闸墩及底板结构计算
闸室的结构计算常见问题
闸室的结构计算常见问题一、闸墩的结构计算闸墩的计算情况：1.运用期，两边闸门都关闭时，闸墩承受最大水头时的水压力、墩自重、上部结构重量。
平面闸门的闸墩应验算墩底应力、门槽应力；弧形闸门的闸墩验算墩底应力、牛腿强度、牛腿附近闸墩的拉应力。
2.检修期，一孔检修，上下游检修门关闭而邻孔过水或关闭时，闸墩承受侧向水压力、闸墩、上部结构的重力，应验算闸墩底部强度，弧形闸门的闸墩还应验算不对称状态时的应力。
（1）平面闸门闸墩应力计算①墩底水平截面上的正应力。
运用时期对墩底应力最不利，可将其视为固结于闸底板上的悬臂结构，按偏心受压公式2σ∑∑min max L I M A W I •±=计算应力。
②墩底水平面上剪应力的计算按bI QS I 1τ=。
③墩底水平截面上的横向正应力按2ΣΣσmin max B I M A W II ±=计算 ④边墩、缝墩墩底主拉应力计算。
当边墩和缝墩闸孔闸门关闭承受最大水头时，边墩和缝墩受力不对称，墩底受纵向剪力和扭矩的共同作用，可能产生较大的主拉应力。
⑤门槽应力计算。
门槽颈部因受闸门传来的水压力而可能受拉，应进行强度计算,以确定配筋量。
在门槽处截取脱离体，将闸墩及、上部结构重量、水压力、闸墩底面以上的正应力和剪应力等作为外荷载施加在脱离体上。
⑥闸墩配筋：因考虑混凝土的温度、收缩应力的影响，及为加强底板与闸墩间施工缝的连接而需配置构造钢筋。
底部钢筋应适当加密。
水平向分布钢筋沿闸墩表面布置。
闸墩的上下游端部自底至顶均布置构造钢筋，网状分布。
闸墩墩顶支承上部桥梁的部位，亦要布置构造钢筋网。
若闸门槽底部拉应力超过混凝土的允许拉应力时，则按全部拉应力由钢筋承担的原则进行配筋；否则配置构造钢筋，布置在门槽两侧，水平排列。
（2）弧形闸门闸墩。
弧形闸门关闭挡水时，牛腿在半扇弧形闸门水压力R 的法向分力N 和切向分力T 共同作用下工作，分力N 使牛腿弯曲和剪切，T 则使牛腿产生扭曲和剪切。
闸墩结构计算
7.10闸墩结构计算闸墩结构计算一般应该考虑两种工作情况。
闸墩每个高度的应力都不同，最危险的断面是闸墩与底板的接合面。
应以该接合面作为计算面，并把闸墩视为固支于底板的悬臂梁，近似用偏心受压公式计算应力。
首先是运用期，当闸门关闭挡水时，闸墩承受的最大上下游水位差的水压力，闸墩及其上部结构的重力，对于平面闸门，应计算闸墩底部正应力和门槽应力。
其次是检修期，当一孔检修，而邻孔关闭或照常开门泄流，此时闸墩承受测水压力，闸墩和上部结构的重力，这时应验算闸墩侧向受力情况下底部止应力，由于该泄水闸淹没下游检修闸门，故不作计算。
这里对设计洪水期进行计算 =19.50,=14.20H m H m 下上 1. 闸墩底面的正应力计算设计洪水期情况下闸墩底部荷载和力矩作用计算表 对闸墩底面形心求矩，以一联作为脱离体(单位t)对于单个中墩来说：837.08(t)4.0G ==∑,842.15 1.3273.70(t )4.0M m ⨯==∙∑，墩底截面对其形心轴的惯性距近似取：[]()3340.975 1.30.97518585.591212B L I m ⨯⨯⨯===B-闸墩的厚度，1.3m;L-闸墩顺水流方向的长度，18m 。
闸门关闭时，纵向计算的最不利条件是闸墩承受最大水位差所产生的水压力、闸墩自重及其上部结构等荷载，由《水工建筑物》式（6-35）2G M LA I σ∑∑=±⨯下上 G ∑-作用于闸墩的铅直力总和 A- 闸墩的底面积，近似矩形计算：21.318=23.4m A =⨯M ∑-作用于闸墩上的各个作用荷载对闸墩底中心的距837.08273.71835.77 4.2223.4585.592G M L A I σ∑∑=±⨯=±⨯=± 39.97(t /)(31.57(t /)m m ==上游）（下游）由计算结果可知，设计洪水情况下，沿水流方向的应力尽管比较大，但仍小于混凝土抗压强度/kN m （1029）且无拉应力出现，无须配筋，只按构造配筋。
闸中联底板稳定计算
驼房营闸中墩底板稳定计算一、建筑物等级3级地震设计烈度 8°二、计算情况1设计情况①建成无水②运行期:闸上游水深= 2.54m,闸下无水；2校核情况闸前3.4m水深+地震，闸下游无水；三、基本数据结构重要性系数γ0=0.9设计状况系数ψ：设计工况=1地震工况=0.85结构系数γd= 1.21闸门垂直水流方向宽度B=8.2m闸门顺水流方向长度L=11.5 2孔数N=2孔单宽b=3m3单位重钢筋混凝土r= 2.5t/m34砼与粉质粘土摩擦系数采用f=0.45抗滑安全系数:完建、设计情况K= 1.25，校核情况K= 1.1，K= 1.05 6地基允许承载力：［σ］=15t/m27地基应力不均匀系数：该地基土质属中等坚实,由规范取完建、设计情况η<2 8建筑物自重荷载分项系数不利时取 1.05，有利时取0.958建筑物可变荷载分项系数不利时取 1.29静水压力荷载分项系数取 1.010浮托力荷载分项系数取 1.0，渗透压力取 1.2地震作用的分项系数取 1.011检修桥板厚度=0.28m宽度=7.7m长度=8.20人群荷载=0.35t/m212闸墩高度 3.24m13边墩厚度0.7m断面面积=7.96m2个数=2 14中墩厚度0.8m断面面积= 3.55m2个数=1 15缝墩厚度0.9m断面面积=20.95m2个数=016底板厚度0.6m断面面积=7.17m217单个启闭机重Gq=6t18单个闸门重Gz=2t19排架立面断面面积= 1.65m2厚度=0.25m 20工作桥断面面积=0.35m2长度=8.2m 闸房柱1 断面面积(算结构自重)=0m2 楼面面积(算荷载)=0.00m2闸房柱2 断面面积(算结构自重)=0m2 楼面面积(算荷载)=0.00m2闸房柱3 断面面积(算结构自重)=0m2 楼面面积(算荷载)=0.00m2闸房柱4 断面面积(算结构自重)=0m2 楼面面积(算荷载)=0.00m2楼面均布活荷载标准值=0.20t/m2浮托力W1断面积=18.45m2渗透压力W2断面积=14.19m2渗透压力W3断面积=10.33m2注：工作桥及排架楼面活荷载均取0.2t/m2m闸门上游顺水流方向长度L=9.7 m(地震），地震情况η< 2.5m。
闸墩结构设计
闸墩结构设计 1. 闸墩应力计算 (1) 闸墩底面应力计算根据材料力学偏心受压计算公式，墩底纵向正应力为x J MAG xx∑∑±=max min σ73.64.0*8.06.0*14.32.1*2.2*22=++=A m 2 433m 33.2012)6*98.0(*2.112)98.0(==≈L B J x完建期：由于结构和结构荷载都是对称分布的，闸墩的纵向应力可认为是均匀分布的，则中墩所受荷载最大，以中墩为例计算墩底应力。
kN 56.1412287.195641.9854.751=++=∑G则中墩墩底应力86.20973.636.1412===∑AG σkPa 正常蓄水情况：∑=56.1412G kN 70.2732.6*81.9*3*5.02==∑H kN （→）∑=+=38.45111*70.2733*56.1412M kN*m将∑G 、∑M 向墩底形心转移，得∑=56.1412G kN∑∑∑=-=-=7.27356.1412*338.4511*0.3'G M M kN*m35.2233*33.207.27373.656.1412max =+=σkPa （下游）43.1963*33.207.27373.656.1412max=-=σkPa （上游）设计洪水情况：∑=56.1412G kN02.5812.6*81.9*17.2*5.02.6*81.9*88.4*5.022=-=∑H kN （→）m *kN 16.5312317.2*2.6*81.9*17.2*5.0388.4*2.6*81.9*88.4*5.03*56.141222=-+=∑M将∑G 、∑M 向墩底形心转移，得∑=56.1412G kN∑∑∑=-=-=48.107456.1412*316.5312*0.3'G M M kN*m74.2623*33.2048.107473.656.1412max =+=σkPa （下游）04.1573*33.2048.107473.656.1412max=-=σkPa （上游）三种情况下闸墩底部纵向正应力均无拉应力出现，且最大正应力为262.74kPa ，小于混凝土的抗压强度。
闸稳定及结构应力计算
工程名称： 工况：
闸室长度 闸室总宽 闸墩总厚 上游水位(内河） 28 25 5.00 闸基高程 底板高程 底板厚度 长度 14 0 启闭机房 公路桥 汽车荷载 闸墩b2 0 8 0 14 0 启闭机房 公路桥 汽车荷载 闸墩 b3 0 8 0 14 0 启闭机房 公路桥 汽车荷载 闸墩 b4 启闭机房 公路桥 汽车荷载 工作门槽 闸墩 b1 以下闸墩 14 0 10.77 0 1.5 0 14 0 0.0 0.0 5541.2 0.0 0 8 0
0 0 0 155153 0 0 0 0 116364 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1407 43612 480200 152512 0 -954638 508372 727031 40103 -327 35966 63. 14.00 28.00 28.00
1079.61 33.66 1094.75 34.14
σ
顶
σ
底
1183.2
-1927.4
2014-8-18
0.00 0.00 0.00 KN-m 弯矩 -32305 0 0 0 0 -43074 0 0 0 0 0 -32305 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 38788 0
0 0 0 51718 0 0 0 0 38788 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -21103 21103 0 -152512 0 0 127093 -3810
0 0 0 10.77 0 0 0 0 10.77 0 0 0 0
0 11.5 0 2 0 0 11.5 0 1.5 0 0 11.5 0
0 25 0 14 0 0 25 0 14 0 0 25 0
0.0 0.0 0.0 7388.2 0.0 0.0 0.0 0.0 5541.2 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
闸墩及底板结构计算
闸墩及底板结构计算⼯况：正常蓄⽔位+地震1、设计荷载计算闸室各部分荷载计算值（单位：kN ）2、不平衡剪⼒分配⼀般对应于底板部分承担不平衡剪⼒约为总不平衡剪⼒的10%，闸墩为90%。
底板分配的不平衡剪⼒为558.0kN每个中墩分配的不平衡剪⼒为945×90%×1.0/(2×1.0+2*1.2)=917.1kN每个边墩分配的不平衡剪⼒为945×90%×1.2/(2×1.0+2*1.2)=1100.6kN 3、底板荷载计算（1）上游段（长6.6m ，取板带宽1m 计算）①匀布荷载不平衡剪⼒产⽣的荷载为 6.00kN/m⽔重产⽣的荷载为21.00kN/m 平均渗透压⼒为9.34kN/m 底板重产⽣的荷载为#VALUE!q=21-1.01-9.34=10.64kN/m弹性地基梁荷载计算5580kN×10%==?1.146.65.94=??35.36.61455=+285.483.13=?1.146.62512以上除底板重外的匀布荷载总和为10.64kN②中墩上集中荷载计算不平衡剪⼒产⽣的荷载为138.96kN ⼯作门前上游段检修闸门及埋件、砼盖板、闸房及启闭机等共重为#REF!两个中墩承受2/3，两个边墩承受1/3（按桥跨跨长⽐例计算）。
上游每个中墩⾃重为1426/2=713kN.在闸墩宽度内没有⽔重,但在上述匀布荷载计算中,P1=#REF!③边墩上集中荷载计算不平衡剪⼒产⽣的荷载为166.75kN P2=#REF!（2）下游段（宽5.4m ，取板带宽1m 计算）①匀布荷载不平衡剪⼒产⽣的荷载为7.33kN/m ⽔重产⽣的荷载为0.0kN/m 平均渗透压⼒为6.87kN/m 底板重产⽣的荷载为16.05kN/mq=-1.24-6.87=-8.11kN/m以上除底板重外的匀布荷载总和为-8.11kN/m 根据《⽔闸设计规范》P217，当不计底板⾃重时作⽤在基底上的均布荷载为负值时应计及底板⾃重的影响，计及的百分数以使作⽤在基底⾯上的均布荷载值等于0为限底确定；则作⽤在基底上的均布荷载为0kN/m。
水闸闸室结构计算
水闸闸室结构计算在闸室布置和稳定分析之后，还需对闸室各部分构件进行计算，验算其强度，以便最后确定各构件的形式、尺寸及构造。
闸室是一个空间结构，受力比较复杂，可用三维弹性力学有限元法计算。
为了简化计算，一般分成胸墙、闸墩、底板、工作桥及交通桥等单独构件分别计算，同时又考虑相互之间的连接作用。
以下仅简要介绍闸墩、底板和胸墙的结构计算。
1闸墩闸墩结构计算的内容主要包括闸墩应力计算及平面闸门槽（或弧形闸门支座）的应力计算。
1. 平面闸门闸墩应力计算平面闸门闸墩的受力条件主要是偏心受压，可假定闸墩为固定于底板上的悬臂梁，其应力状况可采用材料力学的方法进行分析。
闸墩应力主要有纵向应力（顺水流方向）和横向应力（垂直水流方向）。
闸墩每个高程的应力都不同，最危险的断面是闸墩与底板的结合面，因此，应以该结合面作为计算面，并把闸墩视为固支于底板的悬臂梁，近似地用偏心受压公式计算应力。
当闸门关闭时，纵向计算的最不利条件是闸墩承受最大的上下游水位差时所产生的水压力（设计水位或校核水位）、闸墩自重以及上部结构等荷载（图7-48）。
在此情况下，可用式（7-40）验算闸墩底部上、下游处的铅直正应力σ，即 2x G M L A I σσ=∑∑上下 （7-40） 式中：G ∑为铅直方向作用力的总和；x M ∑为全部荷载对墩底截面中心轴x x -的力矩总和；A 为墩底截面面积；x I 为墩底截面对x x -轴的惯性矩，可近似取用()30.9812x I d L =，d 为闸墩厚度；L 为墩底长度。
图 7-48 闸墩结构计算示意图（第5版 图7-45 图名相同）1p 、2p —上、下游水平水压力；1G —闸墩自重；3p 、4p —闸墩两侧水平水压力；2G —工作桥重及闸门重；z F —交通桥上车辆刹车制动力；3G —交通桥重在水闸检修期间，当一孔检修（即上、下游检修闸门关闭而相邻闸孔过水）时，闸墩承受侧向水压力、闸墩自重及其上部结构重等荷载（图7-48），这是横向计算最不利的情况。
闸墩结构计算.
一.《水闸设计规范》规定：
（5）为减少水闸底板或闸墩的温度应力,宜采用防裂措施.
（6）闸室上部工作桥,检修便桥,交通桥以及两岸岸墙,翼墙等结构
应力,可根据各自的结构布置型式及支承情况采用结构力学方法进 行计算.
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闸墩结构计算
二、闸墩结构计算
1.平面闸门闸墩应力计算 （1）墩底水平截面上的正应力计算
扭矩Mn在A点（1／2墩长的边界处）产生的剪应力近似值τ 1：
1
Mn 0 .4 B 2 L
水压力P对水平截面的剪切作用，A点产生的剪应力近似值τ 2：
2
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3 P 2 BL
闸墩结构计算
二、闸墩结构计算
1.平面闸门闸墩应力计算 A点的主拉应力： （5）门槽应力计算
T0 A M I h 2
zl
2
1 2 4 1 2 2 2
（6）闸墩配筋 考底板与闸墩 间施工缝的连接，需配置构造钢筋。
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闸墩结构计算
二、闸墩结构计算
（6）闸墩配筋 闸墩的上下游端部（特别是上游端），容易受到飘流物的撞击，一 般自底至顶均布置构造钢筋，网状分布。 门槽配筋：门槽顶部为压应力，底部为拉应力。若拉应力超过混凝
安徽水利水电职业技术学院 杨凌职业技术学院
河北工程技术高等专科学校
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max
min
W M L A II 2
（2）墩底水平面上剪应力τ 的计算 （3）墩底水平截面上的横向正应力计算
max
min
QS1 IIb
W M B A I II 2
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1455 6.6 3.5 3
13.83 4.85 2
2512 6.6 14.1
21.00kN/m 9.34kN/m
#VALUE!
以上除 底 ②板中重墩 上 不集平中衡 剪力产
193 .5 138.96kN 6.6
工作门 前 两上个游中 墩 重承为受 1426/2
P1=
2840kN
4.65*16*25+ (0.5+1)*1/2
937kN
2.95*4.65*1*2*25
937kN
2.95*4.65*1*2*25
635
4.65*0.25*16*25
自启重闭
力渗透 压不力平 衡剪 2、
232kN 5580kN
不平 一般对
应 底于板底分 配 每的个不中
5580kN×10%=
649.84 2 3 1426 / 2 29.31 211.0
6.6 2
6.6
③边墩 上 不集平中衡 剪力产
232 . 2 6 .6
166.75kN
P2= 649.8413 1140/2 35.18210.8 6.62 6.6
（2） 下 ①游匀段布 荷 不载平衡 剪力产
94 .5 5.4 14 .1
-8.11kN/m
193 .5 ######### 5.4
#REF!
#REF! #REF!
1166/2 =583k
P1= 662.25 2 3 1166/ 2 35.83
5.4 2
5.4
#REF!
③边墩 上 不集平中衡 剪力产
232 .2 5.4
#########
P2= 222.5413 3187/2 17.17 6.42 6.4
#REF! 7.33kN/m
水重产 生 平的均荷渗 透压力 为 底板重 产生的 荷 q=载- 为 1.24以上除 底 根板据重《 水 应闸计设及 底 则板作自用 在 ②基中底墩 上 不集平中衡 剪力产
工作门 后 两下个游中 墩承受
8.89 4.85 2 2089
5.4 14 .1
0.0kN/m 6.87kN/m 16.05kN/m
h(m)
t
)
7.05
3
28000
1
采用
理正
0.35
备注 稳定计算表 5.66kN/m
8.11
0.75L 5.29m
P8 43kN
0.85L 5.99m
P9 33kN
0.95L 6.70m
P10 24kN
1.15L 8.11m
P11 10kN
4、 边荷 （1）
回 将填边土荷 载 L~转2L换 范 对围应的 分布边
#REF!
上游段
左右 岸
பைடு நூலகம்
（宽 0.1L=
土条中心距板 边距离
0.705m 0.05L 0.35m
荷载
P1 106kN
0.15L 1.06m
P2 99kN
填土容重 r=
0.25L
1.76m
P3 90kN
20 0.35L 2.47m
P4 80kN
kN/m3 0.45L 3.17m P5 71kN
0.55L 3.88m
P6 61kN
0.65L 4.58m
P7 52kN
4、回 填 由土闸侧墩 结构计
5、
柔度
t
3
E0
l
3
E h
式中
E0—地基 的Eh—变砼形弹
性l—模底板
计h—算底长板
L(m) 计E0(算N/高mm2 E(N/mm2)
弹性地基梁荷载计算
工
况 1、：
设计
闸室各
部分荷
工作门上游段
工作门下游段
名称
计算式
计算值
计算式
底板 自中重墩 自重 边墩 自重 闸墩 顶闸盖门
6.35*16*25+(0.5+1)*1/2*16*1*25 2.95*6.35*1*2*25 2.95*6.35*1*2*25 6.35*0.25*16*25
558.0kN
墩 每分个配边
3、 墩分配
底板 （1）
上 ①游匀段布
荷 不载平衡 剪力产
94.5 6.6 14.1
6.00kN/m
计算值
2160kN 685.875 685.875
465 70kN 200kN 217kN 4484kN
917.1kN 1100.6kN
水重产 生的荷
平均渗 透压力
底板重 产生的