羌河口水电站首部闸坝枢纽设计毕业设计

西华大学毕业设计说明书西华大学毕业设计说明书④工作桥及启闭机重力=1014kN，交通桥自重=825kN，检修桥自重=132kN。9.1.2水重作用在水闸上面的水闸应该按照其实际体积及其容重计算确定，水的容重一般取10，在多泥沙的河流上应考虑水中含有的悬移质对谁容重的影响，这是采用浑水容重，浑水容重的计算公式如下：式中：—浑水容重，；—实测最大泥沙含量，；如果实在没有实测资料时采用10.05～11.0。由已知资料知道，该河段多年平均含沙量0.134kg/m3，即为0.00131，所以。=5.6510710.002=3956kN9.1.3水平水压力作用在水闸上的水平水压力应根据水闸不同的运行情况时的上、下游水位组合条件计算确定，计算简图如图9-1。式中：—止水c以上的上游水深，m；—c、d的扬压力水头，m；为c、d两点距离，m；其余符号与上面相同。在这里=5.65m，=3m，L=6m，=4.8kN，=2.7kN。所以有：=940kN；=（4.8+2.7）369.81=1325kN。图9-1上游水压力图9.1.4扬压力作用在水闸基础底面的扬压力应根据地基内别、防渗排水布置及上下游水位组合条件计算确定。9.1.5泥沙压力当闸前有泥沙淤积应该计算作用在闸上的泥沙压力，泥沙压力应根据水闸上、下游可能淤积的厚度及泥沙的容重等计算确定。根据黄河水利勘测规划设计院的经验计算可能淤积厚度确定为：在淤积高度确定后可按以下公式计算计算泥沙压力：式中：为作用于水闸上的泥沙压力，；闸前沉积泥沙的浮重度，，；为为淤积泥沙的内摩擦角，（）；n为泥沙的孔隙率。=9.2闸室稳定计算闸室上、下游端地基反力的比值，反映闸室基底反力分布的不均匀程度。值愈大，表明闸室两端基底反力相差愈大，沉降差愈大，闸室的倾斜度也愈大。设计中的的容许值应符合表9-1中规定。表9-1η的容许值地基土质荷载组合基本特殊松软1.52.0中等坚硬、紧密2.02.5坚硬、紧密2.53.0沿土基面的抗滑稳定安全系数因水闸的级别而异，见表9-2。表9-2Kc的容许值荷载组合水闸级别1234、5基本组合1.30特殊组合51.0521.101.051.001.009.3验算闸室基底压力对于结构布置及受力情况对称的闸孔，按式计算基底最大和最小压应力：式中：—铅直荷载的总和，KN；A—闸室基底面的面积，m2；—作用在闸室的全部荷载对基底面垂直水流流向形心轴的力矩，KN·m；B—闸室底板的长度，m。计算闸室稳定时，一般区分为施工、完建、运用和检修等情况，各种情况下的荷载均有所不同，应根据具体情况将同时作用的各种荷载进行组合。设计时应选择计算情况和确定其可能存在的最不利荷载组合。但不少工程单位计算基底压力时，先按下式计算偏心矩e：从而上下游基底压力为：式中的符号与上面的相同。此次设计计算完建期和正常运用期。表9-3荷载组合情况荷载组合计算情况荷载基本组合完建期重力水压力（不计）扬压力（不计）正常运用期重力水压力扬压力表9-4完建期计算结果表荷载重力KN力臂m力矩KN·m底板自重3500517500闸墩自重4500522500工作桥及启闭设备自重101411014交通桥自重82554125检修桥自重1322264闸门自重78178合计1004945481计算偏心距e：=10/2-45481/10049=0.47m=所以有：=184.3KN/m2=103.1KN/m2η==184.3/103.1=1.79＜[η]=2.0符合应力要求。计算偏心距e：=10/2-67998/13571=-0.01m=所以有：=195.1KN/m2=192.7KN/m2η==195.1/192.7=1.01＜[η]=2.0表9-5正常运行期计算结果表荷载铅直向上kN铅直向下kN水平力KN力臂m顺时针力矩kN·m逆时针力矩kN·m闸室结构自重1004945481水重3956519780上游水压力13251.88249194021880扬压力4343.771637泥沙压力4.330.673合计13571227067998计算偏心距e：=10/2-67998/13571=-0.01m=所以有：=195.1KN/m2=192.7KN/m2η==195.1/192.7=1.01＜[η]=2.0符合应力要求。经过计算，闸室基地应力满足要求，设计结果合理。10闸室抗滑稳定分析水闸建成投入运行后，闸室受到竖向力和水平力的共同作用，水闸是否会发生沿地基表面的水平滑动，决定于阻止闸室滑动的力及阻滑力是否大于致使闸室滑动的力及滑动力，前者与后者的比值及为抗滑稳定安全系数。闸室抗滑稳定计算水闸沿地基面的抗滑稳定按下式计算：或式中：为沿闸室基底面的抗滑稳定安全系数；f为闸室基底面与地基之间的摩擦系数；为作用在闸室上的全部水平荷载之和，kN；闸基基础底面与土质地基之间的摩擦角，（）；为闸室基底面与土质地基之间的粘聚力，kPa。其中f的值可按照《水闸》张世儒编著一书中的的表5-9查看,这里取0.53。目前在水闸设计中普遍采用公式进行计算。而公式是根据是根据现场混凝土的抗滑实验资料进行分析研究后提出的，因而其计算成果能够比较真实的反应粘性土地基上水闸的真实情况。所以对于粘性土地基上的水闸采用此公式计算比较好。由闸底的基底应力计算可知：KNKN所以：=3.17 ＞[]=1.2所以本次设计的抗滑稳定满足要求，设计满足要求。 11闸室底板的配筋计算底板直接建在地基面上，承受着闸室上部的所有荷载，包括闸室自重、闸室上面的水中、工作桥自重、闸墩自重等等、并且它还还起着传递力的作用，将上部的所有荷载直接传递给地基。同时还要考虑两边边荷载的影响，特殊情况下还要考虑地震荷载等，所以受力条件十分复杂。而且其作用也十分重要，假使底板受到很小的破坏或者滑动将直接导致整个闸室倾覆。因此必须对闸室进行受力分析，然后进行配筋计算。只有这样才能确保闸室的整体安全性。本次设计采用弹性地基梁法。对于半无限大弹性体假说下平面地基上的常截面基础梁，常采用郭氏表计算。均布荷载和集中荷载均采用郭氏表计算。郭氏表中没有能考虑边荷载的影响，所以对于边荷载的计算则采用河海大学徐芝纶教授编写的计算表格。相关数据查寻所用表格都来自于《水工混凝土结构设计手册》。首先算出基础梁的无因次的柔度指标t：式中：为基土的变形模量；为混凝土的弹性模量；l为地基梁的半梁长度，m；h为梁的高度，m。查《水闸》张世儒主编一书的表6-10知=6kPa，查表6-11E=2.30有：=2.88≈3表11-1均布荷载计算表x01234567891001.07374757678828895117150—P414419425431442465499538663849—0-2.6-5-7-9.3-11.2-13.2-13.7-13.5-9.90V0-148-283-397-527-634-748-776-765-561091.80.60M5094452848114472390533402604181210193400当全梁受均布荷载q时，可由t查出梁各截面处的反力系数、剪力系数、弯矩系数，再由以下公式求出各截面处的反力p、剪力V、弯矩M。取。当梁上承受集中荷载P时，可由t和a查出梁各截面处的反力系数、剪力系数、弯矩系数，再由以下公式求出各截面处的反力p、剪力V、弯矩M。取。表11-2集中荷载计算表x01234567891001.050494746444342424764—P280275264258247241236236264359—50-45-40-36-31-27-22-18-14-90V2763-2487-2210-1989-1713-1492-1216-995-774-49802722181411853200M1493112166995477426083442427651659110600当梁上承受边荷载时，可由t和a查出梁各截面处的反力系数、剪力系数、弯矩系数，再由以下公式求出各截面处的反力p、剪力V、弯矩M。表11-3边荷载计算表x01234567891001.014161922242626200-54—14119641-2-6-13-26—39.244.853.261.667.272.872.8560-151.2—39.230.825.216.811.22.8-5.6-16.8-36.4-72.8—P78.475.678.478.478.475.667.239.2-36.4-224—-3.3-6.89.511.91310.70-3.3-4.6-5.6-6.3-6.8-7.1-7.1-6.7-5.8-40-92.4-53.22.856120.4190.4266333.2364299.60-92.4128.8156.8176.4190.4198.8198.8187.6162.41120V075.6159.6232.4310.8389.2464.8520.8526.4411.60-5.6-5.9-6-5.9-5.6-5-4.2-3.1-1.9-0.70-5.6-5.2-4.9-4.1-3.5-2.8-2-1.5-0.7-0.20-1548-1631-1658-1631-1547-1382-1160-857-525-1930-1548-1437-1354-1133-967-774-552-414-193-550M-3096-3068-3012-2764-2514-2156-1712-1271-718-2480取。表11-4所有荷载叠加表x012345678910P772.4769.6767.4767.4767.4781.6802.2813.2890.6984—V27632710.62652.62618.42550.82515.22428.82291.82065.41470.60M169291362611753945074745608365722001407920按DL/T5057-2009规范：式中：—弯矩设计值；—截面极限弯矩值；为综合分项系数；—混凝土轴心抗压强度设计值；b—矩形截面宽度；x为混凝土受压区计算高度；—截面有效高度；为钢筋抗拉强度设计值；—受拉区纵向钢筋截面面积。将代入上式，并令：则有式中：—截面抵抗矩系数；—相对受压区计算高度；—系数，在规范中取1.0。设计时应该满足，但为了考虑经济问题一般取。所以有：再求解：可求得钢筋截面面积：由以上计算可知：=116854KN·m；=1.32；=9.6N/mm2；b=7m；=1.96m；=360N/mm2。查《水工钢筋混凝土结构学》附录4知a=c+10=30+10=40mm。查表《水工钢筋混凝土结构学》3-1）=0.384所以有=0.09＜=0.384，因此直接采用单筋截面进行计算，查表《水工钢筋混凝土结构学》3-1：=＜=0.55则每米板宽钢筋量为4914。配筋率：＞=0.15％查表《水工钢筋混凝土结构学》附录3表2选择HRB400直径为22mm间距为70mm进行布设。此时的钢筋含量为每米5430略大于4914满足要求。考虑到板厚达到了两米，所以需要在上层配置构造筋，构造筋选用HRB400直径选用20mm间距取为200mm，进行配设。配筋图详见图纸。12结论本次设计是羌河口拦河闸坝首部枢纽的设计。设计的重点是对泄洪闸的设计和计算。泄洪闸的主要作用是宣泄水库中超过调蓄能力的洪水或存水。本次设计的第一步是对资料的综合分析整理，整理出对本次设计有用的资料，方便在后续的计算和设计中取用。然后参照水闸设计规范确定出工程等级。本次设计的工程等别为四等，规模为小（1）型，防护对象重要性为一般。闸址选在陵江乡吊坝村上游约1.5km处，泄洪闸布置在主河床中间，右岸有成洞条件便于引水隧洞的开挖，因此在右岸设置进水口。左岸采用土石坝挡水。在上游设置15m长的铺盖，在铺盖与闸室的连接处设置齿墙，并采用止水铜片止水，闸室长度为10m，每孔设计一道工作闸门一道检修闸门，其中检修闸门可移动。在水闸下游设置消力池采用底流消能方式，消力池长为18m，深为1m。在消力池末端设置海曼，海曼长20m，在海曼末端设置防冲槽。之后进行闸室的抗滑稳定计算，此过程十分复杂，需要对闸室以及其上部结构所有的荷载进行叠加计算，然后再利用相应公式进行计算。防渗计算式水闸计算中的一个重点，采用改进阻力法进行计算，这种方法是在阻力系数法、分段发以及独立函数的基础上综合发展而来，因此近似度非常高。最后进行闸室底板配筋计算，与抗滑稳定分析类似需要对水闸上面的力进行叠加计算，十分复杂。本次设计的结果与工程实际十分接近只是在局部地方有一些瑕疵，现在进行逐个说明。比如铺盖的长度计算存在差异，本次设计主要参照《水闸设计规范》以及《水工建筑物》进行估算，并没有具体的公式进行参照因此计算的结果有所差异，肯定存在考虑不足不完善的地方。还有闸室的长度也有所差异，闸室的长度主要是根据上下游水位差等因素估算，从而计算出的长度与实际也有所差异，在老师的指导下进行了改进，因此得出了更为精确的长度。在海曼的长度计算时遇上了问题，在初步的按《水工建筑物》给出的估算公式得出的海曼长度只有几米，与实际的20m左右的长度存在巨大差异。在翻看了各种资料书后发现毛旭熙高级工程师的海曼计算公式比较精确从而解决了这一问题。最后回顾这次设计让我明白了，进行一个水电站的设计是十分精细的工作，需要参看许多规范与资料，不同的地形地质条件会选用不同的参考资料，得出的结论应十分谨慎的进行分析，如果发现错误应及时予以修正。同时水电的计算设计中包含很多估算以及安全系数的取值范围，在这部分计算值应该引起重视以免出现设计不合格或者是取值过于保守从而引起经济上和材料上的浪费。最后希望老师对我本次设计不合理的地方进行细心的斧正和批评！总结与体会我在本次的设计过程中遇到了很多的问题，但是在自己的努力与学习下、老师以及同学的帮助下我一个一个的解决了这些问题。在这期间我学会了很多的东西，这些东西在我毕业后的工作中将成为一种宝贵的财富积累。在刚刚开始设计的时候，就遇到了很多的问题需要我利用以前的知识来解决。比如设计之初工程等级的确定就在以前《水工建筑物》里学过，再后来水闸的水利计算，更是充分运用了《水力学》里面的各种知识，比如堰型的选择，过闸流量的计算，消力池深度的计算等等。通过对这些数值的计算我仿佛又从大一开始再一次学习了一遍这些知识，他加深了我对这些知识记忆的同时让我对这些知识又产生了进一步的理解。让我更加牢固的掌握了我们所学习的专业知识。在计算海曼长度的时候我就遇到极大的挑战，在参考了《水工建筑物》里面关于海曼的计算公式计算出的海曼长度只有几米，刚开始我并没有发现问题，但是到了防渗验算是就是不合格，后来才与实际的工程对比发现了问题，浪费了我几天的时间。之后在老师的指导下才采用了毛旭熙高级工程师的关于海曼计算公式，最后才计算出了正确的海曼长度。这让我了解了再解决实际工程问题是不能单一的采用某种计算方法就能完全确定，尤其是在没有具体计算公式的时候我们更应该谨慎选用相关估算公式并与实际工程相结合得出更加合理的结论，同时他提高了我对实际与理论的认识，很多理论性的知识只有通过了实际的设计检验才能将它为我所用。这次的问题也让我对工程的设计与施工有了更深的理解，也对实际施工设计工作产生了弄厚的兴趣。再者通过逐步解决自己在设计中遇到的各种问题，增强了我自己解决问题的能力，还有就是设计过程是一个极具逻辑性的推理试算然后再计算确定实际数据以及相关结构尺寸的一个的过程，做完本次设计后让我深有体会，加入在以后的工作中遇到相关的工作或者相关的事情这做起来会让我更加的得心应手。还有就是在设计之初，需要在网上查看许多关于闸坝、水电相关的知识。他能拓展我们在这个领域的知识宽度，让我更加了解整个国家以及世界上的能源结构，以及遇到的环境问题。水电的开发能改变整个能源的结构，减少煤、石油等的使用，减少环境污染。对可持续发展做出巨大贡献。其中最大的收获还是让我更加了解了以后的工作的方向以及工作的内容。他让我对水电事业有了更深的兴趣，明白了自己以后的奋斗方向。谢辞本次设计的指导老师魏张焕敏老师。在我们做设计这一个多月的时间里，名义上张老师说每周的周四为毕业设计的答疑时间。但是实际上除了张老师上课的时间，他基本上都在办公室里等着我们去问问题。最让我感动的是那天中午去办公室敲门，里面没有人应答，随后我拨通了张老师的电话，突然我听到办公室里面传来一阵熟悉铃声，我以为我错觉了，但随后听到了张老师接电话的声音。原来他累的在办公桌上睡着啦，那一刻我感动了，一位老师为了我们的毕业设计，牺牲了自己的午休时间，牺牲了陪家人吃午饭的时间，这就是伟大的老师啊！还有办公室的涂老师、刘老师等，虽然他们不是我们直接的指导老师，但是只要我们有问题而张老师不在的情况下，他们都会很热心的帮助我们解答，同时还会夸奖我们学习认真，鼓励我们的士气。在设计做完以后我们还要答辩，届时我们还将耽搁很多学院老师的时间来为我们指导。这些老师都在默默的关心着我们的毕业设计。还有那些曾经帮助过我解决疑难的同学们，你们也是我完成毕业设计道路上的良师益友，没有你们我也不会这么顺利的完成我的设计！所有的老师们，同学们感谢你们在这段时间里对我的指导和关心！衷心的谢谢你们，你们是我成功路上的灯塔！参考文献[1]江苏省水利勘测设计研究院.水闸设计规范（SL265-2001）.北京：中国水利水电出版社，2001[2]李彦硕，董毓新.水电站建筑物结构分析.大连：大连理工大学出版社，1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