第六章 船闸水工建筑物(4-6)

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Mc、Qc——闸首底板单位条宽的弯矩和 剪力加权平均值,kN· m,kPa。 Bi —— 各段的长度
对纵向断面变化不大的闸首闸底可采用加 权平均法,进行底板内力的调整。
Mi Mc M ip 2 (6-76) Qi Qc Q ip 2 式中 Mip、Qip——各特征段调整后的计算弯矩和 计算剪力值,kN· m,kPa; Mi、Qi——各特征段单位条宽的弯矩和剪 力值,kN· m,kPa; Mc、Qc——闸首底板单位条宽的弯矩和剪 力加权平均值,kN· m,kPa。 对纵向断面变化较大的闸首底板,各特征段内力可按刚 度进行调整。
(2)门龛段长度l2


①人字闸门 ③三角闸门
②横拉闸门 ④平面闸门
人字闸门其门龛段长度l2为
l2
Bc d (1.1 ~ 1.2) 2 cos
(6-61)
式中:Bc——闸首的口门宽度(m); d ——门龛深度(m),一般为门厚加0.4~0.8m; θ——闸门与船闸横轴线的夹角,一般取 20°~22.5°。
为便于安置横梁和门底止水, 保证闸门在任何位置时均能检 查和修理底部止水,门下的自 由空间高度一般不小于0.50.6m。
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+0.25) (6-62) 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。 矩形横拉门的厚跨比一般在1/4~1/7之间。
闸首底板厚
底板厚度可取等于(1/3~1/4.5)边墩的自由高度,但不 应小于其净跨的(1/6~1/7),在粘性地基上取较大值, 在砂性地基上可取小值。 倒拱底板的拱厚一般取为口门宽度的(1/15~1/20),矢 跨比一般为(1/7~1/10)。 倒拱底板对边墩的不均匀沉降、相对水平位移和转角相当 敏感,边墩即使只产生较小的变位,也会使倒拱产生较大 的附加内力。因此,倒拱底板一般用于地基条件好,边墩 高度不大的闸首。
船闸闸首一般设有输水廊道、闸门、阀门、闸阀门启闭 机械及其相应的设备等。 闸首结构按其受力状态:整体式结构和分离式结构。 在土基上:为避免由于边墩不均匀沉降而影响闸门正 常工作,一般采用整体式闸首结构; 岩基上:可采用分离式结构;
当岩石较完整时,可不设底板,只有当岩石裂隙较多或 岩石较软弱时,才考虑加设底板或护底.必要时也可采 用整体式结构。
三角闸门 三角闸门门库较大,其外形 尺寸除要满足闸门尺度及 构造要求外.还应满足输 水消能的要求。据已建船 闸三角门门库尺度的统计, 其门龛长度可取为:
l2=(0.5~0.7)Bc
(6-63)
平面闸门 平面闸门的门槽较小,主要视门体结构尺度而定。
(3)闸门支持段长度l3 闸门支持段主要应满足结构稳定及强度的要求,并应考 虑输水廊道进出口布置的要求。
6-20 船闸闸首
一号船闸上闸首
2.闸首结构尺度确定 闸首在长度( 顺水流)方向上一般由3段组成. (1)门前段长度l 1 门前段长度l1,主要根据工作闸门形式、检修 门尺度、门槽构造及检修要求确定。
检修门槽设于闸首外与导墙接缝时,门前段的长度最小, 一般为1.0m左右。 检修门槽设于闸首内:L=1~2+C(米),C为检修门槽宽 在设置检修门槽不增加闸首长度的情况下,应尽量使检 修门槽布置在 首范围内。
(4)闸首边墩宽度: 根据门龛深度; 廊道宽度; 阀门井尺度等因素确定 据已建船闸的统计,边墩厚度一般取为2~3倍廊道宽度。 边墩的顶部宽度: 使用要求; 满足启闭机房; 交道通道; 管理及维修场地; 其他设备等的布置 为节省工程造价也可在闸首边墩顶部设悬臂加宽。
闸首的边墩结构:土基上一般采用空箱式结构
(4)支持墙的抗滑稳定性
kc f V R
式 中 V —— 作 用 于 支 持 墙 全 部 垂 直 力 的 总 和 , (包括墙底缝内的扬压力E4),KN; f —— 支持墙底面的摩擦系数,一般取 0.7 ~ 0.75; R ——作用于支持墙全部水平力的总和,kN
R ' ( E ) 2 ( S ) 2
(6-68)
其中 E 作用的纵向水平力的总和, S 为作用 的横向水平力的总和。
(5)支持墙的强度计算 支持墙的强度计算,采用双向弯曲受压公式 墙底四角点应力按下式计算: 式中
max
min
Mx Mz V F Wx Wz
(6-69)
min ——支持墙底的最小应力, min
其中
Et 2kt E tg
式中 Kc ——抗滑稳定安全系数,可按船闸设计规范规定数值取用; V ——作用于闸首上的垂直力总和,kN; U ——作用于闸首底板上的扬压力,kN; f ——闸首沿地基面的摩擦系数; Ep ——作用于闸首下游端面埋深部分的抗力,kN,土基与埋置 不深的岩基可不计; Et ——边墩背面与回填料间的摩擦力,kN,在粘性填土段可不计; kt —— 摩擦力折减系数:上、中闸首可取0.6,下闸首可取0.4; E ——边墩背面的土压力,kN; ——回填料与边墩背面间的摩擦角,(°),取 = / 2 。 H1、H2 ——作用于闸首上、下游端面的水压力,kN; E1、E2 ——作用于闸首上、下端面的静止土压力,kN;
(6-70) 式中 Eg ——带形钢筋所受的力,kN; Em ——闸门推力的纵向分力,kN; Es ——作用于支持墙上门龛的纵向水压力,kN; Ef ——缝面上的纵向水压力,kN; ——折减系数,取为0.5; V ——作用于支持墙计算面以上的垂直力总和, kN; f ——摩擦系数,取0.7~0.75; Kc——支持墙抗滑稳定安全系数,取为1.4--1.5。
2.空箱结构计算 (1)以距底板顶面1.5L(L为箱内隔墙跨度)高度为 界,以上部分的侧墙按多跨连续梁计算;以下部分 则按三边固定一边简支的支持板计算。 (2)垂直方向可近似地按固定在底板上的空心悬臂 梁进行核算。
3.闸首边墩中的廊道结构 (1)当廊道壁厚小于2.5D(D为廊道孔洞 化引直径)时,可按杆件系统计算。人字 门闸首,将廊道在平面上分成四段,即进 口段I、门龛段II、支持段III和出口段Ⅳ
各特征段不平衡剪力值在闸首截面中 按弹性力学方法进行分配
图6-21 边墩不平衡剪力计算图
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分配于边墩截面abef上的不平 衡剪力QT,可由下式计算:
QT Q 1 i [H(S y ) abcd (J y ) abef ] JY 2
(6-72)
式中 Q T ——相应特征段上边墩截面上的不平衡剪力,kN; Jy ——边墩和底板截面对y轴的惯矩,m4; H ——边墩高度,m; (Sy)abcd —— abcd截面对y轴的静矩,m3。 (Jy)abef —— abef截面对y轴的惯矩,m4。 分配于底板上的不平衡剪力QH为; QH = Qi — 2QT
二、整体式闸首计算
闸首结构的计算简化: 闸首结构的计算系属空间问题,通 常是将空间问题简化为平面问题,分段 进行计算。 闸首结构的计算内容: 闸首结构稳定验算包括:整体抗滑、 抗倾、抗浮、渗流稳定性和地基承载力 等验算。强度验算包括:边墩强度、底 板强度、局部强度等验算。
(一)整体抗滑稳定计算 抗滑稳定安全系数按下式计算: (6-65)
max ——支持墙底面的最大应力,max [ ] 为材料允许抗压强度;
>0;
F——支持墙底面的面积,m2; Wx、Wz ——支持墙底面对x、z轴的断面模量,m3; Mx、Mz ——分别为纵向水平力对x轴的力矩和及横向水 平力、垂直力对z轴的力矩和,kN· 。 m
(6)带形钢筋 当支持墙不能独立满足水平抗滑稳定要求时,则须设置纵向 带形钢筋 带形钢筋所受的力可按下式计算: Vf E g E m E s E f Kc
1.闸首底板的纵向分段 闸首底板的特征段,一般可根据荷载、刚 度及跨度等因素划分。
图6-19
闸首底板特征段划分
(a)人字闸门;(b)平面闸门;(c)弧形闸门
2.不平衡剪力计算
• (1)不平衡剪力概念
• 闸首底板划分为几个特征段后, 对每一特征段,考虑了相邻段的 作用后,其作用在各段的垂直力 与地基反力也应该是平衡的,因 此相邻段分隔的截面上必然产生 剪力以使各段保持平衡,该剪力 被称为不平衡剪力
横向荷载的分配(中小船闸可不进行分配) 人字闸门推力的横向分力分配:
图6-22 人字闸门横向推力沿高度分布
通过闸首边墩传递到单位长度底板 上的横向力T及其所产生的弯矩M为:
T i 1 l i n S yi h i M li i 1
n
S yi
(6-73)
式中 hi——横向力Syi距闸首底板中心轴的距离,m; li ——横向力Syi在闸首底板处的分布长度,m。
(二)闸首边墩计算
闸首边墩一般采用分段计算法。 1.支持段计算 (1)计算假定:通常将支持墙视为一独 立体,即假定支持墙与门龛段用缝分开, 与底板也用缝分开,独立承受全部闸门 推力。
图6-24 人字闸门闸首支持墙段荷载图式
(2)闸门推力
2 R sin P
P R 2 sin
(6-66)
2.不平衡剪力计算
(2)计算图式
Qi = Ri — Vi
式中:Qi —不平衡剪力,kN; Ri —闸首沿纵向按直线反力法计算 所得的作用于该特征段上的地基反 力,kN; Vi —该特征段上的向下的垂直力总 和, kN; 包括自重、水重、浮托 力、渗透压力。 分段计算的不平衡状态
(3)不平衡剪力截面分配
图6-18
闸首廊道计算分段
I、Ⅳ段廊道可按固定在底板上Г 形悬臂梁计算;II段廊道可按固 定在底板上的 型刚架计算。 当廊道壁厚大于2.5D时,可按弹 性力学方法计算。
(三)闸首底板计算 简化计算方法 一般将底板纵向划分为几个特征段,计入不 平衡剪力,按平面问题进行分段计算,然后考 虑整体影响,将各段所得的内力进行调整。 计算步骤: 1.闸首底板的纵向分段 2.不平衡剪力计算 3.内力计算 4.内力的调整 大型船闸底板内力:可先将横向荷载在纵向进行 的分配,然后计算各段底板内力,内力可不再调整。
第六章 船闸结构计算(4-7)
第四节 第五节 第六节 第七节 船闸闸首结构 引航道上的建筑物 船闸的防渗与排水 船闸结构有限元分析(自学)
第四节
船闸闸首结构
一、闸首结构布置与构造 二、整体式闸首计算 三、分离式闸首计算
一、闸首结构布置与构造
1. 闸首结构布置 • 闸首由墩墙和 底板所构成。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。
(4)经验分配 对于人字闸门闸首边墩和底板可分别按 相应特征段的总不平衡剪力Qi 的85%取值和 15%取值。 不平衡剪力在闸首横断面上的分布,通 常以集中力的方式作用于两边墩的中点上; 以均布力的方式作用于整个底板上。
3、内力计算:地基梁法 4.内力的调整
MC QC
M b b Q b b
式中 R——闸门推力,kN; P——作用于每扇闸门上的总水压力,kN; ——闸门与船闸横轴线的夹角。 将闸门推力R分解为平行于船闸轴线的纵向分 力E1及垂直于船闸轴线的横向分力S,即
E1 R sin 2 S R cos 2
(6-67)
(3)其它荷载 支持墙还作用有门龛水压力E2; 支持墙与门龛分缝间的水压力E3 支持墙与底板分缝间的扬压力E4 土压力和自重等荷载。 其中E3、E4为缝隙水压力,均应乘以小于 1.0的折减系数(一般取为0.5)。
人字闸门的支持段长度,目前设计仍假定是在其独立工 作条件下进行稳定和强度的验算确定的,因此需要有足够 的长度。 据已建船闸支持段尺度的统计,l 3 的 变化幅度较大,其范围如下: l3≈(0.3~1.2) h (6-64) 或 l3≈(0.4~2.1) H 式中:h——边墩自由高度(m); H——设计水头(m)。
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