船闸毕业设计

1、1目 录摘要前言第一章设计资料31.1 淮安船闸资料：（原始资料）31.2 船闸资料分析与评述：5第二章 船闸总体规划与布置62.1 船闸形式的选择62.2 确定船闸的平面尺寸及各部高程72.2.1 船闸的有效尺度设计72.2.2 门槛水深82.2.3 镇静段长度82.2.4 引航道的平面布置82.2.5 导航和靠船建筑物的布置92.2.6 船闸各部高程：102.3 计算船闸通过能力102.3.1 近期：112.3.2 远期：132.4 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153.1 输水系统形式的选择153.2 消能工的选择:153.3 输水系统水力计算163.3.1

2、环短廊道的布置163.3.2 局部阻力系数的计算173.3.3 水力特征曲线18第四章.闸门和阀门的设计224.1 闸门形式的选择及尺寸的确定224.1.1 闸门形式的选择224.1.2 门扇基本尺度的确定：224.2 阀门及闸首形式的选择和尺寸的确定234.2.1 阀门形式的选择234.2.2 阀门尺寸的确定244.2.3 闸首尺寸的布置25第五章 船闸结构初步设计265.1 重力式闸室结构初步设计265.1.1 重力式闸墙的布置265.1.2 结构的计算：285.2 少筋 l 式闸室结构设计385.2.1 少筋 l 式布置3825.2.2 墙前低水，墙后高水结构计算：395.2.3 检修情

3、况结构计算475.3 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

4、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

5、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。

6、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+4*50027027.5*6.1*2.4653*8.8*1.9239.5*8.88*2.46本省现状一拖+12*10025023*4.9*1.8524.8*5.24*1.85321.2*5.2*1.8

7、5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/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

8、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。51.1.9 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，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

9、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0.005mm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）重壤土5524211.931.502.672328.40.554.8e-06轻砂壤土851051.951.522.6727.528.30.231.03e-05亚粘土1533521.941.562.742624.40.581.0e-07e1.2 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

10、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 (ergw 孔隙率 )1 (1wgrn 饱和度 ewgsr 塑性指数 l 液性指数 l通过

11、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

12、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

13、小不一，用钢量少适用性强，船型多样广室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，

14、设计通航水位 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 米 宽：5.24*2=10.

15、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 由吃水深度来确定门槛水深，拟定 4 米，又由一线船闸

16、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 200 米 l410b 为零lc 为 2.54.5 去 为 3

17、.54l=3.5*185=647.5 米4l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 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

18、=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

19、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。102.2.6 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=3.5m2.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

20、高程=下游最低通航水位-门槛水深=7.2-5=2.2m4.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=2.2m2.3 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

21、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）/2112.3.1 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=200ma、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）=220mb、双向过闸船舶进出闸距离：l2=l

22、x（1+2）+l1+l2=200（1+0.1）+200+300=702m1 、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)=5.24min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 +2

23、t5=9.33+42+28+5.24+22=42.57minb) 双向过闸进闸：t1=l2/v2=702/(0.760)=16.71min出闸：t4=l2/v2=702/(1.060)=11.7mint2/2= t1+2 t2+ t3+ t4+2 t5=43.91min12t=(t1+t2/2)/2=43.24min2、船队组合如图：一拖+4500（2一拖=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=2000lc=200m进：l1=lx（1+1）=200（1+0.4）=28

24、0 m出：l1=lx（1+1）=200（1+0.1）=220ml2=lc（1+2）+l1+l2=200（1+0.1）+200+300=702mt1=l1/v1=280/(0.560)=9.33mint4=l1/v1=220/(0.760)=5.24mint1=l2/v2=702/(0.760)=16.71mint4=l2/v2=702/(1.060)=11.7mint5=0t1= t1 +4t2+ 2t3+ t4 +2t5=9.33+42+28+5.24+0=38.57mint2/2=16.71+22+8+11.7+0=39.91mint=(t1+t2/2)/2=39.24mint=0.5(4

25、3.24+39.24)=41.24ming=(g1+g2)/2=0.5(2400+2000)=2200tn=6021/40.49=30.55p=(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, 为船闸每昼夜的平均过闸时间，按前面给出的值，取 21h，船队一次过闸的时间 tp: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

26、，一般在 1.31.5，取 1.3（已知）2.3.2 远期：两个顶+21000g=221000=4000lc=200m进：l1=lc（1+1）=200（1+0.4）=280 m出：l1=lc（1+1）=200（1+0.1）=220ml2=lc（1+2）+l1+l2=200（1+0.1）+200+300=720mt1=l1/v1=280/(0.560)=9.33mint4=l1/v1=220/(0.760)=5.24mint1=l2/v2=702/(0.760)=16.71mint4=l2/v2=702/(1.060)=11.7mint5=2mint1= t1 +4t2+ 2t3+ t4 +2t

27、5=9.33+42+28+5.24+22=42.57mint2/2=16.71+22+8+11.7+4=43.91mint=(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 1852210，均不满足）g=22000=4000tlc=200m进：l1=lc（1+1）=200（1+0.4）=280 m出：l1=lc（1+1）=200（1+0.1）=220ml2=lc（1+2）+l1+l2=200（1+0.1）+200+300=720mt1=l1/v1=280/(0.560)=9.33mint4=l1/v1=220

28、/(0.760)=5.24mint1=l2/v2=702/(0.760)=16.71mint4=l2/v2=702/(1.060)=11.7mint5=2mint1= t1 +4t2+ 2t3+ t4 +2t5=9.33+42+28+5.24+22=42.57min14t2/2=16.71+22+8+11.7+4=43.91mint=(t1+t2/2)/2=43.24ming=(g1+g2)/2=0.5(4000+4000)=4000tn=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.

29、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为=210234=1932000bchlcv 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. 001nvq n=31.12q1=0.7531.121932086400=5.22闸、阀门漏水量:g=ueu: 1m 长止水线上的

30、渗漏损失。h10，取 0.00150.002e: 闸、阀门边沿止水的长度u=0.002e=8.33+142+9.53+142+342=113.4mg=113.40.002=0.27m3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

31、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：vmmax上闸首： _)2(12maxhsthlvccm =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

32、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，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 22vkguthcw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

33、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： 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/=10.71

34、4.3 取 12 尺寸为 4*3廊道直线段长度： l=(1.32.5)b=(1.32.5)*3=3.97.5 取 7导航墙宽： b1=0.05b=0.15 m3.3.2 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 . 0en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 . 0k 出口:单支孔出水 多支孔出水 0 . 1ex9 . 07 . 0ex本设计为多支孔 取 0.9 出口转弯: 417. 02 . 4*22/ )43(2/rb查规范 27. 0k 摩阻:廊

35、道长 99.174)2 . 43(27l 75. 0)4*3/(3*3r61.7075. 0014. 0116/16/1rnc094. 075. 0*61.70/99.8817. 9*2/222rcglf18 圆锥形扩大: 921r7 . 11r1222r955. 12r 6 . 622 . 4*14. 32出均r由几何关系 求得 查表 k = 0.1305 008. 0)1 (2211wwk0144. 0)1 (2122wwk3.3.3 水力特征曲线1.流量系数的计算 流量系数 cvnt /1上式中 -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,

36、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c2)(i48. 1)99)(0144. 0008. 0(094. 02/ )129(927. 0)129(9 . 0)99(4 . 0)99(*225. 022222c2 . 02*1 . 0(全开时) 为零vn77. 048. 12 . 00/1/1cvnt07. 076. 07 . 077. 0计计表 3-1时刻 t020406080100120140160180200220240阀门开度 n00.050.10.150.20.250.30.350.40.450.50.550.6阻力系数1191

37、6.80 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 t260280300320340360380400420440460480阀门开度 n0.650.70.750.80.850.90.9511111192.实际灌泄水时间计算7.7 min)1 (1 8 . 9*218*76. 0423*210*4)1 (1 24vvkkguwhct3.水位差与时间关系阀

38、门开启过程中: 21)2(cgthhmtii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 dcgtdhhmtii21)22( d-阀门全开后惯性水头表 3-2时刻 t020406080100120140160时段末的水头3.99 3.96 3.90 3.82 3.72 3.59 3.44 3.27 3.07 时刻 t180200220240260280300320时段末的水头2.85 2.62 2.37 2.11 1.84 1.57 1.30 1.05 时刻 t340360380400420440460480时段末

39、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 hh2 .11表 3-3时刻 t020406080100120140160闸室水位7.21 7.24 7.30 7.38 7.48 7.61 7.76 7.93 8.13 时刻 t180200220240260280300320闸室水位8.35 8.58 8.83 9.09 9.36 9.63 9.90 10.15 时刻 t340360380400420440460480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

40、 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: )(2ttttdhgqtvnptddgld* -时刻 t 流量系数t -时刻 t 水位差th -时刻 t 惯性水头, 对集中输水系统可忽略不计td6.能量与时间关系 ttthqe81. 97.比能与时间关系ttptee-时刻 t 的闸室过水断面面积t8.闸室横断面面积与时间关系)2 . 2(23ht表 3-4 流量流量能量能量比

41、能比能闸室流速与时间关系闸室流速与时间关系时刻 t0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 120.00 140.00 160.00 流量1.46 4.10 11.50 14.50 22.99 26.90 34.33 38.47 45.18 能量57.29 160.4446.4554.9862.4981.61209.1298.1447.212 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

42、 时刻 t180.00 200.00 220.00 240.00 260.00 280.00 300.00 320.00 流量49.08 54.86 57.96 62.26 63.67 65.50 64.31 62.85 能量1478.20 1535.55 1488.66 1446.13 1315.01 1179.93 987.74 801.93 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 t340.00 360.00 380.00 400.00 420.00

43、440.00 460.00 480.00 流量58.57 53.76 46.92 39.81 32.02 24.24 16.45 8.66 能量602.02 429.13 278.07 165.40 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2202004006008001000120014001600时刻t

44、2060100140180220260300340380420460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

45、扇结构及支承部件的材料用量较多，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： cos22cblkn式中：-闸首边墩墙面间的口门宽度（米）; kb -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;kbc)07. 005. 0( -闸门关闭时门扇轴线的倾角，我国一般选用05 .221492.

46、0*223*06. 0*223cos22cblkn2.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。nl )9171( 取 1.6 米55. 12)9171(nl3.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： mhhhk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；kh24 -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 . 82 . 04

47、. 0)5 . 32 . 7()2 . 72 .11(mhhhk下闸首： 6 . 92 . 04 . 0)2 . 22 . 7()2 . 72 .11(mhhhk4.2 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

48、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=0.6mw=1.0mx=0.6m?=0.06m图 4-1 门槽倒坡示意图252、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，

49、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。5030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 0.3m 即 300 mm3、阀门尺寸宽：3.2m ，高：3.2 m ，厚：0.5 m4.2.3 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

50、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 l226 对于人字闸门 cos2)2 . 11 . 1 (2dblc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 20022.50 155 .22cos24 . 06 . 1231 . 102l3. 闸门支持段长度 l3按经验 l3取 8 m 闸首长度 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

51、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：27 212.71.2 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 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

52、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。285.1.2 结构的计算： （1） 、土压力计算理论：库仑定理主动土压力

53、 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 =a

54、rctan(0.6/1)=31=/22/3=15.5 19.3取 =19=0主动土压力系数 ka=0.646kax=kacos(+)=0.646cos(31+19)0.415kay=kasin(+)/tan=0.825 顶部土压力计算：a=0, =0, =1929ka=0.313则墙后土压力的计算：ea 上=0ea 下=0.31319.41=6.07kpaeb 上=0.64619.41=12.5kpaeb 下=0.64619.4（12.7-8.8-1）+12.5=48.9 kpaec 上=48.9kpaec 下=48.9+0.4159.9（8.8-2.2）=91.6 kpaed 上=0.313

55、（19.4（12.7-8.8）+9.96.6）=44.1 kpaed 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*21211bhbvs 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

56、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（kn）力臂（m）顺时针（knm）逆时针（knm）g128.82.160.48g2273.62.1574.56g3649.84.62989.1g437.50.7528.125g5172.54.95853.9结构自重g637.59.15343.131f1140.452.8393.26水压力f2217.83.2696.96水重墙前79.50.7559.6系船力(2000t)15071050土重305.559.152795.78ea

57、x3.30510.8332.9ebx89.0338.8780ecx463.654.01854.6edx45.650.4922.4eby113.83.74425.6土压力ecy5896.293704.81浮托力623.74.953087.3扬压力渗透力25.726.6169.9q11.51116.5q214.255.7581.9活荷载q31.50.50.75649.422517.2140.45986.4514061.9657793.21验算：（1） 、抗滑验算f=tan=tan26=0.48（粘聚力不考虑）kc= fv/hf:结构与地基接触面的抗剪摩擦数32v：作用在结构上全部荷载对滑动面法向投

58、影总和h:作用在结构上全部荷载对滑动面切向投影总和v=1867.79knh=846knkc=0.481867.79/846=1.05 另外闸墙之间设有底板，为纵横隔板组成，可承受 30的水平力，即h 更小，结构更加稳定。kc=1.05/0.7=1.51.3满足抗滑要求（2） 、抗倾验算 k0=mr/m0 mr :对计算截面前趾的稳定力矩之和m0：:对计算截面前趾的倾覆力矩之和k0=14061.765/7793.21=1.81.5满足抗倾要求（3）抗浮验算 kf=v/uv：向下的垂直力之和u：扬压力总和kf=1867.79/649.44=2.81.05满足要求（4）地基验算地基承载力安全系数：需

59、满足 kfk/vdk：地基承载力的安全系数，因为地基为亚粘土，k 取高值，为 2.9fk：地基承载力的竖向分力vd：作用于基础地面的竖向分力fk/vd=（300*9.9*1）/1867.79=1.61.3满足抗滑要求（2） 、抗倾验算 k0=mr/m0=13609.105/4838.548=2.81.5满足抗倾要求（3）抗浮验算 kf=v/u=2208.05/229.68=9.61.1满足要求（4）地基验算地基承载力安全系数：fk/vd=（3009.9）/2208.05=1.3k=2.9满足要求（5） 、渗流验算l=lv+mlh=9.9+0.9*1=10.8mch=3.5（8.8-2.2）=2

60、3.1ml23.1m,满足抗渗要求(6)截面验算： 图 5-51-1 截面的受力状况同运用时是相同的，不会出现拉应力。2-2 截面验算表 5-4荷载竖直向上竖直向下（kn）水平向右水平向左力臂（m）顺时针逆时针38（kn）（kn）（kn）（knm）（knm）g128.80.617.28g2273.60.6164.16结构自重g3649.83.12014.38墙后水压力217.82.2479.16墙后水重g130.685.6731.8eax3.0359.829.7ebx89.037.8694.434ecx463.6531390.95eby113.82.24254.9土压力ecy5894.7928