【導(dǎo)讀】中文題目:西老口泵站灌溉出水閘設(shè)計

　　

【正文】 地下輪廓線下的抗?jié)B穩(wěn)定性。由于閘基滲流區(qū)域的邊界條件十分復(fù)雜，很難求得解析解，因而在實際工程中常采用一次近似而實用的方法，如流網(wǎng)法、改進的阻力系數(shù)法；對于地下輪廓較簡單，地基又不復(fù)雜的中、小型工程，可采用直線法。本設(shè)計的滲流計算采用直線法。 根據(jù)直線法（萊因法）計算得出水閘的防滲長度（地下輪廓線的長度）為 ，大于規(guī)定的最小值，滿足要求。 圖 9 地下輪廓線 23 閘基滲流壓力分布圖見圖 10： 11 穩(wěn)定分析 根據(jù)水閘運用過程中可能出現(xiàn)的 所有情況進行分析，尋找最不利的情況進行閘室穩(wěn)定及地基承載力驗算。 (1)完建無水期 完建無水期是水閘建好尚未投入使用之前，豎向荷載最大，容易發(fā)生沉陷或不均勻沉陷，這是驗算地基承載力的設(shè)計情況。 (2)正常擋水期 正常擋水期時上下游水頭差最大，閘室承受較大的水平推力，且閘底板下?lián)P壓力最大，最容易發(fā)生閘室滑動失穩(wěn)破壞，是驗算閘室抗滑穩(wěn)定性設(shè)計情況。 完建無水期和正常擋水期均為基本荷載組合。需要計算的荷載見下表。 表 4 荷載組合 荷載組合 計算情況 荷載 自重 靜水壓力 揚壓力 泥沙壓力 浪壓力 地震力 基本組合 完建無水期 √ — — — — — 正常擋水期 √ √ √ — — — 閘室的穩(wěn)定計算 驗算閘室基底壓力 閘室部分的示意圖見圖 11： 圖 10 閘基滲流壓力分布圖 24 閘室各主要部分的自重計算過程如下： 底板：由圖 11 可得底板自重 G1=[ +( + ) 2] 25= 閘墩：邊墩自重約為 G2=( － 2 ) 25 2= kN 中墩自重約為 G3=( － 4 ＋ ) 25= kN 胸墻和頂板自重約為 G4=[( ＋ ) ＋ ] 25= kN 閘門自重為 G5= 79 2= kN 排架自重 G6 =[( － ＋ ) ＋ ( ＋ ) 4] 25 3= 工作橋自重 G7=(( + + + ＋ ) 2＋ ) 25= kN 啟閉機自重 G8=515 2247。 1000= 閘室底面積 A= =? 作用在閘室的全部荷載對基底面垂直水流流向形心軸的力矩 M? 計算過程如下：（負(fù)號代表順時針） 底板：底板對自身形心軸的力矩 M1為 0 圖 11 閘室示意圖 25 閘墩： M2=－ 603 =－ kN m M3=－ =－ kN m 胸墻和頂板： M4= ＋ = kN m 閘門： M5=－ =－ m 排架： M6=－ =－ kN m 工作橋： M7=－ =－ m 啟閉機： M8=－ =－ kN m 完建期基底壓力驗算： 鉛直荷載的總和 W? = G1+G2+G3+G4+G5+G6+G7+G8= 作用在閘室的全部荷載對基底面垂直水流流向形心軸的力矩之和： M? =－ m。 m a xm i n 6 9 .4 15 9 .7 1WM k P aA A B? ??? ? ? 地基的容許承載力 ??? =110kPa ，大于基底最大壓應(yīng)力，滿足要求。 基底壓力分布不均勻系數(shù) ? ?m a xm in 1 .1 6 2 .0????? ? ? ?，滿足要求。 正常運行期基底壓力驗算： 鉛直力計算過程如下： 閘門前水重 G9= 10= kN 閘門后水重 G10= 10= kN 揚壓力：閘室部分揚壓力分布圖見圖 12： 浮托力 F1= 7 10= kN 滲流力 F2= (－ ) 7 10= 水壓力計算過程如下： 上游水壓力 P1= 3 10= kN 下游水壓力 P2= 3 10= 各力對基底面沿垂直水流流向的形心軸的力矩計算過程如下： 圖 12 閘室部分揚壓力分布圖 26 閘門前水重 M9= = m 閘門后水重 M10=－ =－ m 揚壓力：浮托力 M11=0 滲流力 M12= = kN m 上游水壓力 M13= = m 下游水壓力 M14=－ = － m 鉛直荷載的 總和： W? =G1+G2+G3+G4+G5+G6+G7+G8+G9+G10－ F1－ F2= 作用在閘室的全部荷載對基底面垂直水流流向形心軸的力矩之和： M? =－ m。 m a xm i n 8 9 .3 57 8 .6 8WM k P aA A B? ??? ? ? 地基的容許承載力 ??? =110kPa ，大于基底最大壓應(yīng)力，滿足要 求。 基底壓力分布不均勻系數(shù) ? ?m a xm in 1 .1 4 2 .0????? ? ? ?，滿足要求。 驗算閘室的抗滑穩(wěn)定 完建期的閘室所受的水平力遠小于閘室所受的豎向力，故不需進行抗滑穩(wěn)定分析。 正常運行期閘室抗滑穩(wěn)定計算： 抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)： 00ta n 2 5 .6c W c AK P? ????? [ ] ??，滿足抗滑穩(wěn)定安全要求。 擋土墻的穩(wěn)定計算 完建期擋土墻的受力情況為穩(wěn)定分析的控制情況。 驗算擋土墻基底壓力 擋土墻部分的示意圖見圖 13： 27 完建期擋土墻主要受到自重、土重和土壓力的作用，此時擋土墻的穩(wěn)定計算表見表 5（取 1m 長計算）： 表 5 擋土墻穩(wěn)定計算表 序號 作用力名稱 力的方向 作用力值 (kN) 力臂(m) 對 b 點的力矩 (kN m) 水平力 豎向力 穩(wěn)定力矩 (+) 傾覆力矩 (－ ) 1 墻重 G1 ↓ 2 墻重 G2 ↓ 3 墻重 G3 ↓ 4 土壓 力 Ey ↓ 5 土壓力 Ex ← 6 土重 G4 ↓ 7 土重 G5 ↓ 鉛直荷載的總和 W? =G1+G2+G3+G4+G5 +EY= 水平荷載的總和 P? =EX= 作用在擋土墻的全部主要荷載對基礎(chǔ)底面形心軸力矩之和： M? = m。 圖 13 擋土墻穩(wěn)定計算示意圖 28 m a xm i n 1 0 5 .0 21 0 4 .4 3WM k P aA A B? ??? ? ? 地基的容許承載力 ??? =110 kPa ，基底最大壓應(yīng)力為 kPa ，小于??? =132kPa ，滿足要求。 基底壓力分布不均勻系數(shù) ? ?m a xm in 1 .0 1 2 .0????? ? ? ?，滿足要求。 驗算擋土墻的抗滑穩(wěn)定 抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)： ? ?00ta n 2 6 . 7 5 1 . 2 0ccW c AKKP? ??? ? ? ?? ，滿足抗滑穩(wěn)定安全要求。 驗算擋土墻的抗傾穩(wěn)定 安全系數(shù) ? ?39。 8 1 3 . 5 6 1 1 . 0 2 1 . 57 3 . 8 2bttbMKKM?? ? ? ? ??，滿足抗傾覆穩(wěn)定要求。 12 涵洞結(jié)構(gòu)計算 完建期涵洞受力分析 荷載計算 取單位長度涵洞作為研究對象。 垂直土壓力：涵洞上方無土，故垂直土壓力 0/bq kN m? 側(cè)向 土壓力： 作用于涵洞頂板厚度中心線處側(cè)向土壓力強度： 11 19 0. 25 0. 55 2. 61 25 /aq H K k N m?? ? ? ? ? 作用于涵洞底板厚度中心線處側(cè)向土壓力強度： 22 19 2. 4 0. 55 25 .0 8 /aq H K k N m?? ? ? ? ? 頂板自重： 39。 1 2 5 0 .5 1 2 .5 /bq k N m??? ? ? ? 側(cè)墻自重： 1 1 1= 25 56P k N?? ? ? ? ? 中墻自重： 2 1 2= 25 1. 0 2. 8 70P k N?? ? ? ? ? 作用于箱涵頂上的總均布荷載： 39。3b 1 2 .5 /bq q q k N m? ? ? 地基反力： 1243 2 2 5 6 7 01 2 . 5 4 5 /5 . 6PPq q k N mB? ??? ? ? ? ? 其中 2ta n 4 5 0 .5 52oaK ???? ? ????? 29 完建期荷載分布圖見圖 14： 彎矩計算 本設(shè)計的雙孔箱涵結(jié)構(gòu)有兩個對稱軸，荷載只對豎直軸對稱，對水平軸不對稱。箱涵結(jié)點間有相對豎向線位移，故不能直接用力矩分配法進行計算。因此，將荷載分解成正對稱和反對稱兩組，并利用對稱性各取 1/4 結(jié)構(gòu)，分別用力矩分配法和無剪力分配法進行計算，見圖 15 和圖 16。 圖 14 涵洞完建期荷載分布圖 圖 15 涵洞完建期正對稱荷載分解圖 30 在正對稱荷載作用下，對彎矩 M 正 的計算： 計算固端彎矩 231 1 3 . 8 012FBCM q l k N m? ? ? ? ? 231 1 3 .8 012FCBM q l k N m? ? ? 2121 5 .3 33FBEM q h k N m?? ? ? 2121 2 .6 76FEBM q h k N m?? ? ? 計算分配系數(shù)、抗彎剛度： 4 0 .0 1 7 4BCBC EIKEl?? 0 .0 3 9 7BEBE EIKEh?? 0 .3 0 4BCBC B C B EKKK? ??? 0 .6 9 6BEBE B C B EKKK? ??? 各桿端彎矩計算見附表 1： 在正對稱荷載作用下，得到彎矩圖如圖 17 所示：（單位： kN m） 圖 16 涵洞完建期反對稱荷載分解圖 圖 17 涵洞完建期正對稱荷載彎矩圖 31 在反對稱荷載作用下，對彎矩 M 反 的計算： 計算固端彎矩： FCBM ? m； FBCM ? m； FBEM ? kN m。 計算分配系數(shù)、抗彎剛度 0 .0 0 4 3BCBC EIKEl?? 3 0 .1 1 9 1BEBE EIKEh?? 0 .0 3 5BCBC B C B EKKK? ??? 0 . 9 6 5BEBE B C B EKKK? ??? 各桿端彎矩計算見附表 2： 在反對稱荷載作用下，得到彎矩圖如圖 18 所示：（單位： kN m） 將正對稱荷載和反對稱荷載的彎矩圖疊加 ，得到箱涵的總彎矩圖如圖 19 所示： 剪力計算 由每桿的隔離體圖，用平衡方程可求出桿端剪力如下： ABQ? BAQ? BCQ? kN CBQ? ADQ? kN DAQ? 由于結(jié)構(gòu)關(guān)于豎直軸對稱，且在對稱荷載作用下，結(jié)構(gòu)剪力圖反對稱。從而得出圖 19 涵洞完建期總彎矩圖（單位： kN m） 圖 18 涵洞完建期反對稱荷載彎矩圖 32 涵洞的剪力圖如圖 20： 軸力計算 由各結(jié)點的平衡方程，求得涵洞的軸力圖如圖 21： 正常運行期涵洞受力分析 荷載計算 在正常運行期，涵洞中充滿水時，涵洞受力最為不利，故取滿水情況進行受力分析（取單位長度涵 洞為研究對象）。 垂直土壓力：涵洞上方無土，故垂直土壓力 0/bq h kN m??? 側(cè)向土壓力： 作用于涵洞頂板厚度中心線處側(cè)向土壓力強度： 11 /aq HK kNm?? ?? ? ? 作用于涵洞底板厚度中心線處側(cè)向土壓力強度： 22 . /a kNm? 頂板自重：39。 1 25 /bq kNm??? ? ? ? 側(cè)墻自重：1 11= 56P kN?? ? ? 圖 21 涵洞完建期軸力圖（單位： kN） 圖 20 涵洞完建期剪力圖（單位： kN） 33 中墻自重：2 1 2= 70P kN?? ??? ? 水重： ww 10 /h k N m? ? ? ? ? （ ） 浮托力： 3 = 10 5. 6 1 2. 5 14 0P k N? ? ? ? 作用于涵洞頂板處水的側(cè)向壓強： 5 0q? 作用于涵洞底板處水的側(cè)向壓強： 6 10 1. 5 15 ( / )q k N m? ? ? 作用于箱涵頂板上的總均布荷載39。3b /bq q kNm? ? ? 地基反力： 124 3 w w 2 9 0 /PPq q h k N mB? ?? ? ? ? 其中2tan 45 ???? ????? 正常運行期荷載分布圖見圖 22： 彎矩計算 采用與完建期相同的對稱結(jié)構(gòu)進行計算，荷載簡化情況見圖 23 和圖 24。（單位kN/m） 圖 22 涵洞正常運行期荷載分布圖 34 在正對稱荷載作用下，對彎矩 M 正 的計算： 計算固端彎矩： 231 2 4 . 6 012FBCM q l k N m? ? ? ? ? 2