水闸闸室底板结构计算课件.

第五节闸室的布置与构造一．闸室结构布置1.闸室结构2.闸顶高程，闸槛高程3.闸孔总净宽，闸孔孔径4.底板型式、厚度、顺水流向长度、垂直水流方向分段长度5.闸墩型式、厚度、长度6.闸门型式、启闭机型式7.胸墙结构8.工作桥、检修便桥、交通桥二.底板：⒈型式（1）按底板与闸墩的连接方式分整体式：闸墩和底板浇筑成整体，有分段缝时缝设在闸墩上。

→底板是传力结构，将荷载较均匀地传给地基。

闸室整体性较好，适用于松软地基。

分离式：底板与闸墩用沉陷缝分开。

→闸墩传力，底板仅防渗抗冲，一般适用于岩基或压缩性小的土基。

（2）按底板的结构型式分平底板反拱底板空箱式底板等整体式平底板用得最广泛。

图9-18 底板型式⒉布置（1）整体式平底板材料：（钢筋）混凝土高程：考虑运用、经济和地质条件确定顺水流方向长度：需满足稳定、强度及上部结构布置要求，一般与闸墩长度相同厚度：根据地基条件、作用荷载和闸孔净宽等因素，满足强度和刚度要求垂直水流方向分段长度：（2）分离式底板材料：混凝土或浆砌石厚度：满足自身稳定要求三.闸墩：⒈材料：混凝土（小型工程常用浆砌块石）⒉闸顶高程：闸顶高程通常指闸室胸墙或闸门挡水线上游闸墩和闸墙的顶部高程。

应根据挡水和泄水两种运用情况确定。

挡水时闸顶高程不低于水闸正常蓄水位（或最高挡水位）加波浪计算高度与相应安全超高值之和；泄水时闸顶高程不应低于设计洪水位（或校核洪水位）与相应安全超高值之和。

水闸安全超高下限值（m）：水闸级别 1 2 3 4.5挡水时正常蓄水位0.7 0.5 0.4 0.3 最高挡水位0.5 0.4 0.3 0.2泄水时设计洪水位 1.5 1.0 0.7 0.5 校核洪水位 1.0 0.7 0.5 0.4位于防洪（挡潮）堤上的水闸，其闸顶高程不得低于防洪（挡潮）堤堤顶高程。

⒊长度：与底板长度相同或比底板长度稍短，取决于上部结构布置和闸门型式。

⒋厚度：根据闸孔孔径、受力条件、结构构造要求和施工方法等确定，平面闸门闸墩门槽处不宜小于0.4m。

水闸闸室结构计算在闸室布置和稳定分析之后，还需对闸室各部分构件进行计算，验算其强度，以便最后确定各构件的形式、尺寸及构造。

闸室是一个空间结构，受力比较复杂，可用三维弹性力学有限元法计算。

为了简化计算，一般分成胸墙、闸墩、底板、工作桥及交通桥等单独构件分别计算，同时又考虑相互之间的连接作用。

以下仅简要介绍闸墩、底板和胸墙的结构计算。

1闸墩闸墩结构计算的内容主要包括闸墩应力计算及平面闸门槽（或弧形闸门支座）的应力计算。

1. 平面闸门闸墩应力计算平面闸门闸墩的受力条件主要是偏心受压，可假定闸墩为固定于底板上的悬臂梁，其应力状况可采用材料力学的方法进行分析。

闸墩应力主要有纵向应力（顺水流方向）和横向应力（垂直水流方向）。

闸墩每个高程的应力都不同，最危险的断面是闸墩与底板的结合面，因此，应以该结合面作为计算面，并把闸墩视为固支于底板的悬臂梁，近似地用偏心受压公式计算应力。

当闸门关闭时，纵向计算的最不利条件是闸墩承受最大的上下游水位差时所产生的水压力（设计水位或校核水位）、闸墩自重以及上部结构等荷载（图7-48）。

在此情况下，可用式（7-40）验算闸墩底部上、下游处的铅直正应力σ，即 2x G M L A I σσ=∑∑上下 （7-40） 式中：G ∑为铅直方向作用力的总和；x M ∑为全部荷载对墩底截面中心轴x x -的力矩总和；A 为墩底截面面积；x I 为墩底截面对x x -轴的惯性矩，可近似取用()30.9812x I d L =，d 为闸墩厚度；L 为墩底长度。

图 7-48 闸墩结构计算示意图（第5版 图7-45 图名相同）1p 、2p —上、下游水平水压力；1G —闸墩自重；3p 、4p —闸墩两侧水平水压力；2G —工作桥重及闸门重；z F —交通桥上车辆刹车制动力；3G —交通桥重在水闸检修期间，当一孔检修（即上、下游检修闸门关闭而相邻闸孔过水）时，闸墩承受侧向水压力、闸墩自重及其上部结构重等荷载（图7-48），这是横向计算最不利的情况。

第六章水闸一、水闸的功能与分类水闸是一种利用闸门挡水和泄水的低水头水工建筑物，多建于河道、渠系及水库、湖泊岸边。

关闭闸门，可以拦洪、挡潮、抬高水位以满足上游引水和通航的需要；开启闸门，可以泄洪、排涝、冲沙或根据下游用水需要调节流量。

水闸在水利工程中的应用十分广泛。

二、水闸的组成部分水闸一般由闸室、上游连接段和下游连接段三部分组成1、闸室是水闸的主体，包括：闸门、闸墩、边墩(岸墙)、底板、胸墙、工作桥、交通桥、启闭机等。

2、上游连接段，包括：两岸的冀墙和护坡以及河床部分的铺盖，有时为保护河床免受冲刷加做防冲槽和护底。

用以引导水流平顺地进入闸室，保护两岸及河床免遭冲刷，并与闸室等共同构成防渗地下轮廓，确保在渗透水流作用下两岸和闸基的抗渗稳定性。

3、下游连接段，包括：护坦、海漫、防冲槽以及两岸的翼墙和护坡等。

用以消除过闸水流的剩余能量．引导出闸水流均匀扩散，调整流速分布和减绥流速，防止水流出闸后对下游的冲刷。

第二节闸址选择和闸孔设计水闸的防渗、排水设计水闸建成后，由于上、下游水位差，在闸基及边墩和翼墙的背水一侧产生渗流。

渗流对建筑物不利，主要表现为：①降低了闸室的抗滑稳定及两岸翼墙和边墩的侧向稳定性；②可能引起地基的渗透变形，严重的渗透变形会使地基受到破坏，甚至失事；③损失水量；④使地基内的可溶物质加速溶解。

防渗、排水设计的任务在于拟定水闸的地下轮廓线和做好防渗、排水设施的构造设计。

一、水闸的防渗长度及地下轮廓的布置(一)防渗长度的确定不透水的铺盖、板桩及底扳与地基的接触线，即是闸基渗流的第一很流线，称为地下轮廓线，其长度即为水闸的防渗长度。

根据《水闸设计规范》(SDl33—84)规定，为保证水闸安全，所需的防渗长度可按式(6—3)拟定。

(二)地下轮廓的布置水闸的地下轮廓可依地基情况并参照条件相近的已建工程的实践经验进行布置。

1、按照防渗与排水相结合的原则：①在上游侧采用水平防渗，如：铺盖；或垂直防渗，如：齿墙、板桩、混凝土防渗墙、灌浆帷幕等．延长渗径以减小作用在底板上的渗透压力．降低闸基渗流的平均坡降；②在下游侧设置排水反滤设施．如：面层排水、排水孔、减压井与下游连通，使地基渗水尽快排出．防止在渗流出口附近发生渗透变形。

一、闸墩结构计算：1.计算模型：(1)平面闸门的闸墩→固定于底板的悬臂梁→材料力学法(2)弧形闸门的闸墩→一边固定、三边自由的弹性矩形板→弹性力学法2.主要荷载及荷载组合⑴主要荷载结构自重；水压力：纵向（顺水流方向），横向（垂直水流方向）；地震惯性力；交通桥上车辆刹车制动力⑵荷载组合(a)正常或非常挡水时期，闸门全关。

→主要核算顺水流方向（纵向）的应力分布。

平面闸门：闸墩底部应力，门槽处应力弧形闸门：闸墩牛腿及整个闸墩的应力(b)正常或非常挡水时期，一孔检修，相邻孔过水。

→闸墩两侧有水头差，同时受到横向水压力和车辆刹车制动力。

→主要核算垂直水流方向（横向）应力分布(c)正常挡水时期闸门全关，遭遇强震。

→主要核算垂直水流方向（横向）的应力分布。

⒊平面闸门的闸墩的应力分析步骤⑴计算边闸墩和中闸墩的形函数：墩底水平截面形心位置和惯性矩I x、I y，面积矩S x、S y。

图9-25 闸墩结构计算示意图⑵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。

产生的水压力。

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。

→闸墩两侧有水头差，同时受到横向水压力和车辆刹车制动力等荷载。

⑶垂直截面上的应力计算（门槽处应力计算）对任一垂直截面位置，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⑵得出，均属已知，由静力平衡条件可求出任一垂直截面上的N、M、Q，从而可以求出该垂直截面上的平均剪应力和平均正应力。

在门槽处截取脱离体（取上游段闸墩或下游段闸墩都可以），将其作为固结于门槽位置的悬臂梁，同理可求得门槽处垂直截面上的应力。

二. 底板结构计算（开敞式闸室整体式平底板）常用方法：倒置梁法、反力直线分布法、弹性地基梁法。

第八章 水 闸§8-5 闸室的布置和构造 教学容底板、闸墩、工作桥、交通桥 一、底板按形状分：有水平底板、低实用堰底板（上游水位高，流量又受限制）。

河宽、孔多。

需用横缝将闸室分成若干闸段（每个闸段可分为一孔、两孔、三孔） 按底板与闸墩的连接方式分：整体式、分离式整体式闸底板与闸墩浇筑成整体，墩中分缝。

（也有闸室底板中间分缝的） 底板形式⎭⎬⎫⎩⎨⎧--kpa 4030较差，箱式底板：地基承载力实心底板适用于松散地基，地震烈度较高的地区分离式单孔底板上设双缝，将底板与闸墩分开适用：坚基，紧密的地基上，不会产生不均匀沉降。

底板顺水流方向的长度：满足上部结构布置，结构强度和抗滑稳定要求。

二、闸墩材料：常用混凝土、浆砌石、少筋混凝土。

作用：分隔闸孔，支承闸以与上部结构。

材料：砼或浆砌石。

外形轮廊：过闸水流平顺，侧向收缩小，以加大过水能力。

分方形、三角形、半圆形、流线形。

高程：上游高出最高水位并有一定超高。

长度：与闸底板顺水流长度相同。

上、下游侧：铅直或10:1～５:1竖坡。

闸墩厚度：满足强度，稳定要求，决定于工作门槽深度和门 槽颈部厚度。

门槽颈部厚度最小值为0.5m 门槽深0.3m 槽宽0.5～1.0 缝墩：1.2～1.5检修门槽与工作门槽之间须保持1.5 ～2.0m 净距。

胸墙与检修门槽之间也应留足1.0m 以上的间距。

三、闸门检修门---平门----位置：上游侧工作门--弧门平门--位置：① 上游侧②下游侧（利用水重帮助闸室稳定） 闸门顶部高程：应高于可能最高蓄水位。

四、胸墙固定式、活动式作用：减少闸的高度，减轻立门重和降低对启闭机重量的要求。

布置位置：置于门后--闸门紧靠胸墙，且止水效果好而简单；门前---止水结构复杂，易于磨损，有利于启闭，钢丝绳不易磨损•顶高程：顶与闸墩齐平。

底梁梁底高程：满足堰流的要求，堰顶高程＋堰顶下游水深＋ (0.2m)。

厚度：不小于0.15～0.2m 结构形式：板式、梁板式。