水工建筑物课件:第六章-水闸.ppt
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- 水工 建筑物 课件 第六 水闸
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1、2.2.闸室稳定性所包含的内容:闸室稳定性所包含的内容:(1)(1)不致于沿地基面或深层滑动不致于沿地基面或深层滑动 (2)(2)不发生明显的倾斜不发生明显的倾斜 (3)(3)平均基底压力不大于地基的容许承载力,平均基底压力不大于地基的容许承载力,地基反力分布的不均匀程度(闸室上、下游端地基反力分布的不均匀程度(闸室上、下游端地基反力的比值)地基反力的比值)maxmin值越大,沉降差值越大,沉降差。越大,闸室的倾斜度也越大。所以,越大,闸室的倾斜度也越大。所以,3.3.稳定计算方法稳定计算方法 验算闸室基底压力验算闸室基底压力对称的闸孔对称的闸孔:maxmin6WMAAB A A闸室基底面积;
2、闸室基底面积;B B闸室底板长。闸室底板长。受力不对称的闸孔受力不对称的闸孔:按双向偏心受压公式计算按双向偏心受压公式计算 验算闸室的抗滑稳定验算闸室的抗滑稳定产生平面滑动或深层滑动的临界法向应力为产生平面滑动或深层滑动的临界法向应力为 21ubA BtgctgA A系数,系数,A A3-43-4;b地基土的浮容重;地基土的浮容重;当闸底当闸底maxmaxuu,只做平面滑动验算;,只做平面滑动验算;当闸底当闸底maxmaxuu,需作深层滑动核算。,需作深层滑动核算。BB底板顺河方向的长度。底板顺河方向的长度。计算平面滑动的公式计算平面滑动的公式 摩擦公式:摩擦公式:cfWKP 抗剪断公式:抗剪
3、断公式:00ctgWc AKP 抗滑稳定计算的关键抗滑稳定计算的关键,在于合理选用在于合理选用f,f,0 0,c,c0 0,【K Kc c】=1-1.35=1-1.35。当当K K【KcKc】时,提高抗滑稳定的措施:时,提高抗滑稳定的措施:将高水位一侧的防渗铺盖适当延长,或将低水位一侧的排水设备将高水位一侧的防渗铺盖适当延长,或将低水位一侧的排水设备适当向高水位一侧延伸,以减小作用在底板上的渗透压力。适当向高水位一侧延伸,以减小作用在底板上的渗透压力。将闸室位置适当移向低水位一侧,利用水重。将闸室位置适当移向低水位一侧,利用水重。适当增加齿墙深度,以提高抗滑力。适当增加齿墙深度,以提高抗滑力。
4、利用高水位一侧的混凝土铺盖作为阻滑板。(用钢筋和闸室底板利用高水位一侧的混凝土铺盖作为阻滑板。(用钢筋和闸室底板连接起来)连接起来)计算公式:计算公式:120.8Sf WWU 式中:式中:0.80.8考虑土壤变形及连接钢筋拉伸变形等因素。考虑土壤变形及连接钢筋拉伸变形等因素。增设钢筋砼抗滑桩或预应力锚固结构。增设钢筋砼抗滑桩或预应力锚固结构。验算闸基的整体稳定验算闸基的整体稳定 在竖向荷载作用下的地基承载力按在竖向荷载作用下的地基承载力按水闸设计规范水闸设计规范(SL265-SL265-20012001)给定的公式计算。)给定的公式计算。在竖向荷载和水平荷载共同作用下,地基承载力按(在竖向荷载
5、和水平荷载共同作用下,地基承载力按(6 62525)式核算。式核算。四、沉降校核四、沉降校核 土基压缩变形大土基压缩变形大 均匀沉降均匀沉降:建筑物顶部高程降低建筑物顶部高程降低,影响正常运行影响正常运行 不均匀沉降:闸室倾斜、裂缝、止水破坏。不均匀沉降:闸室倾斜、裂缝、止水破坏。计算沉降的方法:采用分层总和法。计算沉降的方法:采用分层总和法。121111nniiiiiiieeSmSmhe沉陷允许值:最大沉降允许值:沉陷允许值:最大沉降允许值:15cm15cm;最大沉降差值:最大沉降差值:5cm5cm。减少不均匀沉降的措施:减少不均匀沉降的措施:(1 1)尽量使相邻建筑物重量差不要过大;)尽量
6、使相邻建筑物重量差不要过大;(2 2)重量大的建筑物先施工)重量大的建筑物先施工,使地基先行预压。使地基先行预压。(2 2)布置要匀称)布置要匀称,使使maxmin不超过规定的数值。不超过规定的数值。五、地基处理五、地基处理 根据工程实践:粘性土贯入击数根据工程实践:粘性土贯入击数55、砂性土贯入击数砂性土贯入击数88时,可不做地基处理直接建闸。时,可不做地基处理直接建闸。常用的处理方法:常用的处理方法:1.1.预压加固预压加固 2.2.换土垫层换土垫层适用情况适用情况:软弱粘性土软弱粘性土薄层、浅表薄层、浅表-全部挖除全部挖除 通常采用砂垫层、壤土垫层通常采用砂垫层、壤土垫层 垫层作用垫层作
7、用:(1):(1)垫层使应力扩散,提高地基的稳定性。垫层使应力扩散,提高地基的稳定性。(2)(2)减小地基沉降量减小地基沉降量 (3)(3)具有良好的排水作用,有利于软土地基加速固具有良好的排水作用,有利于软土地基加速固结。结。设计内容:换砂厚度、宽度、材料、级配等。设计内容:换砂厚度、宽度、材料、级配等。3.3.桩基础桩基础 当水闸上部结构重量大,不宜采用上述方法的,可参考桩基。当水闸上部结构重量大,不宜采用上述方法的,可参考桩基。从施工角度来分:预制桩、钻孔灌注桩从施工角度来分:预制桩、钻孔灌注桩 受力特点来分:支撑桩受力特点来分:支撑桩-软土、浅层软土、浅层 摩擦桩摩擦桩-土层很厚土层很
8、厚 优点:大大提高地基的承载力优点:大大提高地基的承载力 缺点:底板与土层分离缺点:底板与土层分离4.沉井基础沉井基础 适用条件:闸下有较厚的软土层,要求闸的基础埋置较深。适用条件:闸下有较厚的软土层,要求闸的基础埋置较深。不适用于闸基下有流沙、蛮石或表面倾斜较大的岩层。不适用于闸基下有流沙、蛮石或表面倾斜较大的岩层。沉井是一种筒状结构物,可用浆砌石、砼或钢筋砼制成。沉井沉井是一种筒状结构物,可用浆砌石、砼或钢筋砼制成。沉井平面尺寸视上部结构而定,一般只要略大于上部结构的尺寸即平面尺寸视上部结构而定,一般只要略大于上部结构的尺寸即可。沉井的接缝应置于闸的沉降缝之下,使上部结构能够适应可。沉井的
9、接缝应置于闸的沉降缝之下,使上部结构能够适应下部基础的沉降。下部基础的沉降。5.振冲砂石桩振冲砂石桩6.强夯法强夯法7.爆炸法爆炸法8.高速旋喷法。高速旋喷法。6.7 6.7 闸室的结构计算闸室的结构计算 整体计算:用有限元法整体计算:用有限元法 分解成若干部件:闸室为空间结构,受力复杂,为简化计分解成若干部件:闸室为空间结构,受力复杂,为简化计算一般将它分解为若干部件算一般将它分解为若干部件(如闸墩、底板、胸墙、桥梁等如闸墩、底板、胸墙、桥梁等)分别分别单独计算,在单独计算时,应考虑它们之间的相互作用单独计算,在单独计算时,应考虑它们之间的相互作用。一、底板的结构计算一、底板的结构计算 整体
10、式平底板整体式平底板 底板支撑在地基上,因其平面尺寸远较厚度为大,可视为地底板支撑在地基上,因其平面尺寸远较厚度为大,可视为地基上的一块板,受力情况比较复杂。目前又只能采用近似的计算基上的一块板,受力情况比较复杂。目前又只能采用近似的计算方法进行强度分析。不同的地基情况采用不同的计算方法方法进行强度分析。不同的地基情况采用不同的计算方法 相对紧密度相对紧密度DrDr0.50.5:采用:弹性地基梁法:采用:弹性地基梁法 相对紧密度相对紧密度Dr 0.5Dr 0.5非粘性土地基:采用:反力直线分布法非粘性土地基:采用:反力直线分布法 小型水闸:采用倒置梁法小型水闸:采用倒置梁法1.1.弹性地基梁法
11、弹性地基梁法 弹性地基梁法:认为梁与地基都是弹性体,梁卧置于弹性地基梁法:认为梁与地基都是弹性体,梁卧置于弹性地基上,梁受荷载发生弯曲变形,地基受压产生沉降,弹性地基上,梁受荷载发生弯曲变形,地基受压产生沉降,而梁与地基紧密接触,所以他们的变形和沉降是相等的,而梁与地基紧密接触,所以他们的变形和沉降是相等的,根据变形协调条件和静力平衡条件,确定地基反力及梁的根据变形协调条件和静力平衡条件,确定地基反力及梁的内力。内力。土层厚薄不同计算方法有别:土层厚薄不同计算方法有别:土层厚,土层厚,2T/L2T/L2.02.0,视为半无限深弹性地院基梁。,视为半无限深弹性地院基梁。郭氏法;郭氏法;土层中厚,
12、土层中厚,0.250.252T/L2T/L2.02.0,有限深弹性地基梁。,有限深弹性地基梁。链杆法(有限差分法);链杆法(有限差分法);土层薄,土层薄,2T/L2T/L0.250.25,浅层,文克尔假定,浅层,文克尔假定 m ax,m in6WMAAB A-A-闸室基地面的面积闸室基地面的面积B-B-闸室底板的长度闸室底板的长度 (2 2)计算板条及墩条上的不平衡剪力。由于闸门上下)计算板条及墩条上的不平衡剪力。由于闸门上下游水位差较大,故以闸门为界,将闸室分为两段,分别在游水位差较大,故以闸门为界,将闸室分为两段,分别在两段的中央取一单宽板条进行分析和计算。两段的中央取一单宽板条进行分析和
13、计算。作用在板条及墩条上的作用力见下图:作用在板条及墩条上的作用力见下图:这里只介绍常用的半无限弹性体、弹性地基梁法。(原理见这里只介绍常用的半无限弹性体、弹性地基梁法。(原理见结构力学)结构力学)半无限弹性体弹性地基梁法计算步骤半无限弹性体弹性地基梁法计算步骤 (1 1)用偏心受压公式计算闸底纵向(顺水流方向)的地)用偏心受压公式计算闸底纵向(顺水流方向)的地基反力基反力 由于闸室上的荷载沿水流方向是有突变的(工作桥设备等只是在闸由于闸室上的荷载沿水流方向是有突变的(工作桥设备等只是在闸顶某一局部),而由于闸室上的荷载沿水流方向是有突变的(工作桥设顶某一局部),而由于闸室上的荷载沿水流方向是
14、有突变的(工作桥设备等只是在闸顶某一局部),而地基反力是连续变化的,故作用在板条备等只是在闸顶某一局部),而地基反力是连续变化的,故作用在板条和墩条上的力是不平衡的,在墩条和板条的两侧必然作用有剪力和墩条上的力是不平衡的,在墩条和板条的两侧必然作用有剪力Q1Q1和和Q2Q2,并由并由Q1Q1和和Q2Q2的差值来维持板条及墩条上力的平衡,差值的差值来维持板条及墩条上力的平衡,差值Q=Q1 Q=Q1 Q2Q2,称为不平衡剪力。以下游段为例说明称为不平衡剪力。以下游段为例说明QQ,由,由 得:得:0yF 1212342220GGQqqqqLbb由上式可求出由上式可求出QQ,若,若QQ为正,其方向为正
15、,其方向,若,若QQ为负,其方向为负,其方向。(3 3)闸墩及底板的不平衡剪力分配)闸墩及底板的不平衡剪力分配 分配原则:分配原则:Q Q 由闸墩及底板共同承担、各自承担的数值,可根据由闸墩及底板共同承担、各自承担的数值,可根据剪应力分布图面积按比例确定。(需绘剪应力分布图)对于简单的板条剪应力分布图面积按比例确定。(需绘剪应力分布图)对于简单的板条及墩条截面,可直接应用积分法求得。及墩条截面,可直接应用积分法求得。由材料力学可知,截面上的剪应力由材料力学可知,截面上的剪应力y为为yQsbJ式中:式中:J-J-截面惯性矩;截面惯性矩;S-S-计算截面以下(外)的面积对全截面形心轴的面积矩;计算
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