航道工程课程设计

航道工程课程设计题目：某船闸总体设计学院：船舶工程学院专业：港口航道与海岸工程学号：姓名：日期：目录1设计基本资料1.1航运资料1.2设计标准、规范1.3地质地震资料1.4水文资料1.5气象资料2船闸总体布置2.1船闸基本尺度的确定2.2船闸线数和级数2.3船闸各部分高程的确定2.4引航道平面布置及尺度确定2.5船闸通过能力计算2.6船闸耗水量计算2.7船闸附属设施布置3船闸输水系统选型4船闸闸门选型5闸首布置6船闸闸室结构设计7附图6.1船闸总平面布置图6.2船闸纵断面布置图1设计基本资料1.1航运资料（1）航道等级：V级。集装箱船装载16TEU，相当于载重量为300t的货船。（2）建筑物等级：闸室，闸首按Ⅲ级建筑物设计；导航建筑物，靠船建筑物按Ⅳ级建筑物设计。（3）设计船型：设计船型尺度表船型总长L（m）型宽B（m）设计吃水T（m）16TEU船40～426.62.0100t油船29～315.01.2～1.6（4）货运量近期：160万吨/年；远期：200万吨/年。（5）年通航天数270天。1.2设计标准、规范（1）船闸总体设计规范，JTJ305-2001，人民交通出版社（2）内河通航标准，GB50139-2004，中华人民共和国建设部（3）船闸闸阀门设计规范，JTJ308-2003，人民交通出版社（4）船闸水工建筑物设计规范，JTJ307-2001，人民交通出版社（5）船闸输水系统设计规范，JTJ306-2001，人民交通出版社（6）渠化工程，刘晓平、陶桂兰主编，人民交通出版社。（7）航道工程学，程昌华主编，人民交通出版社（8）航道工程学（Ⅱ），詹世富主编，人民交通出版社（9）港口工程制图标准，JTJ206-96，人民交通出版社（10）船闸启闭机设计规范，JTJ265，人民交通出版社1.3地质地震资料场区主要由粉土、粘性土和砂土组成，场地土除第①-1层为软弱土外，其它各层均属中软土，建筑场地类别为Ⅲ类。河道沿程各层土质主要由粉土、粉砂、粘性土和砂土组成，各层均属中软土，承载力标准值80～100kPa。建筑场地类别为Ⅲ类。场区设计基本地震加速度为0.15g，相应抗震设防烈度为Ⅶ度；地震动反应谱特征周期为0.45s。1.4水文资料特征水位：上游设计洪水位：17.15m（黄海工程，下同）下游设计洪水位：13.5m上游校核洪水位:18.0m上游设计最高通航水位：17.15m上游设计最低通航水位：13.8m下游设计最高通航水位：13.5m下游设计最低通航水位：8.0m1.5气象资料多年平均气温11.3℃～12.7℃，1月份温度最低，月平均气温-5.0℃～-5.3℃,7月份温度最高，月平均气温25.8℃～26.1℃。无霜期206d左右，最大冻土深度62cm～70cm，多年平均日照时数2651小时～2744小时。多年平均风速为3.0～3.5m/s，历年最大风速24m/s。多年平均蒸发量1133mm～1200mm。多年平均降雨量561～585mm，汛期降雨量占全年的80%～85%，且多以暴雨形式出现在7、8月份。2船闸总体布置2.1船闸基本尺度的确定船闸基本尺度包括闸室有效长度、有效宽度和门槛水深。是船闸正常通航运行过程中，可供船舶安全停泊和通过闸室的最小尺度。1、闸室有效长度闸室有效长度，是指船舶过闸时，闸室内可满足设计最大船队安全停泊的长度，包括船队计算长度和富裕长度两部分。由《船闸总体设计规范》船闸闸室有效长度不小于按以下式（2.1）计算的长度，并取整数。Lx式中：LxLclf—闸室富裕长度。设计通航船舶为双排一列16TEU船，富裕长度应满足lLc=2×42=84lf≥Lx=本河道为天然河流，由《内河通航标准》4.1.4取整为120m。2、闸室有效宽度闸室有效宽度，指闸室内两侧墙面最突出部分之间的最小距离，并满足设计最大停靠船队停泊时两侧墙面间的最小净宽度。由《船闸总体设计规范》船闸闸室有效宽度按以下式（2.2）和（2.3）计算：Bbf式中：Bxbc—同一闸次过闸船舶并列停泊于闸室的最大总bf∆b—富裕宽度附加值(m)，bc=6.6mn—过闸停泊在闸室的船队列数。bc=6.6mbfBx本河道为天然河流，由《内河通航标准》4.1.4取整为12m。3、门槛最小水深门槛水深是指在设计最低通航水位时门槛上的最小深度，与船队（舶）最大吃水和进闸速度有关，对船队（舶）的操作性和工程总价有很大的影响。包括船舶满载吃水和富裕水深两部分。船闸门槛最小水深指在满足设计最低通航水位时船队满载的最大吃水加富裕深度要求的槛顶部最小水深，由《船闸总体设计规范》船闸闸室有效宽度按以下式（2.4）计算，闸室最小水深按规定其值不应小于门槛最小水深。HT式中：H—门槛最小水深(m)；T—设计船队或船舶满载时的最大吃水(m)，设计最大过闸船舶满载最大吃水为2m。H≥1.6×2=3.2本河道为天然河流，由《内河通航标准》4.1.4可知，船闸设计等级为Ⅴ级，设计一次过闸两排一列，其最小门槛水深是2.5m，则先取门槛水深3.2m。在确定船闸基本尺度时，还应考虑船闸最小过水断面系数n的要求。一般要求：n=ΩФ≥1.5式中：Ω—最低通航水位时，闸室的过水断面面积（m2），Ω=BФ—最大设计过闸船队满载吃水时船舯断面水下部分的断面面积（m2）。n=Ω2.2船闸线数和级数设计水头H=9.15m<302.3船闸各部分高程的确定1、上下游闸门门顶高程上闸首门顶高程应为上游校核高水位加安全超高确定。18.0+0.3=18.3m（Ⅴ级船闸超高不下闸首门顶高程为上游最高通航水位加超高确定。17.15+0.3=17.45m2、上下闸首门槛顶高程船闸上下闸首门槛的高度应有利于船闸的应用与检修，顶部高程应为上下游设计最低通航水位值减去门槛最小水深值。上闸首门槛高程：13.5-3.2=10.3下闸首门槛高程：8.0-3.2=4.83、船闸上下游导航和靠船建筑物顶部高程船闸上下游导航和靠船建筑物顶部高程应为上下游设计最高通航水位加超高值，超高值不宜小于设计过闸船舶空载时的最大干舷高度（有规范本设计船型选取不小于1.4m）。船闸上游导航和靠船建筑物顶部高程：17.15+1.4=18.55m，为安全施工方便取船闸下游导航和靠船建筑物顶部高程：13.5+1.4=14.9m4、闸室墙顶高程闸室墙顶高程应为设计最高通航水位加超高，其超高不小于设计过闸船队空载时最大干舷高度（有规范本设计船型选取不小于1.4m）。为18.60m。5、上下闸首墙顶高程船闸闸首内布置有闸门、启闭机及机电设备，为满足船闸运行的布置要求，墙顶高程应根据闸门的门顶高程、结构布置和构造要求确定。上闸首墙顶高程：18.3+1.0=19.3m（上闸门顶高程加结构下闸首墙顶高程：17.5+1.0=18.5m6、闸室底板顶高程闸室底板高程：8.0-3.2=4.8m7、上下游引航道底高程上游引航道底高程：13.8-3.0=10.8m下游引航道低高程：8.0-3.0=5.0m。2.4引航道平面布置及尺度确定1、引航道平面布置引航道由导航段、调顺段、停泊段、制动段和过渡段等组成。为保证通航期内过闸船队安全进出闸，设计船闸的级别为Ⅴ级，单线单级型式。设计船型为16TEU船组成的两排一列。本设计假定由水流、地质、地形条件限制，引航道采用不对称形式。为提高船舶过闸的效率和船闸的通过能力，等待过闸的船舶停靠在靠船墩旁，船队沿曲线进闸，沿直线出闸。2、引航道尺寸计算引航道计算图示如图：由《船闸总体设计规范》：（1）导航段l1l1≥lc，lc为设计最大船长，船型尺度42m×6.6m×2.0（2）调顺段l2l2≥1.5（3）停泊段l3l3≥l（4）过渡段l4l4≥10∆B，∆B为设计引航道宽度与所在航道宽度之差。根据设计船闸所在航道等级为Ⅴ级，航道宽度为45m，设计引航道宽度35m，则过渡段长度l4≥10∆B=10×（5）制动段l5l5l5长度可按式l5=αlc，当船队进口门航速为2.5~4.5ms时，α可在3、引航道宽度单线船闸引航道宽度是指调顺段和停泊段宽度。单线船闸引航道宽度应按双向过闸确定，本设计考虑一侧或两侧靠船等待过闸，并满足中间船舶过闸要求。设计最大船宽bc=6.6m，等待过闸船宽b则引航道宽度：B0≥bc4、引航道最小水深本船闸为Ⅴ级船闸引航道最小水深可按式H0H≥1.4×2=2.8考虑波浪等影响取3.0m。为降低船舶的航行阻力，引航道断面系数n应满足：n=式中：ω—设计最低通航水位时，引航道浸水断面面积（m2）；φ—设计最大船舶满载吃水时的船舶中腰横截面的浸水面积（m2）。n=ω2.5船闸通过能力计算1、过闸时间根据船舶进出闸速度和运行距离，由《船闸总体设计规范》可知船队进出闸时间。设计船舶过闸为曲进直出，船舶存在单向过闸与双向过闸，应对其分别计算。由《船闸总体设计规范》可知，单向进闸距离是船队自引航道中停靠位置至闸室内停泊位置之间的距离。单向出闸距离为船队自闸室内停泊位置至闸首外侧之间的距离。双向进闸距离是船队自引航道中停靠位置至闸室内停泊位置之间的距离。双向出闸距离为船队自闸室内停泊位置至停泊段的距离。单向进闸距离：L单向出闸距离：L双向进闸距离：L双向出闸距离：L由《船闸总体设计规范》可知：单向进闸：V2=0.8m双向进闸：V2'=1.0则t2=t2'由《船闸启闭机设计规范》2.2.2和3.1.1规定：闸门的启、闭时间与闸首口门宽度和闸门型式有关。闸首口门宽度为12m，则取t1闸室灌、泻水时间初步取t3船舶进出闸门间隔时间初步取t5由上计算如下：单向过闸时间：T双向过闸时间：T假定近期单向过闸与双向过闸比率为3:1，则一次过闸时间：T=管理过程中可能存在延迟现象，取一次过闸时间35min。2、通过能力船闸日平均过闸次数按下式计算：n=式中：n—日平均过闸次数；τ—日工作小时（h），取20h。则n=34.2取35。单向年客货运量按下式计算：P=(n-式中：P—单向年过闸货量（t）；n0—日非运货船过闸次数，客轮和工作船取5α—船舶装载系数，取0.6；β—运量不均匀系数，取1.5。N—年通航天数，为270天；G—一次过闸平均载重吨位（t），考虑船舶过闸形式可为两排一列16TEU船、三排两列100t油船或一艘16TEU和两艘100t油船同时过闸，同时还有其他非上述形式，经计算（500+600+600）3P=(n-满足近期通过能力。随着发展和过闸船型的变化调整，还有管理方式的完善，过闸形式趋于前三种，预测一次过闸可达500t以上。基本可满足远期需要。2.6船闸耗水量计算船闸一天平均耗水量可按下式计算：Q=q=eu式中：Q—一天平均耗水量(m3V—一次过闸用水量m3q—闸阀门的漏水损失（m3e—止水线的漏水损失；u—闸阀门止水线长度（m）。单级船闸一次过闸用水量可按下式计算：V式中：V0—单级船闸一次过闸用水量（m3C—闸室水域面积（㎡）；H—计算水头（m），采用上下游平均水位差。单级船闸双向一次过闸时，用水量为单向一次过闸用水量的一半。VC=140×12=1680㎡H=17.15+13.8V0V0V0u=3×4.725+2×8=30.175e=0.0020mq=eu=0.060mQ=n2.7船闸附属设施布置1、系船设备为满足船舶过闸停泊可靠安全，系船柱在距上、下闸首10m处开始布置，闸室两侧共设浮式系船柱10只(两侧各5只)，同侧两系船柱间距25m，以及若干系船钩，毎侧四排。浮筒井在墙内的高程布置从闸室底开始至闸室墙顶为止。两侧同时布置橡胶护弦，间距15m。2、安全防护和检修设备船闸各部顶面临水测设置高度1.2m高的安全护栏。闸室墙沿设护轮坎；闸室两侧各设2道嵌入式爬梯，距上下闸首18m，中间布置一道；3、信号和标志船闸按昼夜通航要求设置信号和标志，每道工作闸门上、下游均设置水尺。4、环境保护闸区应具有清洁、优美的环境。各种污水应严格按规定处理、排放，包括船舶生活、油污水。美化闸区环境，多建绿化带、花坛等。闸室及上、下游引航道内的漂浮垃圾应及时清理。噪音控制：对过闸船舶的鸣笛等应有严格的规定。5、控制、通信和动力照明中央控制室的高度和位置，应能看到闸室和上下游引航道船舶或船队的动态；管理部门应由生产电话调配；船舶动力设备应设备用电源。6、消防和救护根据《中华人民共和国消防法》的有关规定，应设置专用消防设施，闸首、闸室等部位需设消防栓、灭火器和灭火材料等有关器材。由于过闸船舶有易燃货物，应设专用消防通道、消防水泵，并配置救生艇等。3船闸输水系统选型输水系统的型式选择根据判别系数初步选定。由《船闸输水系统设计规范》可知判别公式：m=式中：m—判别系数；H—设计水头（m），根据上下游的自然通航水位，最大设计水头为9