5.7闸室结构计算.docx

任务7闸室结构计算

闸室是一空间结构，受力比较复杂，可用三维弹性力学有限元法对一段闸室进行整体分析。但为简化计算，一般都将其分解成底板、闸墩、胸墙、工作桥、交通桥等若干构件分别计算，并在单独计算时，考虑它们之间的相互作用。

5.7.1底板

闸底板是整个闸室结构的基础，是全面支承在地基上的一块受力条件复杂的弹性基础板。实际工程中，一般近似地将其简化成平面问题，采用“截板成梁”的方法进行计算。因底板在顺水流方向的弯曲变形远较垂直水流方向小，故一般沿垂直水流方向截取单位宽度的板条作为梁来进行计算。由于闸门前后水重相差悬殊，底板所受荷载不同，常以闸门为界，分别在闸门上下游段的中间处截取单宽板条及墩条。

土基上的闸底板按照不同的地基情况可以采用不同的计算方法：对粘性土地基或相对密度Dr0.5的非粘性土地基，采用弹性地基梁法；对Dr≤0.5的非粘性土地基，采用反力直线分布法；对小型水闸，常采用倒置梁法。根据经验，重要的大型水闸宜按弹性地基梁法设计，反力直线分布法校核。

岩基上闸底板的应力分析，可按弹性地基梁法中的基床系数法计算。因为岩基弹性模量较大，其单位面积上的沉降变形与所受压力之间的关系比较符合文克尔假定。

一、倒置粱法

该法假定闸室地基反力沿顺水流方向呈直线分布，垂直水流方向为均匀分布，并把地基反力当作荷载，底板当作梁，闸墩当作支座，按倒置的连续梁计算底板内力。作用在梁上的荷载有底板自重q1、水重q2、扬压力q3及地基反力σ。把上述铅直荷载进行叠加，便得到倒置梁上的均布荷载q=q3+σ-q1-q2。最后按图5-26(b)所示的计算图，用结构力学法计算连续梁的内力，进而进行配筋。

该法的优点是计算简便。缺点是：①没有考虑底板与地基变形的协调作用。②假定底板在垂直水流方向的地基反力为均匀分布，有时与实际情况出入较大。③支座反力与闸墩铅直荷载不相等。因此该法计算成果的误差较大，只在小型水闸设计中使用。

图5-26倒置梁法底板结构计算简图

二、弹性地基梁法

该法认为在顺水流方向的地基反力仍是直线变化，但在垂直水流方向不再假定地基反力呈均匀分布，认为底板和地基都是弹性体，由于两者紧密接触，故变形是相同的，即地基反力在垂直水流方向按曲线形（或弹性）分布。同时梁在荷载及地基反力作用下，仍保持平衡。根据变形协调一致和静力平衡条件，求解地基反力和梁的内力，并且还计及底板范围以外的边荷载对梁的影响。

采用弹性地基梁法分析闸底板的应力时，还应考虑可压缩土层厚度T与弹性地基梁半长L/2之比值的影啊。当2T/L0.25时，可按基床系数法（文克尔假定）计算；当2T/L2.0时，可按半无限深的弹性地基梁法计算；当2T/L=0.25～2.0时，可按有限深的弹性地基梁法计算。其具体计算方法和步骤如下。

(1)用偏心受压公式计算闸底在顺水流向的地基反力。

(2)计算单宽板条上的不平衡剪力。由于顺水流向闸室所受的荷载是不均匀的，特别是闸门前后水重相差悬殊，而地基反力是连续变化的。所以，计算时应以闸门门槛作为上下游的分界，将闸室分为上、下游两段脱离体，脱离体截面上必然产生剪力Q来维持平衡，该剪力称为不平衡剪力。其值由脱离体平衡条件求得，即Q上=一Q下，而Q下=一∑W下（∑W下为下游段脱离体上全部竖向荷载）。

(3)不平衡剪力Q的分配。不平衡剪力的分配可采用作图法或数值法求得。一般情况下，闸底板分担不平衡剪力的10%～15%，闸墩分担不平衡剪力的85%～90%。

(4)计算作用在弹性地基梁（单宽板条）上的荷载。

集中荷载：将闸墩上的不平衡剪力与闸墩及其上部结构的重量作为梁的集中力。

均布荷载：将分配给底板上的不平衡剪力化为均布荷载，并与底板自重、水重及扬压力等代数和相加，作为梁的均布荷载。

(5)考虑边荷载对地基梁影响。边荷载是指计算闸段底板两侧的闸室或边闸墩后回填土以及岸墙作用于地基上的荷载。SL265-2001《水闸设计规范》提出：由于实际工程中水闸各单项工程基本上是同时施工的，因此，无须考虑边荷载是在计算闸段底板浇筑之前还是之后施加的问题。①当地基为砂性土，且边荷载使计算闸段底板内力减少时，计算百分数为50%;边荷载使计算闸段底板内力增加时，计算百分数为100%；②当地基为粘性土，且边荷载使计算闸段底板内力减少时，计算百分数为0；边荷载使计算闸段底板内力增加时，计算百分数为100%。

(6)计算地基反力及梁的内力。根据2T/L判别所需采用的计算方法，然后利用已编制好的数表计算地基反力和梁的内力，进而验算强度井进行配筋。

5.7.2闸墩

闸墩结构计算主要包括闸墩水平截面上的正应力和剪应力、平面闸门门槽或弧形闸门支座