水闸毕业设计模板

扬州大学本科生毕业设计摘要本挡潮闸位于？？？，其主要作用是泄洪、挡潮、冲淤、兼辅助通航。水闸由闸室段、上游连接段及下游连接段等三部分组成。闸室段包括底板、闸墩、边墩、岸墙、闸门、工作桥等；上游连接段包括上游翼墙，铺盖及上游护坡等部分组成；下游连接段包括下游翼墙，消力池，下游防冲槽及下游护坡等五部分组成。水闸设计主要包括水力设计、消能防冲设计、闸基渗流计算、闸室结构布置、两岸连接建筑物布置、闸室稳定计算，闸室结构计算，两岸连接建筑物结构计算等。关键词：水力计算，渗流计算，稳定计算，结构计算，弹性地基梁法同学们：第8章到最好一章，大家可以选择其中的一章作为自己的专题。前7章是必须要求。图纸部门，大家选择相应的作为参考。AbstractThetidalgateatcityJiangsuHuaiheriverintothesea,whosemainroleistoflood,tidal,erosionanddeposition,andnavigationaids.Thesluiceincludesthreeparts,brakechamber,upstreamprojectanddownstreamproject.Thebrakechamberiscomposedofbottomboard,pier,sidepier,sidewall,gateandoperatingbridge.Theupstreamprojectincludesupstreamwingwall,blanket,stillingbasin,scourapronandupstreamrevetment.Thedownstreamprojectincludesdownstreamwingwall,blanket,stillingbasin,scourapronanddownstreamrevetment.Thedesignofsluiceprojectiscomposedofseveralsteps,suchashydrauliccalculation,infiltrationcalculation,arrangementofbrakechamber,arrangementofwingwall,thestabilitycalculationofbrakechamber,thestructurecalculationofbrakechamber,andthestructurecalculationofwingwall.Keywords:hydrauliccalculation,flowcalculation,stabilityanalysis,structurecalculation,elasticfoundationbeammethod.目录1工程概况 11.1基本资料 11.1.1建筑物级别 11.1.2孔口设计水位 11.1.3消能防冲设计 11.1.4闸室稳定计算 11.1.5地质资料 11.1.6回填土资料 21.1.7地震设计烈度 21.1.8其他 21.2工程概况 22孔口宽度设计 42.1闸孔形式的确定 42.2孔口设计水位组合 42.3堰型及堰顶高程的确定 42.3.1堰型的确定 42.3.2堰顶高程的确定 42.4闸孔宽度的确定 42.4.1拟定闸孔宽度 42.4.2验算校核情况下的流量 52.4.3计算闸孔实际过流能力 62.4.4闸孔布置图 63消能防冲设计 73.1消能防冲水位组合 73.2闸门初始开度及出闸水流初始流量的确定 73.2.1计算闸门初始开度e、出闸水流初始流量Q 73.2.2闸门开启制度与初始开度 83.3消力池设计 83.3.1消力池形式的选定 83.3.2消力池池深的计算 83.3.3消力池长度的计算 103.3.4消力池底板厚度的计算 113.3.5消力池构造的确定 123.4海漫长度的计算 133.5海漫构造的确定 133.6冲刷坑深度的计算，防冲槽尺寸的确定 133.6.1冲刷坑深度的计算 133.6.2防冲槽尺寸的确定 144闸基渗流计算 154.1渗流计算水位组合 154.2地下轮廓线布置 154.2.1地下轮廓线布置 154.2.2验算防渗长度 174.3闸基渗流计算 174.3.1计算地基有效深度 174.3.2计算各典型段的阻尼系数 174.3.3各典型段渗压水头损失计算 184.3.4进、出口段修正及各区段渗压水头损失调整 185闸室结构布置 225.1闸室底板 225.2闸墩 225.2.1闸墩顺水流方向长度、闸墩高度 225.2.2闸墩厚度、门槽位置和尺寸的拟定 245.3闸门与胸墙 255.3.1闸门高度与形式与胸墙 255.3.2闸门重量与启闭机的估算 255.4启闭机与工作桥 265.4.1启闭设备的初步选定 265.4.2工作桥的形式和尺寸的拟定 275.5工作桥设置高程，工作桥支墩的高度、尺寸的拟定 285.6交通桥，工作便桥的形式尺寸 295.7闸室分缝布置与止水设置 295.8闸室布置图 306闸室稳定计算 326.1自重 326.2水重 326.3浮托力计算 336.4水平水压力 336.5浪压力 356.6渗透压力计算 366.7闸室荷载汇总 366.8基底压力不均匀系数计算 376.9闸室抗滑稳定计算 376.10地基承载力验算 387平面钢闸门设计 397.1设计参数 397.2闸门结构的形式及布置 397.2.1闸门尺寸的确定 397.2.2主梁的形式 397.2.3主梁的布置 397.2.4梁格的布置和形式 407.2.5联结系的布置和形式 417.2.6边梁与行走支承 417.3面板设计 417.3.1估算面板厚度 417.3.2面板与梁格的连接计算 427.4水平次梁、顶梁和底梁的设计 437.4.1荷载与内力计算 437.4.2截面选择 447.4.3水平次梁的强度验算 457.4.4水平次梁的挠度验算 457.4.5顶梁和底梁 467.5主梁设计 467.5.1设计参数 467.5.2主梁设计 477.6横隔板设计 527.6.1荷载和内力计算 527.6.2横隔板截面选择和强度计算 537.7边梁设计 537.7.1荷载和内力计算 547.7.2边梁的强度验算 547.8悬臂式滚轮计算 557.9轨道计算 567.9.1轨道底板混凝土承压力验算 567.9.2轨道横断面弯曲应力验算 567.9.3轨道颈部的局部承压力验算 577.9.4轨道底板的弯曲应力验算 587.10闸门的启闭力和吊座计算 587.10.1闸门自重计算 587.10.2启闭力计算 597.10.3吊轴和吊耳板验算 598底板设计 618.1闸室底板内力计算 618.1.1计算方法的选择 618.1.2计算情况选择 618.1.3弹性地基梁法计算地板内力 618.2闸底板配筋计算 709闸墩结构计算 729.1闸墩底部纵向正应力计算 729.1.1完建期 729.1.2运行期 739.1.3检修期 749.2门槽应力计算 769.2.1校核反向挡水情况下墩底剪应力 769.2.2门槽颈部拉应力计算 7710边孔工作桥结构计算 8010.1设计参数 8010.2结构形式和尺寸 8010.3上部结构配筋计算 8110.3.1悬臂板 8110.3.2活动铺板 8310.3.3横梁 8510.3.4纵梁 8710.3.5支墩的计算与配筋 9211胸墙计算 9611.1墙板计算 9611.2顶梁计算 9711.3底梁计算 9812两岸连接建筑物布置 10112.1上下游连接建筑物的作用 10112.2上游翼墙布置及尺寸的拟定 10113岸墙稳定计算 10213.1岸墙横断面形式和尺寸 10213.2岸墙荷载分析和计算 10213.3墙体稳定计算 10413.4基底压力不均匀系数计算 10514翼墙稳定与结构计算 10614.1下游翼墙稳定计算 10614.1.1完建期稳定计算 10614.1.2校核正向挡水稳定计算 10914.2上游翼墙稳定计算 11214.2.1完建期稳定计算 11314.2.2校核反向挡水稳定计算 11514.3翼墙结构计算 11814.3.1立板的计算 11914.3.2底板的计算 12214.3.3扶壁板的计算 125致谢 128参考文献 129PAGE681工程概况1.1基本资料本挡潮闸位于江苏某市淮河入海河段，其主要作用是泄洪、挡潮、冲淤，兼辅助通航。1.1.1建筑物级别根据水闸设计过水流量和水闸设计规范（SL-265-2001）的平原区水闸枢纽工程分等指标知本工程规模属于中型，其物级别为级。1.1.2孔口设计水位孔口设计水位组合见表1-1表1-1孔口设计水位组合表计算情况闸上水位闸下水位过水流量最小通航宽度设计情况校核情况1.1.3消能防冲设计消能防冲设计水位组合见表1-2表1-2消能防冲设计水位组合表计算情况闸上水位闸下水位初始流量设计情况由闸门开度确定校核情况由闸门开度确定1.1.4闸室稳定计算闸室稳定计算水位组合见表1-3表1-3闸室稳定计算水位组合表计算情况挡水方向闸上水位闸下水位设计情况正向挡水反向挡水校核情况正向挡水反向挡水1.1.5地质资料本水闸持力层为？c=，摩擦角，取综合摩擦系数f=，标准地基承载力kPa。1.1.6回填土资料回填土采用粉砂土，其内摩擦角，湿容重，饱和容重为，浮容重。1.1.7地震设计烈度地震设计烈度：1.1.8其他上下游河道断面相同均为梯形，河底宽分别为，河底高程，边坡。两岸路面高程为m，交通桥标准：公路II；双车道。1.2工程概况

2孔口宽度设计2.1闸孔形式的确定2.2孔口设计水位组合孔口设计水位见表2-1表2-1孔口设计水位组合表计算情况闸上水位闸下水位过水流量最小通航宽度设计情况校核情况2.3堰型及堰顶高程的确定2.3.1堰型的确定2.3.2堰顶高程的确定。2.4闸孔宽度的确定2.4.1拟定闸孔宽度（1）计算孔口净宽B0设计情况：过水断面面积行进流速行进水头堰上总水头堰顶算起的下游水深故采用堰流公式计算查水闸设计规范SL265-2001表A.0.2得=则闸孔总净宽：B0=（2）确定孔宽和孔数2.4.2验算校核情况下的流量校核情况：堰顶算起的下游水深用堰流计算公式计算过流能力中孔：由水闸设计规范SL265-2001表A.0.1-1查得边孔：由水闸设计规范SL265-2001表A.0.1-1查得则=由水闸设计规范SL265-2001表A.0.1-2查得；m取则：满足要求？2.4.3计算闸孔实际过流能力设计情况：=100﹪=满足要求？2.4.4闸孔布置图闸孔布置如图2-1所示图2-1闸室布置图（单位cm）3消能防冲设计3.1消能防冲水位组合消能防冲水位组合见表3-1表3-1消能防冲水位组合表计算情况闸上水位（m）闸下水位(m)初始流量()设计情况初始流量由闸门开度确定校核情况3.2闸门初始开度及出闸水流初始流量的确定3.2.1计算闸门初始开度e、出闸水流初始流量Q采用公式计算：≤0.65，为闸孔出流,计算流量采用孔流公式.>0.65,为堰流,计算流量采用堰流公式.——垂直收缩系数，取值查《水力学》上册表8.7（P344）；——流量系数——收缩水深——跃后水深——收缩断面流速——闸孔宽度——闸前水深具体计算结果如表3-2所示表3-2闸门初始开度e、出闸水流初始流量Q计算表参数设计情况校核情况由计算表3-2分析知：闸门的初始开启高度对跃后水深的影响？？？。因此闸门初始开度和初始流量取设计情况：e==；校核情况：e=，=3.2.2闸门开启制度与初始开度设计情况：分？级打开；e≤校核情况：分？级打开；e≤3.3消力池设计3.3.1消力池形式的选定消力池有三种类型：1、下挖式消力池，适用于闸下尾水深度小于跃后水深的情况。2、突槛式消力池，适用于闸下尾水深度略小于跃后水深的情况。3、综合式消力池，当？，可采用？消力池。由计算表1综合比较可知：采用？消力池。3.3.2消力池池深的计算（1）水位组合消力池池深计算水位组合见表3-3表3-3消力池池深计算水位组合表计算情况闸上水位（m）闸下水位(m)初始流量()设计情况校核情况（2）消力池池深计算消力池池深计算步骤如下首先假设=0.5m1)、流速=(m/s)2)、闸前总水头H0=H+(m)3)、由消力池底板顶面算起的池深T0=H0+d(m)4)、单宽流量q=Q/B(m3/s.m)5)、由公式迭代计算收缩断面水深=(m)（流速系数取0.98——高教版《水学力》下册表9.1查得）6)、跃后水深(m)（近似为1）7)、出池落差(m)8)、池深(m)(若取,若带入此时的d值重新计算)计算结果列表如表3-4表3-4消力池池深的计算表参数AQvH0qd0T0hc△Zd设计情况1设计情况2校核情况注：——出池河床水深（m）——水跃淹没系数，可采用1.05-1.10——消力池首段宽度（m）——消力池末段宽度（m）——水流动能矫正系数，可采用1.0-1.05设计情况1是指：先假设消力池池深为0.5m带入计算最后求得d为是否大于0.5m。所以要带入此时的d为？？进行第二次计算，即设计情况2，最后求得d？？，即为消力池的池深。综合设计情况和校核情况下的计算池深，由上表2可知池深d取？？3.3.3消力池长度的计算（1）按设计情况计算1)、水跃长度的计算：（其中跃后水深=，收缩断面水深=）2)、消力池长度的计算：斜坡段采用1：4的坡度，平台宽度为1.5m？（其中消力池斜坡水平投影长度=4d=？,水跃长度校正系数？？）（2）按校核情况计算1)、水跃长度的计算：2)、消力池长度的计算：综合设计与校核情况下计算池长，最后确定消力池池长为？m。3.3.4消力池底板厚度的计算挡潮闸需要双向挡水，消力池底板兼顾反向挡水时的铺盖，所以先根据抗冲要求计算底板厚度，然后根据抗浮要求进行验算。抗冲要求计算公式为，抗浮要求计算公式为；分设计与校核情况计算,计算结果如表3-5表3-5消力池底板厚度计算表参数k1（m）t(m)设计情况校核情况注：——消力池底板始端厚度(m)；——闸孔泄水时上下游水位差(m)；——过闸单宽流量(m3/s.m)；——消力池底板计算系数，可采用0.15～0.20；——消力池底板安全系数，可采用1.1～1.3；——作用在消力池底板底面的扬压力（kPa）；——作用在消力池底板顶面的水重（kPa）；——作用在消力池底板上的脉动压力（kPa），其值可取跃前收缩断面流速水头的5%；通常计算消力池底板前半部的脉动压力时取“+”号，计算消力池后半部的脉动压力时取“-”号；——消力池底板饱和重度（kN/m3）；综合设计与校核情况下计算出的消力池底板厚度，初定板厚t为？？按抗浮要求校核：？？基本满足要求3.3.5消力池构造的确定由于双向挡水消力池亦作为反向挡水时的铺盖，消力池的构造如图3-1、图3-2所示图3-1消力池的构造纵剖图（单位：cm）图3-2消力池的构造半平面图（单位：cm）3.4海漫长度的计算当=1～9，且消能扩散良好时，海漫长度可按公式计算。式中——海漫长度（m）——消力池末端单宽流量（m3/s.m）——闸孔泄水时上下游水位差(m) ——海漫长度计算系数，按下表查得河床土质粉砂、细沙中砂、粗砂粉质壤土粉质粘土坚硬粘土14～1312～1110～98～7分设计与校核两种情况计算取大值，计算结果如表3-6所示表3-6海漫长度计算表参数Qb末设计情况校核情况综合设计与校核情况由计算结果表4分析最后确定海漫长度为3.5海漫构造的确定1）海漫的结构。2）海漫末端的流速验算：设计情况：v=校核情况：v=3.6冲刷坑深度的计算，防冲槽尺寸的确定3.6.1冲刷坑深度的计算海漫末端的河床冲刷深度可按公式计算——海漫末端河床冲刷深度(m)；——海漫末端单宽流量(m2/s)；——河床土质允许不冲流速（m/s）由高教版《水力学》上册表5.4查得；——海漫末端河床水深（m）；分设计与校核两种情况计算如表3-6表3-6冲刷坑深度的计算表参数Q设计情况校核情况3.6.2防冲槽尺寸的确定一般=1.5～2.0m，即当1.5～2.0m，取=1.5～2.0m。若太大，开挖困难。底宽 L=(1.0～2.0)，上游边坡1:2～1:4，下游边坡根据施工开挖情况而定。防冲槽的断面面积，根据下游河床冲至最深时，石块坍塌在冲刷坑上游坡面所需要的面积A确定，应满足A=（为堆石自然形成的护面厚度，取用>0.5m；n为上有边坡系数），初定防冲槽深度为m，底宽m。上游边坡，下游边坡。则其断面面积为？？满足要求。4闸基渗流计算4.1渗流计算水位组合渗流计算水位组合见表4-1表4-1渗流计算水位组合表计算情况挡水方向上游水位（m）下游水位(m)设计情况正向挡水反向挡水校核情况正向挡水反向挡水4.2地下轮廓线布置4.2.1地下轮廓线布置1）防渗长度的拟定防渗长度初拟值按下式计算L=C式中：L——闸基防渗长度，包括水平段、铅直段及倾斜段——上、下游最大水位差(m)C——允许渗径系数，按表6（《水闸设计规范》SL265-2001表4.3.2）选用。表4-2允许渗径系数地基类别排水条件粉砂细砂中砂粗砂中砾细砾粗砾夹卵石轻粉质砂壤土轻砂壤土壤土粘土有虑层13～99～77～55～44～33～2.511～79～55～33～2无虑层7～44～3设计与校核情况下的最大水位差发生在反向挡水时，且这两种情况下的最大水位差相等。=本水闸持力层为。由表6查得允许渗径系数C=。则=C=2）铺盖、垂直防渗体与闸室底板的拟定（1）铺盖、垂直防渗体的拟定本水闸持力层为中粗砂含少量砾石局部并夹有粘壤土质淤泥薄层，根据《水闸设计规范》SL265-20014.3.6规定闸室上游可采用铺盖和悬挂式防渗墙相结合的布置形式，闸室下游渗流出口处应设虑层。又根据4.3.15规定：承受双向水头的水闸其防渗排水布置应以水位差较大的一向为主，合理选择双向布置形式。由于双向水头的作用，当采用防渗铺盖来满足防渗长度的要求时，处于低水位一侧的铺盖需要验算其抗浮稳定性，有时可能是不经济的。根据沿海地区水闸工程的实践经验，对于受潮位影响承受双向水头且变幅较大的水闸，一般采用以垂直防渗体为主的防渗结构。，根据《水闸设计规范》SL265-20014.3.10规定：铺盖长度可根据闸基防渗需要确定，一般用上、下游最大水位差的3～5倍。钢筋混凝土铺盖的厚度不易小于0.4m。初步拟定：采用钢筋混凝土铺盖，并设齿墙，厚度取？等厚，齿墙底宽取？、齿墙深度取？铺盖长度=4=防渗体采用垂直板桩板桩长度一般采用0.8～1.0倍上、下游最大水头差，则上游端长度取？m、下游端长度取？m。（2）闸室底板的拟定根据《水闸设计规范》SL265-2001实施指南4.2.9条规定：对于大、中型水闸，闸室平底板厚度可取闸孔净宽的1/6～1/8,其值约为1.0～2.0m，最小厚度不宜小于0.7m。闸室底板顺水流方向的长度参照表4-5所列数值初步拟定，可知砂土地基土质闸室底板的顺水流方向长度与上、下游最大水位差的比值为？。4.3.9条规定齿墙深度采用0.5～1.5m初步拟定：闸室中孔底板厚度取？m，边孔底板厚？。闸室顺水流方向的长度取=？，齿墙深度取？m，齿墙底宽取？m，斜坡比取？。3）挡潮闸闸基地下轮廓布置图挡潮闸闸基地下轮廓布置图如图4-1所示图4-1闸基地下轮廓布置示意图（单位：高程m；长度cm）4.2.2验算防渗长度其实际长度？？＞故满足规范要求4.3闸基渗流计算根据地下轮廓的特点，采用改进阻尼系数法计算，由图可得到地下轮廓简化和分段，具体布置见图4-2所示。图4-2地下轮廓简化、分段布置图（参考）（单位：高程m；长度cm）4.3.1计算地基有效深度4.3.2计算各典型段的阻尼系数各典型段的几何特征及阻尼系数计算见表4-3。表4-3各典型段阻尼系数计算表段号段别S（m）T（m）L（m）备注1进口段各典型段阻尼系数计算公式：①进、出口段②内部垂直段③内部水平段2内部垂直段3内部水平段4内部垂直段5内部垂直段6内部水平段7内部垂直段8内部垂直段9内部水平段10内部垂直段11出口段∑4.3.3各典型段渗压水头损失计算各典型段渗压水头损失按公式计算，由于设计与校核情况的水位组合相同，所以只需按照其中一种情况计算即可，各典型段渗压水头损失具体计算结果见表4-4所示表4-4各典型段渗压水头损失计算表（m）计算情况分段编号（1）(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)（10）（11）正向挡水(m)1.1（m）反向挡水(m)3.23(m)4.3.4进、出口段修正及各区段渗压水头损失调整（1）阻力修正系数，进、出口水头损失与修正后水头损失值的计算按下式：其中：其中：——进、出口水头损失(m)——修正后的进出后损失值(m)——阻力修正系数，当1时，取=1.0——底板埋深与板桩入土深度之和，或为齿墙外侧埋深（m）——板桩另一侧地基透水层深度,或为齿墙底部至计算深度线的垂直距离(m)——地基透水层深度(m)分正向与反向挡水计算,具体计算结果如表4-5表4-5阻力修正系数，进、出口水头损失与修正后水头损失值计算表计算情况正向挡水进口出口反向挡水进口出口（2）进出口修正及相应典型段渗压水头损失调整计算进出口修正及相应典型段渗压水头损失调整计算见表。各典型段末的渗压水头计算见表4-6表4-6进出口修正及相应典型段渗压水头损失调整计算表渗压水头损失正向挡水修正前修正后反向挡水修正前修正后（3）各渗流角点处的渗压水头的计算各渗流角点处的渗压水头的计算见表4-7表4-7各渗流角点处的渗压水头的计算表渗压水头正向挡水反向挡水（4）闸底渗压水头分布图根据各角点处的渗压水头，作闸底渗压水头力分布图如下图4-3、4-4所示图4-3正向挡水时闸底透压水头分布图（参考）（单位：长度：cm,水头：m）图4-4反向挡水时闸底渗压水头力分布图（参考）（单位：长度：cm；水头：m）（5）底板所承受的渗透压力的计算由各段末的渗压水头可计算底板所承受的渗透压力，由于设计与校核情况下的水位组合相同，故选其中一种情况计算，以底板上游端最低点为矩心，具体计算见表4-8表4-8渗透压力计算表计算情况算式渗透压力(kN)力臂(m)力矩(kNm)合计(kNm)正向挡水12反向挡水12（6）渗流坡降的计算出口坡降按公式：计算水平坡降按公式：计算式中:——出口段渗流坡降值——水平段渗流坡降值——出口段修正后的水头损失值(m)；——底板埋深于板桩入土深度之和(m)；——水平段水头损失值(m)；——水平段长度(m)；具体结果如表4-9所示表4-9出口坡降与水平段坡降的计算表部位名称计算情况铺盖水平段闸室水平段消力池水平段出口段正向挡水反向挡水允许坡降［J］注：允许渗流坡降值由《水闸设计规范》SL265-2001，表6.0.4水平段和出口段允许渗流坡降值查得由出口坡降与水平段坡降的计算表可知：实际渗流坡降都小于允许渗流坡降，故渗流出口稳定,产生渗透变形的可能性很小。5闸室结构布置5.1闸室底板根据《水闸设计规范》SL265-2001实施指南4.2.9条规定：对于大、中型水闸，闸室平底板厚度可取闸孔净宽的1/6～1/8,其值约为1.0～2.0m，最小厚度不宜小于0.7m。闸室底板顺水流方向的长度参照表4-5所列数值初步拟定，可知砂土地基土质闸室底板的顺水流方向长度与上、下游最大水位差的比值为2.0～3.5。4.3.9条规定齿墙深度采用0.5～1.5m初步拟定：中孔闸室底板厚度取1.8m，两边孔闸室底板厚度取1.2m，顺水流方向的长度取=16m，齿墙深度取1.0m，齿墙底宽取1.0m，斜坡比取1:1。5.2闸墩5.2.1闸墩顺水流方向长度、闸墩高度闸墩长度的选定应满足两个因素：①闸墩长度应满足上部结构布置要②要使闸室基底荷载强度顺水流方向的分布在各种工作条件下都比较均匀，避免闸室上下端产求，生过大的不均匀沉降而倾斜。根据工程经验，一般情况下该值等于底板长度，也可以大于底板长度，但伸出的闸墩悬臂长度一般不宜超过闸墩底板厚度的1倍。初步拟定本挡潮闸闸墩的顺水流方向的长度与闸底长度相同，为16m（二）闸墩顶部高程=设计水位+浪高+波浪中心至静水面距离+安全超高、闸墩顶部高程=校核水位+浪高+波浪中心至静水面距离+安全超高取两者中的大值（规范实施指南4.2.4）平均波高和平均波周期按莆田试验站公式计算式中——平均波高；——计算风速（m/s）；——风区长度（m）；——风区内平均水深（m）；——平均波周期(s)。然后由《水闸设计规范》SL265-2001表E.0.1—2查得波高与平均波高的比值/进而求的，根据水闸的级别为3级，可由表E.0.1—1查的波列累计频率为5%，则=。具体计算如表5-1所示表5-1平均波高和平均波周期计算表计算情况(m)(m)(m/s)(m)/(s)(m)正向挡水反向挡水平均波长和波浪中心线超出计算水位的高度分别按下式计算式中——平均波长（m）——闸前水深（m）；——波浪中心线超出计算水位的高度(m）)；其余意义同上。采用试算的方法得出，计算结果列表5-2所示表5-2平均波长和波浪中心线超出计算水位的高度计算表计算情况(m)(s)(m)(m)(m)正向挡水反向挡水安全超高由《水闸设计规范》SL265-2001表4.2.4水闸安全超高下限值查的为0.3m综上闸墩高程计算列如表5-3所示表5-3闸墩高程计算表计算情况闸前水位浪高波浪中心至静水面距离安全超高闸墩顶高程正向挡水反向挡水由闸墩高程计算表可初步拟定闸墩高程为6.3m5.2.2闸墩厚度、门槽位置和尺寸的拟定（1）根据《水闸设计规范》SL265-2001实施指南4.2.13条规定：闸墩厚度应根据闸孔孔径、受力条件、结构工程和施工方法确定，平面闸门闸墩门槽处最小厚度不宜小于0.4m。兼做岸墙的边墩还应考虑承受侧向土压力的作用，其厚度应根据结构抗滑稳定性和结构强度的需要计算确定。混凝土和少筋混凝土闸墩的厚度约为0.9～1.4m。4.2.12由于本挡潮闸主要作用是泄洪、挡潮、冲淤、兼辅助通航。根据闸孔布置可知：中孔宽度较大，且较两边孔宽度大，所以中孔闸墩所承受的力也较大。根据以上要求初步拟定：（2）根据《水闸设计规范》SL265-2001实施指南4.2.14条规定：工作闸门门槽应设在闸墩水流较平顺部位，其宽深比取1.6～1.8。根据管理维修需要设置的检修闸门门槽，其与工作闸门门槽之间的净距离不宜小于1.5m。当设有两道检修闸门门槽时，闸墩和底板必须满足检修期的结构强度要求。初步拟定工作闸门的门槽深度取0.3m，宽度取0.7m，位于闸墩上游段3.3m处；检修门槽深度取0.2m，宽度取0.3m，距离工作门槽上游边缘1.5m处；具体尺寸如图5-1所示中孔闸墩尺寸布置图图5-1中孔闸墩尺寸布置图（单位：cm）5.3闸门与胸墙5.3.1闸门高度与形式与胸墙根据《水闸设计规范》SL265-2001实施指南4.2.16条第三款规定：受涌浪或风浪冲击力较大的挡潮闸，宜采用平面闸门，且闸门面板宜布置在迎潮侧。4.2.17条规定:露顶式闸门顶部应在可能出现的最高挡水位以上0.3～0.5m。根据以上规定初步拟定：闸门采用平面钢闸门，双节点滚轮支撑；闸门顶高程为，宽度为中孔、边孔由于挡水高度较大，可设置胸墙代替一部分闸门高度。由于中孔有通航要求，无法设置胸墙，为了减小工作桥排架高度，中孔闸门采用平面钢闸门，单扇门高初步拟定为4m。两边孔采用梁板式胸墙，胸墙顶部高程与边墩顶部高程相同，其底部高程以不影响闸孔过水为准，初步拟定胸墙底缘高程为2.6m。具体尺寸见图5-2所示图5-2中孔闸门与边孔胸墙的尺寸（单位：cm）5.3.2闸门重量与启闭机的估算根据中国水利水电出版社《水工钢结构》附录十一露顶式平面闸门自重的估算公式：当5m≤H≤8m闸门自重式中：H、B——分别为孔口高度（m）及宽度（m）；——闸门行走支承系数；对滑动式支承=0.81；对滚轮式支承=1.0；对于台车式支承=1.3；——材料系数：闸门用普通碳素钢时=1.0；用低合金钢时=0.8；——孔口高度系数：当H＜5m时，=0.156；5m＜H＜8m时，=0.13。则中孔闸门自重为：边孔闸门自重为：闸门启闭所需的启门力和闭门力的估算闸门启闭所需的启门力和闭门力由近似公式式中：——启门力（kN）；——闭门力（kN）；——闸门上的总水压力（kN）；——闸门自重（kN）；计算结果如表5-4所示表5-4闸门启闭所需的启门力和闭门力计算表计算情况(m)(m)b(m)(kN)(kN)(kN)(kN)中孔闸门边孔闸门由计算结果可以看出＞0所以闸门在关闭时需要增加配重块。5.4启闭机与工作桥5.4.1启闭设备的初步选定由（三）表计算所得启门力，初步选用平面闸门双吊点卷扬式启闭机，根据《闸门与启闭机》选定启闭机型号如下中孔闸门启闭机型号：QPQ-2×25、启门力50T、自重4.07T、地脚螺栓的间距G=1825mm、启闭机的宽度为J=1895mm。边孔闸门启闭机型号：QPQ-2×12.5、启门力25T、自重2.57T、地脚螺栓的间距G=1455mm、启闭机的宽度为J=1515mm。5.4.2工作桥的形式和尺寸的拟定（参考）本挡潮闸工作桥采用装配式结构，桥面置于两根纵梁上，纵梁净距取决于启闭机的活动范围约1.2～2.0m。初步拟定:1）由于中孔为双扉式闸门，需设置两台启闭机分别起吊上下扉门，纵梁净距相对增大，中孔纵梁净距为1900mm；横梁主要为安装启闭机而设置，其位置决定于启闭机的安装位置。启闭机最大宽度为1895mm两边需同时留出0.6～1.2m工作桥中孔跨度L=12000+1200=13200mm,净距Ln=12200mm，纵梁高度h=(1/8～1/10)Ln=(1.53～1.22)m，初步拟定为1.4m；纵梁宽度b=(1/2～1/3)h=(0.70～0.46)m，初步拟定为0.5m。纵梁翼缘厚度端部取100mm,根部取200mm，挑出长度为800mm。横梁截面为矩形，高度为纵梁的2/3～3/4，宽度为高度的1/3～1/2，初步拟定横梁的高度为0.90m，宽度为0.40m。具体尺寸如图5-3所示 图5-3中孔工作桥尺寸及布置图（单位：cm） 2）边孔纵梁净距为1200mm；启闭机最大宽度为1515mm两边需同时留出0.6～1.2m的富裕宽度以供工作人员操作及设置栏杆之用，初步拟定桥面总宽度为4.0m工作桥边孔跨度L=8000+1000=9000mm,净距Ln=8200mm，纵梁高度h=(1/8～1/10)Ln=(1.03～0.82)m，初步拟定为0.9m；纵梁宽度b=(1/2～1/3)h=(0.45～0.30)m，初步拟定为0.4m。纵梁翼缘厚度端部取100mm,根部取200mm，挑出长度为1000mm。横梁截面为矩形，高度为纵梁的2/3～3/4，宽度为高度的1/3～1/2，初步拟定横梁的高度为0.60m，宽度为0.30m。具体尺寸如图5-4所示图5-4边孔工作桥尺寸及布置图（单位：cm）5.5工作桥设置高程，工作桥支墩的高度、尺寸的拟定工作桥高度视闸门的形式、闸孔水面线而定。对平面闸门采用固定式启闭机时工作桥横梁底高程=闸顶高程+门高+（1.0～1.5）富裕高度。中孔工作桥纵梁底高程=6.3+4.0+1.5=11.8m，工作桥排架高为11.8-6.3=5.5m。边孔工桥纵梁底高程=6.3+5.0+1.0=12.3m，工作桥支墩高为12.3-6.3=6.0m。支墩具体尺寸见如图5-5所示（a）边孔工作桥支墩（b）中孔工作桥支墩图5-5工作桥支墩布置图（单位：cm）5.6交通桥，工作便桥的形式尺寸图5-6交通桥布置图（单位：cm）交通桥采用斜空心板，由于交通桥的标准是公路Ⅱ，双车道。则公路桥面宽度定为7m，两边人行道各为0.8m,栏杆的厚度取0.15m,交通桥总宽度为交通桥的具体尺寸如图5-6所示：5.7闸室分缝布置与止水设置闸室沿轴线每隔一定距离顺流向设缝分开，以免闸室因不均匀沉降及温度变化而产生裂缝，缝间距13.6m，缝宽2.0cm，并设置紫铜片止水，具体分缝布置如图5-6图5-6闸室分缝布置与止水设置图(单位:cm)5.8闸室布置图闸室具体布置见图5-6所示(a)边孔闸室布置图((b)中孔闸室布置图图5-7闸室布置图(单位：高程m；其余cm)6闸室稳定计算取边孔闸室段为计算对象，底板顺水流方向长度15.0m，底板宽度9.8m。闸室荷载分别计算如下。6.1自重取混凝土重度为25kN/m3，闸室结构自重具体计算见表6-1表6-1闸室结构自重计算表（以底板下游端最低点为矩心）构件名称算式重力（kN）力臂（m）力矩（kNm）底板边墩中墩胸墙交通桥工作桥工作桥排架工作便桥闸门启闭设备合计6.2水重（1）水位组合水重计算水位组合见表6-2表6-2稳定计算水位组合表计算情况挡水方向闸上水位闸下水位设计情况正向挡水反向挡水校核情况正向挡水反向挡水（2）根据上下游水深分别计算其水重，闸室水重具体计算见表6-3表6-3闸室水重计算表（以底板上游端最低点为矩心）计算情况算式水重（kN）力臂（m）力矩（kNm）正向挡水上游水重下游水重反向挡水上游水重下游水重6.3浮托力计算（1）水位组合浮托力计算水位组合见表1-3表1-3稳定计算水位组合表计算情况挡水方向闸上水位闸下水位设计情况正向挡水反向挡水校核情况正向挡水反向挡水（2）根据静水力学原理和较低侧水位确定闸底板所承受浮托力强度，其值计算见表6-3表6-3浮托力计算表（以底板上游端最低点为矩心）计算情况算式浮托力(kN)力臂(m)力矩（kNm)正向挡水10×9.8×（5.7×15.0+2×0.5×（1.0+2.0）×1.0）反响挡水10×9.8×（4.7×15.0+2×0.5×（1.0+2.0）×1.1）6.4水平水压力（1）水位组合水平水压力水位组合见表1-3表1-3稳定计算水位组合表计算情况挡水方向闸上水位闸下水位设计情况正向挡水反向挡水校核情况正向挡水反向挡水（2）上、下游水平水压力与上下游水位有关，其大小分布见图6-1、6-2，具体计算见表7-4。图6-1正向挡水时水平水压力分布图（单位：kN）图6-2反向挡水时水平水压力分布图（单位：kN）表6-4水平水压力计算表（矩心同前）计算情况算式水平水压力（kN）力臂（m）力矩(kNm)正向挡水上游P10.5×5.9×10×5.9×9.8P20.5×(5.608+7.58)×1.9×10×9.8下游P30.5×4.8×10×4.8×9.8P40.5×(5.24+7.14)×1.9×10×9.8反向挡水上游P10.5×4.3×10×4.3×9.8P20.5×(5.518+7.058)×1.9×10×9.8下游P30.5×7.03×10×7.03×9.8P40.5×(6.237+8.137)×1.9×10×9.86.5浪压力波浪要素计算：由5.2.1已求得计算情况平均波高（m）波高（m）平均波周期（s）平均波长（m）正向挡水反向挡水由《水闸设计规范》其他波浪要素与浪压力按以下公式计算：（一）临界水深：（二）当且时，为深水波，此时单位长度上的浪压力为：H——挡水建筑物迎水面的水深（m）（三）当且时，为浅水波，此时单位长度上的浪压力为：——建筑物底面处的剩余浪压力强度()具体计算结果如表6-5所示表6-5浪压力要素计算表计算情况H(m)（m）(m)(m)波浪类型（）（）正向挡水反向挡水浪压力计算：见表6-6表6-6浪压力要素计算表计算情况算式浪压力（kN)力臂(m)力矩(kNm)正向挡水反向挡水6.6渗透压力计算渗透压力计算见表6-7表6-7渗透压力计算表（矩心同前）计算情况算式渗透压力(kN)力臂(m)力矩（kNm)正向挡水反向挡水6.7闸室荷载汇总闸室荷载汇总见表6-8表6-8闸室荷载汇总表闸室挡水方向荷载名称正向挡水反向挡水竖向力(kN)水平向力(kN)力矩(kNm)竖向力(kN)水平向力(kN)力矩(kNm)设计情况自重水重上游下游浮托力渗透压力水平水压力上游止水以上止水以下下游止水以上止水以下合计校核情况自重水重上游下游浮托力渗透压力浪压力水平水压力上游止水以上止水以下下游止水以上止水以下合计注：表中竖向力以向下为正，水平力以指向下游为正，力矩以顺时针向为正。6.8基底压力不均匀系数计算根据偏心受压公式分运行与完建期计算基底压力和基底压力不均匀系数，具体计算见表6-9、6-10表6-9运行期基底压力不均匀系数计算表计算情况∑W∑M偏心距epmaxpminη［η］设计情况正向挡水反向挡水校核情况正向挡水反向挡水表6-10完建期基底压力不均匀系数计算表∑W∑M偏心距epmaxpminη［η］注：表中不均匀系数，e为竖向力对底板底面中心的偏心距（m），负号表示重心偏向下游，基底压力的最大值与最小值（kN/m2）。由计算结果可知运行期与完建期基底压力不均匀系数都满足要求6.9闸室抗滑稳定计算闸基抗滑稳定按公式Kc=计算Kc——沿闸室基底面的抗滑稳定安全系数；——闸室基底面与地基之间的摩擦系数；本工程为0.45——作用在闸室上的全部竖向荷载（kN）；——作用在闸室上的全部水平向荷载（kN）；具体计算结果与结论见表6-11表6-11闸室抗滑稳定计算表计算情况∑W∑HKc［Kc］结论设计情况正向挡水满足规范安全要求反向挡水满足规范安全要求校核情况正向挡水满足规范安全要求反向挡水满足规范安全要求6.10地基承载力验算地基承载力验算具体计算见表6-12表6-12地基承载力验算表Pmax［P］=1.2结论满足要求由计算结果可知地基承载力满足要求 7平面钢闸门设计7.1设计参数根据前面设计成果提出如下设计参数：①闸门形式：潜孔式平面钢闸门；②孔口净宽：8.00m；③设计水头：下游水位4.73m，上游水位1.5m；④结构材料：平炉热轧碳素钢A3；⑤焊条：E43；⑥止水橡皮：侧止水用P型橡皮，顶止水和底止水用条形橡皮；⑦7.2闸门结构的形式及布置7.2.1闸门尺寸的确定闸门的主要尺寸见图7-1与图7-21)闸门高度：5m。2)闸门的荷载跨度为两侧止水的间距：=8.0m。3)闸门的计算跨度：8+2×0.2=8.4m。图7-1闸门主要尺寸图（单位：m）7.2.2主梁的形式主梁的形式应根据水头和跨度大小而定，本闸门属中等跨度，为了便于制造和维护，决定采用实腹式组合梁。7.2.3主梁的布置根据闸门的高跨比(L≥1.5H)，决定采用双主梁，为使两个主梁在设计水位时所受的水压力相等，两个主梁的位置应对称于水压力合力的作用线，水压力与水压力作用线按《钢闸门设计规范》公式：m（字母意义如图7-1中所示）=5.7-3.8=1.9m 156.8kN/m计算简图如图7-2所示要求下悬臂a≥0.12Hs和a≥0.4m、上悬臂c≤0.45h，取a=0.7m。主梁间距：取2.4m则上悬臂≤0.45h,满足要求。具体布置见图9-2图7-2水压力作用点计算与主梁布置图（单位：m）7.2.4梁格的布置和形式梁格采用复式布置和等高连接，水平次梁穿过横隔板上的预留孔并被横隔板所支承。水平次梁为连续梁，其间距应上疏下密，使面板各区格需要的厚度大致相等，梁格布置的具体尺寸详见图7-3。图7-3梁格布置尺寸图（单位：mm）7.2.5联结系的布置和形式1）横向联结系：根据主梁的跨度，决定布置三道横隔板，其间距为2.1m，横隔板兼作竖直次梁。2）纵向联结系：设在两个主梁下翼缘的竖直平面内，采用斜杆式桁架。7.2.6边梁与行走支承边梁采用双腹式，行走支承采用滚轮滑道。7.3面板设计根据《钢闸门设计规范SL74—95》关于面板的计算，先估算面板的厚度，在主梁截面选择之后再验算面板的局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应力。7.3.1估算面板厚度假定梁格布置尺寸如图7-3所示。面板厚度按下式计算：其中：——弹塑性薄板支承长边中点弯应力系数，按《钢闸门设计规范SL74—95》附录G表G1～表G3采用；——弹塑性调整系数，时，；时，；——面板计算区格中心的水压力强度，；——钢材的抗弯容许应力按《钢闸门设计规范SL74—95》表4.2.1—2采用；——面板计算区格的短边和长边长度，mm，从面板与主（次）梁的连接焊缝算起。列表7-1计算如下：表7-1不同区格的面板厚度计算表区格Ⅰ101020902.070.6900.0130.0096.17Ⅱ65020903.220.5000.0220.0114.40Ⅲ81020902.580.5000.0310.0156.48Ⅳ70020902.990.5000.0390.0206.31Ⅴ61020903.430.5000.0460.0235.98Ⅵ53020903.940.7500.0530.0406.84注：①面板边长都从面板与梁格的连接焊缝算起，主梁上翼缘宽度为140mm（详见于后）。②区格Ⅰ、Ⅵ中系数由三边固定一边简支板查得。根据上表计算，选用面板厚度。7.3.2面板与梁格的连接计算面板局部挠曲时产生的垂直于焊缝长度方向的横拉力按式：计算，已知面板厚度，并且近似地取板中最大弯应力=160，则面板与主梁连接焊缝方向单位长度内的剪力：由式下式计算面板与主梁连接的焊缝厚度：面板与梁格连接焊