水工建筑物水閘設計模板

1、 水閘課程設計報告系別： 水利工程系 專業(yè)： 水利水電建筑工程 題目： 水閘課程設計 班級： 10級水工( )班 姓名: 學號: 指導教師： 成績： 湖北水利水電職業(yè)技術學院水利系水工專業(yè) 2012年3月26日至3月30日目錄第一章水閘設計基礎知識1. 水閘概念及水閘分類12. 水閘等級劃分及洪水標準23. 閘水利計算的內容34. 水閘防滲排水設計內容35. 水閘結構設計內容36. 水閘荷載組合37. 水閘地基計算內容48. 全截面直線分布法49. 水閘設計規(guī)范用詞和用語說明5第二章水閘設計1. 水閘形式及孔口尺寸擬定62. 消能防沖設計113. 滲流分析134. 穩(wěn)定分析13第三章 設計總結

2、1 設計過程總結192 心得體會20 - 20 - / 22第一章水閘設計基礎知識1.1水閘概念及水閘分類水閘：水閘是一種控制水位和調節(jié)流量的低水頭水工建筑物，具有擋水和泄水的雙重作用。水閘的類型:一、按水閘說承擔的任務分類:（1）進水閘（取水閘）: 在河、湖、水庫的岸邊興建，常位于引水渠道首部，引取水流。（2）節(jié)制閘: 攔河興建，調節(jié)水位，控制流量。（3）沖沙閘: 靜水通航，動水沖沙，減少含沙量，防止淤積。（4）分洪閘: 在河道的一側興建，分泄洪水、削減洪峰洪、滯洪。（5）排水閘: 在江河沿岸興建，作用是排水、防止洪水倒灌。（6）擋水閘: 建于河流入海河口上游地段，防止海潮倒灌。二、按結構的

3、型式分類:（1）開敞式：閘室露天，又分為有胸墻；無胸墻兩種形式（2）涵洞式：閘室后部有洞身段，洞頂有填土覆蓋。（有壓、無壓）1.2水閘等級劃分及洪水標準（1）平原區(qū)水閘樞紐工程，其工程等別按水閘最大過流量及其防護對象的重要性劃分成五等，如表1-1.樞紐中的水工建筑物級別和洪水標準現(xiàn)行根據SL252-200規(guī)定。山區(qū)、丘陵區(qū)水利水電樞紐工程，其工程等別、水閘級別及洪水標準的確定依據水利水電樞紐工程等級劃分及設計標準。表1-1 平原區(qū)水閘樞紐工程分等指標工程等別規(guī)模大（1）型大（2）型中型小（1）型?。?）型最大過閘流量（m3/s)5005000-10001000-100100-2020防護對象重

4、要性特別重要重要中等一般一般（2）灌排渠系上的水閘，其級別可按現(xiàn)行的GB50288-99確定，見表1-2，其洪水標準見表1-3.表1-2 灌排渠系建筑物級別劃分建筑物級別12345過閘流量（m3/s)300300-100100-202055表13 灌排渠系水閘的設計洪水標準水閘級別12345設計洪水重現(xiàn)期（a)100-5050-3030-20201010（3）為于防洪（檔潮）堤上的水閘，其級別和防洪標準不的低于防洪（檔潮）堤的級別和防洪標準。（4）平原區(qū)水閘閘下消能防沖的洪水標準與該水閘洪水洪水標準一致，山區(qū)、丘陵區(qū)水閘閘下消能防沖的洪水標準見表1-4.表1-4 山區(qū)、丘陵區(qū)水閘閘下消能防沖的

5、洪水標準水閘級別12345閘下消能防沖的洪水重現(xiàn)期（a)100503020101.3水閘水利計算的內容(1)閘孔總凈寬計算;(2)消能防沖設施的設計計算；(3)閘門控制運用方式的擬定1.4水閘防滲排水設計內容（1）滲透壓力計算（2）抗?jié)B穩(wěn)定性計算（3）滲層計算（4）防滲帷幕及排水孔設計（5）永久縫止水設計1.5水閘結構設計內容（1）荷載及其組合（2）閘室和岸墻、翼墻的穩(wěn)定計算（3）結構應力分析1.6水閘荷載組合 （1）基本荷載主要有下列各項；1) 水閘結構及其上部填料額永久設備的自重2) 相應于正常蓄水位或設計洪水位情況下閘底板上的水重；3) 相應于正常蓄水位或設計水位情況下的靜水壓力；4)

6、相應于正常蓄水位或設計洪水位情況下的揚壓力（即浮托力與滲透壓力之和）；5) 土壓力；6) 淤沙壓力；7) 風壓力；8) 相應于正常蓄水位或設計洪水位情況下的浪壓力；9) 冰壓力；10) 土的凍漲力11) 其他出現(xiàn)機會較多的荷載等；（2）特殊荷載主要有以下各項；1) 相應于校核洪水位的情況下水閘底板的水重；2) 相應于校核洪水位的情況下的靜水壓力；3) 相應于校核洪水位的情況下的揚壓力；4) 相應于校核洪水位的情況下的浪壓力；5) 地震荷載；6) 其他出現(xiàn)機會較少的荷載等。1.7水閘地基計算內容 （1）地基滲流穩(wěn)定性的計算；（2）地基整體穩(wěn)定計算；（3）地基沉降計算；1.8全截面直線分布法假設滲

7、流沿地下輪廓線的坡降是均一的，即水頭損失按直線變化。1.9水閘設計規(guī)范用詞和用語說明為便于執(zhí)行本規(guī)范，對要求嚴格程度不同的用詞說明如下：表示很嚴格，非這樣做不可得：正面詞采用“必須”，反面詞采用“嚴禁”。表示嚴格，在正常情況下均應該這樣的：正面詞采用“應”，反面詞采用“不應”“不得”。表示允許稍有選擇，在條件許可時首先應這樣做：正面詞采用“宜”，反面詞采用“不宜”；表示有選擇，在一定條件下可以這樣做的，采用“可”用語說明如下：條文的“條”、“款”之間承上啟下的鏈接用語常采用“符合下列規(guī)定”，“遵守下列規(guī)定”或“符合下列要求”等。條文中應用本規(guī)范中的其他條文是，采用“符合本規(guī)范*條的規(guī)定”或“按

8、本規(guī)范*條的規(guī)定采用”等典型用語。條文中引用本規(guī)范中的其他表、公式時，分別采用“按本規(guī)范表*的規(guī)定取值”或“按本規(guī)范公式（*）計算”等典型用語。相關標準采用“····，除應符合本規(guī)范外，尚應符合國家現(xiàn)行的有關標準的規(guī)定”典型用語。第二章水閘設計2.1 水閘形式及孔口尺寸擬定2.1.1 水閘形式選擇1. 水閘類型常用的堰型有：寬頂堰和低實用堰。寬頂堰是水閘中最常用的一種堰型它有利于泄洪、沖沙。排污、排冰，且泄流能力比較穩(wěn)定，結構簡單，施工方便，但自由泄流時流量系數(shù)較小，容易產生波狀水躍。低實用堰有梯形的、曲線形的和駝峰等型式。2. 選擇本水閘主要任務是發(fā)電

9、（裝機容量5000KW，為等水閘）。開敞式及涵洞式兩種基本閘孔型式均可以采用，但若考慮運用和檢修方便，則采用開敞式較好，由于該水閘建在巖基上,采用整體式平底板.并采用平板閘門.2.1.2 孔口尺寸擬定1計算公式泄水閘泄流能力按水閘設計規(guī)范SL265-2001附錄A中公式（A.0.1-1A.0.1-6）計算，對于平底閘和翻板閘，當為堰流時，流量計算公式為：式中Q過閘流量（m3/s）； B閘孔總凈寬（m）；m堰流流量系數(shù)； 堰流側收縮系數(shù)； 淹沒系數(shù)，由hs/H值查表得 H0計入行進流速的堰上水頭 g重力加速度（m/s2）2計算條件校核洪水流量(p=5%)=720(m3/s).平底板（即p1=0）

10、則m=0.385由河道斷面圖可知：河底板寬大約40m,河道坡度大約50度。3計算過程由河寬為40m,擬定為5孔，每孔凈寬7m，擬定中閘墩為半圓墩寬1m，邊墩5m。求流量系數(shù)m。平底板（即p1=0）則m=0.385求側收縮系數(shù)。按水閘設計規(guī)范SL265-2001附錄A中公式（A.0.1-3A.0.1-5）計算，多孔閘，閘墩墩頭為圓弧形時： 由于河道正常蓄水位為3m,則校核洪水位估計大約有5m,則校核水位對應的bb估計大約有3m,即假定bb=3m。代入數(shù)據，得： 確定眼淹沒系數(shù)。在不知上游水頭的情況下無法確定，暫假定為=0.9。校核水位時：將各系數(shù)帶入式計算： 則,查表(水閘設計規(guī)范SL265-2

11、001附錄A中表A.0.1-2)得 =1.00，與假定的0.9不符合。再假定為=1.00。校核水位時：將各系數(shù)帶入式計算： =5.356m則,查表得 =1.00，與假定的符合。且此水位所對應的bb與假定的3m接近，即Ho=5.36m為所求。由河道截面圖可知坡角約為50度.A=H*(39+H) HO =H+V2/2g現(xiàn)用試算法試算，見下表：HAVV2/2gH+V2/2g4.70 205.393.5055260.6263365.3263364.71205.873.4972830.6233945.3333944.72 206.363.4890750.6204715.3404714.73206.843

12、.4809030.6175685.3475684.74 207.333.4727650.6146845.3546844.75207.813.4646620.6118195.3618194.76 208.33.4565930.6089725.3689724.77208.783.4485580.6061445.3761444.78 209.273.4405580.6033355.383335由表可知H=4.74mH校核=227.14+4.74=231.88m同樣設計水位時可求得HO=4.70m,試算過程見下表：HAVV2/2gH+V2/2g4.11 177.18213.3355510.567069

13、4.6770694.12 177.65443.3266840.5640584.6840584.13 178.12693.3178590.561074.691074.14 178.59963.3090780.5581044.6981044.15 179.07253.3003390.555164.705164.16 179.54563.2916430.5522384.712238由表可知H=4.14m ,則 H設計 =231.24m 4計算結果H校核=231.88m H設計 =231.24m 5.方案選定 選用5孔閘，凈寬：7m,圓形中閘墩1m,邊閘墩5米。鋪蓋8米,閘底板8米，厚1.7米。 2.

14、1.3 閘頂高程確定1設計依據莆田試驗站公式，同土石壩2閘頂高程計算由于正常水位為3.00m,校核水位為5.36m,而風雍高度不可能大于2m,則閘高只需在正常蓄水位加0.3m（查水閘設計規(guī)范SL265-2001表4.2.4得）,即正常擋水為時閘高3.3m。3閘頂高程確定該水閘沒有庫容（很?。?，因此沒有很大的防洪能力。且主要任務是發(fā)電， 沒有防洪任務。故閘頂高程為：3+0.3=3.3m 2.2 消能防沖設計1計算方法及公式 按水閘設計規(guī)范SL265-2001附錄B中公式（B.1.1-3B.1.1-4）計算，2計算條件上游水頭EO=5.36m,Q校核=720m3/s,(q=20.571m3/s),

15、下游水深ht=3.06m ,取3計算過程求hc 代如數(shù)據得,一元三次方程：現(xiàn)進行試算，并列表如下： 321.243.0121.291243.0221.341743.0321.39153.0421.440513.0521.488783.0621.536283.0721.583023.0821.62899由表可得hc=3.07m,求臨界水深hk4計算結果由于收縮斷面為激流，下游為激流，不會產生水躍。不必建消力池。5方案選定可不設消力池，但選定方案：建個小消力池，且上下游建護坦，見圖紙。2.3滲流分析1方法選擇選用：直線法2滲流計算由于該水閘無防洪任務，即洪水來是為自由泄流，幾乎無上下游水位差，故自

16、需計算正常水位時滲流分析。又由于該地基為巖基不需計算滲流量（同重力壩）。 =2295.5KN3滲壓分布圖2.4穩(wěn)定分析2.4.1抗滑穩(wěn)定分析1計算依據及公式按水閘設計規(guī)范SL265-2001中7.3.8公式計算：2荷載組合及荷載計算荷載組合：基本荷載組合，正常蓄水位1) 自重w W=8*1.7*39*25+（3.14*0.52+7*1*3.3）*4*25=15648.5KN力劈=0力矩=15648.5*0=02) 平板閘重w1W1=kz*kc*kg*H1.43*B0.08*N =1*1*0.156*3.31.43*(7+0.5)0.08*5 =5.22(10KN)=52.2KN力劈=0力矩=0

17、3) 板上水重wwww=4*3*(7*5)*9.81 =4120.2KN力劈=2m力矩=+4120.2*2=+8240.4(KNm)(逆+，順-，下同)4) 水平向水推力p為方便計算，現(xiàn)將水平推力當4.7m的水深進行計算，同時使計算的偏小，使結構偏安全。=1/2*9.81*4.72*39=4225.7KN 力劈=0.717m 力矩=-4225.7*0.717=-3029.83kN·m5) 揚壓力u =2295.5K 力劈=1.33m 力矩=-2295.5*1.33=-3053.02KN·m閘室穩(wěn)定計算表符號方向大小力劈力矩自重W15648.50平板閘重量W152.20底板上

18、水重WW4120.228240.4水平向水推力P14225.70.7173029.83水平向水推力P20揚壓力U2295.51.33 3053.02泥沙壓力PO0合計8240.46082.842157.563穩(wěn)定安全系數(shù)計算為安全和計算簡便考慮不計CA(閘基底面與巖基之間的抗剪斷粘結力kPa)。則帶入數(shù)據可得， 查水閘設計規(guī)范SL265-2001中表7.3.14巖基上沿閘室基底面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)的允許值得：【k】=1.054成果分析K=4.15【k】=1.05，則抗滑穩(wěn)定安全由于該地基為巖基，只需考慮抗滑穩(wěn)定即可，即此水閘經過穩(wěn)定分析，為穩(wěn)定的結構。2.4.2基底壓力計算1計算依據及公式對于結

19、構布置及受力情況對稱的閘孔,按下式計算:式中 pmax、 pmin - 閘室基底應力的最大值和最小值，kPa；G-作用在閘室上的所有豎向荷載，kN；A-閘室基底面的面積，m2；M-作用在閘室上的所有豎向和水平向荷載對基礎底面垂直水流方向的形心軸的力矩和，KN·M;W-閘室基底面對該基底面垂直水流方向的形心軸的面積矩，m3。2基底壓力計算 Pmax=61.72KN,Pmin=50.98KN3成果分析由表可知壩址巖基飽和抗壓強度60100MPaPmax<60 MPa,且Pmin=50.98KN0。則閘室基底應力經計算滿足要求。第三章 設計總結1設計過程總結本次水閘課程設計過程大致如下：1) 水閘的基礎知識回顧；回顧了有關水閘的概念、水閘的分類、等級劃分、水力計算的內容、荷載組合及地基計算內容。2) 水閘的等級劃分；本水閘按其最大過閘流量（720m3/s）應分為等（中型），但此水閘無防洪任務，主要任務是發(fā)電 ，裝機容量為5000kw,為等水閘。3) 確定水閘形式和孔口尺寸擬定，校核泄流能力； 水閘形式和孔口尺寸擬定為本次設計之重點，水閘形式的選定要中和考慮，孔口尺寸擬定需確定很多系數(shù)，而每一個系數(shù)都需要經過反復的試算，反復的驗證才可以確定，計算量很大。