浅谈水闸整体式平底板结构设计

来源：职称驿站所属分类：建筑设计论文
发布时间：2012-11-12浏览：229次

　　摘要：在水利建设过程中，软性地基上的大中型水闸一般将闸墩与底板连结成一块整体的平底板。由于整体式平底板的工程量能占到总工程量很大的一部分，因此底板的安全性对保证结构整体性起着重要的作用。本文重点分析水闸整体式平底板结构设计。

　　关键词：水闸,整体式,平底板

　　平底板是闸室底板形式中应用得比较广泛的一种(这里主要是指整体平底板)，应对它的受力情况进行精确的分析，并据以作出合理的设计。闸室平底板按照弹性地基上的基础板，考虑其整体作用，即作为空间结构，已有初步研究成果。其内力数值与按弹性地基梁计算结果比较，出入较大，且偏大较多。目前正在把地基土当作是一种弹塑性体进行研究。工程实际通常用来分析底板的方法仍然都是将闸室底板简化为平面(形变)问题来处理，并作了一些假设，因此计算结果是近似的。

　　1水闸的作用及问题

　　水利工程中，水闸的应用非常广泛，一般建在渠道、河道、水库、湖泊等的岸边，是一种具有挡水和泄水功能的低水头的水工建筑物。关闭闸门时，可以抬高水位、挡潮、拦洪，以此满足上游通航或发电的需要;开启闸门时，可以排涝、泄洪、取水和冲沙，或者根据下游的用水需要调节流量。在设计过程中，水闸的挡水与泄水问题大多成为了决定此种水工建筑物使用寿命的关键，因此，对水闸的挡水与泄水功能进行深入地研究和探讨就显得尤为重要了。

　　2水闸底板混凝土的浇筑

　　在地基条件良好时采用反拱底板可以节省钢筋，但大多数水闸都采用上、下游带有齿坎的平底板。挖除地基土保护层之后，为保护地基和找平基面，需要在软基上先铺设一层8-10cm厚的C10素混凝土垫层。水闸底板的施工包括立模、绑扎钢筋、架立仓面脚手架、清仓、浇筑混凝土等环节。采用预制砂浆垫块上的细铅丝绑扎底板的下层钢筋，可确保底板底面混凝土保护层的厚度。但要保证垫块的制作质量(厚度、强度、密实性等)，否则垫块所在部位就可能出现底板渗水与钢筋锈蚀。底板面层钢筋则应固定在预制的混凝土四棱台支柱(其高度比底板厚度小3～5cm)上，可避免在浇筑混凝土时面层钢筋出现沉降。支柱的混凝土强度等级应与浇筑部位相同，支柱的尺寸和间距应考虑底板厚度、脚手架布置和钢筋分布等因素，经计算后确定。为防止混凝土进料口处的面层钢筋变形，可用铅丝将钢筋绑吊于仓面脚手架上。至于是否需要搭设仓面脚手架，应视混凝土浇筑机具和运输工具而定。当用双轮手推车或机动翻斗车运送混凝土时，则需搭设Ф48mm钢管扣件脚托架。它由底座、立杆(间距为1.5-2m)、大横杆(间距约为1.8m)、小横杆和斜杆(作剪刀撑或抛撑用)所组成。底板浇筑多采用水平运输方式，斜坡道路的坡角一般小于20o，过陡则容易引起运输机具的倾翻事故。若用泵送混凝土或吊罐运输混凝土，则无需搭设仓面脚手架或仅需搭设少量的仓面脚手架。当水闸底板特别厚大时，应用钢管取代混凝土支柱，钢管外包扎牛皮纸日后便于拔出钢管。浇混凝土底板，只需在其四周架立侧模板，侧模板则通过斜撑、地龙木等固定于木桩上。

　　3水闸整体式平底板结构常用的计算方法

　　整体平底板常用的计算方法有以下几种：

　　3.1截面法

　　截面法是《水闸设计规范》SDl33-84中所说的反力直线分布法之…。它假设在垂直水流方向底板下的地基反力呈均匀分布。计算时要求先算出底板底面在顺水流方向的地基反力，然后在闸门门槽的上、下游、垂直于水流方向各取单位宽度板条进行内力计算。在分析板上作用荷载时，适当考虑上部结构与底板的整体作用，即采用所谓切力分配法。截面法的缺点是未考虑底板与地基变形相一致的条件，并且没有计人边荷载对底板内力的影响。优点是计算简单，适用于小型水闸设计。对于相对密度Dr≤0.5的砂土地基，受荷后变形容易调整，故近似地可认为地基反力是均匀分布的。

　　用截面法计算底板的具体方法和步骤如下：

　　3.1.1选定计算情况

　　(1)施工期：小型水闸孔数一般只有单孔或二、三孔，且多数利用边墩直接挡土(此时边墩可称为边墙)。计算时，如不考虑两侧边墙砌筑到顶，或已到达相当的高度，而墙后尚未回填土或回填少量土的情况，此时对闸室坞式结构或山字形结构底板面层强度最为不利，往往在水闸施工中底板会在跨中产生顺流向的裂缝，严重的甚至断裂。工程上把这种情况叫做“挑扁担”。设计计算时必须充分考虑这种情况，一方面对施工程序作出严格规定，另一方面要针对出现的最不利情况，计算跨中处的负弯矩，配以足够数量的面层(还有底层)钢筋。

　　(2)完建期：完建期地基反力较大，应验算底板的强度。对于单孔闸或少数孔闸，其边墙后的土已回填到顶，此时闸底板的正弯矩较大，特别是闸墙与底板交接处应予注意。

　　(3)运用期：应选用上游最高设计水位、下游最低水位，即上下游水位差最大的情况进行计算。

　　3.1.2计算闸底的地基反力

　　计算时应以底板底面为基面，但仍可计入上、下游齿墙的重力。

　　3.1.3不平衡剪力及剪力分配值

　　计算底板时，取单位宽度为脱离体，向上的荷载就不等于向下的荷载，从而产生不平衡力。这个不平衡力应由闸墩和底板截面上引起的剪应力差来平衡。剪应力之和的差即为不平衡剪力。

　　3.2倒置梁法

　　具体的计算方法与步骤与截面法基本相同，只是不计算不平衡剪力，不作剪力分配，因此支座反力与闸墩传下的垂直荷载不等。倒置梁法在形式上不作剪力分配，实质上只是不分配不平衡剪力给底板，而由闸墩承受了全部不平衡剪力。倒置梁法的基本原理如下：首先，假设地基的反力沿闸室横向分布均匀，通常是在底板横向上截取一定宽度的板条，并以此作为支承在闸墩上的倒置梁;其次，计算其内力，倒置梁法的主要缺点是忽略了底板和地基之间的形变协调条件，假定在底板横向上地基反力是均匀的。这一假设与实际的情况是不吻合的，同时支座处产生的反力与实际的载荷也是不等的。因此，采用此方法计算得到的结果与实际情况之间存在一定的误差，在实际应用中存在一定的局限性。

　　参考文献

　　[1]司红云，倪言波，曹邱林，等.水闸铰缝式底板内力分析方法研究[J].水利与建筑工程学报，2007，5(1)：16- 17.

　　[2]徐韶华，高峰，于立忠.铰接底板在马颊河裴庄蓄水闸中的应用[J].中国农村水利水电，2006，(6)：79- 81.

　　[3]陈秀华.水闸底板设计计算方法探讨[J].工程与建设，2007，(4).

《浅谈水闸整体式平底板结构设计》

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