及其上部结构的重力或加大底板长度。
第十五章 船闸结构形式及特点53p
52
30
图
1512
空 箱 式 闸 首 结 构
52
31
• 在岩石地基上，通常均采用分离式闸首结构，边 墩一般均采用重力式结构。当岩石顶面较高时也 可采用衬砌式结构。当岩石较坚实、完整，裂隙 较少时，也可由岩石中直接开挖而成。
• 闸门布置不能影响船闸有效通航尺寸：对溢洪和泄洪船闸，
其闸门应设有方便而可靠的锁定装置。
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图15-18人字闸门
图15-19横拉门船闸
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37
三、阀门的选择
• 下述几种常用闸、阀门，在门型选择时应优先予以考 虑。
• （1）人字闸门（图15-13）
•
图15-13人字闸门平面形状
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• （2）升降式平面闸门（图15-14）。根据不同水位差和闸 首布置情况，闸门可以布置成下降式或提升式。
载能力要求较高，因此重力式结构只适用于较好的地基。 • 重力式结构按材料分为浆砌条（块）石结构、混凝土结构
及配筋混凝土结构等。 • 重力式结构按断面型式分为梯形和衡重式两种。 • 重力式闸墙一般采用折线形墙背坡。浆砌条（块）石闸墙
也可做成阶梯形墙背。
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• 根据国内已建的土基上船闸的统计，闸墙底宽与墙高之比 约在以下范围内：
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2
• 一、闸室分类 • 船闸闸室有斜坡式和直立式两种。 • 1、斜坡式闸室
斜坡式闸室具有结构简单、造价低的优点，但使用不 方便，且耗水量大，目前已很少采用。
第六章 船闸水工建筑物(3)
• 整体式闸室结构的闸墙和底板的断面尺寸 根据强度计算确定。闸墙顶的宽度一般可取 为40cm~60cm，闸墙底宽与底板厚度一般 可取为0.16~0.25H(H为闸墙高)。
7、闸底设计
（1）护底
作用:分离式船闸，一般选用透水闸底。为 防止由于闸室水位、流速的频繁变化而可 能引起的冲刷、流土及管涌及被船舶螺旋 浆、撑篙等造成闸底的破坏，因此必须加 以保护。
衡重式对地基要求较高，荷载变化反应灵敏。 地基反力较均匀； 当地基条件较好，墙高在１０米左右．
（5）重力式闸墙的尺寸确定
重力式闸墙的顶宽确定： 1）主要根据交通安全要求； 2）回填土是否到顶； 3）砌筑石料尺度
一般墙顶宽度不小于0.6m，若回填土不到顶，则墙顶 面作为人行通道应适当放宽，并不应小于1.0m，在有 行车或其他要求时．则应根据具体情况酌情确定。 闸墙底宽与墙高之比： ➢ 梯形断面 B/h=0.7～1.3 (B为底板宽，h为墙高) ➢ 梯形断面 b/h=0.5～0.8 (b为墙底宽)
重力式结构一般只适用于较好的地基。对于淤 泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其他高压缩 性土层，则不宜采用重力式结构。
（3）重力式结构按材料可分为： ➢ 浆砌条(块)石结构 ➢ 混凝土结构 ➢ 钢筋混凝土结构 浆砌石重力式结构适用于盛产石料的地区，但费 工、质量不易保证。 混凝土和配筋混凝土结构，适用于船闸水级较高，
6、整体式结构
Ｕ型结构，工作状态如弹性地基上的Ｕ型梁； 无需考虑闸墙的滑移稳定及闸室的渗流稳定问题。 地基反力比较均匀； 底板刚度大，能适应不均匀沉降；但若有不均匀沉降，会产生附
加应力； 闸室底板所承受的弯矩较大，底板一般较厚，钢筋用量也较多。 适用于水头较大，船闸级别较高，抗震要求较高、地基较差或具
船闸水工建筑物(1-2)
渠化工程第6 章船闸水工建筑物（1）河海大学港航学院第6章船闸水工建筑物6.1 概述6.2 作用在船闸结构上的荷载6.3 船闸闸室结构6.4 船闸闸首结构6.5 引航道上的建筑物6.6 船闸的防渗与排水作用于船闸水工建筑物上的荷载包括：（1）建筑物自重、水重及建筑物内部或上部填料重；（2）闸门、阀门及其它设备的重量；（3）土压力；（4）静水压力；（5）扬压力(包括浮托力及渗透压力)；（6）船舶荷载；（7）闸面活荷载；（8）波浪压力；（9）水流力；（10）地震力。
③库仑主动土压力计算：库仑土压力理论是从滑动楔体处于极限平衡状态时力的静力平衡条件出发而求解主动或被动土压力的理论，其基本假设为：（1）挡土墙是刚性的，墙后填土是无粘性土；（2）当墙身向前或向后移动以产生主动土压力或被动土压力时，滑动楔体是沿着墙背和一个通过墙踵的平面发生滑动；（3）滑动土楔体可视为刚体。
第二破裂面与垂线的夹角：图6-1 主动土压力计算（库仑法）朗肯土压力理论是根据半空间弹性体内的应力状态和土的极限平衡理论而得出的土压力计算方法。
假定：墙背垂直、光滑填土表面水平，并延伸至无穷远可适用于无粘性土和粘性土土基上建筑物的渗透压力B、扬压力作用于建筑物基础底面垂直向上的总水压力称为扬压力，包括浮托力和渗透压力。
建筑物基底浮托力的强度等于低水一侧水位与建筑物基底的高程差乘以水的重度。
渗透压力的确定取决于地基的性质；未设帷幕、排水的岩基上扬压力分布图:为上游水深:为下游水深1H 2H 件及质量等因素综合考虑，按0.3～1.0选用。
※土基上船闸的重力式、坞式、悬臂式闸室墙和土基、岩基上的闸首边墩沿高度作用质点i 的水平向地震惯性力，可按右式计算：式中P i ——质点i 的水平向地震惯性力，kN ；W i ——集中在质点i （或第i 段）的重力，kN ；C ——综合影响系数，取0.25；K H ——水平向地震系数；——加速度分布系数；i i H i iP CK W 水平向地震系数K H设计烈度789K H 0.10.20.4地震主动土压力分布图地震被动土压力分布图。
船闸闸室结构分析课件
实际应用与改进建议
详细描述
根据评估结果，该实例还提出了实际应用中可能遇到的问 题和改进建议，为新型船闸闸室结构设计的进一步优化提 供了参考。同时，还对实际应用的新型方案进行了监测和 跟踪评估，以检验其性能表现和可靠性。
THANKS.
总结词
实际施工验证
详细描述
在完成数值模拟分析后，该实例还对实际施工进行了验证 ，通过施工监测和实际运行数据与模拟结果的对比，证明 了该大型船闸闸室结构的可靠性和稳定性。
实例二：某复杂船闸闸室结构稳定性分析
总结词
复杂环境下的稳定性问题
详细描述
该实例还考虑了多种因素之间的耦合作用对船闸闸室结构 稳定性的影响，如地震、水流、风载等。通过建立耦合模 型，分析了这些因素共同作用时对结构稳定性的影响。
边界元分析方法
总结词
通过将船闸闸室结构的边界离散化为一系列小的单元，利用数学方法求解这些单元的平 衡状态，从而得到整个结构的应力、应变等力学性能。
详细描述
边界元分析方法是一种基于边界离散化的数值分析方法，通过将船闸闸室结构的边界离 散化为一系列小的单元（如三角形、四边形等），并利用数学方法（如变分原理、能量 平衡等）求解这些单元的平衡状态，从而得到整个结构的应力、应变等力学性能。这种
船闸闸室结构分析
05
实例
实例一：某大型船闸闸室结构分析
总结词
大型船闸的复杂性
详细描述
该实例主要分析了某大型船闸闸室的结构设计，包括其尺 寸、材料、施工工艺等，并考虑了船闸运行过程中可能出 现的各种载荷和工况，以确保闸室结构的稳定性和安全性 。
总结词
数值模拟技术的应用
详细描述
为了验证闸室结构的可靠性和优化设计方案，采用了数值 模拟技术进行模拟分析，包括有限元分析和有限差分法等 。通过模拟分析，可以预测结构在不同工况下的应力和变 形情况，为实际施工提供指导。
船闸工作原理及过程
船闸工作原理及过程引言概述：船闸是一种用于调节水位、控制船只通行的重要水利工程设施。
它通过调节水位的高低，使船只能够安全地通过水坝，实现河流、运河等水路的连通。
本文将详细介绍船闸的工作原理及过程。
一、船闸的构成和原理1.1 闸室结构：闸室是船闸的核心组成部分，通常由两扇闸门、闸墩和倒闸机构等构成。
闸门是用于封闭水道的移动门，闸墩则是支撑闸门和承受水压力的结构。
倒闸机构则用于控制闸门的开闭。
1.2 水封和泄水系统：为了确保闸室内水位的稳定，船闸还配备了水封和泄水系统。
水封系统通过密封闸门与闸墩之间的缝隙，防止水从闸室泄漏。
泄水系统则用于调节闸室内的水位，以便船只能够安全通过。
1.3 电气控制系统：船闸的开闭和水位调节通常由电气控制系统实现。
该系统通过控制倒闸机构和泄水系统的运行，实现船闸的正常工作。
二、船闸的工作过程2.1 船只进入：当船只需要通过船闸时，首先需要进入闸室。
船只进入闸室后，闸门会关闭，将船只与上下游水道分隔开来。
2.2 调节水位：为了使船只能够通过船闸，需要调节闸室内的水位。
泄水系统会开始工作，将闸室内的水位逐渐降低，直到与下游水道的水位相平。
这样，船只就可以顺利通过船闸。
2.3 船只通过：当水位调节到位后，闸门会打开，船只可以通过船闸，进入下游水道。
在船只通过后，闸门会再次关闭，准备下一艘船只的通过。
2.4 恢复水位：为了保持水道的稳定和维护正常的航运，船闸需要恢复闸室内的水位。
泄水系统将开始工作，将闸室内的水位逐渐抬高，直到与上游水道的水位相平。
三、船闸的应用领域3.1 河流船闸：河流船闸主要用于河流水位的调节和船只的通行。
它们在河流交通和水资源利用中起着重要作用。
3.2 运河船闸：运河船闸用于连接不同水系的运河，使船只能够顺利通过。
它们在运河运输和水运物流中起到关键作用。
3.3 水电站船闸：水电站船闸用于调节水库的水位，确保水电站的正常发电运行。
它们在水电工程中具有重要的地位和作用。
闸室的结构计算闸室的结构计算
§§6 6--7 7 闸室的结构计算 闸室的结构计算闸室的结构计算闸室是一个空间结构，受力较为复杂，结构 计算可采用空间有限单元法。
为简化计算，一般分成闸墩、底板、工作桥、 胸墙等独立构件分别进行计算，同时考虑相互之 间的连接作用。
闸室的结构计算 主要内容： Ø 闸墩应力计算的基本方法 Ø 底板应力分析方法：倒置梁法 Ø 底板应力分析方法：反力直线分布法 Ø 底板应力分析方法：弹性地基梁法一、闸墩 闸 墩闸墩的结构受力特点 ？ 闸墩结构计算示意图闸墩 闸墩的结构计算内容:水平截面上的应力计算 (纵向、横向)铅直截面上的应力计算 弧形闸门，支座处的应力计算轴上。
最大剪应力发生在 中闸墩 x x dLQ d I QS L I M A G x x x x - = = × = å å 2 3 , 2 max t t s m 边闸墩或受力不对称的中墩水平截面上有扭矩 作用。
闸墩边缘位于x —x 轴上点的最大扭剪力可近 似为： 2 max 4 . 0 LdM T T = t 1.计算墩底水平截面上的正应力与剪应力 ①顺水流方向（纵向）：最不利情况是闸门全关挡水、闸墩承受最大上 下游水位差。
产生的上下游端的正应力为： 闸 墩L I S Q d I M A G y yy y ¢ = ¢ × ± = ¢ å å t s 2②垂直水流方向（横向）：最不利情况是一孔检修的情况，此时该孔上下 游检修闸门关闭而相邻孔过水。
闸墩两侧存在水头差，受到横向水压力和车辆 刹车制动力等荷载。
闸 墩2.铅直截面上的应力计算（门槽处应力计算）采用重力法计算。
对任一铅直截面位置，在任一高程取高度为 1m 的闸墩作为脱离体，其顶面、底面上的正应力和剪应 力分布已由前述公式求出，由静力平衡条件可求出任 一铅直截面上的N 、M 、Q ，从而可求出该截面上的平 均剪应力和平均正应力。
2020第十五章37船闸结构形式及特点
52
32
15.3 船闸的闸门、阀门
• 一、阀门的分类 • 船闸的闸、阀门，按其工作性质可划分为工作闸、阀门；
检修闸、阀门；事故闸、阀门。
• 按闸、阀门的结构特征分类，闸门可分为人字闸门、升降 式平面闸门、横拉闸门、三角闸门、一字闸门、弧形闸门、 迭梁闸门和浮式闸门等；阀门可分为平面阀门、反向弧形 阀门、圆筒阀门和蝴蝶阀门等。
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• 2．闸首布置及构造 • 根据受力和结构特点，闸首在长度（顺水流）方
向上一般由三段组成。对于不同的门型，各段尺 寸亦各异，图15-10为人字闸门的闸首分段图式。
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22
图15-10人字闸门闸首分段图式, 图15-11检修门槽在闸首外
闸门支持段
门前段
图15-10人字闸门闸首分段图式
门龛段
（15-1）
• d——门龛深度（m），一般为门厚加0.40～0.8m；
• θ——闸门与船闸横轴线的夹角，一般取20o～22.5o。
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• 横拉闸门 • 横拉闸门的门槽宽度，主要由门厚、上下游支承木的厚度
及闸墩楔形支承厚度组成： L2＝h + 2（0.2十0.25） （15-2）
• 式中h——横拉门厚度，m；支承木厚度取0.2m，楔形支承 厚度取0.25m。
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18
15.2 闸首的布置与结构
• 船闸闸首由底板、边墩及工作闸门等组成挡水结 构，一般设有输水廊道、闸门、阀门、闸阀门启 闭机械及其相应的设备等。因此闸首布置及尺寸 与所选用的闸门型式、输水系统及有无帷墙等有 密切关系。典型闸首布置如图15-9所示。
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（a）人字门闸首（b）横拉门闸首（c）三角门闸首 图15-9 闸首布置型式
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（4）分离式闸室的底板计算 简化方法：
假定闸墙下底板和中间底板地基反力成直线分布 链接处地基反力相等 链接处只传递水平和垂直力，不传递弯矩
b 2 b 2 2 M ( 1 q) 0 2 3 b 2 V p ( 1 q)b 0 2
求出σ1、σ2
地基反力
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（5）沉降计算 e1i e2i S m 分层总和法（e-p曲线法）， s 1 e1i 计算深度取 z / c 0.2 2、闸室结构应力计算 （1）重力式闸墙 通常按悬臂粱式计算 N 6 M 边界点的垂直正应力： b b 边界点剪应力、水平正应力和主应力 可根据平衡条件计算。
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(2) 弹性地基梁计算方法 郭氏法:用幂级数形式表示地基反力，导出基础梁基 本方程梁与地基的连续接触用链杆代替，将 基础梁变为弹性支座上的连续梁，用结构力学知识 求解。链杆数目根据计算精度选10-15。
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X1δ11＋X2δ12＋X3δ13＋X4δ14＋X5δ15－y0＋△1p＝0 X1δ21＋X2δ22＋X3δ23＋X4δ24＋X5δ25－y0＋△2p＝0 X1δ31＋X2δ32＋X3δ33＋X4δ34＋X5δ35－y0＋△3p＝0 X1δ41＋X2δ42＋X3δ43＋X4δ44＋X5δ45－y0＋△4p＝0 X1δ51＋X2δ52＋X3δ53＋X4δ54＋X5δ55－y0＋△5p＝0 –X1 –X2 –X3 –X4 –X5+ΣV=0
（2）分离式闸室 a重力式浆砌条(块)石 b衡重式浆砌条(块)石 c悬臂式闸室 d扶壁式闸墙 。。。
透水闸底：节省投资材料。闸墙底打板桩；闸底设置反滤 层，设置纵横格梁。 不透水闸底：一般为双铰底板。不存在渗流问题，不传递 弯矩。适于细砂粉砂地基。
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二、分离式闸室的计算 1、地基计算
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c
c
闸底加设横撑；闸墙下设齿墙；降低填土高度；换填摩擦系数大的砂土。
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（3）抗倾稳定性
k0 MR M0
（4）地基承载力
max
min
N 6e (1 ) B B
1）控制应力不均匀：砂性土地基：m=σmax/ σmin <5 粘性土地基：m=σmax/ σmin <3 2）容许承载力： a 按照工程技术规范确定； b 按照塑性区深度确定： c 按照极限承载力公式确定。
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B半无限理想弹性体模型： 1) 假定地基为均匀各向同性半无限理想弹性体，用弹性理论
计算地基变形； 2)用变形模量E0和泊松比μ0来表征地基土壤的特性； 3)可以考虑边载作用； 4)但实际地基很少是均质的连续弹性体，只应力水平较低时， 才反映实际情况; 5)当可压缩层厚度大于3L时，按半无限理想弹性体进行计算。 C有限深度的理想弹性体 1)根据土层分布确定可压缩层深度, 用有限深弹性体假定计算; 2)一般认为当可压缩层厚度小于3L，而大于0.4L时，采用有限 压缩层假定计算较为合适。
（1）渗透稳定性 特点？荷载组合？
闸室承受双向渗流作用，按照检修情况进行验算。
（2）抗滑稳定性 f V kc H 1）土基上： c f tg f的取值，在混凝土底板和土基的不同： n 2）岩基上： f V k 抗剪强度计算公式 ： H f V c A 抗剪断强度计算公式： k H 如果抗滑不满足要求?
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理正岩土计算软件演示
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荷载分项系数 荷载分项系数是在设计计算中，反映了荷载的不确定性并 与结构可靠度概念相关联的一个数值。对永久荷载和可变荷载 ，规定了不同的分项系数。 (1)永久荷载分项系数γG：当永久荷载对结构产生的效应对结 构不利时，对由可变 荷载效应控制的组合取γG=1．2；对由永 久荷载效应控制的组合，取γG=1．35。当产生的效应对结构 有利时，—般情况下取γG=1．0；当验算倾覆、滑移或漂浮时 ，取γG=0．9； 对其余某些特殊情况，应按有关规范采用。 (2)可变荷载分项系数γQ：—般情况下取γQ=1．4；但对工业 房屋的楼面结构，当 其活荷载标准值>4kN／㎡时，考虑到活 荷载数值已较大，则取γQ=1．3。
边荷载说明： 1）在基坑底面以上时：取为三角形分布; 在原地面上，据填土外 形取梯形或矩形分布。 2）边荷载不直接作用在梁上，它对链杆的变位作用仅是使地基 产生沉降。可将每一段边载用集中力表示，放在△kp中考虑。 3）边荷载影响范围为（1-1.5）L,它作用产生的弯矩在设计中计 入数通常根据地基性质来考虑。
• 第三节 船闸闸室结构计算 一、船闸结构型式
（1）整体式闸室结构适用于水头较大、闸墙较高、对抗震要
求较高、地基较差或具有软弱夹层的情况。不需要考虑滑移和 渗流问题。可适应不均匀沉降，但会产生附加应力。可在底板 设置临时施工缝，闸墙稳定后封缝。 反拱底板适于早期固结的砂性土地基。
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三、整体式闸室计算 需要验算抗浮稳定和地基沉降。 1、抗浮稳定性 Kf＝V/U 2、结构计算
闸墙：按照偏心受压构件核算截面强度－配置钢筋 底板：地基反力－底板内力－强度校核－配置钢筋
（1）地基模型 A文克尔模型：
1)压力强度P只与该点地基沉降y成正比； 2)不能考虑边载对底板内力的影响 ； 3)仅在压缩层厚度小于0.25L（l 闸底板半宽）的情况下采用。
y 2
hi
•σ y
沿闸墙不同高度截面计算，最大或最小 应力不应超过材料容许应力； 任一斜截面的主拉应力均应小于材料的容许抗拉应力。
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（2）. 扶壁式闸墙 扶壁式闸墙强度计算包括立板、肋板、内底板、 趾板等四个部分。 （1）趾板按固定在立板上悬臂板计算； （2）肋板按固定在底板上悬臂板计算； （3）多肋扶壁的立板、内底板在距立板与底板交线 1.5l（l为肋板间距）区段内，按三边固定一边简支的 双向板计算，在1.5l以外的区段按 连续板计算； （4）肋板与立板、肋板与底板的 连接按轴心受拉构件计算。
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（3）悬臂式闸墙 无滑移稳定和渗流稳定，需验算地基承载力和 沉降和抗浮稳定性。 1）闸墙：按照偏心受压构件计算。 2）闸室底板： 地基反力要满足条件； 当闸室宽度和闸墙很高时，可按弹 性地基粱计算反力； 地基反力求得后，可按嵌入闸墙的 悬臂梁核算截面强度。
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