雙鉸底板式閘室

雙鉸底板式閘室結(jié)構(gòu)是在整體式閘室的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種船閘結(jié)構(gòu)型，該結(jié)構(gòu)的主要特點是兩邊閘墻的前趾與底板以斜接或搭接的方式組成兩個假“鉸”，并在“鉸”接處設(shè)止水，以形成具有雙鉸底板的U形不透水的分離式結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

雙鉸底板式閘室結(jié)構(gòu)閘墻與底板分別受力，減小了底板中部彎矩，從而使得底板厚度較小，造價較低，但雙鉸底板的受力對兩側(cè)閘墻的變位較為敏感，適應(yīng)沉降能力較差，因此雙鉸式閘室結(jié)構(gòu)在工程應(yīng)用中受到了一定的限制。當(dāng)滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計要求時，雙鉸式閘室結(jié)構(gòu)是一種經(jīng)濟(jì)合理的閘室結(jié)構(gòu)型式。

因此對雙鉸式閘室結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入的分析和研究，找到影響閘室結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵因子，使結(jié)構(gòu)受力更加合理，適應(yīng)沉降變形的能力得到改善，對于保障船閘結(jié)構(gòu)安全和穩(wěn)定、為船閘結(jié)構(gòu)選型及設(shè)計提供科學(xué)依據(jù)等方面具有重要的意義。 2100433B

閘室結(jié)構(gòu)是船閘的重要組成部分，隨著社會經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展以及施工技術(shù)日益成熟，閘室的規(guī)模也越來越大，因此現(xiàn)代閘室的設(shè)計更加注重因地制宜地選擇閘室的形式，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)、結(jié)構(gòu)合理的效果。雙鉸底板式閘室結(jié)構(gòu)是在整體式閘室基礎(chǔ)上發(fā)展起來的結(jié)構(gòu)型式，一般適用于粉砂、細(xì)砂地基，應(yīng)用十分廣泛。

船閘閘室是船閘結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位，其安全穩(wěn)定是船舶順利通航過壩以及整個船閘正常工作的保證?，F(xiàn)階段，在我國閘室結(jié)構(gòu)內(nèi)力的分析中，還是以材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)方法為主，即將結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化，以平面體系計算結(jié)構(gòu)內(nèi)力。對于雙鉸底板式閘室結(jié)構(gòu)的解析計算方法，國內(nèi)外都曾進(jìn)行過一些研究，特別是底板的應(yīng)力分析中，提出了多種計算圖式、計算方法。在工程實踐中，對于雙鉸底板的計算方法主要有以下幾種：

1、簡支梁法，假定中間底板簡支于閘墻上，而閘墻不傳力給底板，但該方法忽略了地基的作用，也未考慮閘墻向底板傳力，在理論上不甚合理。

2、折線反力分布法，是假定地基反力在整個基底上面連續(xù)，且為折線分布，在鉸接處只傳遞水平力和垂直力，不傳遞彎矩，并按中間底板與邊側(cè)小底板連接處的反力相等和閘墻的靜力平衡等條件來求地基反力。

3、彈性地基梁法，是將整個底板視作彈性地基梁，地基視作半無限大彈性地基，并假定閘墻與中間底板為不同剛度以鉸相連的彈性地基梁，采用連桿法求解地基反力。

4、文克爾假定法，是將整個底板視作文克爾地基上具有雙鉸的變剛度地基梁來進(jìn)行計算。

閘室結(jié)構(gòu)方案的選擇需綜合考慮工程地質(zhì)條件、總布置要求、閘室輸水條件和防滲要求等因素，經(jīng)過篩選，適合本工程的有鋼筋混凝土塢式整體結(jié)構(gòu)、雙鉸式結(jié)構(gòu)、空箱扶臂擋墻式結(jié)構(gòu)共3種結(jié)構(gòu)型式。閘室結(jié)構(gòu)方案的選擇需綜合考慮工程地質(zhì)條件、總布置要求、閘室輸水條件和防滲要求等因素，經(jīng)過篩選，適合本工程的有鋼筋混凝土塢式整體結(jié)構(gòu)、雙鉸式結(jié)構(gòu)、空箱扶臂擋墻式結(jié)構(gòu)共3種結(jié)構(gòu)型式 。

氣閘室相對于相連接的各功能間（或環(huán)境）的空氣壓力為負(fù)壓，并且全排。氣閘室的兩側(cè)，可以是非潔凈區(qū)對潔凈區(qū)，也可以是潔凈區(qū)對潔凈區(qū)。防止不同環(huán)境之間產(chǎn)生交叉污染，這是氣閘室的唯一的一個作用。

緩沖室是人員或物料自非潔凈區(qū)進(jìn)入潔凈區(qū)的必然通道，其氣壓是自外（非潔凈區(qū)）向內(nèi)（潔凈區(qū)）梯度遞增。緩沖室的作用有兩個，一個是防止非潔凈區(qū)的氣流直接進(jìn)入潔凈區(qū)，有了一個緩沖室就大大降低了這種可能。二個是人員或物料自非潔凈區(qū)進(jìn)入潔凈區(qū)時，在緩沖室有一個“擱置”進(jìn)行自凈（主要是物料），以免進(jìn)入潔凈區(qū)后，對潔凈區(qū)造成污染。2100433B

利用有限元軟件ANSYS建立溢洪道閘室結(jié)構(gòu)幾何模型并進(jìn)行網(wǎng)格劃分。幾何模型的坐標(biāo)原點為右邊墩右側(cè)面和溢流堰堰面(WES 堰形曲線) 的閘門槽交線(高程為631. 249 m) ，X 向為順閘室水流方向，Y向鉛直向下，Z向為垂直閘室水流方向且指向左岸。閘室和地基單元類型均采用8節(jié)點空間BRICK等參單元，單元的分布充分考慮了應(yīng)力梯度大小的變化；劃分后的有限元網(wǎng)格模型的單元總數(shù)為127158個，節(jié)點總數(shù)為149452個。

有限元模型地基底面為三向約束，上、下游面和側(cè)面均為法向約束; 閘室右邊墩兼作大壩擋墻，左邊墩與山巖垂直相接，閘室兩邊墩外側(cè)均為法向約束。閘室在水面以下且與水接觸部位，自水面起豎直向下施加梯度荷載，主要接觸部位有：閘墩、溢流堰表面和上游建基面等。當(dāng)弧形閘門處于全關(guān)閉狀態(tài)以及閘門啟閉過程中，庫水壓力經(jīng)門葉、支臂、支鉸、支座、牛腿預(yù)埋鋼板，最終以面作用力的形式傳遞到牛腿，故在牛腿與鋼板接觸面施加面荷載。閘室堰體混凝土材料和地基巖石材料的本構(gòu)模型為線彈性本構(gòu)模型。

根據(jù)設(shè)計要求，擬定正常蓄水位工況和校核洪水位工況作為計算工況，對堰體體形方案一的閘室結(jié)構(gòu)應(yīng)力進(jìn)行有限元計算分析。

閘室結(jié)構(gòu)的牛腿、吊頭、閘墩等關(guān)鍵構(gòu)件的第一主應(yīng)力(拉應(yīng)力)分別為：0.83，0.25，1.27MPa(正常蓄水位工況)和2.94，3.26，3.25MPa(校核洪水位工況)。由第一主應(yīng)力可知，正常蓄水位工況下牛腿、吊頭、閘墩等關(guān)鍵構(gòu)件的拉應(yīng)力均小于校核洪水位工況下的拉應(yīng)力。因此，選取校核洪水位工況為控制工況，分別對6 種堰體體形方案進(jìn)行有限元應(yīng)力分析。