渠化工程第6章-船闸水工建筑物(3节).ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第六章 船闸水工建筑物,第三节 船闸闸室结构,第三节 船闸闸室结构,一、闸室结构形式及其构造,二、闸室结构的一般计算内容及方法,三、分离式闸室结构计算,四、整体式闸室计算,一、闸室结构型式及构造,直立式闸室结构由闸墙和闸底组成,。按其受力状态可分为,整体式结构,和,分离式结构,两大类。,两侧闸墙和底板浇筑在一起的为整体式结构,；,闸墙和闸底分别设置的为分离式结构。,6-7,整体式船闸结构,6-8,分离式船闸结构,a,）重力式；,b,）衡重式；,c,）悬臂式；,d,）扶壁式,分离式结构闸墙类型较多，常用于土基上的有,重 力式、悬臂式、扶壁式。,6-9,岩基上的闸墙结构,a,）重力式；,b,）衬砌式；,c,）混合式,在岩基上常用的形式有,重力式、衬砌式和混合式,闸室结构形式的确定：,地基条件、,水级大小、,材料来源、,施工条件等因素综合选定，,一般情况下采用分离式闸室结构比较经济合理。,在软弱地基上且水级较大时，或抗震要求较高情况下，,可采用整体式结构。,分离式闸室结构,土基上,:,重力式,衡重式,悬臂式,扶壁式,板桩式,岩基上,:,重力式,衬砌式,混合式,1,、重力式结构构造,（,1,）重力式闸墙的特点,重力式闸墙是靠自重维持稳定,;,地基反力较大，且又承受有水平力,对地基承载能力要求较高。,（,2,）适用条件,重力式结构一般只适用于较好的地基。对于淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其他高压缩性土层，则不宜采用重力式结构。,（,3,）重力式结构按材料可分为：,浆砌条,(,块,),石结构,混凝土结构,钢筋混凝土结构,浆砌石重力式结构适用于盛产石料的地区，但费,工、质量不易保证。,混凝土和配筋混凝土结构，适用于船闸水级较高，机械化施工及石料缺乏等的情况。,（,4,）,重力式结构按断面形式可分为梯形和衡重式两种,梯形重力式：,梯形结构底宽大，能适应荷载变化；,稳定可靠,但不能充分发挥墙身材料的强度,工程量大；,衡重式结构,：,衡重式断面，由于下部为倒梯形断面，有减小土压力的作用，比梯形断面可节省工程量,10,左右,衡重式对地基要求较高，荷载变化反应灵敏。,地基反力较均匀；,当地基条件较好，墙高在米左右,（,5,）重力式闸墙的尺寸确定,重力式闸墙的顶宽确定：,1,）主要根据交通安全要求；,2,）回填土是否到顶；,3,）砌筑石料尺度,一般墙顶宽度不小于,0.6m,，若回填土不到顶，则墙顶面作为人行通道应适当放宽，并不应小于,1.0m,，在有行车或其他要求时则应根据具体情况酌情确定。,闸墙底宽与墙高之比：,梯形断面,B,/,h,=0.7,1.3 (,B,为底板宽，,h,为墙高,),梯形断面,b,/,h,=0.5,0.8 (,b,为墙底宽,),衡重式,B,/,h,=0.5,0.7,，前趾长,.150.25,倍墙高,.,对于衡重式闸墙，一般在,(0.4,0.5),墙高处设置平台平台以上为梯形断面，平台以下设,4:1,5:1,的倒坡。,钢筋混凝土重力式结构,前趾长,0.10.3,倍墙高,;,后趾长,0.71.0,倍墙高,;,闸墙以下,Y,处厚度取,(0.160.22)y,钢筋混凝土重力式结构特点,:,能承受一定的拉应力,;,墙身断面经济,;,施工机械化程度高,;,主要依靠闸墙后趾上的回填土重来提高滑移稳定性,;,（）构造,在闸室底部中间，用纵缝将闸室分成对称的两半，缝中设止水。,（）悬臂式闸室的尺寸确定,：,闸墙顶部宽度一般为,0.4,0.6m,，底板中缝处的厚度应满足止水构造的要求，一般不小于,0.6m,。为确保安全，在中缝处设置两道止水为好。,2、悬臂式闸室的构造,（）,特点：,闸底不透水，闸底处只传递水平力，不传递弯矩和切力，底板如嵌固于闸墙上的地基梁。由于闸底纵缝的存在，不致因地基的不均匀沉降产生附加应力。底板的弯矩减少，闸室过水断面增大，改善了闸室停泊条件。,（）适用条件：,悬臂式结构适用于承载能力较低的地基，且闸室高度与闸室宽度之比较大（,0.5,）的情况，,3,、扶壁式闸室的构造,构造：由立板、肋板和底板组成，底板分趾板和内底板。闸室分段的端部一般均设肋板。立板、肋板和底板等的连接部位须设置斜托。,特点：依靠底板上的回填土重量来维持稳定，结构断面经济，地基反力小，但结构形态复杂，钢筋用量大，施工技术要求高。,闸墙尺度：,立板厚度一般不小于,30cm,；,肋板厚度不小于,30cm,；,顶宽不小于,0.8m,；,底宽与底板长度相同；,趾板前端厚度不小于,25cm,；,内底板厚度不小于,30cm,。,扶臂间距,2,4,、岩基上的闸室结构,衬砌式闸室结构,重力式闸室结构,混合式结构,当基岩顶面高程高于闸墙顶高程时，可采用衬砌式闸室结构；,基岩顶面高程较低时，可采用重力式闸室结构；,基岩顶面低于墙顶高程时，可采用混合式结构；,衬砌结构有,重力式衬砌和带锚筋的薄衬砌,当基岩质地松软、裂隙发育，或在衬砌墙后设置排水可能引起较大渗透水流冲蚀岩石而使衬砌承受较大的水压力时，宜采用重力式衬砌；,基岩质地较好、裂隙少，墙后又设有排水，并考虑锚筋能可靠地嵌固在基岩里，则可采用带锚筋的衬砌墙；,基岩坚硬，裂隙很少，岩面较高时，闸室也可直接由岩石开挖平整形成。,我国小型船闸，多采用砌石倒梯形重力式衬砌；中大型船闸则采用混凝土和钢筋混凝土衬砌。,（,1,）衬砌式闸墙的断面尺寸,衬砌式闸墙的断面尺寸，应由稳定和强度计算确定。,倒梯形混凝土砌底宽一般大于或等于,0.4m,，一般将衬砌底部嵌入基岩内不小于,0.5m,，对于较高的衬砌墙，或基岩质地较差者，其嵌入深度须加大，但一般不大于,1.5m,内边坡一般为,1:0.1,1:0.4,。,对于有锚筋的混凝土衬砌，墙高大于或等于,8.0m,时，底宽一般均大于,1.0m,（,2,）锚筋布置：,设有锚筋的衬砌墙，其断面厚度一般不小于,40cm,锚筋一般沿衬砌高度按等间距设置；,为方便施工，往往将锚筋布置成水平或与水平成不大的夹角；,锚筋的锚固深度一般为,1.0,2.0m,，埋入衬砌墙内至少为,30,倍锚筋直径；,基岩中的锚孔直径至少是锚筋直径的,3,倍。,（,3,）排水,裂隙比较发育时可以在衬砌墙后设排水。,一般将竖向及纵向排水管相连组成排水系,统，排水管的纵坡可取为,1/200,、,1/500,，排水管的直径不小于,2530cm,。,（,5,）板桩式闸墙,特点：依靠板桩入土部分的嵌固作用，通过土锚或锚锭结构把一部分荷载传至后方土体中来维持其稳定。,为改善板桩结构的工作条件与板桩的应力条件，减少板桩的厚度和入土深度，通常在闸室底部设置横向支撑。,板桩式闸墙系采用预制件，施工进度快，打入闸底以下的板桩可以增加闸墙的防渗长度，但需具备打桩设备，同时板桩之间的接缝要求密实，以防渗漏，造成填土的流失。,6,、整体式结构,型结构，工作状态如弹性地基上的型梁；,无需考虑闸墙的滑移稳定及闸室的渗流稳定问题。,地基反力比较均匀；,底板刚度大，能适应不均匀沉降；但若有不均匀沉降，会产生附加应力；,闸室底板所承受的弯矩较大，底板一般较厚，钢筋用量也较多。,适用于水头较大，船闸级别较高，抗震要求较高、地基较差或具有软弱夹层的情况。,整体式闸室结构的闸墙和底板的断面尺寸根据强度计算确定。闸墙顶的宽度一般可取为40cm,60cm,，闸墙底宽与底板厚度一般可取为,0.160.25H(H,为闸墙高,),。,7,、闸底设计,（,1,）护底,作用,:,分离式船闸，一般选用透水闸底。为防止由于闸室水位、流速的频繁变化而可能引起的冲刷、流土及管涌及被船舶螺旋浆、撑篙等造成闸底的破坏，因此必须加以保护。,护底的构造,透水闸底由护面及反滤层组成。,护面一般采用干砌块石，厚度一般为,2540cm,，在石料缺乏地区，也可采用混凝土板。,反滤层采用中石、小石、中粗砂构成。砂性地基反滤层多为,3-4,层；粘性地基多为,2-3,层。,地基为粉砂，反滤层采用,4,层：,19,40mm,中石子厚,20cm,；,2,10mm,小石子厚,20cm,；,中砂层厚,20cm,；,细砂层厚,20cm,。,闸底纵横格粱,为固定护面及反滤层各层间的相对位置，闸底,应须设置纵横格粱，纵横格梁控制的面积以,30m2,为宜，其断面尺寸不宜小于,40cm40cm,，格粱配置构造钢筋。如利用格梁起横撑作用，考虑其不均匀沉降和受力可能偏心，格梁应按钢筋混凝土构件设计。,),双铰式底板构造,双铰式底板是两边闸墙的前趾与底板以斜接或搭接组成两个假想铰，并在铰接处设止水以形成不透水的分离式结构。,中底板的厚度一般为闸室宽度的,1/121/8,；,中底板的宽度一般取闸室宽度的,3/54/5,。,（,2,）双铰式底板的构造,),双铰式底板闸室特点：,不透水,抗渗性能好，节省防渗设施；,闸墙与底板分别受力可减小底板中部的弯矩；,减小地基反力；,双铰底板使闸墙与底板共同工作，可降低对闸墙抗滑安全度的要求,造价比透水闸底式闸室节省,20,左右，比整体式闸室结构节省钢材、混凝土,),适用条件,在地基土质较差或防渗难以满足的细砂、粉砂、粉质土地区，可采用双铰式底板。,（,8,）闸室结构的其它构造要求,1,）闸墙的保护措施,可采,用提高闸墙表面的,平整度和强度,等措施。,墙面采用不低于,MU40,细料石砌筑，或采用不低于,C30,的混凝土抹面。运输繁忙的船闸，在最低通航水位以上的闸墙应采用钢护木或耐磨损材料护面,。,2,）胸墙,胸墙的高度一般为,0.91.2m,，厚度根据船舶撞击力而定，一般为,0.20.5m,。,3,）建筑物分缝,作用：防止混凝土收缩，温度变化和船闸纵向不均匀沉陷引起的附加应力，导致结构发生裂缝。,伸缩、沉降缝的间距可根据地基条件、结构型式及其尺寸、气温情况和施工条件等因素确定，一般为,1520m,。最小缝宽采用,l2cm,。,伸缩、沉降缝一般布置在结构型式改变处，如闸室和闸首、导航墙和闸首间；新旧建筑物之间；地基性质变化处或高程突变处。,4),伸缩、沉降缝一般做成垂直贯通的永久缝，缝内应设置垂直和水平止水。垂直止水布置在闸墙内，水平止水布置在闸底板内。,水平止水,垂直止水,闸室结构计算的任务,：,在各种计算荷载组合情况下，既要保证建筑物安全可靠，又要保证地基不发生破坏。,闸室结构验算内容,：,一般包括：抗滑、抗倾、抗浮稳定性验算；渗透稳定性验算；地基承载力、地基沉降计算；结构各部位强度和限裂验算等。,二、闸室结构的一般验算内容及方法,二、,闸室结构的一般验算内容及方法,1,、抗滑稳定验算,（,1,）土基上闸室结构的抗滑稳定性验算,土基上重力式、扶壁式闸室结构抗滑稳定性一般采用抗剪强度公式计算：,式中,k,c,土基抗滑稳定安全系数，根据建筑物,等级和荷载组合，按规范选用；,作用于墙体上全部荷载对滑动面法向投影的总和，,kN,；,:,作用于墙体上全部荷载对滑动面切向 投影的总和,:,抗滑摩擦系数,当粘性土地基的粘聚力不可略时，其沿闸室结构基底面的抗滑稳定性宜按下式计算：,（,6-36,）,结构与土基之间的内摩擦角（），,粘性土 ；,砂性土,为地基土壤的内摩擦角；,粘性土地基综合摩擦系数大于0.45或 砂性土地基综合摩擦系数,大于0.50时,及 值应进行讨论,综合摩擦系数：,提高闸室墙抗滑稳定性的措施,：,（,1,）在两侧闸墙之间的闸底处设置钢筋混凝土横撑或底板；,（,2,）在闸墙基底设置齿墙；降低墙后地下水位和填土高度；,（,3,）在基底更换摩擦系数较大的砂土（砂垫层）等。,（,4,）有横撑或底板的分离式闸墙抗滑稳定，可计入横撑或底板的部分作用，在闸墙与横撑或底板共同作用下，其安全系数应满足规范规定的要求。,（,2,）岩基上闸室结构的抗滑稳定验算,主要计算沿地基面的抗滑条件。两种方法：按抗剪强度计算公式和按抗剪断强度计算公式计算。,抗剪强度计算公式,式中,Kc,抗剪计算的抗滑稳定的安全系数，,按表取用；,f,墙体与地基接触面的抗剪摩擦系数可,由试验测定；无实测资料时，可参照,船闸设计规范选用；,（6-38）,抗剪断强度计算公式,认为闸墙与基岩胶结良好，滑动面上的阻力包括摩擦力和凝聚力。,（,6-39,）,式中,k,c,抗剪断计算的抗滑稳定安全系数，按,船闸设计规范规定取用；,墙体与地基接触面的抗剪断摩擦系,数，由试验测定；,墙体与地基接触面的抗剪断粘结力，,kPa,；,墙体与地基的接触面积，,m,2,。,2,、抗倾稳定性验算,闸室墙的抗倾稳定性按下式计算：,式中,k,0,抗倾稳定安全系数，,M,R,对计算截面前趾的稳定力矩之和，,kN,m,；，,包括浮托力产生的力矩,M,0,对计算截面前趾的倾覆力矩之和，,kN,m,。,包括渗透压力产生的力矩,（6-40）,3,、抗浮稳定性验算,当闸室采用不透水闸底时，须进行抗浮稳定验算。抗浮稳定按下式计算：,式中,:,k,f,抗浮稳定安全系数,;,建筑物级别：,1,、,2,，安全系数大于等于,1.1,；,建筑物级别：,3,、,4,、,5,，安全系数大于等于,1.05,；,V,向下的垂直力总和，,kN,；,U,扬压力总和，,kN,。,（6-41）,稳定安全系数表,表,6-5,稳定安,全系数,力的,组合,1,2,、,3,4,、,5,按抗剪,断公式,计算,(,岩基,),岩基,土基,岩基,土基,岩基,土基,抗,滑,基本,组合,1.1,1.4,1.05,1.3,1.05,1.2,3.0,1.05,1.3,1.0,1.2,1.0,1.1,2.5,特殊,组合,1.05,1.3,1.0,1.2,1.0,1.1,2.5,1.0,1.3,1.0,1.1,1.0,1.05,2.3,抗,倾,基本,组合,1.6,1.5,1.4,1.5,1.4,1.3,特殊,组合,1.5,1.4,1.3,1.4,1.4,1.2,地基,级别,4,、渗透稳定性验算,:,渗径系数法,5,、地基承载力验算,非粘性土地基上的小型工程可采用查表法,;,计算法,;,对于重要建筑物还应进行野外荷载试验。,(JTJ307-2001),推荐方法,(,附录,C),要求同学复习,土力学中地基承载力相关知识,矩,形基础：,k一般取23,地基容许承载力的安全系数可按下式计算,：,基底压力,在荷载作用下，闸室基底压力应该在地基土所容许的承载力之内。基底压力一般可用偏心受压公式进行计算,（6-43）,式中,N,作用在闸墙上外荷载的合力的,垂直分力，,kN,；,B,基础宽度，,m,；,e,合力对基础中心的偏心矩，,m,。,为防止闸墙产生过大的不均匀沉陷，应控制地基反力的不均匀性。通常在使用情况下,:,对砂性地基，要求地基反力的最大值与最小值之比应不大于,5;,对粘性地基，则应不大于,3,。,土基上的分离式闸墙结构，地基不得出现拉应力。岩基上的分离式闸墙结构，地基反力最小应力应大于零。,（,6,）沉降计算,(1),闸室结构沉降计算的目的,计算地基沉降量和沉降差，防止沉降量过多而引起的危害，并为确定闸室墙顶高程及止水构造和某些结构构造提供设计依据。,(2),地基沉降计算方法,通常根据地基各土层的标准压缩曲线（,e-p,曲线或,e-lgp,曲线），采用分层总和法进行计算。,式中,S,地基最终沉降量，,cm,；,h,i,第,i,层土的厚度，,cm,；,（,-38,）,e,1i,、,e,2i,分别为第,i,层土受到平均自重压,力（,ci,）和平均最终压力（,ci,zi,）作用下由,e p,曲线查得的相应孔隙比；,ci,第,i,层土顶面与底面的地基自重压力平,均值，,Kpa,；,zi,第,i,层土顶面与底面的地基垂直附加应,力平均值，,Kpa,；,m,s,经验修正系数，按地区经验选取。,(3),地基压缩层的计算深度,当地基某深度的附加应力,z,与自重应力,c,之比等于,0.2,时，该深度范围内的土层即为压缩层。在计算深度下有软弱土层时，应将计算深度加大。,7,、闸室强度计算和限裂验算,闸室强度包括,闸墙及底板强度,。,闸墙应力一般可采用,:,材料力学方法,;,有限元法,;,闸室底板一般视其结构型式,:,弹性地基梁方法,;,或,材料力学方法计算内力。根据计算所得内力即可进行结构强度分析及限裂验算。,三、分离式闸室结构计算,1,、重力式,重力式闸墙应进行地基承载力、整体稳定性、截面强度、土基渗透稳定性和地基沉降计算。,重力式闸墙应力：通常按材料力学方法计算；浆砌块石和混凝土重力式闸墙：应沿闸墙高度截取不同断面进行计算。其任一截面的主拉应力，均应小于或等于材料的抗拉应力。,钢筋混凝土重力墙及底板：其断面强度按钢筋混凝土偏心受压公式计算。,悬臂式结构的闸墙按嵌固于底板上的悬臂梁核算截面强度；悬臂式结构的底板和后悬臂可按嵌固于闸墙上的悬臂梁计算截面强度。,当闸室宽度较大时，此时地基反力可按两个有限刚度变断面弹性地基梁进行计算。,2,、悬臂式闸墙,悬臂式结构应进行地基承载力、抗浮稳定性、地基反力的不均匀性、截面强度、地基沉降计算。,闸室底板上的地基反力可按偏心受压公式计算，,最小应力应大于零。,反力比要求,：粘土地基,3,：,1,，砂土地基,5,：,1,；,图6-13 悬臂式结构荷载图式,作用在底板上的荷载,地基反力、底板自重、作用于底板上的扬压力及闸室水重外，尚应计入闸底和地基间的摩擦力和作用在底板中缝处的水平力,底板和地基之间的摩擦力,:,E,f,=,fV,（,6-45,）,式中,V,作用于整个闸室底板上的垂直,力的总和，,KN,；,f,底板与地基间的摩擦系数。,作用在底板中缝处水平力：,（,6-46,）,式中,作用于闸墙上水平力的总和，,kN,。,闸室中缝处的水平力分布尚无法确定，在核算底板截面强度时，从偏于安全出发可假定作用在底板中心线向上,1,4,底板厚度处。,3,、扶壁式,扶壁式结构计算内容包括：整体稳定性验算；地基承载力计算；渗透稳定性验算；地基沉降计算；立板、肋板和底板强度及限裂计算；肋板与立板、肋板与底板的连接强度计算。,扶壁结构各构件可分别按下列图式计算：,1,扶壁的立板、内底板在距立板与底板交线,1.5,l,（,l,为肋板间距）区段内，按三边固定一边简支的双向板计算，在,1.5,l,以外的区段按连续板计算；,2,肋板按固定在底板上的悬臂板计算；,3,趾板按固定在立板上的悬臂板计算；,4,肋板与立板、肋板与底板的连接按轴心受拉构件计算。,4,、衬砌式,（,1,）,衬砌式闸墙计算内容：,重力式衬砌式闸墙应进行整体稳定性验算；截面强度验算；,当闸墙内设置锚筋时，尚应进行锚筋计算。,（,2,）倒梯形衬砌墙整体抗滑稳定计算,方法一,：忽略斜坡面（,kc,）的作用，不考虑衬砌体斜坡部分下滑力的不利影响，假定衬砌体在荷载作用下沿衬砌的基底面（,dc,）滑动，此种计算法与重力式闸墙抗滑稳定计算一样。,方法二,：考虑斜坡面的作用，并计及衬砌体斜坡部分下滑力的不利影响，仍假定衬砌体在荷载作用下沿衬砌基底面（,dc,）滑动。,斜坡上的剩余下滑力为：,式中,f,摩擦系数；,衬砌斜面与水平面夹角。,将有关荷载分别合并后，按常规方法计算衬砌体沿基底的滑动稳定。,N,1,N,fN,N,1y,N,1,sin,（,6-41,）,N,1x,N,1,cos,（,3,）衬砌墙的断面强度核算有两种方法,1,）材料力学方法分层校核强度；,2,）将衬砌墙与基岩视作两种不同介质，考虑其弹性接触的特性，用弹性力学的有限单元法求得断面的应力值，据以核算断面强度并配置钢筋。,（）有锚筋的衬砌墙计算,把衬砌墙视为支承在按正方形或矩形布置的锚筋上的无梁楼盖或弹性支承上的多跨连续梁验算强度。,边长为,L,a,的正方形无梁楼盖板最大应力,max,发生在支点处，其值按下式计算：,式中,作用于正方形板中心处的水压力强度，,KPa,；,t,衬砌墙的计算厚度,m,，初步设计时,按,t,0.05L,a,0.2 m,估算；,锚筋间距，,m,。,（6-48）,锚筋计算：,1,）锚筋断面,：,（,6-49,）,式中,F,a,锚筋断面面积，,mm,2,；,锚筋容许拉应力，,MPa,；,Z,i,第,i,根锚筋所受的拉应力,N,；,2,）锚筋长度,：,（,6-50,）,m,安全系数，一般取,m=2.0,。,3,）锚孔深度,式中,Lc,锚孔深度，,mm,；,锚筋直径及锚孔直径，,mm,；,锚筋与水泥砂浆及水泥砂浆,与岩石间的极限粘结力，一般,取,Ra=0.60.8MPa,，,Rc=0.2,0.4MPa,，对大型工程应根据试,验选用；,（6-51）,5,、混合式,（,1,）混合式闸墙计算内容：,应满足整体抗倾稳定,;,将上部挡土墙和下部衬砌墙作为独立结构，分别进行稳定和强度验算,:,上部重力墙按一般的重力墙计算方法进行稳定和强度计算。,下部衬砌墙按一般的衬砌墙进行稳定和强度计算。,。,图6-16 混合式衬砌墙计算图式,1,）整体抗倾稳定计算假定：,上部重力墙和下部衬砌墙为一刚性整体；,不考虑后悬臂板与岩面水平反力的抗倾作用,）下部衬砌墙的计算,作用在衬砌墙上的荷载：,衬砌墙自重和墙后水压力外，还有由上部重力墙传来的垂直力和水平力。,上部重力墙作用在下部衬砌墙上的垂直力可按下式计算：,式中,作用于衬砌墙顶面的垂直力，,kN,；,b,衬砌墙顶宽，,m,；,重力墙基底面最大应力，,kPa,；,重力墙基底面,k,点处的应力，,kPa,。,（6-52）,上部重力墙作用于衬砌墙上的水平力可按式（,6-53,）计算：,式中,上部重力墙作用于衬砌墙上的水平力，,kN,；,作用于衬砌墙顶面正应力图形面积，,m,2,；,作用于基岩面正应力图形面积，,m,2,；,H,作用于重力墙的水平力总和，,kN,；,（6-53）,（,1,）,双铰底板计算假定,：一般采用地基反力折线分布假设计算，在铰接处只传递水平力和垂直力，不传递弯矩。,6,、双铰底板分离式闸室,a:,搭接式,b,：斜接式,图6-17 地基反力折线法计算图式,M,作用在闸墙段上所有荷载对铰点,的力矩总和（顺时针为正），,kNm,；,P,铰接处传递的垂直力，,kN,；根据中,间底板的平衡条件，,得,P,(,1,q)a,；,b,闸墙底板宽，,m,；,a,中底板半宽，,m,；,L,闸墙底板宽与中底板半宽之和；,（,2,）闸墙段的静力平衡条件,（,6-49,）,式中,q,作用在底板上的均布荷载（包括底板自重力，底板上的水重力，浮托力和渗透压力等，向上为正，分布长度为,2L,），,kN/m,；,V,作用在闸墙段上的向下的垂直力总和，,kN,；,注意：不包括底板重。,P,(,1,q)a,；,中间底板的平衡条件,（,3,）地基反力,当两边对称荷载作用时，从式（,6-54,）可得,式中,1,闸墙底板前趾处地基反力，,KN/m,2,；,2,闸墙底板后趾地基反力与前,趾的差值，,KN/m,2,。,（6-55）,（6-56）,（,4,）作用于双铰底板上的水平力,E,H,f,（,V,P,）（,6-57,）,式中,H,作用于闸墙上的水平力总和，,kN,；,V,作用于闸墙上的垂直力总和，,kN,；,f,闸墙与地基的摩擦系数；,P,铰传递的剪力，向上为正，,kN,。,水平力的作用点位置应考虑墙后边载和负摩擦力等因素影响，可取底板中心以下,1/6,1/4,底板厚度处。,四、整体式闸室计算,整体式闸室结构计算内容,验算抗浮稳定性，一般以闸室抽空检修作为控制情况；,对于地基有倾斜的软弱层面，或由于结构受力不对称，在某一侧出现临空面等，尚应验算其侧向抗滑稳定性。,地基承载力,结构截面强度验算，包括闸墙及底板的强度及限裂计算。,计算方法,整体式闸室的闸墙，按固定于底板上的悬臂梁计算内力。,整体式闸室底板通常简化为平面形变问题的地基梁计算。,1,、地基模型,常用的弹性地基模型有,（,1,）文克尔地基模型；,（,2,）半无限大的理想弹性体地基模型；,（,3,）有限压缩层地基模型；,（,1,）文克尔模型,文克尔地基模型计算假定,假定地基任一点所受的压力强度,P,只与该点的地基沉降,y,成正比，,P,ky,。,计算特点及适用条件,假设地基沉降只发生在基底范围以内，不能考虑边载对底板内力的影响，这与实际情况不符；基床系数,k,由于受试验条件的影响变化较大。,该法一般仅在地基可压缩层厚度小于,0.25L,（,l,闸底板半宽）的情况下采用。,（,2,）半无限理想弹性体模型,计算假定,假定地基为均匀的、各向同性的半无限理想弹性体，用弹性理论计算地基变形。,计算特点及适用条件,半无限弹性体计算模型用变形模量,E,0,和泊松比,0,来表征地基土壤的特性。,可以考虑地基各点的反力与沉降的相互影响，因此可以考虑边载的作用。,实际地基很少是均质的连续弹性体，只是在地基应力水平较低时，才能近似反映实际情况。,一般,当可压缩层厚度大于,3L,时,，可按半无限理想弹性体进行计算。,岩基上的底板可采用半无限理想弹性体地基假定计算。,（,3,）,有限深度的理想弹性体,计算假定及适用条件,有限深弹性体地基，用有限深弹性体假定计算。,一般认为当可压缩层厚度小于,3L,，而大于,0.,L,时，采用有限压缩层假定计算较为合适。,2,、弹性地基梁,计算方法链杆法、郭尔布诺夫波萨多夫方法（简称郭氏法）、有限元方法。,（,1,）链杆法,链杆法将底板与地基之间的接触代以,绝对刚性,的链杆连接，然后用结构力学方法求解链杆内力，即得地基反力。,图6-19 链杆法计算图式,计算图式,典型方程,由于结构对称，梁的中间截面不会转动，即转角,0,0,，根据每一链杆,切口处的相对位移为零的变位协调条件,及竖向静力平衡条件可列出下列法方程：,X,1,11,X,2,12,X,3,13,X,4,14,X,5,15,y,0,1p,0,X,1,21,X,2,22,X,3,23,X,4,24,X,5,25,y,0,2p,0,X,1,31,X,2,32,X,3,33,X,4,34,X,5,35,y,0,3p,0,X,1,41,X,2,42,X,3,43,X,4,44,X,5,45,y,0,4p,0,X,1,51,X,2,52,X,3,53,X,4,54,X,5,55,y,0,5p,0,X,1,X,2,X,3,X,4,X,5,+,V,=0,式中,：,X,k,k,链杆的内力；,y,0,闸室轴线处固定截面的位移；,kp,k,链杆切口处由于外荷载产生的相对变位；,V,作用于半梁上的垂直力总和；,ki,i,点处在单位力作用下使链杆,k,切口处产生的相,对 变位。由地基的弹性变形及梁的挠度组成。,(6-58),ki,由式（,6-59,）确定，即,式中,c,链杆间距；,F,ki,由,X,i,单位力在,X,k,方向上引起的地,基变位，可根据不同的地基模型,选用相应公式计算；,v,ki,由,X,i,单位力所引起的,K,链杆处梁,的挠度，可由结构力学方法求得；,E,0,、,E,分别为地基的变形模量及梁的弹,性模量；,分别为地基的泊松比及梁的泊松比。,（6-59）,悬臂梁挠度计算,在常截面梁情况下，只考虑弯矩项，采用图乘法,弹性半平面体沉陷公式,X,K 与 I之间的距离,C,链杆间距,梁上荷载产生挠度的影响：,边载影响,边荷载对链杆,k,处的相对变位的作用，仅使,k,处的地基产生沉降，,ks,SiFki,求解典型方程即可求得链杆内力,以向下为正，相对变位以向上为正,（,2,）郭氏法计算假定及计算原理,郭氏法假定地基为半无限的理想弹性体，并假定梁底的地基反力呈幂级数规律分布，然后根据,梁的静力平衡条件以及梁和地基的变形连续条件,求出幂级数中的待定常数，从而求得地基反力分布和地基梁的内力。,由材料力学知，梁的挠度v(x)，斜率,(x)，弯矩M(x)，剪力Q(x)和外力p(x)-q(x)有如下的微分关系：,得挠度微分方程：,假定基础梁与地基之间不出现拉力，两者保持接触，则基础梁挠度等于地基的沉陷，即：,上式为基础粱问题的连续方程。,引用无因次坐标 ，则有,（2）,（1）,（3）,挠度微分方程,平衡方程,边界条件,（弯矩及剪力,）,连续方程,（,4,）,基础梁的问题可简化为这样一个问题：,巳知函数 ，求解函数,使它们满足挠度微分方程，平衡积分方程，边界条件，沉陷积分方程，以及连续方程。,可行的办法是把 用级数表示：,将上式代入（,1,）、（,2,）、（,3,）、（,4,）式，两边幂次相同的项的系数对比，也可以得出若干个一次方程。联立求解这些一次方程，可以得出未知常数。,（,3,）两种方法比较,1,）链杆法可适用于文克尔地基模型、半无限大弹性体及有限压缩层等不同地基模型，并可考虑底板变刚度影响以及边载的作用，目前已编制有相应的计算程序，在工程上已得到广泛应用。,（,2,）郭氏法只适用半无限大弹性地基条件，并不能考虑底板变断面影响，但计算分析表明，忽略变刚度影响对闸室底板内力产生的误差是不大的，郭氏法有现成的表格可以查用，使用简便，在工程实践中得到广泛应用。,3,、边载的影响,（,1,）边载分布长度,根据回填土形状确定，其计算长度一般可取为底板半宽的,1,1.5,倍,（,2,）边载的分布形状,视回填土断面形状而定，一般取为三角形分布或矩形分布或梯形分布。,（,3,）边载作用弯矩折减,主要根据地基的性质及对底板强度的有利与否加以考虑。,一般认为，由边载产生的弯矩：,当使底板弯矩增加时，砂性地基可取,50,100%,，粘性地基可取,70,100%,；,当使底板弯矩减少时，砂性地基可取,30%,50%,，粘性地基可取,20%,30%,。,