閘墩結(jié)構(gòu)計(jì)算

1、、閘墩結(jié)構(gòu)計(jì)算:1. 計(jì)算模型：(1) 平面閘門的閘墩 r固定于底板的懸臂梁r材料力學(xué)法(2) 弧形閘門的閘墩一邊固定、三邊自由的彈性矩形板彈性力學(xué)法2. 主要荷載及荷載組合主要荷載結(jié)構(gòu)自重；水壓力：縱向(順?biāo)鞣较?，橫向(垂直水流方向)；地震慣性力；交通橋上車輛剎車制動(dòng)力荷載組合(a) 正?；蚍浅跛畷r(shí)期，閘門全關(guān)。主要核算順?biāo)鞣较?縱向)的應(yīng)力分布。平面閘門：閘墩底部應(yīng)力，門槽處應(yīng)力弧形閘門：閘墩牛腿及整個(gè)閘墩的應(yīng)力(b) 正?；蚍浅跛畷r(shí)期，一孔檢修，相鄰孔過(guò)水。閘墩兩側(cè)有水頭差，同時(shí)受到橫向水壓力和車輛剎車制動(dòng)力。主要核算垂直水流方向(橫向)應(yīng)力分布（c）正常擋水時(shí)期閘門全關(guān)，遭遇

2、強(qiáng)震。r主要核算垂直水流方向（橫向）的應(yīng)力分布。3. 平面閘門的閘墩的應(yīng)力分析步驟計(jì)算邊閘墩和中閘墩的形函數(shù)：墩底水平截面形心位置和慣性矩Ix、Iy,面積矩Sx、Sy。圖9-25閘墩結(jié)構(gòu)計(jì)算示意圖PLP2-上下游水平水壓力；G】-閘墩自重；P3,P4-閘墩兩側(cè)橫向水壓力;G2-工作橋重及河門重；P5-交通橋上車轄剝車制動(dòng)力；G3-交通橋重計(jì)算墩底水平截面上的正應(yīng)力與剪應(yīng)力 順?biāo)鞣较颍v向）：最不利情況是閘門全關(guān)擋水、閘墩承受最大上下游水位差。產(chǎn)生的 水壓力。中閘墩”芝+箜？eya 4”竺 J二案最大剪應(yīng)力發(fā)生在工-魂上，la 2aL邊閘墩或受力不對(duì)稱的中墩水平截面上有扭矩作用。閘墩邊緣位于x

3、-x軸上點(diǎn)的最大扭剪力可近似為：a " 0.42 垂直水流方向（橫向）：最不利情況是一孔檢修的情況，此時(shí)該孔上下游檢修閘門關(guān)閉而相鄰孔過(guò)水。閘墩兩側(cè)有水頭差，同時(shí)受到橫向水壓力和車輛剎車制動(dòng)力等荷載。十料A '垂直截面上的應(yīng)力計(jì)算（門槽處應(yīng)力計(jì)算）對(duì)任一垂直截面位置，在任一高程取高度為1m的閘墩作為脫離體，其頂面、底面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力分布已由得出，均屬已知，由靜力平衡條件可求出任一垂直截面上的N、M、Q,從而可以求出該垂直截面上的平均剪應(yīng)力和平均正應(yīng)力。在門槽處截取脫離體（取上游段閘墩或下游段閘墩都可以），將其作為固結(jié)于門槽位置的懸臂梁，同理可求得門槽處垂直截面上的應(yīng)力。二

4、.底板結(jié)構(gòu)計(jì)算（開敞式閘室整體式平底板）常用方法：倒置梁法、反力直線分布法、彈性地基梁法。各種算法都是以垂直水流方向截取的單寬板條作為計(jì)算對(duì)象，簡(jiǎn)化為平面問(wèn)題進(jìn)行計(jì)算。倒置梁法忽視了閘墩處變位不等的重要因素，誤差較大，因此不宜在大、中型水閘設(shè)計(jì)中采 用；大、中型水閘，當(dāng)?shù)鼗鶠橄鄬?duì)緊密度Dr< 0.5的砂土?xí)r，由于變形容易得到調(diào)整，可用反力直線分布法計(jì)算，當(dāng)?shù)鼗鶠檎承酝粱駾r>0.5的砂土?xí)r，可采用彈性地基梁法計(jì)算。1. 倒置梁法計(jì)算模型及基本假定以垂直水流方向截取的單寬板條作為計(jì)算對(duì)象，把閘室底板作為固支于閘墩的連續(xù)梁進(jìn)行計(jì)算。即把閘墩作為底板連續(xù)梁的支座。假定：i .地基反力在順

5、水流方向直線分布ii .地基反力在垂直水流方向均勻分布iii.相鄰閘墩間無(wú)任何相對(duì)位移倒置梁法計(jì)算十分簡(jiǎn)便，但假定地基反力在橫向?yàn)榫鶆蚍植寂c實(shí)際情況不符，而且支座反力與閘墩鉛直荷載也不相等，故只能在小型水閘中采用。圖9-26倒置梁法及反力直線分布法簡(jiǎn)圖圖9-27分離式底板接縫型式均布荷載廣揚(yáng)壓力地基反力也冰重，底板自重也其中q? =%(2L* -dr2d2) 2L用偏心受壓公式計(jì)算縱向(順?biāo)鞣较?地基反力。j空土亶竺 寫彼-配 取橫向單寬板條，按倒置連續(xù)梁計(jì)算內(nèi)力并進(jìn)行配筋。2. 反力直線分布法計(jì)算模型及基本假定以垂直水流方向截取的單寬板條作為計(jì)算對(duì)象，把閘墩當(dāng)作底板的已知荷載進(jìn)行計(jì)算。假定

6、(a)地基反力在順?biāo)鞣较蛑本€分布。(b) 地基反力在垂直水流方向均勻分布。(c) 把閘墩當(dāng)作底板的已知荷載，閘墩對(duì)底板無(wú)約束，底板可以自由變形。大、中型水閘，當(dāng)?shù)鼗鶠橄鄬?duì)緊密度Dr < 0.5的砂土?xí)r，可用反力直線分布法計(jì)算。揚(yáng)壓力f均布荷載頃揚(yáng)壓力+地基反力山 地基反力-水重 -底板自重址四/2L'其中（2L/ -dj-ZdJ 2L*計(jì)算步驟用偏心受壓公式計(jì)算縱向（順?biāo)鞣较颍┑鼗戳?。取橫向單寬板條，計(jì)算不平衡剪力刀Q。M+（心 +（?/一% -右）= 02 = 0.-0*式中假定不平衡剪力刀 Q的方向向下，如其計(jì)算結(jié)果為負(fù)值，說(shuō)明刀Q的實(shí)際方向向上。 對(duì)不平衡剪力進(jìn)行分配

7、。不平衡剪力刀Q應(yīng)由閘墩和底板共同承擔(dān)。bl , b=1m，對(duì)既定截面，Q/I是常數(shù)，c與S (y')成正比，設(shè)閘墩和底板對(duì)應(yīng)的S (y')的面積分別為 Ai和A2,則閘墩和底板分擔(dān)的不平衡剪力分別為：閘墩頊二 % AQ2J底板 aq2 =2 AgX + A 9/Qi還要由中墩和縫墩按厚度再進(jìn)行分配，兩者分配的刀Qi'和刀Qi”分別為:A2i 計(jì)算作用在底板上的荷載分配給閘墩的不平衡剪力連同包括上部結(jié)構(gòu)的閘墩重力可示為集中力作用在梁上，將分配給底板的不平衡剪力轉(zhuǎn)化為均布荷載，則作用在底板梁上的均布荷載為：均布荷載q=q3+地基反力q4-水重q2 ' -qi-刀Q

8、2/2L '。 計(jì)算底板內(nèi)力并進(jìn)行配筋。3, 彈性地基梁法計(jì)算模型及基本假定以垂直水流方向截取的單寬板條作為計(jì)算對(duì)象，按平面應(yīng)變的彈性地基梁，利用靜力平衡條件及底板與地基的變形協(xié)調(diào)條件，計(jì)算地基反力和底板內(nèi)力。假定(a)地基反力在順?biāo)鞣较蛑本€分布。(b) 地基反力在垂直水流方向呈彈性(曲線)分布，為待求未知數(shù)。(c) 把閘墩當(dāng)作底板的已知荷載，閘墩對(duì)底板無(wú)約束，底板可以自由變形。當(dāng)?shù)鼗鶠檎承酝粱?Dr>0.5的砂土?xí)r，可采用彈性地基梁法計(jì)算。圖9-28閘底板結(jié)構(gòu)計(jì)算圖均布荷載但壓力q廣水重'-底板自重甘刀企/兀其中U三艮<21.2L1此時(shí)地基反力的橫向分布為待求來(lái)

9、 知荷我計(jì)算步驟 用偏心受壓公式計(jì)算縱向(順?biāo)鞣较?地基反力。 取橫向單寬板條，計(jì)算不平衡剪力刀Q。與反力直線分布法中相同。M +(0i +<?/%2£' + 白& = 0= Si (2a不平衡剪力刀Q應(yīng)由閘墩和底板共同承擔(dān)。 與反力直線分布法中 對(duì)不平衡剪力進(jìn)行分配。相同。S 1W1不平It營(yíng)力分配意喏 計(jì)算作用在底板(彈性基礎(chǔ)梁)上的荷載分配給閘墩的不平衡剪力連同包括上部結(jié)構(gòu)的閘墩重力可示為集中力作用在梁上，將分配給底板的不平衡剪力轉(zhuǎn)化為均布荷載，則作用在底板梁上的均布荷載為：均布荷載q=揚(yáng)壓力q3 -水重q2 '-底板自重qi-刀Q/2L 

10、9;。此時(shí)地基反力的橫向分布為待求未知荷載。注意：規(guī)范7.5.4規(guī)定，當(dāng)采用彈性地基梁法時(shí)，可不計(jì)閘室底板的自重，但當(dāng)作用在基底 面上的均布荷載為負(fù)值時(shí)，則仍應(yīng)計(jì)及底板自重的影響，計(jì)及的百分?jǐn)?shù)以使作用在基底面上 的均布荷載值等于 0為限度確定。注意：(a)如果計(jì)算對(duì)象包括直接擋土的邊墩，則側(cè)向土壓力、側(cè)向水壓力等引起的彎矩對(duì)彈性地基梁也有影響。在有些水閘工程設(shè)計(jì)中，從安全考慮，當(dāng)彎矩使梁內(nèi)力減小時(shí)，考慮彎矩計(jì)算值的50%，使梁內(nèi)力增加時(shí)，考慮彎矩計(jì)算值的100%。表7.5.5邊荷載計(jì)算百分?jǐn)?shù)也基類別邊荷載使計(jì)算閘段底板內(nèi)力減小邊荷載使計(jì)算閘段底板內(nèi)力增加A性土50%100%"性土01

11、00% 計(jì)算底板內(nèi)力并進(jìn)行配筋。具體算法及其理論假定要適應(yīng)底板及地基的具體條件:i .對(duì)于土基上的水閘的整體式平底板：(a) 當(dāng)?shù)鼗蓧嚎s層(厚度為 T)很厚(即厚度遠(yuǎn)大于梁的最大水平尺寸)時(shí)( T/L ' >2)可將地基視為半無(wú)限彈性體進(jìn)行計(jì)算。(b) 當(dāng)?shù)鼗蓧嚎s層較薄時(shí)(T/L ' <0.25)可按反力與地基變形成正比的 文克爾假定(即基床系數(shù)法)進(jìn)行計(jì)算。(c) 當(dāng)?shù)鼗蓧嚎s層厚度與梁的最大尺寸同量級(jí)時(shí)(T/L ' =0.25 - 2)可按有限深彈性地基梁用鏈桿法進(jìn)行計(jì)算。ii .對(duì)于巖基上水閘的整體式平底板的應(yīng)力分析，可按基床系數(shù)法計(jì)算。這是因?yàn)閹r

12、基彈性模量較大，其單位面積上的沉降變形與所受壓力之間的關(guān)系比較符合文克爾的假定。*文克爾假定下的基礎(chǔ)梁：假定地基單位面積上所受的壓力與該單位面積上的地基沉降成正比。按此假定，基底應(yīng)力值計(jì)算顯然未考慮基礎(chǔ)范圍以外的地基變形的影響，即邊荷載并不引起梁的內(nèi)力；同時(shí)，在文克爾假定下，當(dāng)全梁受均布荷載 q時(shí)，地基反力也均勻分布， 它的集度p就等于均布荷載集 度q,因此基礎(chǔ)梁并不彎曲，梁截面上并不發(fā)生彎矩。具體計(jì)算時(shí)可以采用查表法，先計(jì)算出柔度系數(shù)洋宅)4(竺少El EIH然后查表（水工設(shè)計(jì)手冊(cè)（1）得彎矩系數(shù)，然后計(jì)算彎矩。*半無(wú)限深彈性地基梁：先計(jì)算出柔度系數(shù)E h然后查表（水工設(shè)計(jì)手冊(cè)（1）得彎矩系數(shù)，然后計(jì)算彎矩。需考慮全梁受均布荷載、 梁上受彎矩荷載、梁上受集中荷載、集中邊荷載、均布邊荷載的情況。*有限深彈性地基梁：先計(jì)算出柔度系數(shù)然后查表水閘設(shè)計(jì)（上冊(cè)），華東水利學(xué)院編得地基反力系數(shù)，然后計(jì)算彎矩。在分析底板應(yīng)力時(shí)，底板自重qi的取值也應(yīng)根據(jù)地基的具體情況確定。新規(guī)范指出：“原規(guī)范規(guī)定，在分析底板應(yīng)力時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同的地基情況， 分別考慮底板自重對(duì)其應(yīng)力的影響， 即在粘性土地基上， 可采用底板自重的 50%100%，在砂性土地基上可不計(jì)底板的自重。經(jīng)分析認(rèn)為，這種考慮方法是不夠全面的，因?yàn)樗l閘