一、閘墩結(jié)構(gòu)計(jì)算：1.計(jì)算模型：(1)平面閘門(mén)的閘墩→固定于底板的懸臂梁→材料力學(xué)法(2)弧形閘門(mén)的閘墩→一邊固定、三邊自由的彈性矩形板→彈性力學(xué)法2.主要荷載及荷載組合⑴主要荷載結(jié)構(gòu)自重；水壓力：縱向〔順?biāo)鞣较颉常瑱M向〔垂直水流方向〕；地震慣性力；交通橋上車(chē)輛剎車(chē)制動(dòng)力⑵荷載組合(a)正?；蚍浅跛畷r(shí)期，閘門(mén)全關(guān)?！饕怂沩?biāo)鞣较颉部v向〕的應(yīng)力分布。平面閘門(mén)：閘墩底部應(yīng)力，門(mén)槽處應(yīng)力弧形閘門(mén)：閘墩牛腿及整個(gè)閘墩的應(yīng)力(b)正常或非常擋水時(shí)期，一孔檢修，相鄰孔過(guò)水?！l墩兩側(cè)有水頭差，同時(shí)受到橫向水壓力和車(chē)輛剎車(chē)制動(dòng)力。→主要核算垂直水流方向〔橫向〕應(yīng)力分布(c)正常擋水時(shí)期閘門(mén)全關(guān)，遭遇強(qiáng)震?！饕怂愦怪彼鞣较颉矙M向〕的應(yīng)力分布。⒊平面閘門(mén)的閘墩的應(yīng)力分析步驟⑴計(jì)算邊閘墩和中閘墩的形函數(shù)：墩底水平截面形心位置和慣性矩Ix、Iy，面積矩Sx、Sy。圖9-25閘墩結(jié)構(gòu)計(jì)算示意圖⑵計(jì)算墩底水平截面上的正應(yīng)力與剪應(yīng)力①順?biāo)鞣较颉部v向〕：最不利情況是閘門(mén)全關(guān)擋水、閘墩承受最大上下游水位差。產(chǎn)生的水壓力。邊閘墩或受力不對(duì)稱(chēng)的中墩水平截面上有扭矩作用。閘墩邊緣位于x—x軸上點(diǎn)的最大扭剪力可近似為：②垂直水流方向〔橫向〕：最不利情況是一孔檢修的情況，此時(shí)該孔上下游檢修閘門(mén)關(guān)閉而相鄰孔過(guò)水?！l墩兩側(cè)有水頭差，同時(shí)受到橫向水壓力和車(chē)輛剎車(chē)制動(dòng)力等荷載。⑶垂直截面上的應(yīng)力計(jì)算〔門(mén)槽處應(yīng)力計(jì)算〕對(duì)任一垂直截面位置，在任一高程取高度為1m的閘墩作為脫離體，其頂面、底面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力分布已由⑵得出，均屬，由靜力平衡條件可求出任一垂直截面上的N、M、Q，從而可以求出該垂直截面上的平均剪應(yīng)力和平均正應(yīng)力。在門(mén)槽處截取脫離體〔取上游段閘墩或下游段閘墩都可以〕，將其作為固結(jié)于門(mén)槽位置的懸臂梁，同理可求得門(mén)槽處垂直截面上的應(yīng)力。二.底板結(jié)構(gòu)計(jì)算〔開(kāi)敞式閘室整體式平底板〕常用方法：倒置梁法、反力直線(xiàn)分布法、彈性地基梁法。各種算法都是以垂直水流方向截取的單寬板條作為計(jì)算對(duì)象，簡(jiǎn)化為平面問(wèn)題進(jìn)行計(jì)算。倒置梁法無(wú)視了閘墩處變位不等的重要因素，誤差較大，因此不宜在大、中型水閘設(shè)計(jì)中采用；大、中型水閘，當(dāng)?shù)鼗鶠橄鄬?duì)緊密度Dr≤的砂土?xí)r，由于變形容易得到調(diào)整，可用反力直線(xiàn)分布法計(jì)算，當(dāng)?shù)鼗鶠檎承酝粱虻纳巴習(xí)r，可采用彈性地基梁法計(jì)算。1.倒置梁法⑴計(jì)算模型及根本假定以垂直水流方向截取的單寬板條作為計(jì)算對(duì)象，把閘室底板作為固支于閘墩的連續(xù)梁進(jìn)行計(jì)算。即把閘墩作為底板連續(xù)梁的支座。假定：ⅰ.地基反力在順?biāo)鞣较蛑本€(xiàn)分布ⅱ.地基反力在垂直水流方向均勻分布ⅲ.相鄰閘墩間無(wú)任何相對(duì)位移倒置梁法計(jì)算十分簡(jiǎn)便，但假定地基反力在橫向?yàn)榫鶆蚍植寂c實(shí)際情況不符，而且支座反力與閘墩鉛直荷載也不相等，故只能在小型水閘中采用。圖9-26倒置梁法及反力直線(xiàn)分布法簡(jiǎn)圖圖9-27別離式底板接縫型式用偏心受壓公式計(jì)算縱向〔順?biāo)鞣较颉车鼗戳Α＂谌M向單寬板條，按倒置連續(xù)梁計(jì)算內(nèi)力并進(jìn)行配筋。⒉反力直線(xiàn)分布法⑴計(jì)算模型及根本假定以垂直水流方向截取的單寬板條作為計(jì)算對(duì)象，把閘墩當(dāng)作底板的荷載進(jìn)行計(jì)算。假定(a)地基反力在順?biāo)鞣较蛑本€(xiàn)分布。(b)地基反力在垂直水流方向均勻分布。(c)把閘墩當(dāng)作底板的荷載，閘墩對(duì)底板無(wú)約束，底板可以自由變形。大、中型水閘，當(dāng)?shù)鼗鶠橄鄬?duì)緊密度Dr≤的砂土?xí)r，可用反力直線(xiàn)分布法計(jì)算。⑵計(jì)算步驟①用偏心受壓公式計(jì)算縱向〔順?biāo)鞣较颉车鼗戳?。②取橫向單寬板條，計(jì)算不平衡剪力⊿Q。*式中假定不平衡剪力⊿Q的方向向下，如其計(jì)算結(jié)果為負(fù)值，說(shuō)明⊿Q的實(shí)際方向向上。③對(duì)不平衡剪力進(jìn)行分配。不平衡剪力⊿Q應(yīng)由閘墩和底板共同承當(dāng)。，b=1m，對(duì)既定截面，Q/I是常數(shù)，τ與S〔y′〕成正比，設(shè)閘墩和底板對(duì)應(yīng)的S〔y′〕的面積分別為A1和A2，那么閘墩和底板分擔(dān)的不平衡剪力分別為：⊿Q1還要由中墩和縫墩按厚度再進(jìn)行分配，兩者分配的⊿Q1′和⊿Q1″分別為：④計(jì)算作用在底板上的荷載分配給閘墩的不平衡剪力連同包括上部結(jié)構(gòu)的閘墩重力可示為集中力作用在梁上，將分配給底板的不平衡剪力轉(zhuǎn)化為均布荷載，那么作用在底板梁上的均布荷載為：均布荷載q=q3+地基反力q4-水重q2′-q1-⊿Q2/2L′。⑤計(jì)算底板內(nèi)力并進(jìn)行配筋。⒊彈性地基梁法⑴計(jì)算模型及根本假定以垂直水流方向截取的單寬板條作為計(jì)算對(duì)象，按平面應(yīng)變的彈性地基梁，利用靜力平衡條件及底板與地基的變形協(xié)調(diào)條件，計(jì)算地基反力和底板內(nèi)力。假定(a)地基反力在順?biāo)鞣较蛑本€(xiàn)分布。(b)地基反力在垂直水流方向呈彈性〔曲線(xiàn)〕分布，為待求未知數(shù)。(c)把閘墩當(dāng)作底板的荷載，閘墩對(duì)底板無(wú)約束，底板可以自由變形。當(dāng)?shù)鼗鶠檎承酝粱虻纳巴習(xí)r，可采用彈性地基梁法計(jì)算。圖9-28閘底板結(jié)構(gòu)計(jì)算圖⑵計(jì)算步驟①用偏心受壓公式計(jì)算縱向〔順?biāo)鞣较颉车鼗戳Α＂谌M向單寬板條，計(jì)算不平衡剪力⊿Q。與反力直線(xiàn)分布法中相同。③對(duì)不平衡剪力進(jìn)行分配。不平衡剪力⊿Q應(yīng)由閘墩和底板共同承當(dāng)。與反力直線(xiàn)分布法中相同。④計(jì)算作用在底板(彈性根底梁)上的荷載分配給閘墩的不平衡剪力連同包括上部結(jié)構(gòu)的閘墩重力可示為集中力作用在梁上，將分配給底板的不平衡剪力轉(zhuǎn)化為均布荷載，那么作用在底板梁上的均布荷載為：均布荷載q=揚(yáng)壓力q3-水重q2′-底板自重q1-⊿Q2/2L′。此時(shí)地基反力的橫向分布為待求未知荷載。注意：標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，當(dāng)采用彈性地基梁法時(shí)，可不計(jì)閘室底板的自重，但當(dāng)作用在基底面上的均布荷載為負(fù)值時(shí)，那么仍應(yīng)計(jì)及底板自重的影響，計(jì)及的百分?jǐn)?shù)以使作用在基底面上的均布荷載值等于0為限度確定。注意：(a)如果計(jì)算對(duì)象包括直接擋土的邊墩，那么側(cè)向土壓力、側(cè)向水壓力等引起的彎矩對(duì)彈性地基梁也有影響。在有些水閘工程設(shè)計(jì)中，從平安考慮，當(dāng)彎矩使梁內(nèi)力減小時(shí)，考慮彎矩計(jì)算值的50%，使梁內(nèi)力增加時(shí)，考慮彎矩計(jì)算值的100%。表邊荷載計(jì)算百分?jǐn)?shù)地基類(lèi)別邊荷載使計(jì)算閘段底板內(nèi)力減小邊荷載使計(jì)算閘段底板內(nèi)力增加砂性土50％100％粘性土0100％⑤計(jì)算底板內(nèi)力并進(jìn)行配筋。具體算法及其理論假定要適應(yīng)底板及地基的具體條件：ⅰ.對(duì)于土基上的水閘的整體式平底板：(a)當(dāng)?shù)鼗蓧嚎s層〔厚度為T(mén)〕很厚〔即厚度遠(yuǎn)大于梁的最大水平尺寸〕時(shí)〔T/L′>2〕可將地基視為半無(wú)限彈性體進(jìn)行計(jì)算。(b)當(dāng)?shù)鼗蓧嚎s層較薄時(shí)〔T/L′〕→可按反力與地基變形成正比的文克爾假定〔即基床系數(shù)法〕進(jìn)行計(jì)算。(c)當(dāng)?shù)鼗蓧嚎s層厚度與梁的最大尺寸同量級(jí)時(shí)〔T/L′–2〕可按有限深彈性地基梁用鏈桿法進(jìn)行計(jì)算。ⅱ.對(duì)于巖基上水閘的整體式平底板的應(yīng)力分析，可按基床系數(shù)法計(jì)算。這是因?yàn)閹r基彈性模量較大，其單位面積上的沉降變形與所受壓力之間的關(guān)系比擬符合文克爾的假定。*文克爾假定下的根底梁：假定地基單位面積上所受的壓力與該單位面積上的地基沉降成正比。按此假定，基底應(yīng)力值計(jì)算顯然未考慮根底范圍以外的地基變形的影響，即邊荷載并不引起梁的內(nèi)力；同時(shí)，在文克爾假定下，當(dāng)全梁受均布荷載q時(shí)，地基反力也均勻分布，它的集度p就等于均布荷載集度q，因此根底梁并不彎曲，梁截面上并不發(fā)生彎矩。具體計(jì)算時(shí)可以采用查表法，先計(jì)算出柔度系數(shù)然后查表〔《水工設(shè)計(jì)手冊(cè)〔1〕》得彎矩系數(shù)，然后計(jì)算彎矩。*半無(wú)限深彈性地基梁：先計(jì)算出柔度系數(shù)然后查表〔《水工設(shè)計(jì)手冊(cè)〔1〕》得彎矩系數(shù)，然后計(jì)算彎矩。需考慮全梁受均布荷載、梁上受彎矩荷載、梁上受集中荷載、集中邊荷載、均布邊荷載的情況。*有限深彈性地基梁：先計(jì)算出柔度系數(shù)然后查表《水閘設(shè)計(jì)〔上冊(cè)〕》，華東水利學(xué)院編得地基反力系數(shù)，然后計(jì)算彎矩。在分析底板應(yīng)力時(shí)，底板自重q1的取值也應(yīng)根據(jù)地基的具體情況確定。新標(biāo)準(zhǔn)指出：“原標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在分析底板應(yīng)力時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同的地基情況，分別考慮底板自重對(duì)其應(yīng)力的影響，即在粘性土地基上，可采用底板自重的50%~100%，在砂性土地基上可不計(jì)底板的自重。經(jīng)分析認(rèn)為，這種考慮方法是不夠全面的，因?yàn)樗l閘室底板絕大多數(shù)是挖埋式，底板自重遠(yuǎn)小于基坑開(kāi)挖前的原壓荷載