船閘畢業(yè)設(shè)計

1、目 錄摘要前言第一章設(shè)計資料31。1 淮安船閘資料：（原始資料)31。2 船閘資料分析與評述：5第二章 船閘總體規(guī)劃與布置62.1 船閘形式的選擇62。2 確定船閘的平面尺寸及各部高程72。2.1 船閘的有效尺度設(shè)計72。2.2 門檻水深82。2.3 鎮(zhèn)靜段長度82。2。4 引航道的平面布置82.2。5 導(dǎo)航和靠船建筑物的布置92。2。6 船閘各部高程:102.3 計算船閘通過能力102.3.1 近期：112。3。2 遠(yuǎn)期：132。4 船閘耗水量的計算14第三章船閘輸水系統(tǒng)形式的選擇和水力計算153。1 輸水系統(tǒng)形式的選擇153。2 消能工的選擇:153.3 輸水系統(tǒng)水力計算163。3。1 環(huán)

2、短廊道的布置163。3。2 局部阻力系數(shù)的計算173.3。3 水力特征曲線18第四章。閘門和閥門的設(shè)計224。1 閘門形式的選擇及尺寸的確定224。1.1 閘門形式的選擇224.1。2 門扇基本尺度的確定：224。2 閥門及閘首形式的選擇和尺寸的確定234.2。1 閥門形式的選擇234。2。2 閥門尺寸的確定244。2。3 閘首尺寸的布置25第五章 船閘結(jié)構(gòu)初步設(shè)計265.1 重力式閘室結(jié)構(gòu)初步設(shè)計265.1.1 重力式閘墻的布置265.1。2 結(jié)構(gòu)的計算：285。2 少筋 L 式閘室結(jié)構(gòu)設(shè)計385。2。1 少筋 L 式布置385.2。2 墻前低水，墻后高水結(jié)構(gòu)計算：395.2。3 檢修情況結(jié)

3、構(gòu)計算475.3 閘墻配筋計算：58小結(jié)致謝參考文獻(xiàn)第一章設(shè)計資料1。1 淮安船閘資料：（原始資料）1。1。1 興建二線船閘的緣由：京杭大運(yùn)河蘇北段經(jīng) 58-81 年整治建設(shè)，已初具二級航道規(guī)模。其流域腹地資源豐富，北部有徐州等煤炭基地，兩岸是蘇北、長江三角洲重要的商品糧產(chǎn)區(qū),東南部為蘇南、上海，是我國重要的工業(yè)基地，但能源短缺?，F(xiàn)在津浦鐵路南段通過能力已達(dá)到飽和狀態(tài)，因此利用京杭大運(yùn)河的水運(yùn)優(yōu)勢，分流北煤南運(yùn)任務(wù),已成不能回避的課題。依 61 年京杭大運(yùn)河續(xù)建工程計劃任務(wù)規(guī)定，徐州至揚(yáng)州新增單向通過能力為兩千多萬噸，就必須興建第二線船閘，而目前，淮安一線船閘(20*230*5，設(shè)計能力達(dá)到

4、2100 萬噸）80 年過閘船舶噸位已達(dá) 1380 萬噸，是蘇北段十個梯級船閘中通過能力和貨流量最大的一個，而它的位置又位于大運(yùn)河和淮河兩大航道之間，一旦停航檢修，運(yùn)輸立即中斷，對工農(nóng)業(yè)及人民生活帶來嚴(yán)重影響，為此興建二線船閘已成為燃眉之急。1 1。1.2 地形見淮安船閘閘址地形圖1。1。3 地質(zhì)資料見淮安船閘地基鉆探土工試驗(yàn)設(shè)計資料采用表和地址資料說明1.1。4 水文、氣象資料1、水文情況淮安船閘位于京杭大運(yùn)河和蘇北灌溉總渠交匯處的下游,灌溉總渠負(fù)有排泄淮河和洪澤湖洪水和灌溉、航運(yùn)任務(wù)的渠道.淮安船閘上下游均建有控制建筑物，在正常情況下，上下游水位受到人工控制。(1） 、特征水位：上游設(shè)計水

5、位：11.2m（引洪 1000 立方米每秒）上游最高通航水位:11.2m上游最低通航水位:8.5m下游最高通航水位：9。0m下游最低通航水位:7.2m下游校核水位：6.8m(淮安一線船閘設(shè)計低水位)檢修水位:上游 10m 下游 8.0m(2） 、水位組合：設(shè)計情況：上游：11.2m 下游：7.2m校核情況:上游：11。2m 下游：6.8m檢修情況：上游: 10.0m 下游：8。0m 2、氣象資料：降雨量及氣溫資料，主要影響施工期及其安排，影響通航期長短等，因施工設(shè)計未安排,以及運(yùn)河冰凍基本不影響通航，在此分析從略。風(fēng)力：冬天盛行東北風(fēng)，夏天盛行東南風(fēng)，最大風(fēng)力設(shè)計為八級,校核 12 級。1.1

6、。5 經(jīng)濟(jì)資料：1、航道等級: 閘室、閘首、閘門按級建筑物設(shè)計，導(dǎo)航建筑物、靠船建筑物按級建筑物設(shè)計，臨時建筑物級。2、設(shè)計船型(見下表）船型頂（拖）輪馬力長寬吃水駁船長寬吃水船隊(duì)長寬吃水資料來源一頂+2*2000370 馬力7514*2。62.8185142.62.8可行性研究一頂+2*1000270 馬力6210。6*2.02.2151.510.6*2.02。6可行性研究一拖+4500270-27.5*6。12。4653*8.81。9239。58。88*2.46本省現(xiàn)狀一拖+12*100250234。9*1。8524。85.24*1。85321。25。2*1。85本省現(xiàn)狀一般船速 V=9.

7、5 公里/小時空載干舷高（最大）去 1.5 米3 過閘貨流及貨流量 （1）貨流向85 年90 年上行(萬噸）下行（萬噸）合計（萬噸）上行(萬噸）下行（萬噸）合計（萬噸）過閘貨源3101770208037028303200煤炭1450145023702370(2）貨運(yùn)量：近期：1200 萬噸/年 遠(yuǎn)期: 2300 萬噸/年4 通航情況 通航期 N=352 天/年,客輪及工作船閘次數(shù) n。=6，船只載重量利用系數(shù)=0。84；貨運(yùn)量不均勻系數(shù) =1。30，船閘晝夜工作時間 t=21 小時。1。1.6 建筑材料供應(yīng)情況水泥、砂、石料由附近地區(qū)水運(yùn)直抵工地，鋼材由南京、上海水運(yùn)來，木材較缺，需由福建、江

8、西運(yùn)來.供應(yīng)有限。1.1.7 交通情況： 水運(yùn)方便,也有汽車通行。1。1。8 勞動力情況: 工程由交通部門專業(yè)工程隊(duì)承建，勞動力由周圍地區(qū)名工解決,國家作適當(dāng)補(bǔ)貼。1.1。9 工程期限 自 83 年開始,至 86 年投產(chǎn)使用1。1.10 地質(zhì)資料說明:淮安一線船閘以左 150 米左右布置有鉆孔,根據(jù)地質(zhì)鉆探資料得知，地基并無不良地質(zhì)構(gòu)造情況，其地層分布近似水平，基土表層至水位 7.00 米以上為重土壤，厚約1。53 米，其下水位 7.00 米水位 6。00 米為輕砂土壤，厚約 1.0 米；水位 6.00 米以下為亞粘土，土壤物理性質(zhì)見其表。各種土壤的主要物理力學(xué)性質(zhì)表各種土壤的主要物理力學(xué)性質(zhì)

9、表（地基鉆探土工試驗(yàn)設(shè)計資料采用表）顆粒組成重量(%）容重土壤名稱20.05mm沙粒0.05-0.005mm粉粒2。0n 滿足要求2.2.4 引航道的平面布置引航道一般是由導(dǎo)航道、調(diào)順段、停泊段、過渡段和制動段組成布置形式圖：（1） 引航道的長度L1LC LC=185 米 取 L1為 200 米 L2=(1。52。0）LC=314.5 米 取 L2為 315 米 L3LC LC=185 米 取 L3為 200 米 L410B 為零lc 為 2。54.5 去 為 3.54L=3.5*185=647。5 米4L總長為 1362.5 米(2）引航道的寬度 引航道的寬度是指調(diào)順段與停泊段的寬度 采用雙

10、線船閘共用引航道寬度 B0bc+bc1+bc+bc2+3b=20。8+20.8*2+14+20.8+3*20。8=98m 取 100 米（3） 引航道的水深即為門檻水深 即 5 米H/T=5/2.8=1。781.41.5滿足要求2。2。5 導(dǎo)航和靠船建筑物的布置(1）導(dǎo)航建筑物的布置：主導(dǎo)航建筑物：位于進(jìn)閘航線一側(cè)引導(dǎo)船舶進(jìn)閘的稱為主導(dǎo)航建筑物，與閘首邊墩相連接。L1LC 取 L1=200 米主導(dǎo)航建筑物末端應(yīng)以半徑不小于 0。2lc的曲線與岸相連。即：R0。2LC=0.2185=37 米 取 R=50 米采用實(shí)體導(dǎo)航墻，通航船隊(duì)中包括頂推船隊(duì)，方便出閘船隊(duì)仰頭轉(zhuǎn)為彎，導(dǎo)航建筑物向后平移距離a

11、， （0.15bca0。3bc， bc=20.8m 船隊(duì)（舶）的最大寬度）a 取 4m 輔導(dǎo)航建筑物作用是在進(jìn)閘船隊(duì)從口門寬度漸變?yōu)橐降缹挾刃旭倳r為減少風(fēng)浪影響，起輔助導(dǎo)航作用。其在引航道軸線上的投影不小于（0.350。5）lc,l3=90m,從閘首墻起的第一個曲率半徑不小于（0。30.5）lc,取為 80m。（2）靠船建筑物的布置 靠船建筑物是為了供進(jìn)閘船舶進(jìn)閘前停泊系靠。長度采用一倍最大船隊(duì)長，(有拖帶船隊(duì)，頂推船隊(duì)只需 2/3 倍） ，其末端宜用曲線與岸邊相接曲率半徑不小于0.2lc，取為 50m.兩線布置雙向過閘建筑物.這是基于為了將來航運(yùn)的發(fā)展，縮短過閘時間，增大過閘能力。2.2。

12、6 船閘各部高程：1。上閘首：船閘閘門門頂高程=上游設(shè)計洪水位+超高=11。2+0.05=11.7m墻頂高程=船閘閘門門頂高程+構(gòu)造高=11。7+1=12.7m門檻高程=上游設(shè)計最低通航水位-門檻水深=8。5-5=3。5m2。閘室:墻頂高程=最高通航水位+超高=11。2+1。5=12.7m閘底高程=下閘首門檻高程3 .下閘首：船閘閘門門頂高程=上游最高通航水位+超高=11。2+0.5=11.7m墻頂高程=船閘閘門門頂高程+構(gòu)造高=11.7+1=12.7m門檻高程=下游最低通航水位門檻水深=7.25=2.2m4。引航道：上引航道墻頂高程=上游最高通航水位+超高=11。2+0。5=11。7m上引航

13、道底高程=上游最低通航水位上游引航道最小水深=8.55=3.5m下引航道墻頂高程=下游最高通航水位+超高=9。0+0.5=9。5m下引航道底高程=下游最低通航水位下游引航道最小水深=7。2-5=2.2m2。3 計算船閘通過能力船閘通過能力:船閘一年通過船舶的總噸數(shù)船閘過閘形式：單向過閘和雙向過閘過閘時間：一個船舶（隊(duì)）從上游經(jīng)過船閘到達(dá)下游或從下游經(jīng)過船閘到達(dá)上游，或兩個方向各通過一個或一系列船舶（隊(duì)） ，一個船舶通過船閘所需要的時間.單向過閘：船舶（隊(duì)）僅向一個方向連續(xù)通過船閘，成為單向過閘。雙向過閘:船舶(隊(duì)）由兩個方向輪流相間的交錯過閘由于上行和下行船舶（隊(duì))很難保證到達(dá)船閘的均勻性，在

14、設(shè)計中一般采用船舶（隊(duì)）單向過閘與雙向過閘的平均值來計算過閘次數(shù),計算的過閘時間為T=（T1+T2/2）/22.3.1 近期: : 1、船隊(duì)組合：兩拖+12100（每個船隊(duì)的 12 艘駁船均分兩列,兩個船隊(duì)并排）G=212100=2400 噸閘室有效長度 LX=200ma、單向過閘:船舶進(jìn)出閘運(yùn)行距離進(jìn)：L1=LX（1+1)=200（1+0。4)=280 m出：L1=LX（1+1）=200（1+0.1）=220mb、雙向過閘船舶進(jìn)出閘距離：L2=LX（1+2）+l1+l2=200（1+0.1）+200+300=702m-1 、1 、2 系數(shù),1=0。4-0.5; 1=0.10.2, 20。10

15、.2,低水頭船閘取小值，高水頭取大值，因水頭較小，系數(shù)均取小值。 -l1、l2引航道第一、二段長度船閘進(jìn)出閘時間a) 單向過閘:進(jìn)閘:t1=L1/V1=280/（0。560）=9。33min出閘：t4=L1/V1=220/（0.760)=5。24min擬訂：t2=2min，t5=2min, t3=8min，t1啟（閉)閘門時間t2單向進(jìn)閘時間t3閘室灌（泄）水時間t4單向出閘時間t5-船隊(duì)進(jìn)(出）閘間隔時間T1= t1 +4t2+ 2t3+ t4 +2t5=9。33+42+28+5.24+22=42。57minb) 雙向過閘進(jìn)閘:t1=L2/V2=702/(0。760)=16.71min出閘：

16、t4=L2/V2=702/（1.060）=11。7minT2/2= t1+2 t2+ t3+ t4+2 t5=43.91minT=（T1+T2/2）/2=43。24min2、船隊(duì)組合如圖:一拖+4500（2一拖=4500 不能作為控制情況，若為每隊(duì)駁船分兩列，兩個隊(duì)并排，寬度為217。6=35.223，若每隊(duì)駁船直線排列。兩個隊(duì)并排，長度為 239.5)230)G=4500=2000LC=200m進(jìn)：L1=LX（1+1）=200（1+0。4）=280 m出：L1=LX（1+1）=200（1+0。1）=220mL2=LC（1+2)+l1+l2=200（1+0.1)+200+300=702mt1=

17、L1/V1=280/(0.560）=9.33mint4=L1/V1=220/(0。760）=5。24mint1=L2/V2=702/(0.760）=16。71mint4=L2/V2=702/（1。060）=11.7mint5=0T1= t1 +4t2+ 2t3+ t4 +2t5=9。33+42+28+5.24+0=38.57minT2/2=16。71+22+8+11。7+0=39.91minT=（T1+T2/2)/2=39.24minT=0.5(43。24+39.24）=41.24minG=(G1+G2）/2=0。5（2400+2000）=2200Tn=6021/40。49=30.55p=（n

18、n0)NG/ =(30.55-6） 22003520.84/1。30=1228 萬噸1200 萬噸滿足要求其中：n:船閘每晝夜過閘次數(shù)，n=60/T， 為船閘每晝夜的平均過閘時間,按前面給出的值，取 21h，船隊(duì)一次過閘的時間 Tp：船閘年過閘貨運(yùn)量n0：每晝夜非運(yùn)貨船過閘次數(shù)，取 6（已知）N:船閘年通航天數(shù)G:一次過閘的平均噸位,即先求出各種不同組合的一次過閘的載重噸位，再求出平均值即可：船舶裝載系數(shù),取 0.84(已知):運(yùn)量不均勻系數(shù)，一般在 1。31。5，取 1。3（已知）2。3.2 遠(yuǎn)期：兩個頂+21000G=221000=4000LC=200m進(jìn)：L1=LC(1+1）=200（1

19、+0.4）=280 m出:L1=LC（1+1）=200（1+0.1）=220mL2=LC（1+2）+L1+L2=200(1+0。1)+200+300=720mt1=L1/V1=280/（0.560)=9.33mint4=L1/V1=220/(0.760）=5.24mint1=L2/V2=702/（0。760）=16。71mint4=L2/V2=702/(1。060）=11.7mint5=2minT1= t1 +4t2+ 2t3+ t4 +2t5=9。33+42+28+5.24+22=42。57minT2/2=16。71+22+8+11.7+4=43.91minT=(T1+T2/2)/2=43.

20、24min 2、 一頂+22000（若是 2一頂+22000，并排寬度為 214=2823，前后排則長度 1852210,均不滿足）G=22000=4000TLC=200m進(jìn)：L1=LC（1+1）=200（1+0.4）=280 m出：L1=LC（1+1）=200（1+0.1）=220mL2=LC(1+2）+L1+L2=200(1+0。1）+200+300=720mt1=L1/V1=280/(0。560）=9。33mint4=L1/V1=220/（0.760）=5.24mint1=L2/V2=702/(0.760）=16。71mint4=L2/V2=702/（1。060)=11。7mint5=2

21、minT1= t1 +4t2+ 2t3+ t4 +2t5=9。33+42+28+5.24+22=42.57minT2/2=16。71+22+8+11。7+4=43.91minT=（T1+T2/2）/2=43。24minG=(G1+G2）/2=0。5（4000+4000）=4000Tn=6023/43。24=31.91（每天船閘工作時間增加為 23h）p=(nn0）NG/ =（31.91-4) 40003540。84/1。30=2553。6 萬噸2300 萬噸滿足要求（n0取 4，N 取為 354）2.4 船閘耗水量的計算船閘的耗水量是船閘的一項(xiàng)重要的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，以通過每噸貨的單位耗水量來計算

22、，包括過閘用水和閘、閥門漏水量部分。單級船閘單向一次過閘用水量為=210234=1932000BcHLcV Bc：閘室有效寬度LC：閘室水域長度單級船閘雙向一次過閘用水量為 V0=0.5 V0過閘用水量取單、雙向過閘的平均值，即V=0.75 V0=14490m3船閘一晝夜的過閘平均耗水量為86400/75. 001nVQ n=31。12Q1=0。7531.121932086400=5.22閘、閥門漏水量:g=ueu： 1m 長止水線上的滲漏損失。H10，取 0.00150.002e: 閘、閥門邊沿止水的長度u=0.002e=8.33+142+9.53+142+342=113。4mg=113。4

23、0。002=0.27m3船閘的耗水量 Q=Q1+g=5.47m3船舶每通過一噸貨的耗水量：Gt=QN86400/P=5.4735286400/12000000=13.86 噸 第三章船閘輸水系統(tǒng)形式的選擇和水力計算3。1 輸水系統(tǒng)形式的選擇船閘輸水系統(tǒng)是完成閘室灌泄水的主要設(shè)備,它包括進(jìn)水口，輸水廊道及輸水閥門、出水口和消能設(shè)備等部分。輸水系統(tǒng)是船閘的重要組成部分之一，直接關(guān)系到過閘船舶的通過能力及船閘的工程投資。輸水系統(tǒng)包括集中輸水系統(tǒng)和分散輸水系統(tǒng)兩大類型.根據(jù)規(guī)范 水頭差 H=4 米 T=8 分鐘 =4。53。5HTM/根據(jù)規(guī)范選擇集中輸水系統(tǒng)3。2 消能工的選擇：最大平均流速：Vmma

24、x上閘首： _)2(12maxHSTHLVCCm =210*24*1/(860*7） =0.5 m/s下閘首：Vmmax=1。8LCH/（TSC) =1.8*2104/（8605） =0.63 m/s查規(guī)范知，上閘首采用簡單消能工，下閘首不用消能工，采用對沖消能。 上閘首現(xiàn)擬定選擇消力檻式消能工 消力檻的作用主要是將底部較大的流速向上挑起，并利用撞擊達(dá)到消能擴(kuò)散的目的。另外除設(shè)置消力檻外還設(shè)置一道分水導(dǎo)墻 3。3 輸水系統(tǒng)水力計算3。3。1 環(huán)短廊道的布置短廊道輸水系統(tǒng)的特點(diǎn)是水流自上游經(jīng)過兩側(cè)輸水廊道流出，水流相互對沖，消除部分能量，從而使進(jìn)入閘室的水流具有較好的水流條件.廊道的進(jìn)口淹沒水深

25、至少應(yīng)大于 1.2Vm2/2g，一般低于設(shè)計最低水位以下 0.51.0米以上，以保證廊道進(jìn)口頂部不產(chǎn)生負(fù)壓，避免輸水時吸入空氣使進(jìn)入閘室的水流摻氣，而加劇水流的紊亂。 h=1.2Vm2/2g Vm=4m/s h=0。98m根據(jù)規(guī)范最小淹沒水深取 1.5 米閥門處面積 設(shè) kV=0.7 )1 (1 22vkguThcw其中 c=210*23 T=8min W=18。7 m2 輸水廊道的面積為 w/2=9.3 m2 設(shè)計廊道尺寸為 33 m2輸水廊道為減少水流進(jìn)口損失，廊道進(jìn)口應(yīng)修圓查規(guī)范：輸水廊道修圓半徑： r進(jìn)修=（0.10。15）b=（0。10.15)*3=0.30.45 取 0。4輸水廊道

26、進(jìn)口轉(zhuǎn)彎中心線平均曲率半徑： R進(jìn)均（0.91.0）b=(0.91。0）*3=2。73.0 取 3.0廊道內(nèi)側(cè)曲率半徑（進(jìn)口）： R內(nèi)修0.15H=0。154=0.6 廊道出口轉(zhuǎn)彎段的平均曲率半徑：R進(jìn)均(1.01。4)*b=(1.01.4）3=3。04.2 取 4.2廊道內(nèi)側(cè)曲率半徑（出口): R出內(nèi)修(0.20.25）H=0.81。0 取 0。9廊道出口斷面面積:w/出口=(1。21。6）w/=10。714.3 取 12 尺寸為 4*3廊道直線段長度: L=(1.32.5)b=(1.32.5)3=3。97.5 取 7導(dǎo)航墻寬: b1=0。05b=0。15 m3。3.2 局部阻力系數(shù)的計算局

27、部阻力系數(shù)的計算進(jìn)口： (進(jìn)口邊緣微帶圓弧形) 取 0.22525. 02 . 0en廊道進(jìn)口轉(zhuǎn)彎處:對于矩形廊道： b/2R =3/(23。0)=0。5上式中為 b 廊道寬度 R 為進(jìn)口平均曲率半徑查規(guī)范 4 . 0k 出口:單支孔出水 多支孔出水 0 . 1ex9 . 07 . 0ex本設(shè)計為多支孔 取 0.9 出口轉(zhuǎn)彎： 417. 02 . 4*22/ )43(2/Rb查規(guī)范 27. 0k 摩阻：廊道長 99.174)2 . 43(27L 75. 0)4*3/(3*3R61.7075. 0014. 0116/16/1Rnc094. 075. 0*61.70/99.8817. 9*2/22

28、2Rcglf 圓錐形擴(kuò)大： 921R7 . 11R1222R955. 12R 6 . 622 . 4*14. 32出均R由幾何關(guān)系 求得 查表 k = 0。1305 008. 0)1 (2211wwk0144. 0)1 (2122wwk3。3。3 水力特征曲線1。流量系數(shù)的計算 流量系數(shù) cvnt /1上式中 -瞬時閥門開度 n 時的閥門局部阻力系數(shù)按教材 52 選用vn -閥門井或門槽的損失系數(shù),對平面閥門取=0。25,反弧閥門取=0-總阻力系數(shù)及摩阻損失阻力系數(shù)要換算為閥門處阻力系數(shù)及乘以c2)(i48. 1)99)(0144. 0008. 0(094. 02/ )129(927. 0)1

29、29(9 . 0)99(4 . 0)99(*225. 022222c2 . 02*1 . 0(全開時) 為零vn77. 048. 12 . 00/1/1cvnt07. 076. 07 . 077. 0計計表 3-1時刻 t020406080100120140160180200220240閥門開度 n00.050。10.150.20.250.30。350.40.450。50.550。62.實(shí)際灌泄水時間計算7。7 min)1 (1 8 . 9*218*76. 0423*210*4)1 (1 24vvkkguwHct3。水位差與時間關(guān)系閥門開啟過程中: 21)2(cgthhmtii上式中 -計算時

30、段的平均流量系數(shù)mt -計算時段取 1030 st -輸水閥門處廊道斷面面積 -計算閘室水域面積c閥門全開時 dcgtdhhmtii21)22( d-閥門全開后慣性水頭表 3-2時刻 t020406080100120140160時段末的水頭3。99 3。96 3。90 3.82 3.72 3.59 3.44 3.27 3.07 時刻 t180200220240260280300320時段末的水頭2。85 2.62 2。37 2.11 1。84 1.57 1.30 1。05 時刻 t340360380400420440460480時段末的水頭0.81 0.60 0。42 0。27 0。16 0.

31、07 0。02 0.01 4.閘室水位與時間關(guān)系 Hh2 .11阻力系數(shù) 11916。80 1489.60 186。20 114.99 43.78 30。63 17.48 12。93 8。38 6.33 4.28 3.22 2。16 流量系數(shù)0。01 0。03 0。07 0。09 0.15 0.18 0.23 0.26 0.32 0。35 0.41 0.45 0.51 時刻 t260280300320340360380400420440460480閥門開度 n0.650。70.750.80。850.90.9511111阻力系數(shù)1。59 1.01 0.70 0。39 0.24 0.09 0.05

32、 0。00 0.00 0。00 0。00 0。00 流量系數(shù)0.55 0。61 0。65 0。70 0.72 0。75 0。76 0。77 0.77 0。77 0.77 0.77 表 3-3時刻 t020406080100120140160閘室水位7.21 7.24 7。30 7。38 7.48 7。61 7。76 7.93 8。13 時刻 t180200220240260280300320閘室水位8.35 8。58 8.83 9。09 9。36 9.63 9.90 10.15 時刻 t340360380400420440460480閘室水位10。39 10.60 10.78 10.93 11

33、.04 11。13 11。18 11.19 5.流量與時間關(guān)系： )(2ttttdhgQtvnptddgLd* -時刻 t 流量系數(shù)t -時刻 t 水位差th -時刻 t 慣性水頭, 對集中輸水系統(tǒng)可忽略不計td6。能量與時間關(guān)系 ttthQE81. 97.比能與時間關(guān)系ttptEE-時刻 t 的閘室過水?dāng)嗝婷娣et8。閘室橫斷面面積與時間關(guān)系)2 . 2(23ht表 3-4 流量流量能量能量比能比能閘室流速與時間關(guān)系閘室流速與時間關(guān)系時刻 t0。00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 120。00 140。00 160。00 流量1。46 4。10 11.50 14

34、。50 22。99 26.90 34。33 38.47 45.18 能量57.29 160。42 446。45 554。96 862.48 981。64 1209。74 1298.59 1447.55 比能0。35 0。96 2.66 3。27 5.01 5.61 6。78 7。12 7.74 閘室流速0.01 0.04 0.10 0。12 0.19 0.22 0.27 0。29 0.33 時刻 t180。00 200.00 220.00 240。00 260.00 280.00 300.00 320.00 流量49。08 54.86 57。96 62。26 63。67 65.50 64。31

35、 62.85 能量1478.20 1535.55 1488.66 1446。13 1315.01 1179。93 987.74 801.93 比能7。70 7.78 7。33 6.91 6.11 5.32 4。34 3.43 閘室流速0。35 0。37 0。38 0。39 0.39 0。38 0。36 0。34 時刻 t340。00 360.00 380.00 400.00 420。00 440。00 460.00 480。00 流量58。57 53.76 46.92 39.81 32.02 24。24 16。45 8。66 能量602.02 429.13 278.07 165。40 86。1

36、0 37。33 11。67 1。71 比能2.52 1。76 1.12 0.66 0.34 0.15 0。05 0.01 閘室流速0.31 0.28 0。24 0.20 0.16 0。12 0.08 0。04 9.水利特征曲線下圖為流量系數(shù)水頭閘室水位流量能量比能閘室流速閘室過水面積 與時間關(guān)系曲線繪于一圖灌水水利特征曲線02004006008001000120014001600時刻t2060100140180220260300340380420460流量系數(shù)時段末的水頭閘室水位流量能量比能閘室流速閘室過水面積圖 32第四章。閘門和閥門的設(shè)計4.1 閘門形式的選擇及尺寸的確定4。1。1 閘門形

37、式的選擇 擬選用人字閘門和三角閘門，現(xiàn)比較如下：人字閘門： 優(yōu)點(diǎn)： 耗用鋼材少,造價小，運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，啟閉迅速，啟閉力小通航凈空不受限制. 缺點(diǎn)：不能承受雙向水頭，需設(shè)置保安裝置,不能再有水運(yùn)的情況下啟閉，安裝精度高，支承部分易損，檢修難，止水效能差,需在水下不停航檢修。三角閘門特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：承受雙向水頭，可在有水壓的情況下啟閉,可利用閘門本身進(jìn)行輸水，多用在趕潮河段船閘上缺點(diǎn)：閘門門扇結(jié)構(gòu)及支承部件的材料用量較多，閘首結(jié)構(gòu)龐大,布置復(fù)雜；工程造價高；閘門止水不嚴(yán)密,有時因門底漏水而引起閘門振動，閘門的安裝精度要求高。 本船閘僅承受單向水頭，從經(jīng)濟(jì)上講使用三角閥門不經(jīng)濟(jì)；從施工期長短來講，人字閘門更

38、易于施工。 綜合考慮采用人字閘門4.1。2 門扇基本尺度的確定：1.門扇長度:門扇的計算長度是門扇的支承面到兩片門扇互相支承的血界面的建立。其值由下式求得： cos22cBlkn式中：-閘首邊墩墻面間的口門寬度（米）; kB -由門扇的支墊座與枕墊座的支承面至門合龍外緣的距離，通常c；kBc)07. 005. 0( -閘門關(guān)閉時門扇軸線的傾角,我國一般選用05 .221492. 0*223*06. 0*223cos22cBlkn2。門扇厚度：門扇厚度是指主橫梁中部高度，一般由門高、門寬、及荷載情況決定,在初步設(shè)計中，常按選用.nl )9171( 取 1.6 米55. 12)9171(nl3。門

39、扇高度:門扇高度時指閘門面板底至頂?shù)木嚯x,其值由下式?jīng)Q定： mhHhk式中： -上游設(shè)計洪水位與下游最低通航水位之間的水位差；H -船閘的檻上水深;kh -閘門面板定在上游設(shè)計洪水位以上的超高，一般取為（0.20.5）米 -閘門面板與門檻頂?shù)母卟?，通常?m=（0.150。25)米；當(dāng)閘門關(guān)閉,m門底止水位于門檻側(cè)面是取正值，在門檻頂面時負(fù)值.上閘首：3 . 82 . 04 . 0)5 . 32 . 7()2 . 72 .11(mhHhk下閘首： 6 . 92 . 04 . 0)2 . 22 . 7()2 . 72 .11(mhHhk4。2 閥門及閘首形式的選擇和尺寸的確定4.2.1 閥門形式

40、的選擇 擬定選用平面閥門與反向弧形門， 現(xiàn)比較如下：1. 平面閥門： 門葉厚度小,門葉結(jié)構(gòu)簡單，門體剛度大，制造安裝檢修方便，適宜在中小水頭的船閘，是一種經(jīng)濟(jì)可靠的門型。2. 反向弧形門： 啟門力小，結(jié)構(gòu)堅固，操作簡便。使用可靠，防止水流滲氣,避免氣蝕，不需設(shè)置門檻，宜在中高水頭船閘上采用 根據(jù)一般經(jīng)驗(yàn),優(yōu)先采用平面閥門,且平面閥門適應(yīng)這種低水頭的船閘。4.2。2 閥門尺寸的確定1、門槽尺寸門槽尺寸根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取，寬度W=1。0 m 深度 D0。6 m，W/D=1.67,在矩形門槽寬深比的適合范圍 W/D1.6 1。8 之間。根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，門槽寬度較大，為減小門槽處的空化程度，采用斜坡錯距式門槽

41、。取 W0.06，即0。06 m， X/=10,即 X0.6 m。D=0.6mW=1.0mX=0.6m?=0.06m圖 41 門槽倒坡示意圖2、底緣和止水布置本船閘設(shè)計水頭 4 米,屬于低水頭船閘,根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，平面閥門頂止水應(yīng)設(shè)在上游面；底緣止水應(yīng)布置在靠近門槽的上游端，上游面傾斜角度采用 50o，下游面傾斜角度采用 30o。兩個方向的斜面可調(diào)節(jié)刀形止水線分離點(diǎn)的位置,從而使收縮水流對門槽內(nèi)水體的擾動較小，不易產(chǎn)生空化水流。5030圖 4-2 閥門底緣布置為減小閥門的啟閉力，頂止水設(shè)在上游面，使門井水位為下游水位,從而門頂承受的水柱壓力較小；為了避免閥門開啟時門后產(chǎn)生的負(fù)壓可能吸入大量空氣，

42、采用封閉式閥門井，（1）s120 mm(選用 P45A 型止水橡皮） s05s1=1。0 取 s0=120 mm（2)=100mm(3）h（0.050.1)4=0。20。4m， 取 0.3m 即 300 mm3、閥門尺寸寬：3。2m ,高：3。2 m ，厚：0.5 m4。2.3 閘首尺寸的布置1。門前斷長度 l1門前斷長度 l1主要根據(jù)工作閘門形式，檢修門尺度，門槽構(gòu)造及檢修要求確定。 據(jù)我國經(jīng)驗(yàn)一般取 1.0 米左右2.門龕段長度 l2 對于人字閘門 cos2)2 . 11 . 1 (2dBlc式中 Bc 閘首門寬度 d 門龕深度一般為門厚加 0。40.8 米 閘門于船閘橫軸線的夾角，一般取

43、 20022。50 155 .22cos24 . 06 . 1231 . 102l3. 閘門支持段長度 l3按經(jīng)驗(yàn) l3取 8 m 閘首長度 L=l1+l2+l3=1+15+824 米閘首邊墩厚度，一般根據(jù)門龕深度、廊道寬度、閥門井尺度等因素確定，據(jù)已建船閘的統(tǒng)計，邊墩厚度一般取為 23 倍廊道寬度閘首邊墩寬度取 8 米第五章 船閘結(jié)構(gòu)初步設(shè)計擬采用分離式閘室的重力式和少筋 L 式，并對其進(jìn)行對比，并使用 ABAQUS軟件對兩種結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)算，并對結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。5。1 重力式閘室結(jié)構(gòu)初步設(shè)計5。1.1 重力式閘墻的布置(一)斷面尺寸設(shè)計如圖所示： 212.71.2 圖 5-1 重力式閘墻

44、斷面圖其中，閘底版厚度取 0。10。15h(h=10。5 為墻頂?shù)介T檻的高度） ，取閘底厚1。0m，坡度取 1：0。6，前趾為 1.5，后趾為 1。5.（二） 、墻后排水設(shè)施的選擇為了減少滲流水頭和作用在墻后的水壓力，在閘后填土里埋設(shè)排水暗管，采用預(yù)制混凝土管,直徑 32 厘米，管壁開直徑 10mm 的小孔，小孔總面積為水管表面積的 13，并在管外布置反濾層排水暗管布置：1、排水暗管起點(diǎn)布置在閘室的起點(diǎn)，高程為 8。8m,終點(diǎn)設(shè)在閘室的出口，高程為 7.5m。2、每隔 40m 設(shè)一個檢查井， （標(biāo)準(zhǔn)要求為 25m50m）3、排水暗管出口處設(shè)可控制的閥門，防止下游高水位時，水沿排水管進(jìn)入墻后土體

45、中（三） 、墻后回填土的選擇 由地基資料可知,重壤土和輕砂壤土的厚度都比較小,且開挖后要壓在土堆下面，從實(shí)際工廠施工角度考慮，可全采用亞粘土進(jìn)行回填.（四）控制情況：運(yùn)用時墻前低水，墻后可能的高水，檢修時閘室內(nèi)無水，而墻后高水,及施工時由于施工進(jìn)度較快，當(dāng)墻體已修筑到頂，而土體未來得及回填時.5.1.2 結(jié)構(gòu)的計算: （1） 、土壓力計算理論：庫侖定理主動土壓力 Pa=0.5RH2cos2(-）/cos2cos(+）1+)cos(/ )cos(/ )sin()sin(r：填土的重度:內(nèi)摩擦角：墻背與鉛垂線的夾角,以鉛垂線為準(zhǔn)，順時針為負(fù)(仰斜） ，逆時針為正(俯斜）：墻背與土的夾角，俯斜的混凝

46、土或砌體墻 =/22/3:填土表面與水平面所成夾角Ka:主動土壓力系數(shù)(2） 、等代內(nèi)摩擦角：(適當(dāng)增大內(nèi)摩擦角以反映內(nèi)聚力對土壓力的影響）d=arctan（+c/（r)d : 等代內(nèi)摩擦角 : 填土的內(nèi)摩擦角 c： 填土內(nèi)聚力:填土的承載力d= arctan（26/1803.14+0。58/（1.943.0） ）=29（2） 、對于閘墻垂線與墻背的夾角為 =arctan（0.6/1）=31=/22/3=15.5 19.3取 =19=0主動土壓力系數(shù) Ka=0.646Kax=Kacos（+）=0。646cos（31+19)0。415Kay=Kasin(+)/tan=0.825 頂部土壓力計算：

47、a=0， =0， =19Ka=0.313則墻后土壓力的計算：Ea 上=0Ea 下=0。31319.41=6。07KPaEb 上=0。64619。41=12.5KPaEb 下=0.64619.4（12。7-8.81)+12。5=48。9 KPaEc 上=48。9KPaEc 下=48。9+0。4159。9（8。8-2.2)=91。6 KPaEd 上=0.313（19.4（12。78.8）+9.96。6)=44。1 KPaEd 下=44。1+0.3131。29.9=47。2 KPa墻后土壓力分布如圖所示: 圖 52土重： 圖 5-3（運(yùn)用時最不利情況為墻前為最低通航水位，墻后為該情況下可能的最高水位

48、,.飽和重度 sat=W(Gs+e）/（1+e）=（2。74+0.757） 10/1。757=19。9 w=19。910=9。9KN/m3)揚(yáng)壓力： 總滲透力74.259 . 9*)5 . 78 . 8(*10*4 . 0*21211BHBVS 浮托力 7 .6239 . 9*)2 . 15 . 7(*10HB活荷載：船舶撞擊力：撞擊力的方向垂直于建筑物表面并在長度方向上分布:分布長度為2/3y，y最不利組合(強(qiáng)前低水，墻后高水組合計算情況）表 5-1荷載豎直向上(KN）豎直向下（KN）水平向右(KN）水平向左（KN）力臂（M)順時針（KNM）逆時針(KNM）G128.82.160。48G22

49、73.62。1574.56G3649.84.62989.1G437.50。7528.125G5172。54。95853。9結(jié)構(gòu)自重G637。59.15343.1水F1140。42。8393.265壓力F2217。83。2696。96水重墻前79.50。7559。6系船力(2000T）15071050土重305。559。152795。78Eax3.30510。8332.9Ebx89。0338。8780Ecx463.654。01854。6Edx45.650。4922。4Eby113.83.74425.6土壓力Ecy5896。293704。81浮托力623.74。953087。3揚(yáng)壓力滲透力25.7

50、26。6169。9Q11.51116.5Q214.255.7581。9活荷載Q31。50。50.75649。422517。2140.45986.4514061。9657793.21驗(yàn)算：(1)、抗滑驗(yàn)算f=tan=tan26=0.48(粘聚力不考慮）Kc= fV/HF：結(jié)構(gòu)與地基接觸面的抗剪摩擦數(shù)V：作用在結(jié)構(gòu)上全部荷載對滑動面法向投影總和H:作用在結(jié)構(gòu)上全部荷載對滑動面切向投影總和V=1867。79KNH=846KNKc=0.481867.79/846=1.05 另外閘墻之間設(shè)有底板，為縱橫隔板組成，可承受 30%的水平力，即H 更小，結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。Kc=1.05/0。7=1.51.3滿足抗

51、滑要求（2） 、抗傾驗(yàn)算 K0=MR/M0 MR :對計算截面前趾的穩(wěn)定力矩之和M0：對計算截面前趾的傾覆力矩之和K0=14061.765/7793.21=1。81.5滿足抗傾要求（3)抗浮驗(yàn)算 Kf=V/UV：向下的垂直力之和U:揚(yáng)壓力總和Kf=1867。79/649。44=2.81.05滿足要求(4）地基驗(yàn)算地基承載力安全系數(shù):需滿足 KFk/VdK:地基承載力的安全系數(shù)，因?yàn)榈鼗鶠閬喺惩?，K 取高值，為 2。9Fk：地基承載力的豎向分力Vd：作用于基礎(chǔ)地面的豎向分力Fk/Vd=（300*9.9*1）/1867。79=1.6K=2。9滿足要求（5） 、滲流驗(yàn)算L=Lv+mLhL：地下輪廓線

52、的化引總長度Lh：地下輪廓線水平段長度Lv：地下輪廓線豎直段長度m：垂直段換算為水平段長度的換算系數(shù),取 0。9L=9。9+0.91=10.8 mH=3。5（8.8-7。5)=1.3mLCH=1.3*6=7.8， 滿足要求(6）截面驗(yàn)算截面劃分如圖：1-1 截面驗(yàn)算:結(jié)構(gòu)自重:1.21*24=28.8 彎矩 28.81.2/2=17.28土壓力：（0+6.07)*1/2=3。035,力臂：0。33 米 彎矩 3.0350。33=0。3活荷載：0。351=1。5 彎矩 1。5*0.5=0。75=（MrMo)/Vk=（17。28-0。30。75)/28.8=0.56B/3=0.41-1 截面不會出

53、現(xiàn)拉應(yīng)力滿足要求2-2 截面驗(yàn)算表 52荷載豎直向上（KN）豎直向下（KN）水平向右(KN)水平向左（KN）力臂（M）順時針（KNM）逆時針(KNM)G128.80.617.28G2273。60.6164。16結(jié)構(gòu)自重G3649。83。12014。38水壓力墻后217。82.2479.16墻后水重G130.685。6731.8系船力(2000T）1506900Eax3.3059.829.7Ebx89.037。8694。434Ecx463.6531390。95Eby113。82.24254.9土壓力Ecy5894。792821.31Q11.51015活荷載Q214。254.7567.71082。

54、88702。8939.5336256.643576.64=（Mr-Mo)/Vk=（6256。64-3576.64）/1082。88=2.47B/3=2。322 截面不會出現(xiàn)拉應(yīng)力二二。檢修時的控制情況：閘室內(nèi)無水，而墻后出現(xiàn)可能的最高水頭示意圖如下：1.2 圖 5-4檢修時的控制情況的結(jié)構(gòu)計算表 5-3荷載豎直向上（KN）豎直向下（KN)水平向右（KN）水平向左（KN）力臂（M）順時針(KNM）逆時針(KNM)G128。82。160.48G2173.62。1574.56G3649。84。62989。1G437。50.7528。125G5172。54。95853。9結(jié)構(gòu)自重G637.59。153

55、43。1水壓力墻后217。83。2696.96墻后1999。15905.85水重強(qiáng)后2130。687。1927。8土重305。559.152795.78Eax3。03510.8332.9Ebx89.038.8780Ecx463.6541854.6Edx453650.4922.4Eby113.83。74425.6土壓力Ecy5896.293704.81浮托力994.95490。05揚(yáng)壓力滲透力130。686。6862.488活Q11。51116.5Q214.255.7581。9荷載Q31.50.50。75229.682437.730836.41513609.1054838.548驗(yàn)算：（1） 、

56、抗滑驗(yàn)算f=tan=tan26=0.48（粘聚力不考慮）Kc= fV/H=0。482208。05/836.415=1.381。3滿足抗滑要求（2)、抗傾驗(yàn)算 K0=MR/M0=13609.105/4838.548=2.81。5滿足抗傾要求(3)抗浮驗(yàn)算 Kf=V/U=2208.05/229.68=9。61.1滿足要求（4）地基驗(yàn)算地基承載力安全系數(shù):Fk/Vd=（3009。9）/2208.05=1.3K=2。9滿足要求（5） 、滲流驗(yàn)算L=Lv+mLh=9。9+0。91=10。8mCH=3。5（8。8-2.2）=23。1mLCH， 不滿足要求，說明需要延長滲徑,在地板兩端分別設(shè) 4m 的隔板，

57、則 L=10。8+0.9（44）=25.2m23。1m，滿足抗?jié)B要求（6）截面驗(yàn)算： 圖 551-1 截面的受力狀況同運(yùn)用時是相同的，不會出現(xiàn)拉應(yīng)力。2-2 截面驗(yàn)算表 54荷載豎直向上（KN）豎直向下（KN）水平向右（KN）水平向左（KN）力臂（M)順時針（KNM）逆時針（KNM）G128.80。617。28G2273。60.6164。16結(jié)構(gòu)自重G3649.83.12014。38墻后水壓力217.82.2479。16墻后水重G130.685.6731.8Eax3.0359。829。7Ebx89.037.8694。434Ecx463。6531390.95Eby113.82.24254.9土壓

58、力Ecy5894.792821。31Q11。51015活荷Q214。254.7567.7載1785.68789。26003。832677=（Mr-Mo）/Vk=(6003.832677)/1758。68=2。322.3B/3 不會出現(xiàn)拉壓力5.2 少筋 L 式閘室結(jié)構(gòu)設(shè)計5。2.1 少筋 L 式布置一。閘墻結(jié)構(gòu)斷面尺寸如右圖示：圖 56 少筋 L 式斷面尺寸圖二、墻后排水選擇： 與重力式結(jié)構(gòu)相同，均設(shè)排水暗管，高程相同,檢查井布置也相同.三、墻后回填土的確定 全部為亞粘土回填四、控制情況： 運(yùn)用時墻前低水,墻后高水;運(yùn)用時墻前高水，墻后低水：檢修時期三種情況5.2.2 墻前低水，墻后高水結(jié)構(gòu)計

59、算：1、土壓力計算:（1） 、計算理論為郎肯理論.（2） 、內(nèi)摩擦角與土壓力系數(shù)計算等代摩擦角:=29。土壓力系數(shù) K=tan2（45。-/2)= an2（45。-29。/2)=0.347ex1=0ex2=034719.43。9=26.2KPaex3=03279088。8+26。2=56.5KPa土壓力圖：F1=0。.526.23.9=51。09KNF2=0.5（26.2+56.5）8.8=363。88KN2、土重 圖 57土體體積 V1=0。52（3-1+8.4)=10.4KNV2=0。51.6（10.4+10.40.53）=19.26KNV3=0.55.3（9.87+8。4）=48.42K

60、NV4=0。58.4(2.5-1.2）=5。46KN土重G1=201.76KNG2=373。6KNG3=479.3KNG4=54KN3、結(jié)構(gòu)自重圖 5-8G1=2512=50KNG2=250.5（1+3）7。2=360KNG3=2532。5=187.5KN G4=250。5（1.2+2.5）8。4=388。5KNG5=250。52.6（1.2+1.7）=94.25KN 圖 594、水壓力計算墻前水壓力 0.510(6。6+1。2）2=304。2KN墻后水壓力 0。510（5+1.2)2=192。2KN5、水重墻前水重 10(2.650。52.60.5)=123.5KN墻前水重 10(V1+V2