大跨度预应力水闸底板设计
水闸底板结构计算.
底板结构计算
主 讲 人： 邓婷婷 山东水利职业学院
2015.04
底板结构计算
一.《水闸设计规范》规定：
（1）水闸结构应力分析应根据各分部结构布置型式,尺寸及受力条件等进
行.
（2）开敞式水闸闸室底板的应力分析可按下列方法选用： 1）土基上水闸闸室底板的应力分析可采用反力直线分布法或弹性地基梁法.
2）当采用弹性地基梁法分析水闸闸室底板应力时,应考虑可压缩土层厚度
与弹性地基梁半长之比值的影响. 3）岩基上水闸闸室底板的应力分析可按基床系数法计算. （4）当采用弹性地基梁法时,可不计闸室底板自重；但当作用在基底面上 的均布荷载为负值时,则仍应计及底板自重的影响,计及的百分数则以使作用 在基底面上的均布荷载值等于零为限度确定.
水工建筑物项目化实训包
底板结构计算
二、整体式平底板内力计算
按照不同的地基情况采用不同的底板应力计算方法。 （1）相对密度Dr＞0.5的砂土地基或粘性土地基,可采用弹性地基梁 法。 （2）相对密度Dr0.5的砂土地基，可以采用地基反力沿水流流向呈
直线分布、垂直水流流向为均匀分布的反力直线分布法。
（3）对小型水闸，则常采用倒置梁法。
底板结构计算
二、整体式平底板内力计算
（二） 反力直线法 该法假定地基反力在垂直水流方向也为均匀分布。其计算步骤是： （1）用偏心受压公式计算闸底纵向地基反力。
（2）确定单宽板条及墩条上的不平衡剪力。
（3）将不平衡剪力在闸墩和底板上进行分配。 （4）计算作用在底板梁上的荷载。
水工建筑物项目化实训包
底板结构计算
水工建筑物项目化实训包
底板结构计算
二、整体式平底板内力计算
按照不同的地基情况采用不同的底板应力计算方法。 （1）相对密度Dr＞0.5的砂土地基或粘性土地基,可采用弹性地基梁 法。 （2）相对密度Dr0.5的砂土地基，可以采用地基反力沿水流流向呈
水闸基础工程方案
水闸基础工程方案一、前言水闸是水利工程中的重要设施之一，具有调节水位、控制洪水、提高灌溉效率、改善航运条件等重要作用。
水闸基础工程是支撑水闸设施的重要部分，其设计和施工质量直接关系到水闸设施的安全可靠性和使用寿命。
因此，本文以某水闸基础工程为例，详细介绍水闸基础工程的设计和施工方案。
二、工程概况某水闸基础工程位于某省某市，主要用途是用于调节河流水位和控制洪水。
工程涉及的主要设施包括闸门、闸槽、水码头、导流堤、透水基等。
基础工程包括地基处理、基础平台、混凝土构筑物等。
工程总占地面积约为10000平方米，建筑总面积约为5000平方米。
在实施水闸基础工程时，需要考虑地质条件、水文条件、设计要求和施工工艺等多方面因素，力求达到设计要求。
三、地质勘察地质勘察是基础设计的第一步，对工程的安全性和稳定性起着决定性的作用。
地质勘察主要内容包括地形地貌、地层分布、地下水情况、地下建筑物分布等。
在本工程中，地质勘察结果显示，地下主要为砂土和粘土，地下水位较浅，属于半湿润地区。
地下无明显的活动断裂和滑坡等地质灾害。
根据地质勘察结果，设计人员进行了严谨的地质分析，制定了相应的设计方案。
四、基础设计1. 基础选型根据地质勘察结果和设计要求，本工程基础采用钢筋混凝土桩基。
桩基是由桩身、桩帽和基础底板组成，桩身采用PHC桩（预应力混凝土桩），桩帽和基础底板采用C35混凝土。
桩基优点是承载能力大，抗振性能好，适用于承受较大水压力的场所。
2. 基础布置基础布置方面，根据设计要求，将桩基按照设计要求进行密集布置。
在布置桩基时，考虑到基础底板的承载能力，根据不同部位的荷载情况进行了合理的布置。
通过合理布置桩基，可以有效分散水压，确保基础底板的稳定性和耐久性。
3. 基础施工工艺基础施工工艺主要包括桩基钻孔、钢筋安装、模板搭设、混凝土浇筑等。
在施工中，严格按照设计要求进行操作，确保基础结构的质量和强度。
在桩基钻孔时，采用先钻孔后灌浆的方法，确保桩身充实牢固。
水闸整体式平底板结构优化设计
Ｋ ｅ ｗｏ ｄ ｓｕｃ ｉｔｇａ ａ ｏ ｒ ｉｖ ￣ｅ ｅ ｍ ｔｏ ｅａｔｃｆｕ ｄ ｔｏ ｅ ｍ ｔｏ ｙ ｒ ｓ：ｌｉｅ；ｎｅ ｒｌ ｔ ｌｏ ；ｎ ｅ ｄｂ ａ ｍｅｈ ｄ；ｌｓｉ ｎ ａｉｎｂ ａ ｍｅｈ ｄ ｌ ｆ ｆ ｏ
在水利建设过程 中，软性地基上 的大中型水 闸一般 如果按 闸室 的结构形式 ， 又可将水 闸分为 ： 敞式 、 开 胸墙
第２ ９卷第 ９ 期
Ｖｏ －９ Ｎｏ９ Ｉ２ ．
企 业 技 术 开 发
ＴＥＣＨＮＯＬ０ＧＩ ＣＡＬ ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ ０Ｆ ＥＮＴＥＲＰＲＩ Ｅ Ｓ
２１ ００年 ５月
Ｍ ａ ．０１ ｖ２ ０
水 闸整体 式 平底板 结构优化设计
卢 文 海
（ 茂名 市水 利 水 电勘 测 设计 院 ， 东 茂 名 ５ ５ ０ ） 广 ２０ ０
塑性 开 展 区产 生 的影 响 。 平底 板 的受 力情 况 比较 复 杂 ， 目 前还 没 有精 确 的 理论 分 析 方法 来 进 行 计算 。对 于 底 板 的 受力 应 选择 符 合 实 际情 况 的应 力 分 析 方 法 ，再 进 行 适 当
闸室结构基本相同 ，为了能够减少 闸门和工作桥的高度 或者为了控制下泄过程 中的单宽流量 ， 而假设胸墙代替 了
将 闸 墩与 底 板连 结 成 一块 整 体 的平 底 板 。 由于整 体 式 平 式 和涵 洞式 三种 。 开 敞式 水 闸 的闸 门全开 的情 况 下 ， 在 过 底 板 的工 程量 能 占到 总工 程 量很 大 的一 部 分 ，因此 底 板
闸的水流通畅 ， 此种水 闸适用 于泄洪 、 冰及排漂浮物等 排
部分 闸门挡 水 。 潮 闸 、 水 闸和 泄水 闸 常采 用这 种形 式 。 挡 进
水闸设计方案说明
水闸设计方案说明水闸是一种用以调节水位的设施，广泛应用于灌溉、排水、防洪等领域。
在设计水闸方案时，需要考虑水体特性、工程需求以及环境等因素，以确保水闸能够安全、有效地工作。
首先，设计水闸需要考虑水体的特性，包括水位、流速、水质等。
这些参数将直接影响水闸的尺寸和阀门的设计。
通过水闸的开关，可以增加或减少水体通过的通道面积，从而达到调节水位的目的。
其次，设计水闸需要考虑工程需求。
比如，灌溉系统需要根据作物需水量来决定水位；防洪系统需要根据降雨情况来调节水位。
因此，设计中需要考虑水位调节的范围、调节的频率以及调节过程中的稳定性。
另外，设计水闸还需要考虑环境因素。
例如，水闸的位置是否对周围环境产生影响，水闸对生物的影响等。
在设计中，可以采用生态通道或鱼梯等措施，以减轻或避免对生物的危害。
在水闸的具体设计中，需考虑以下几个方面。
首先是结构设计。
水闸通常由水闸墙、围墙、底板和阀门组成。
水闸墙和围墙需要具备抗压强度和防水功能。
底板需要具备耐磨、耐腐蚀的特性。
阀门则需要具备耐压、密封性能好的特点，以确保阀门在调节水位过程中不会造成水的外溢或漏出。
其次是控制系统设计。
水闸的开闭需要通过控制系统来完成。
可以使用手动控制或自动控制的方式。
自动控制系统可以通过水位传感器或流量传感器来检测水位或流量，并通过电动机实现阀门的开闭。
在设计中需要考虑控制系统的可靠性和稳定性，以及应急控制措施。
最后是安全措施设计。
水闸的设计中需要考虑安全措施，包括防止溢流的措施、防止漏水的措施和人员安全措施。
例如，在设计中可以设置溢流沟，以防止溢流；可以使用密封材料，以防止漏水；可以设置防护栏杆和报警系统，以确保人员的安全。
综上所述，水闸设计方案需要考虑水体特性、工程需求和环境因素，通过结构设计、控制系统设计和安全措施设计，确保水闸能够安全、有效地工作，满足各项需求。
透水软基上大跨度闸室结构选型——走马塘江边枢纽船闸闸室大跨度结构设计探讨
１ 工程 概 况
闸室 方案 的选 择需 综合 考虑 工 程地 质条件 、 总布置 要求 、 闸室输 水 条件 、 防渗和抗 浮安全等 因素。 由于
闸室净宽较 大 ， 高 宽 比小 ， 常用 的钢 筋混 凝土单 铰或 双铰 悬臂式 结构 因 底板 悬臂及 偏心 距较 大 ，且 抗浮 难
河人 江 口处 ， 由节制 闸 、 船 闸和鱼 道
二） 和 撑锚 直 墙式 （ 方案三 ） 等三 种
结构 型式 。
３ 闸 室 结构 方 案设 计
三部分组成 ， 是水利结合航运 的通江 控制性枢纽建筑物 。 船 闸与节制闸分 开布置 ， 船闸按通行 １ ０ ０ ０ ｔ 标 准货船 设计 ， 闸室总长 ２ ４ ０ ｍ， 净宽 ２ ３ ｍ， 闸
厚 ０ ． ６ ２ ． ６ ｍ；底板 两端悬挑 ０ ． ８ ５ ｍ
抗 浮 。见 图 １ 。
以满 足要求 ， 不适 用 。经 仔细 筛选 ， 适合 本 工程 的有 ：钢 筋混凝 土整 体
坞式 （ 方案一 ） 、 空箱扶臂式 （ 方 案
工程 位 于张家 港市 境 内的七 干
３ ． １ 复 合 地 基 上 的 整 体 坞 式 结 构 方
案
建筑物。 针对松散粉砂土地基的特殊 地质条件 ， 本 文就其 中对投资影 响较 大的船闸 闸室结构 ， 通过多方案综 合 比选设计研究 ， 选择水泥搅拌桩 复合 地基上的大跨度整体坞式结 构 ， 经施 工实 践检 验 ，达 到 了设 计 预期 的效
的既 经 济 又 安 全 的 效 果 。 关 键 词 ：透 水软 基 ；大跨 度 ；大体 积 ；闸室 选 型 ；整体 结构 ； 沉降 ； 抗 裂
中图分类号 ： Ｔ Ｕ ６ ９ １
闸室底板布置—水闸设计规范
闸室底板布置——水闸设计规范闸室是水闸的主体部分。
开敞式水闸闸室由底板、闸墩、闸门、工作桥和交通桥等组成，有的还设有胸墙。
闸室的结构形式、布置和构造，应在保证稳定的前提下，尽量做到轻型化、整体性好、刚性大、布置匀称，并进行合理的分缝分块，使作用在地基单位面积上的荷载较小，较均匀，并能适应地基可能的沉降变形。
闸室结构有开敞式、胸墙式和涵洞式、双层式等。
对于闸槛高度较高、挡水高度较小的水闸，以及泄洪闸、分洪闸和有排冰、过木或通航要求的水闸均应采用开敞式结构。
对闸槛高度较低、挡水高度较大的水闸，可采用胸墙式结构或涵洞式结构；挡水水位高于池水运用水位或闸上水位变幅较大，且有限制过闸单宽流量要求的水闸，也可以采用胸墙式结构或涵洞式结构。
对要求面层泄流或底层泄流的水闸，可采用双层式结构。
按闸墩与底板的连接方式，闸底板可分为整体式和分离式两种。
按底板的结构形状可分为平底宽顶堰和低实用堰两种。
整体式底板当闸墩与底板浇筑成整体时，即为整体式底板。
它的优点是闸孔两侧闸墩之间不会产生过大的不均匀沉降，适用于地基承载力较差的土基。
底板顺水流方向的长度可根据闸室整体抗滑稳定和地基允许承载力为原则，同时满足上部结构布置要求。
初步拟定时，对砂砾石地基可取（～）H(H为上、下游最大水位差)；砂土和砂壤土地基，取～H；粘壤土地基，取( ～H；粘土地基，( ～H。
底板的厚度必须满足强度和刚度的要求，大中型水闸可取闸孔净宽的1/6～1/8，一般为～，最薄不小于，实际工程中有厚小型水闸。
一般选用C15或C20。
整体式底板（a）墩中分缝底板；（b）跨中分缝底板分离式底板底板仅有防冲、防渗和稳定的要求。
分离式底板一般适用于地基条件较好的砂土或岩石地基。
涵洞式水闸不宜采用分离式底板。
分离式底板。
水闸设计方案范文
水闸设计方案范文一、设计目标和背景水闸是一种控制水位、防洪、供水、排水等功能的水利工程设施。
其设计目标是为了解决水位控制、防洪和灌溉等问题，并且要考虑到经济性、安全性和可持续性等因素。
本文将提出一种水闸设计方案，旨在满足上述需求。
二、设计方案1.水闸类型选择根据具体需求和实际情况，选择适合的水闸类型。
常见的水闸类型包括重力坝水闸、门式水闸、弧形水闸等。
需要综合考虑河道特点、地质条件、工程投资和运维成本等因素，选择最合适的水闸类型。
2.主要结构设计（1）坝体结构：根据具体情况选择适合的坝型结构，如重力坝、拱坝等。
要考虑到坝体的稳定性、抗洪能力和工程施工的可行性。
（2）泄洪能力：根据防洪需要确定泄洪设计流量，并设计合适的泄洪通道和泄洪闸门。
要考虑到流量冲击、冲刷和泄洪产生的能量损失等问题。
（3）闸门控制：根据水位调节的需求，选择合适的闸门类型和数量。
如扬水闸门、双扇闸门、引桥闸门等。
要考虑到闸门的尺寸、材质和操作机制等因素。
（4）溢流能力：根据设计要求确定溢流能力和溢流通道的尺寸。
要考虑到溢流产生的能量损失、泥沙沉积和冲刷等问题。
（5）排泥排沙：设计合适的排泥排沙设施，保证水闸的正常运行。
可采用人工清理、自动清理和沉沙池等方式。
3.施工和运维水闸的施工和运维是整个设计方案的重要环节。
需要考虑到施工的可行性、安全性和成本效益，以及日常的运维管理。
可通过合理的施工序列和运维计划，保证水闸的正常运行和服务寿命。
4.环境和生态保护设计方案应考虑到对环境和生态系统的保护。
可采取适当的环境修复、河道生态恢复和鱼道通行等措施，减少水闸对生态环境的影响。
三、技术方案和关键技术1.精细勘测和地质调查：通过精确的勘测和调查，获得准确的地质和地貌数据，为设计提供可靠的基础信息。
2.三维模型设计：采用计算机辅助设计软件，建立水闸的三维模型，进行全方位、全过程的设计优化，提高设计效率和质量。
3.水工模型试验：在设计过程中进行水工模型试验，验证设计方案的合理性和可行性，并对设计参数进行优化调整。
复杂地基上水闸底板计算的混合解法
条和敦条上的力是不平衡的 ， 在敦 条和板条 的两侧 必然作 用
剪力。
３ 考虑边荷 载 的影响 。边荷 载是 指对 计算 闸底 两侧 的 ） 闸室或边敦 背后 回填 土及 暗 墙作 用 于计 算 闸段 上 的荷 载 。
图 ３ ｐ ｎ４ ｌ ｅ２单 元 几 何 图 ａ
图 ２ 水 闸 底 板 基 本 系
根据水 闸底板 和复杂地基的变形 协调及 静力平 衡条件 ， 可得到混合法典型工程 为 ：
图 ４ 复 杂 地 基 有 限 元模 型 图
典 型方 程的 求解
根据前 面所提 供 的方法 计算 得到 了水 闸底 板 的挠度 系 求解方程 （ ） １ 可得 出水 闸底 板和复杂地 基接触 面间的约 束力及基本系 的刚体位移 ， 最后根 据叠加原 理求 出底板 的位
２１ ０ １年 第 ３期 （ ３ 卷） 第 ９
黑
龙
江
水
利
科
技
Ｎｏ ３ ０ｌｌ ． ．２
Ｈ ｉ ｎｊ ｎ ｃ ｎｅａｄＴｃ ｎｌ ｙｏ ｔ ｏｓｒａｃ ｅｌ ｇｉ ｇＳ ｉ ｃ ｎ ｅｈ ｏ ｇ ｆ ｏ ａ ｅ ｏ Ｗａｅ Ｃ ｎｅｖｎｙ ｒ
（ ｏａ Ｎ ．９ Ｔ ｄｌ ｏ３ ）
况， 由于边荷载 使底板 内力增加 时 ， 须考虑 １０ 的影响 ， 必 ０％ 如 由于边荷载作用使底板 内力减小时 ， 则在 砂土地基 中 ５ ％ ０
的 影 响 ， 黏 土 地 基 中则 要 考 虑 影 响 。边 荷 载 影 响 范 围 的 确 在
结构 的沉陷系数 ， 用混 合法 求解 地基反 力后 ， 据 叠加原 理 根
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大跨度预应力水闸底板的设计
摘要：本文结合义泽河闸工程实例，介绍了大跨度水闸底板内力计算，并针对所采用预应力混凝土设计的重点与难点进行了详细阐述，为预应力混凝土在水工混凝土结构中的应用做了大胆的尝试，为今后类似工程设计提供了重要的参考。
关键词：预应力；大跨度；水闸底板；设计
0 引言
预应力混凝土是为了避免钢筋混凝土结构的裂缝过早出现，充分利用高强度钢筋及高强度混凝土，设法在混凝土结构或构件承受使用荷载前，通过施加外力，使得构件受到的拉应力减小，甚至处于压应力状态下的混凝土构件。
目前，预应力混凝土已广泛用于工业与民用建筑及交通建筑工程，例如预应力空心楼板、冂形屋面板、屋面大梁、预应力桥梁、铁路轨枕等已大量采用。
在水工建筑中也已逐渐用来修建码头、栈桥、桩、闸门、渡槽、圆形水池、公作桥等结构构件。
1 工程概况
盐东控制工程是灌河流域的末级控制工程，位于连云港市灌南县境内，是一项兼有挡潮、排涝、灌溉、防洪、航运等多功能综合利用的大型水利枢纽工程。
义泽河闸作为盐东控制枢纽的重要建筑物之一，主要有挡潮御卤、防洪、排涝降渍、蓄淡灌溉和通航等作用。
按照现行海堤达标要求,义泽河闸拆建工程建筑物级别为2级，设计排涝标准为十年一遇，设计排涝流量为291m3/s。
考虑到义泽
河闸闸室底板处地基情况较好，设计中突破常规，采用了大跨度整底板结构并配以预应力结构以减少工程投资并确保工程安全应用。
2 工程设计
2.1结构尺寸
新建义泽河闸闸室为开敞式平底板结构，共3孔，其中2边孔每孔净宽10.0m，中孔净宽16.0m，闸孔总净宽36.0m。
水闸边墩厚1.2m，中墩厚1.5m，底板厚2.2m，边墩外侧不设岸墙，边墩直接挡土。
闸室底板顶面高程▽-2.5m，为一块整底板结构，底板顺水流方向长17.0m，垂直水流方向总宽41.4m。
闸室上游侧（盐河侧）设公路桥，桥面高程11.0m，总宽10m。
闸顶设交通桥，交通桥荷载等级为公路－ⅱ级。
工程建筑物级别为2级，环境为三类，设计地震烈度为ⅵ度。
按照《水闸设计规范》规定“土基上分段长度不宜超过35m”，本设计中闸室底板长达41.4m，比规范规定超出了近20％。
因此，整个工程中底板的设计是一个重点与难点。
2.2底板结构内力计算
2.2.1计算方法
闸室底板结构内力采用弹性地基梁法计算，《河海大学水工结构有限元分析系统（autobank v4.0）》软件进行计算，共分五种工况（完建期、正向设计水位组合、反向设计水位组合、正向校核设计水位组合、反向校核水位组合），以工作门为界，分别对闸室上、下游两侧底板进行内力计算，计算分别取上、下游底板顺水流方向
1m单宽板条的横截面进行计算，底板计算断面简图下图。
图1 底板内力计算简图
2.2.2 地质参数
根据地质勘探资料，闸室底板以下土层为3、4层，土层各项参数见下表1。
表1 地质参数采用表
2.2.3底板内力计算
将底板所选取板条作为计算单元进行计算，由计算可知，边荷载使计算闸段底板内力增加，故边荷载考虑100% 影响。
通过计算，得出底板顶面和底面在各种工况下所受的最大弯矩。
计算结果见表2。
表2内力计算成果表
3 结构设计
根据内力计算结果，闸室底板计算内力由跨中下游正向校核工况弯矩2310kn·m控制，先按钢筋混凝土结构构件承载能力及正常使用极限状态计算，应配置单层25@75受拉钢筋或双层φ25@150受拉钢筋。
因底板较厚，面侧钢筋配置过于致密，钢筋用量太大且很难进行混凝土振捣密实，为此特引入部分预应力混凝土设计理念。
设计中考虑将底板面层钢筋设置为两层；外层配置一层25@100受
拉钢筋，主要为结构受力钢筋；内层配置一层预应力钢筋，主要作用为结构抗裂钢筋。
图2 底板配筋断面图
3.1材料参数
混凝土标号为c25，计算强度选取fc=12.5n/mm2，钢筋抗拉和抗压强度fy= fy`=310n/mm2。
预应力采用3股1×7-12.7-1860-gb/t 5224-2003低松弛钢绞线，间距为60cm，ap＝130mm，sp＝98.7mm2，fpyk＝1860n/mm2，fpy＝1260n/mm2，ep＝1.9×105n/mm2，锚具预应力设置采用部分预应力，张拉采用后张法，dbm13-3，钢制锥形锚，张拉控制应力为0.70fpk。
普通钢筋为25@100，fy＝310 n/mm2，es＝2.0×105n/mm2。
3.2普通钢筋承载能力计算
按照仅布置25@100，因，所以：。
大于规范值0.25mm（三类环境）。
由计算可知承载能力极限状态能满足规范要求，但抗裂不满足规范要求。
3.3预应力混凝土承载能力计算
将所配置的钢筋转为单位宽度来计算，即ap＝28÷17×3×98.7＝487.9mm2；as＝4908mm2，a’s＝2945mm2。
预应力损失计算：
张拉端锚具变形和钢筋内缩损失：
预应力钢筋的摩擦损失：
预应钢筋的应力松弛损失：
混凝土收缩和徐变损失：
混凝土的局部挤损失：
按《水工混凝土结构设计规范》8.1.6中规定，后张法预应力损失值不大于80n/mm2。
混凝土受压区的高度为：
，
小于规范值0.25mm（三类环境），满足设计要求。
4.结语
本工程已正式投入使用近两年，经受了高温与寒冬季节的考验，闸室底板未发现裂缝，证明预应力的设计是成功的。
结构自收缩产生次拉应力，是引起超长结构开裂的主要原因，如能在结构中施加预压应力，将能平衡或抵消部分收缩次拉应力，达到防裂抗裂的目的。
预应力混凝土抗裂性好、刚度大、节省材料、提高构件的抗剪能力、提高受压构件的稳定性、提高构件的耐疲劳性能等众多优点，必将为水利工程中一些大跨度、长高度等发挥更理要的作用。
参考文献：
[1]中华人民共和国水利部，《水工混凝土结构设计规范》（sl/t 191-96）；
[2]中华人民共和国水利部，《水闸设计规范》（sl 265-2001）。
注：文章内所有公式及图表请以pdf形式查看。