船闸毕业设计

1、1 目 录 摘要 前言 第一章设计资料3 1.1 淮安船闸资料：（原始资料）3 1.2 船闸资料分析与评述：5 第二章 船闸总体规划与布置6 2.1 船闸形式的选择6 2.2 确定船闸的平面尺寸及各部高程7 2.2.1 船闸的有效尺度设计7 2.2.2 门槛水深8 2.2.3 镇静段长度8 2.2.4 引航道的平面布置8 2.2.5 导航和靠船建筑物的布置9 2.2.6 船闸各部高程：10 2.3 计算船闸通过能力10 2.3.1 近期：11 2.3.2 远期：13 2.4 船闸耗水量的计算14 第三章船闸输水系统形式的选择和水力计算15 3.1 输水系统形式的选择15 3.2 消能工的选择:

2、15 3.3 输水系统水力计算16 3.3.1 环短廊道的布置16 3.3.2 局部阻力系数的计算17 3.3.3 水力特征曲线18 第四章.闸门和阀门的设计22 4.1 闸门形式的选择及尺寸的确定22 4.1.1 闸门形式的选择22 4.1.2 门扇基本尺度的确定：22 4.2 阀门及闸首形式的选择和尺寸的确定23 4.2.1 阀门形式的选择23 4.2.2 阀门尺寸的确定24 4.2.3 闸首尺寸的布置25 第五章 船闸结构初步设计26 5.1 重力式闸室结构初步设计26 5.1.1 重力式闸墙的布置26 5.1.2 结构的计算：28 5.2 少筋 l 式闸室结构设计38 5.2.1 少筋

3、 l 式布置38 2 5.2.2 墙前低水，墙后高水结构计算：39 5.2.3 检修情况结构计算47 5.3 闸墙配筋计算：58 小结 致谢 参考文献 3 第一章设计资料 1.1 淮安船闸资料：（原始资料） 1.1.1 兴建二线船闸的缘由： 京杭大运河苏北段经 58-81 年整治建设，已初具二级航道规模。其流域腹地资 源丰富，北部有徐州等煤炭基地，两岸是苏北、长江三角洲重要的商品粮产区，东南 部为苏南、上海，是我国重要的工业基地，但能源短缺。现在津浦铁路南段通过能力 已达到饱和状态，因此利用京杭大运河的水运优势，分流北煤南运任务，已成不能回 避的课题。 依 61 年京杭大运河续建工程计划任务规

4、定，徐州至扬州新增单向通过能力为两 千多万吨，就必须兴建第二线船闸，而目前，淮安一线船闸（20*230*5，设计能力达 到 2100 万吨）80 年过闸船舶吨位已达 1380 万吨，是苏北段十个梯级船闸中通过能力 和货流量最大的一个，而它的位置又位于大运河和淮河两大航道之间，一旦停航检修， 运输立即中断，对工农业及人民生活带来严重影响，为此兴建二线船闸已成为燃眉之 急。 1 1.1.2 地形 见淮安船闸闸址地形图 1.1.3 地质资料 见淮安船闸地基钻探土工试验设计资料采用表和地址资料说明 1.1.4 水文、气象资料 1、水文情况淮安船闸位于京杭大运河和苏北灌溉总渠交汇处的下游，灌溉总渠 负有

5、排泄淮河和洪泽湖洪水和灌溉、航运任务的渠道。 淮安船闸上下游均建有控制建筑物，在正常情况下，上下游水位受到人工控制。 （1） 、特征水位： 上游设计水位：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(淮安一线船闸设计低水位) 检修水位：上游 10m 下游 8.0m (2)、水位组合： 设计情况：上游：11.2m 下游：7.2m 校核情况：上游：11.2m 下游：6.8m 检修情况：上游： 10.0m 下游：8.0m 2、气象资料： 4 降雨量及气温资料，主要影响

6、施工期及其安排，影响通航期长短等，因施工设计 未安排，以及运河冰冻基本不影响通航，在此分析从略。 风力：冬天盛行东北风，夏天盛行东南风，最大风力设计为八级，校核 12 级。 1.1.5 经济资料： 1、航道等级： 闸室、闸首、闸门按级建筑物设计，导航建筑物、靠船建筑物按级建筑 物设计，临时建筑物级。 2、设计船型（见下表） 船型顶（拖）轮马力 长宽吃水 驳船 长宽吃水 船队 长宽吃水 资料来源 一顶+2*2000370 马力75*14*2.62.8185*14*2.62.8可行性研究 一顶+2*1000270 马力62*10.6*2.02.2151.5*10.6*2.02.6可行性研究 一拖+

7、4*500 27027.5*6.1*2.46 53*8.8*1.9239.5*8.88*2.46本省现状 一拖+12*100 25023*4.9*1.85 24.8*5.24*1.85321.2*5.2*1.85本省现状 一般船速 v=9.5 公里/小时 空载干舷高（最大）去 1.5 米 3 过闸货流及货流量 （1）货流向 85 年90 年 上行 （万吨） 下行 （万吨） 合计 （万吨） 上行 （万吨） 下行 （万吨） 合计 （万吨） 过闸 货源 3101770208037028303200 煤炭1450145023702370 （2）货运量： 近期：1200 万吨/年 远期： 2300 万吨

8、/年 4 通航情况 通航期 n=352 天/年，客轮及工作船闸次数 n。=6，船只载重量利用系数 =0.84；货运量不均匀系数 =1.30，船闸昼夜工作时间 t=21 小时。 1.1.6 建筑材料供应情况 水泥、砂、石料由附近地区水运直抵工地，钢材由南京、上海水运来，木材较缺， 需由福建、江西运来。供应有限。 1.1.7 交通情况： 水运方便，也有汽车通行。 1.1.8 劳动力情况： 工程由交通部门专业工程队承建，劳动力由周围地区名工解决，国家作适当补贴。 5 1.1.9 工程期限 自 83 年开始，至 86 年投产使用 1.1.10 地质资料说明： 淮安一线船闸以左 150 米左右布置有钻孔

9、，根据地质钻探资料得知，地基并无不良 地质构造情况，其地层分布近似水平，基土表层至水位 7.00 米以上为重土壤，厚约 1.53 米，其下水位 7.00 米水位 6.00 米为轻砂土壤，厚约 1.0 米；水位 6.00 米以下 为亚粘土，土壤物理性质见其表。 各种土壤的主要物理力学性质表各种土壤的主要物理力学性质表 （地基钻探土工试验设计资料采用表） 颗粒组成重量（%）容重土 壤 名 称 2- 0.05mm 沙粒 0.05- 0.005mm 粉粒 0.005m m 粘粒 天 然 土 r 干 土 r 比 重 g 内摩 擦角 （ 度） 含 水 量 w % 粘 结 力 渗透系 数 k （厘米/ 秒）

10、 重 壤 土 5524211.9 3 1.5 0 2.6 7 2328. 4 0.5 5 4.8e-06 轻 砂 壤 土 851051.9 5 1.5 2 2.6 7 27.528. 3 0.2 3 1.03e- 05 亚 粘 土 1533521.9 4 1.5 6 2.7 4 2624. 4 0.5 8 1.0e- 07e 1.2 船闸资料分析与评述： 1.2.1.地形资料分析地形资料分析： 筑物计有十余座。在灌溉总渠上有运东节制闸和运东船闸。修建二线船闸，闸室 位置的选择易于到达，但引航道的布置有一定困难，且对一线船闸在施工期间造成一 定的影响。 跨海公路桥跨过一线船闸上闸首，修建二线船闸

11、予淮安船闸枢纽的地形起伏不大， 陆上部分地势平缓，水下河道起伏不大。 淮安船闸是布置在已有的淮安水利枢纽之中。一线船闸和引江闸并列布置于运河 与灌溉总渠平面交叉口的下游。交叉口河系纵横，闸站等建以考虑，本船闸施工中， 要 拆迁房屋，使工程量增大。 1.2.2.地质资料分析地质资料分析 土壤的各种物理力学指标有实验得出。 土工试验设计资料采用表中的数据不全。 6 其中：孔隙比 1 )1 ( e r g w 孔隙率 )1 ( 1 w g r n 饱和度 e wg sr 塑性指数 l 液性指数 l 通过以上公式计算出的数据填入前面表 1-4 中 但是亲砂壤土的资料缺少试验数据；液限、塑限，无法计算塑

12、性指数和液性指数。 1.2.3 经济资料分析经济资料分析 （1）从货源，货流向资料分析知，是单向过流的倾向性很大。 （2）从 85 年 90 年的货流向资料分析知， 以下行为主。 （3）通航期很长，几乎全年均在运行。 1.2.4 建筑材料、交通、劳动力分析建筑材料、交通、劳动力分析 （1）建筑材料中，水泥、砂、石料叫便宜，而钢材、木材不方便运输，且价格昂 贵，最好少用。 （2） 交通方便，水运成网，陆路也能满足要求。 （3）劳动力供应充足，能满足施工是所需劳力。 1.2.5 工程期限要求分析工程期限要求分析 因本次只搞船闸结构与布置设计，在此从略。 第二章 船闸总体规划与布置 2.1 船闸形式

13、的选择 2.1.1 淮安船闸的设计水位差：11.2-7.2=4.0 米，水头较小，级数的选择宜考虑这个因 素。 1因已修建一线船闸，现在修建的是二线船闸，而一线船闸是单级船闸，最好现在 也选用单级船闸。 2单级船闸有以优点： （1）管理方便，通航保证率高，故障少。 （2）运行可靠，检修停航时间短，通过能力大。 （3）技术简单。 （4）占地少，减少开挖工程量。 7 （5）造价低，施工方便 缺点：船闸耗水量多 3综合考虑采用单级船闸。 下面就等宽船闸与广室船闸做比较 表 2-1 特点适用性 等宽 船闸 闸首口门宽度与闸室宽度相同，船舶进出方便，通过 船舶大小不一，用钢量少 适用性强，船型多样 广室

14、 船闸 闸首口门宽度小与闸室宽度，通过小型船舶，需横向 移动，使通过船舶操作复杂，延长过闸时间 适用于小型船舶，且 受地形条件限制 通过上面列表比较，再结合本地区域较窄，通过船型较大，且基于一线船闸是单级船 闸，今拟定采用等宽船闸。 2.2 确定船闸的平面尺寸及各部高程 船闸的有效长度、有效宽度和门槛最小水深，必须满足船舶安全进出闸和停泊的条 件，并应满足下列要求： （1） 船闸设计水平年内个阶段的通过能力满足过闸船舶总吨位数量和客货运量的要 求； （2） 满足设计船队，能一次过闸； （3） 满足现有运输船舶和其他船舶过闸的要求。 基于本航道等级是级，货运量远期为 2300 万吨，设计通航水位

15、 11.2 米来设计船 闸的平面尺寸。 2.2.1 船闸的有效尺度设计 1闸室有效长度及有效宽度 lx=lc+lf 式中：lx闸室有效长度 lc设计最大过闸船队（舶）的长度 lf富裕长度（米） ，视过闸船队（舶）类型不同而不同 （1） 一顶+2*2000 ： 长：185 米 宽：14 米 吃水深度：2.62.8 米 （2） 一顶+2*1000 长：151.5 米 宽：10.6 米 吃水深度：2.02.2 米 8 （3）一拖+4*500 长：53*2+27.5=133.5 米 宽：8.8*2=17.6 米 吃水深度：2.46 米 （4） 一拖+12*100 长：24.85*6+23=172.1

16、米 宽：5.24*2=10.48 米 吃水深度：1.85 米 长：24.85*4+23=122.4 米 宽：5.24*3=15.72 米 吃水深度：1.85 米 长：24.85*3+23=97.55 米 宽：5.24*4=20.96 米 吃水深度：1.85 米 综上所述 lc=185 米 bc=2.0.96 米 对于顶推船队： lf2+0.06*lc =13.1 米 lx=lc+lf=185+13.1=198.1 m 取 200 米 当bc10 米时，bf0.5+0.04bc=1.3 bx=bc+bf =20.96+1.3=22.26 米 根据规范 取 23 米 2.2.2 门槛水深 由吃水深

17、度来确定门槛水深，拟定 4 米，又由一线船闸水深是 5 米，基于此，确定 二线船闸的门槛水深是 5 米。 2.2.3 镇静段长度 船闸镇静段长度定为 10 米 闸室水域长度为 200+10=210 米 船闸的有效尺度为 200235 船闸最小断面系数年：=235.0/142.81.0=2.92.0n 满足要求 2.2.4 引航道的平面布置 引航道一般是由导航道、调顺段、停泊段、过渡段和制动段组成 布置形式图： （1） 引航道的长度 l1lc lc=185 米 取 l1为 200 米 9 l2=（1.52.0）lc=314.5 米 取 l2为 315 米 l3lc lc=185 米 取 l3为

18、200 米 l410b 为零 lc 为 2.54.5 去 为 3.5 4 l =3.5*185=647.5 米 4 l 总长为 1362.5 米 (2)引航道的宽度 引航道的宽度是指调顺段与停泊段的宽度 采用双线船闸共用引航道宽度 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 即为门槛水深 即 5 米 h/t=5/2.8=1.781.41.5 满足要求 2.2.5 导航和靠船建筑物的布置 （1）导航建筑物的布置： 主导航建筑物：位于进闸航线一侧引导船舶进闸的称为主导航建筑物，与闸首边 墩相连接。l1lc

19、取 l1=200 米 主导航建筑物末端应以半径不小于 0.2lc的曲线与岸相连。即： r0.2lc=0.2185=37 米 取 r=50 米 采用实体导航墙，通航船队中包括顶推船队，方便出闸船队仰头转为弯，导航建筑物 向后平移距离a， （0.15bca0.3bc, bc=20.8m 船队（舶）的最大宽度） a 取 4m 辅导航建筑物作用是在进闸船队从口门宽度渐变为引航道宽度行驶时为减少风浪 影响，起辅助导航作用。其在引航道轴线上的投影不小于（0.350.5）lc,l3=90m,从 闸首墙起的第一个曲率半径不小于（0.30.5）lc，取为 80m。 （2）靠船建筑物的布置 靠船建筑物是为了供进闸

20、船舶进闸前停泊系靠。长度采用一倍最大船队长， （有 拖带船队，顶推船队只需 2/3 倍） ，其末端宜用曲线与岸边相接曲率半径不小于 0.2lc,取 为 50m. 两线布置双向过闸建筑物。这是基于为了将来航运的发展，缩短过闸时间，增大 过闸能力。 10 2.2.6 船闸各部高程： 1.上闸首： 船闸闸门门顶高程=上游设计洪水位+超高=11.2+0.05=11.7m 墙顶高程=船闸闸门门顶高程+构造高=11.7+1=12.7m 门槛高程=上游设计最低通航水位-门槛水深=8.5-5=3.5m 2.闸室： 墙顶高程=最高通航水位+超高=11.2+1.5=12.7m 闸底高程=下闸首门槛高程 3 .下闸

21、首： 船闸闸门门顶高程=上游最高通航水位+超高=11.2+0.5=11.7m 墙顶高程=船闸闸门门顶高程+构造高=11.7+1=12.7m 门槛高程=下游最低通航水位-门槛水深=7.2-5=2.2m 4.引航道： 上引航道墙顶高程=上游最高通航水位+超高=11.2+0.5=11.7m 上引航道底高程=上游最低通航水位-上游引航道最小水深=8.5-5=3.5m 下引航道墙顶高程=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=2.2m 2.3 计算船闸通过能力 船闸通过能力：船闸一年通过船舶的总吨数 船闸过闸形式：单向过闸和双向

22、过闸 过闸时间：一个船舶（队）从上游经过船闸到达下游或从下游经过船闸到达上游，或 两个方向各通过一个或一系列船舶（队） ，一个船舶通过船闸所需要的时 间。 单向过闸：船舶（队）仅向一个方向连续通过船闸，成为单向过闸。 双向过闸：船舶（队）由两个方向轮流相间的交错过闸 由于上行和下行船舶（队）很难保证到达船闸的均匀性，在设计中一般采用船舶 （队）单向过闸与双向过闸的平均值来计算过闸次数，计算的过闸时间为 t=（t1+t2/2）/2 11 2.3.1 近期： 1、船队组合：两拖+12100（每个船队的 12 艘驳船均分两列，两个船队并排） g=212100=2400 吨 闸室有效长度 lx=200

23、m a、单向过闸： 船舶进出闸运行距离 进：l1=lx（1+1）=200（1+0.4）=280 m 出：l1=lx（1+1）=200（1+0.1）=220m b、双向过闸 船舶进出闸距离： l2=lx（1+2）+l1+l2=200（1+0.1）+200+300=702m 1 、1 、2 系数，1=0.4-0.5; 1=0.1-0.2, 20.10.2，低水头 船闸取小值，高水头取大值，因水头较小，系数均取小值。 l1、l2引航道第一、二段长度 船闸进出闸时间 a) 单向过闸： 进闸：t1=l1/v1=280/(0.560)=9.33min 出闸：t4=l1/v1=220/(0.760)=5.2

24、4min 拟订：t2=2min，t5=2min, t3=8min, t1启（闭）闸门时间 t2单向进闸时间 t3闸室灌（泄）水时间 t4单向出闸时间 t5船队进（出）闸间隔时间 t1= t1 +4t2+ 2t3+ t4 +2t5=9.33+42+28+5.24+22=42.57min b) 双向过闸 进闸：t1=l2/v2=702/(0.760)=16.71min 出闸：t4=l2/v2=702/(1.060)=11.7min t2/2= t1+2 t2+ t3+ t4+2 t5=43.91min 12 t=(t1+t2/2)/2=43.24min 2、船队组合如图：一拖+4500 （2一拖=

25、4500 不能作为控制情况，若为每队驳船分两列，两个队并排，宽度为 217.6=35.223，若每队驳船直线排列。两个队并排，长度为 239.5）230） g=4500=2000 lc=200m 进：l1=lx（1+1）=200（1+0.4）=280 m 出：l1=lx（1+1）=200（1+0.1）=220m l2=lc（1+2）+l1+l2=200（1+0.1）+200+300=702m t1=l1/v1=280/(0.560)=9.33min t4=l1/v1=220/(0.760)=5.24min t1=l2/v2=702/(0.760)=16.71min t4=l2/v2=702/(

26、1.060)=11.7min t5=0 t1= t1 +4t2+ 2t3+ t4 +2t5=9.33+42+28+5.24+0=38.57min t2/2=16.71+22+8+11.7+0=39.91min t=(t1+t2/2)/2=39.24min t=0.5(43.24+39.24)=41.24min g=(g1+g2)/2=0.5(2400+2000)=2200t n=6021/40.49=30.55 p=(n-n0)ng/ =(30.55-6) 22003520.84/1.30=1228 万吨1200 万吨 满足要求 其中： n：船闸每昼夜过闸次数，n=60/t, 为船闸每昼夜的平

27、均过闸时间，按前面 给出的值，取 21h，船队一次过闸的时间 t p:船闸年过闸货运量 n0:每昼夜非运货船过闸次数，取 6（已知） n:船闸年通航天数 g：一次过闸的平均吨位，即先求出各种不同组合的一次过闸的载重吨位，再求出平 均值即可 ：船舶装载系数，取 0.84（已知） 13 ：运量不均匀系数，一般在 1.31.5，取 1.3（已知） 2.3.2 远期： 两个顶+21000 g=221000=4000 lc=200m 进：l1=lc（1+1）=200（1+0.4）=280 m 出：l1=lc（1+1）=200（1+0.1）=220m l2=lc（1+2）+l1+l2=200（1+0.1）

28、+200+300=720m t1=l1/v1=280/(0.560)=9.33min t4=l1/v1=220/(0.760)=5.24min t1=l2/v2=702/(0.760)=16.71min t4=l2/v2=702/(1.060)=11.7min t5=2min t1= t1 +4t2+ 2t3+ t4 +2t5=9.33+42+28+5.24+22=42.57min t2/2=16.71+22+8+11.7+4=43.91min t=(t1+t2/2)/2=43.24min 2、 一顶+22000（若是 2一顶+22000，并排宽度为 214=2823，前后排则 长度 1852

29、210，均不满足） g=22000=4000t lc=200m 进：l1=lc（1+1）=200（1+0.4）=280 m 出：l1=lc（1+1）=200（1+0.1）=220m l2=lc（1+2）+l1+l2=200（1+0.1）+200+300=720m t1=l1/v1=280/(0.560)=9.33min t4=l1/v1=220/(0.760)=5.24min t1=l2/v2=702/(0.760)=16.71min t4=l2/v2=702/(1.060)=11.7min t5=2min t1= t1 +4t2+ 2t3+ t4 +2t5=9.33+42+28+5.24+2

30、2=42.57min 14 t2/2=16.71+22+8+11.7+4=43.91min t=(t1+t2/2)/2=43.24min g=(g1+g2)/2=0.5(4000+4000)=4000t n=6023/43.24=31.91（每天船闸工作时间增加为 23h） p=(n-n0)ng/ =(31.91-4) 40003540.84/1.30=2553.6 万吨2300 万吨 满足要求 （n0取 4，n 取为 354） 2.4 船闸耗水量的计算 船闸的耗水量是船闸的一项重要的经济技术指标，以通过每吨货的单位耗水量来计算， 包括过闸用水和闸、阀门漏水量部分。 单级船闸单向一次过闸用水量

31、为 =210234=19320 0 0 bchlcv bc：闸室有效宽度 lc：闸室水域长度 单级船闸双向一次过闸用水量为 v0=0.5 v0 过闸用水量取单、双向过闸的平均值，即 v=0.75 v0=14490m3 船闸一昼夜的过闸平均耗水量为 86400/75 . 0 01 nvq n=31.12 q1=0.7531.121932086400=5.22 闸、阀门漏水量: g=ue u: 1m 长止水线上的渗漏损失。h10，取 0.00150.002 e: 闸、阀门边沿止水的长度 u=0.002 e=8.33+142+9.53+142+342=113.4m g=113.40.002=0.27

32、m3 船闸的耗水量 q=q1+g=5.47m3 船舶每通过一吨货的耗水量： gt=qn86400/p=5.4735286400/12000000=13.86 吨 15 第三章船闸输水系统形式的选择和水力计算 3.1 输水系统形式的选择 船闸输水系统是完成闸室灌泄水的主要设备，它包括进水口，输水廊道及输水阀 门、出水口和消能设备等部分。输水系统是船闸的重要组成部分之一，直接关系到过 闸船舶的通过能力及船闸的工程投资。 输水系统包括集中输水系统和分散输水系统两大类型。 根据规范 水头差 h=4 米 t=8 分钟 =4.53.5htm/ 根据规范选择集中输水系统 3.2 消能工的选择: 最大平均流速

33、：vmmax 上闸首： _ )2( 1 2 max hst hlv c cm =210*2*4*1/(8*60*7) =0.5 m/s 下闸首： vmmax=1.8lch/(tsc) =1.8*210*4/(8*60*5) =0.63 m/s 查规范知，上闸首采用简单消能工，下闸首不用消能工，采用对冲消能。 上闸首现拟定选择消力槛式消能工 消力槛的作用主要是将底部较大的流速向上挑起，并利用撞击达到消能扩散的目 的。 16 另外除设置消力槛外还设置一道分水导墙 3.3 输水系统水力计算 3.3.1 环短廊道的布置 短廊道输水系统的特点是水流自上游经过两侧输水廊道流出，水流相互对冲，消 除部分能量

34、，从而使进入闸室的水流具有较好的水流条件。 廊道的进口淹没水深至少应大于 1.2vm2/2g，一般低于设计最低水位以下 0.51.0 米以上，以保证廊道进口顶部不产生负压，避免输水时吸入空气使进入闸室的水流掺 气，而加剧水流的紊乱。 h=1.2vm2/2g vm=4m/s h=0.98m 根据规范最小淹没水深取 1.5 米 阀门处面积 设 kv=0.7 )1 (1 2 2 v kgut hc w 其中 c=210*23 t=8min w=18.7 m2 输水廊道的面积为 w/2=9.3 m2 设计廊道尺寸为 33 m2 输水廊道为减少水流进口损失，廊道进口应修圆 查规范： 输水廊道修圆半径：

35、r进修=（0.10.15）b=（0.10.15）*3=0.30.45 取 0.4 输水廊道进口转弯中心线平均曲率半径： r进均（0.91.0）b=（0.91.0）*3=2.73.0 取 3.0 廊道内侧曲率半径（进口）： r内修0.15h=0.15*4=0.6 廊道出口转弯段的平均曲率半径： r进均（1.01.4）*b=(1.01.4)*3=3.04.2 取 4.2 廊道内侧曲率半径（出口）： 17 r出内修(0.20.25）h=0.81.0 取 0.9 廊道出口断面面积： w/出口=(1.21.6)*w/=10.714.3 取 12 尺寸为 4*3 廊道直线段长度： l=(1.32.5)b=

36、(1.32.5)*3=3.97.5 取 7 导航墙宽： b1=0.05b=0.15 m 3.3.2 局部阻力系数的计算局部阻力系数的计算 进口： (进口边缘微带圆弧形) 取 0.22525. 02 . 0 en 廊道进口转弯处: 对于矩形廊道: b/2r =3/(2*3.0)=0.5 上式中为 b 廊道宽度 r 为进口平均曲率半径 查规范 4 . 0 k 出口: 单支孔出水 多支孔出水 0 . 1 ex 9 . 07 . 0 ex 本设计为多支孔 取 0.9 出口转弯: 417 . 0 2 . 4*2 2/ )43( 2/ rb 查规范 27 . 0 k 摩阻: 廊道长 99.174)2 .

37、43(27l 75 . 0 )4*3/(3*3r61.7075 . 0 014 . 0 11 6/16/1 r n c 094 . 0 75 . 0 *61.70/99.8817 . 9 *2/2 22 rcgl f 18 圆锥形扩大: 9 2 1 r7 . 1 1 r12 2 2 r955 . 1 2 r 6 . 6 2 2 . 4*14 . 3 2 出均 r 由几何关系 求得 查表 k = 0.13 0 5 008 . 0 )1 ( 2 2 1 1 w w k0144 . 0 )1 ( 2 1 2 2 w w k 3.3.3 水力特征曲线 1.流量系数的计算 流量系数 cvnt /1 上式

38、中 -瞬时阀门开度 n 时的阀门局部阻力系数按教材 5-2 选用 vn -阀门井或门槽的损失系数,对平面阀门取=0.25,反弧阀门取=0 -总阻力系数及摩阻损失阻力系数要换算为阀门处阻力系数及乘以 c 2 )( i 48 . 1 ) 9 9 )(0144 . 0 008 . 0 (094 . 0 2/ )129( 9 27 . 0 ) 12 9 (9 . 0) 9 9 (4 . 0) 9 9 (*225 . 0 22222 c 2 . 02*1 . 0 (全开时) 为零 vn 77 . 0 48 . 1 2 . 00/1/1 cvnt 07 . 0 76 . 0 7 . 077 . 0 计 计

39、 表 3-1 时刻 t 020406080100120140160180200220240 阀门开度 n 00.050.10.150.20.250.30.350.40.450.50.550.6 阻力系数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 流量系数 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 时刻 t 260280300320340360380400420440460480 阀门开度 n

40、0.650.70.750.80.850.90.9511111 19 2.实际灌泄水时间计算 7.7 min )1 (1 8 . 9*218*76 . 0 423*210*4 )1 (1 2 4 vv kkguw hc t 3.水位差与时间关系 阀门开启过程中: 2 1 )2(cgthh mtii 上式中 -计算时段的平均流量系数 mt -计算时段取 1030 st -输水阀门处廊道断面面积 -计算闸室水域面积c 阀门全开时 dcgtdhh mtii 2 1 )22( d-阀门全开后惯性水头 表 3-2 时刻 t 020406080100120140160 时段末的水头 3.99 3.96 3.

41、90 3.82 3.72 3.59 3.44 3.27 3.07 时刻 t 180200220240260280300320 时段末的水头 2.85 2.62 2.37 2.11 1.84 1.57 1.30 1.05 时刻 t 340360380400420440460480 时段末的水头 0.81 0.60 0.42 0.27 0.16 0.07 0.02 0.01 4.闸室水位与时间关系 hh 2 . 11 表 3-3 时刻 t 020406080100120140160 闸室水位 7.21 7.24 7.30 7.38 7.48 7.61 7.76 7.93 8.13 时刻 t 180

42、200220240260280300320 闸室水位 8.35 8.58 8.83 9.09 9.36 9.63 9.90 10.15 时刻 t 340360380400420440460480 阻力系数 1.59 1.01 0.70 0.39 0.24 0.09 0.05 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 流量系数 0.55 0.61 0.65 0.70 0.72 0.75 0.76 0.77 0.77 0.77 0.77 0.77 20 闸室水位 10.39 10.60 10.78 10.93 11.04 11.13 11.18 11.19 5.流量与时间关系: )(2 t

43、ttt dhgq t v np t d d g l d* -时刻 t 流量系数 t -时刻 t 水位差 t h -时刻 t 惯性水头, 对集中输水系统可忽略不计 t d 6.能量与时间关系 ttt hqe81 . 9 7.比能与时间关系 t t pt e e -时刻 t 的闸室过水断面面积 t 8.闸室横断面面积与时间关系)2 . 2(23h t 表 3-4 流量流量能量能量比能比能闸室流速与时间关系闸室流速与时间关系 时刻 t 0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.0 0 120.0 0 140.0 0 160.0 0 流量 1.46 4.10 11.50 14.

44、50 22.99 26.90 34.33 38.47 45.18 能量 57.29 160.4446.4554.9862.4981.61209.1298.1447. 21 2 5 6 8 4 74 59 55 比能 0.35 0.96 2.66 3.27 5.01 5.61 6.78 7.12 7.74 闸室流 速 0.01 0.04 0.10 0.12 0.19 0.22 0.27 0.29 0.33 时刻 t 180.0 0 200.0 0 220.0 0 240.0 0 260.0 0 280.0 0 300.0 0 320.0 0 流量 49.08 54.86 57.96 62.26

45、63.67 65.50 64.31 62.85 能量 1478. 20 1535. 55 1488. 66 1446. 13 1315. 01 1179. 93 987.7 4 801.9 3 比能 7.70 7.78 7.33 6.91 6.11 5.32 4.34 3.43 闸室流 速 0.35 0.37 0.38 0.39 0.39 0.38 0.36 0.34 时刻 t 340.0 0 360.0 0 380.0 0 400.0 0 420.0 0 440.0 0 460.0 0 480.0 0 流量 58.57 53.76 46.92 39.81 32.02 24.24 16.45

46、8.66 能量 602.0 2 429.1 3 278.0 7 165.4 0 86.10 37.33 11.67 1.71 比能 2.52 1.76 1.12 0.66 0.34 0.15 0.05 0.01 闸室流 速 0.31 0.28 0.24 0.20 0.16 0.12 0.08 0.04 9.水利特征曲线 下图为流量系数水头闸室水位流量能量比能闸室流速闸室过水面积 与时间关系曲线绘于一图 灌水水利特征曲线 22 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 时刻t 20 60 100 140 180 220 260 300 340 380 420 4

47、60 流量系数 时段末的水头 闸室水位 流量 能量 比能 闸室流速 闸室过水面积 图 3-2 第四章.闸门和阀门的设计 4.1 闸门形式的选择及尺寸的确定 4.1.1 闸门形式的选择 拟选用人字闸门和三角闸门，现比较如下： 人字闸门： 优点： 耗用钢材少，造价小，运转可靠，启闭迅速，启闭力小通航净空不受限制。 缺点：不能承受双向水头，需设置保安装置，不能再有水运的情况下启闭，安装 精度高，支承部分易损，检修难，止水效能差，需在水下不停航检修。 三角闸门特点： 23 优点：承受双向水头，可在有水压的情况下启闭，可利用闸门本身进行输水， 多用在赶潮河段船闸上 缺点：闸门门扇结构及支承部件的材料用量

48、较多，闸首结构庞大，布置复杂； 工程造价高；闸门止水不严密，有时因门底漏水而引起闸门振动，闸门的安装精度要 求高。 本船闸仅承受单向水头，从经济上讲使用三角阀门不经济；从施工期长短来讲， 人字闸门更易于施工。 综合考虑采用人字闸门 4.1.2 门扇基本尺度的确定： 1.门扇长度：门扇的计算长度是门扇的支承面到两片门扇互相支承的血界面的建立。 其值由下式求得： cos2 2cb l k n 式中：-闸首边墩墙面间的口门宽度（米）; k b -由门扇的支垫座与枕垫座的支承面至门合龙外缘的距离，通常c ; k bc)07 . 0 05 . 0 ( -闸门关闭时门扇轴线的倾角，我国一般选用 0 5 .

49、 22 14 92 . 0 *2 23*06 . 0 *223 cos2 2 cb l k n 2.门扇厚度：门扇厚度是指主横梁中部高度，一般由门高、门宽、及荷载情况决定， 在初步设计中，常按选用。 n l ) 9 1 7 1 ( 取 1.6 米55 . 1 2) 9 1 7 1 ( n l 3.门扇高度：门扇高度时指闸门面板底至顶的距离，其值由下式决定： mhhh k 式中： -上游设计洪水位与下游最低通航水位之间的水位差；h -船闸的槛上水深； k h 24 -闸门面板定在上游设计洪水位以上的超高，一般取为（0.20.5）米 -闸门面板与门槛顶的高差，通常取 m=(0.150.25)米；当

50、闸门关闭，门底m 止水位于门槛侧面是取正值，在门槛顶面时负值。 上闸首： 3 . 8 2 . 04 . 0)5 . 32 . 7()2 . 7 2 . 11( mhhh k 下闸首： 6 . 9 2 . 04 . 0)2 . 22 . 7()2 . 7 2 . 11( mhhh k 4.2 阀门及闸首形式的选择和尺寸的确定 4.2.1 阀门形式的选择 拟定选用平面阀门与反向弧形门， 现比较如下： 1. 平面阀门： 门叶厚度小，门叶结构简单，门体刚度大，制造安装检修方便，适 宜在中小水头的船闸，是一种经济可靠的门型。 2. 反向弧形门： 启门力小，结构坚固，操作简便。使用可靠，防止水流渗气，避免

51、 气蚀，不需设置门槛，宜在中高水头船闸上采用 根据一般经验，优先采用平面阀门，且平面阀门适应这种低水头的船闸。 4.2.2 阀门尺寸的确定 1、门槽尺寸 门槽尺寸根据经验选取，宽度 w=1.0 m 深度 d0.6 m，w/d=1.67,在 矩形门槽宽深比的适合范围 w/d1.6 1.8 之间。 根据设计经验，门槽宽度较大，为 减小门槽处的空化程度，采用斜坡错距 式门槽。取 w0.06,即0.06 m， x/ =10,即 x0.6 m。 d=0.6m w=1.0mx=0.6m ?=0.06m 图 4-1 门槽倒坡示意图 25 2、底缘和止水布置 本船闸设计水头 4 米，属于低水头船闸，根据设计经

52、验，平面阀门顶止水 应设在上游面；底缘止水应布置在靠近门槽的上游端，上游面倾斜角度采用 50o，下游面倾斜角度采用 30o。两个方向的斜面可调节刀形止水线分离点的位 置，从而使收缩水流对门槽内水体的扰动较小，不易产生空化水流。 50 30 图 4-2 阀门底缘布置 为减小阀门的启闭力，顶止水设在上游面，使门井水位为下游水位，从而门顶 承受的水柱压力较小；为了避免阀门开启时门后产生的负压可能吸入大量空气， 采用封闭式阀门井， （1）s120 mm（选用 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.

53、3m 即 300 mm 3、阀门尺寸 宽：3.2m ，高：3.2 m ，厚：0.5 m 4.2.3 闸首尺寸的布置 1.门前断长度 l1 门前断长度 l1主要根据工作闸门形式，检修门尺度，门槽构造及检修要求 确定。 据我国经验一般取 1.0 米左右 2.门龛段长度 l2 26 对于人字闸门 cos2 )2 . 11 . 1 ( 2 db l c 式中 bc 闸首门宽度 d 门龛深度一般为门厚加 0.40.8 米 闸门于船闸横轴线的夹角，一般取 20022.50 15 5 . 22cos2 4 . 06 . 123 1 . 1 0 2 l 3. 闸门支持段长度 l3 按经验 l3取 8 m 闸首

54、长度 l=l1+l2+l3=1+15+824 米 闸首边墩厚度，一般根据门龛深度、廊道宽度、阀门井尺度等因素确定， 据已建船闸的统计，边墩厚度一般取为 23 倍廊道宽度 闸首边墩宽度取 8 米 第五章 船闸结构初步设计 拟采用分离式闸室的重力式和少筋 l 式，并对其进行对比，并使用 abaqus 软件对两种结构进行验算，并对结构尺寸进行优化设计。 5.1 重力式闸室结构初步设计 5.1.1 重力式闸墙的布置 (一)断面尺寸设计如图所示： 27 2 12.7 1.2 图 5-1 重力式闸墙断面图 其中，闸底版厚度取 0.10.15h(h=10.5 为墙顶到门槛的高度)，取闸底厚 1.0m，坡度取

55、 1：0.6，前趾为 1.5,后趾为 1.5. （二） 、墙后排水设施的选择 为了减少渗流水头和作用在墙后的水压力，在闸后填土里埋设排水暗管，采用 预制混凝土管，直径 32 厘米，管壁开直径 10mm 的小孔，小孔总面积为水管表 面积的 13，并在管外布置反滤层 排水暗管布置： 1、排水暗管起点布置在闸室的起点，高程为 8.8m，终点设在闸室的出口，高 程为 7.5m。 2、每隔 40m 设一个检查井， （标准要求为 25m50m） 3、排水暗管出口处设可控制的阀门，防止下游高水位时，水沿排水管进入墙后 土体中 （三） 、墙后回填土的选择 由地基资料可知，重壤土和轻砂壤土的厚度都比较小，且开挖

56、后要压在土堆 下面，从实际工厂施工角度考虑，可全采用亚粘土进行回填。 （四）控制情况： 运用时墙前低水，墙后可能的高水，检修时闸室内无水，而墙后高水，及施工 时由于施工进度较快，当墙体已修筑到顶，而土体未来得及回填时。 28 5.1.2 结构的计算： （1） 、土压力计算理论：库仑定理 主动土压力 pa=0.5rh2cos2(-)/cos2cos(+)1+ )cos(/ )cos(/ )sin()sin( r:填土的重度 ：内摩擦角 ：墙背与铅垂线的夹角，以铅垂线为准，顺时针为负（仰斜） ，逆时针为正 （俯斜） ：墙背与土的夹角，俯斜的混凝土或砌体墙 =/22/3 ：填土表面与水平面所成夹角

57、ka:主动土压力系数 （2） 、等代内摩擦角：（适当增大内摩擦角以反映内聚力对土压力的影响） d=arctan(+c/(r) d : 等代内摩擦角 : 填土的内摩擦角 c: 填土内聚力 ：填土的承载力 d= arctan（26/1803.14+0.58/（1.943.0） ）=29 （2） 、对于闸墙 垂线与墙背的夹角为 =arctan(0.6/1)=31 =/22/3=15.5 19.3取 =19 =0 主动土压力系数 ka=0.646 kax=kacos(+)=0.646cos(31+19)0.415 kay=kasin(+)/tan=0.825 顶部土压力计算：a=0, =0, =19

58、29 ka=0.313 则墙后土压力的计算： ea 上=0 ea 下=0.31319.41=6.07kpa eb 上=0.64619.41=12.5kpa eb 下=0.64619.4（12.7-8.8-1）+12.5=48.9 kpa ec 上=48.9kpa ec 下=48.9+0.4159.9（8.8-2.2）=91.6 kpa ed 上=0.313（19.4（12.7-8.8）+9.96.6）=44.1 kpa ed 下=44.1+0.3131.29.9=47.2 kpa 墙后土压力分布如图所示： 图 5-2 土重： 30 图 5-3 （运用时最不利情况为墙前为最低通航水位，墙后为该情

59、况下可能的最高水位， 。 饱和重度 sat=w(gs+e)/(1+e)=(2.74+0.757) 10/1.757=19.9 w=19.9-10=9.9kn/m3) 扬压力： 总渗透力74.259 . 9*)5 . 78 . 8(*10*4 . 0* 2 1 2 1 1 bhbvs 浮托力 7 . 6239 . 9*)2 . 15 . 7(*10hb 活荷载： 船舶撞击力：撞击力的方向垂直于建筑物表面并在长度方向上分布：分布长度 为 2/3y，y 最不利组合(强前低水,墙后高水组合计算情况) 表 5-1 荷 载 竖直向 上 （kn ） 竖直向 下 （kn ） 水平向 右 （kn ） 水平向 左

60、 （kn ） 力臂 （m） 顺时针 （knm） 逆时针 （knm） g128.82.160.48 g2273.62.1574.56 g3649.84.62989.1 g437.50.7528.125 g5172.54.95853.9 结 构 自 重 g637.59.15343.1 31 f1140.452.8393.26水 压 力 f2217.83.2696.96 水 重 墙前79.50.7559.6 系 船 力 (2000t) 15071050 土 重 305.559.152795.78 eax3.30510.8332.9 ebx89.0338.8780 ecx463.654.01854.6