第7章　穿黃工程水閘結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

7.1　水閘設(shè)計(jì)步驟

在水閘設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)方案比選、水力計(jì)算、穩(wěn)定計(jì)算和結(jié)構(gòu)分析是必不可少的重要組成部分。

設(shè)計(jì)方案比較主要是根據(jù)所獲得的基本資料(水文、氣象、地形、地質(zhì)、規(guī)劃、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等)，在滿足水閘功能及總體布置要求的前提下，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩方面進(jìn)行多種設(shè)計(jì)方案的比較。分別列出其優(yōu)缺點(diǎn)，綜合比較，最終選定設(shè)計(jì)推薦方案。

水力計(jì)算包括閘孔規(guī)模計(jì)算、消能防沖計(jì)算、閘門(mén)控制運(yùn)用方式的確定。閘孔規(guī)模計(jì)算時(shí)，首先應(yīng)選定閘孔和底板型式，進(jìn)而選定堰頂高程，最后根據(jù)上、下游水位及過(guò)閘流量，決定閘孔凈寬和孔數(shù)。閘室穩(wěn)定計(jì)算宜取兩相鄰順?biāo)飨蛴谰每p之間的閘段作為計(jì)算單元，分析水閘在施工和運(yùn)行過(guò)程中可能出現(xiàn)的工作情況，并選出其中起控制作用的情況，作為閘室穩(wěn)定性的計(jì)算條件。地基整體穩(wěn)定分析應(yīng)根據(jù)地基情況、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及施工條件進(jìn)行。在各種運(yùn)行工況下，水閘地基應(yīng)能滿足承載力、穩(wěn)定和變形的要求。

結(jié)構(gòu)分析應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)受力條件及工程邊界條件進(jìn)行，考慮不同荷載及其組合，采用不同的計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算和復(fù)核。通常采用常規(guī)的平面截條法進(jìn)行計(jì)算，再用空間有限元方法進(jìn)行校核和優(yōu)化。無(wú)論是平面和空間計(jì)算，都要有效地考慮閘墩、底板和地基的相互作用。當(dāng)有抗震要求時(shí)，可按規(guī)范規(guī)定選取擬靜力法或動(dòng)力法進(jìn)行抗震計(jì)算和設(shè)計(jì)。

水閘結(jié)構(gòu)分析傳統(tǒng)做法是將閘室中的底板和閘墩分開(kāi)計(jì)算，將閘墩簡(jiǎn)化為懸臂梁用材料力學(xué)或結(jié)構(gòu)力學(xué)方法計(jì)算內(nèi)力，水閘底板一般采用截條法簡(jiǎn)化為基礎(chǔ)梁，用查表的方法進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算。這種方法簡(jiǎn)單，但很難反映結(jié)構(gòu)的整體作用，有時(shí)與實(shí)際情況相差甚遠(yuǎn)。目前采用的方法有了很大的進(jìn)步，一般可以根據(jù)水閘結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，按兩種結(jié)構(gòu)模型將其簡(jiǎn)化，一種是采用截條法，將閘墩、底板和地基作為一個(gè)整體簡(jiǎn)化為彈性地基上的平面框架結(jié)構(gòu)，采用數(shù)值法或半解析法進(jìn)行計(jì)算。這種模型可以在平面內(nèi)考慮閘墩、底板和地基的相互作用，但無(wú)法考慮結(jié)構(gòu)的空間效應(yīng);另一種是將整個(gè)水閘底板和地基作為一個(gè)整體，簡(jiǎn)化為彈性地基上的基礎(chǔ)板，采用數(shù)值法或半解析法進(jìn)行計(jì)算。這種模型可以考慮底板和地基的整體空間作用，但閘墩的作用只能用等效剛度來(lái)反映。最好的模型就是將整個(gè)水閘結(jié)構(gòu)和地基作為一個(gè)整體，采用空間有限元方法進(jìn)行計(jì)算，可以有效地考慮閘墩、底板和地基的相互作用，方便處理各種復(fù)雜的幾何條件、物理?xiàng)l件和荷載條件，得到的靜力或動(dòng)力計(jì)算結(jié)果可以比較精確的反應(yīng)實(shí)際工程情況。

閘室穩(wěn)定計(jì)算宜取兩相鄰順?biāo)飨蛴谰每p之間的閘段作為計(jì)算單元，分析水閘在施工和運(yùn)行過(guò)程中可能出現(xiàn)的工作情況，并選出其中起控制的情況，作為閘室穩(wěn)定性的計(jì)算條件。地基整體穩(wěn)定分析應(yīng)根據(jù)地基情況、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及施工條件進(jìn)行。在各種運(yùn)行工況下，水閘地基應(yīng)能滿足承載力、穩(wěn)定和變形的要求。

水閘整個(gè)分析主要包括:水閘的水力分析、閘室的結(jié)構(gòu)計(jì)算、地基沉降、閘室的穩(wěn)定分析、水閘兩岸連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算。