时间：2013年08月02日 分类：推荐论文 次数：
摘要：文章简述了广西龙州二级水电站溢流闸坝的布置形式，并介绍了平面钢闸门闸墩的结构计算内容。本文总结的闸墩结构计算思路值得类似工程设计借鉴。
关键词：闸墩,结构计算,溢流闸坝,平面钢闸门,龙州二级水电站
1 概述
广西龙州二级水电站是左江上游一级支流-平而河下游河段规划开发的第二级水电站。坝址多年平均流量134m3/s，正常水位118.0m，相应库容1536万m3，水库总库容为5749万m3，电站拟装机容量3×5.0 MW =15.0MW。本电站工程等别为Ⅲ等，泄水建筑物级别为3级。
本工程泄水建筑物为溢流闸坝，布置在河床主河槽正中。溢流堰为驼峰堰，底宽34.357m、最大堰高5.0m。闸坝全长118m，溢流前缘净宽98m：共设7个泄流闸孔，每孔宽度14m;共设8个闸墩，厚度均为2.5m。每个闸孔均设工作闸门和上、下游检修闸门各一扇，闸门形式均为平面钢闸门。
2 闸墩结构计算的内容和方法
2.1计算内容
根据《混凝土重力坝设计规范》SL319-2005，溢流坝上闸墩的强度计算包括：
(1)闸墩承受最大纵向力、相应侧向力、竖向力及自重情况下，核算其纵向强度。
(2)闸墩承受最大不平衡侧向力、相应纵向力、竖向力及自重情况下，核算其横向强度。
(3)闸门门槽承受最大拉应力情况下，核算门槽强度。
结合本工程溢流闸坝的运行特点，首先对闸墩所承受的各种最不利荷载组合进行分析，进而确定闸墩纵向、横向强度和门槽强度等最不利情况的形成条件，作为结构设计的依据。闸墩强度核算最不利情况分析见“表1”。
2.2计算方法和计算结果
核算闸墩的结构强度时，应选取若干水深的水平截面进行核算(若闸墩厚度有变化，尚应取变化处的水平截面进行核算)。限于篇幅，本文仅以溢流堰堰顶高程106.50m处的水平截面(即最大水深处的水平截面)为例，介绍闸墩的纵向、横向强度和门槽应力核算，并进行配筋计算。
2.2.1闸墩纵向强度核算
在核算闸墩纵向强度的最不利计算条件情况下，闸墩上主要作用有自重、墩顶交通桥和启闭设备重力等竖向荷载，以及上、下游最大水头差产生的最大纵向水压力。此处以堰顶高程的闸墩水平截面为例，按材料力学偏心受压构件计算其纵向正应力，计算公式如下：
由上表知，计算截面上的闸墩纵向应力均为压应力，且小于闸墩混凝土的抗压强度，因此闸墩按最小配筋率进行构造配筋即可满足纵向强度要求。但实际配筋面积还需核算横向强度后综合确定。
2.2.2闸墩横向强度核算
在核算闸墩横向强度的最不利计算条件情况下，闸墩上主要作用有自重、墩顶交通桥和启闭设备重力等竖向荷载，以及闸墩两侧的最大不平衡水压力。计算时，将闸墩视为固定在溢流堰体上的整体构件，沿顺水流方向取1m宽度，按偏心受压构件核算其横向强度。当8≤l0/h≤30时，偏心受压构件的偏心距可按下列公式计算：
以上各式中符号的含义详见《水工混凝土结构设计规范》SL 191-2008。当ηe0>0.3h0时，可按大偏心受压构件设计;当ηe0≤0.3h0时，可按小偏心受压构件设计。计算结果见“表3”。
由表3计算结果可知，闸墩在横向最大不平衡水压力的作用下均属大偏心受压构件。
2、大偏心受压构件承载能力极限状态计算
当闸墩两侧作用最大不平衡水压力时，闸墩一侧受拉一侧受压。对于中墩，其相邻的两个闸孔在不同的运行情况下，闸墩两侧均可能受拉，故中墩应采用对称配筋;对于边墩，由于闸墩外侧与相邻的接头坝或发电厂房之间设有止水，闸墩一般为内侧受拉，故边墩可采用不对称配筋。
根据《水工混凝土结构设计规范》SL 191-2008，大偏心受压构件承载能力极限状态计算公式如下：上各式中符号的含义详见《水工混凝土结构设计规范》SL 191-2008。
此处取堰顶高程处截面为例进行计算，计算过程从略。2.2.3门槽应力计算
在核算闸墩门槽应力的最不利计算条件情况下，门槽纵向作用的力主要有：挡水闸门传来的最大纵向水压力、淤沙压力及浪压力等。计算时，取竖直方向1m高闸墩作为计算单元，由两侧闸门传来的纵向力各P/2，在计算单元上、下水平截面上将产生剪力Q上和Q下，剪力差Q下-Q上=P。假设剪应力在上、下水平截面上呈均分布，并取门槽前的闸墩作为脱离体，由力的平衡条件可求得此1 m高闸墩在门槽颈部所产生的拉力P1和拉应力σ为：
式中：A1—门槽颈部以前闸墩的水平截面积;A—闸墩的水平截面积;b—门槽处的闸墩厚度。
将计算单元视为轴心受拉构件，根据求得的拉应力σ计算门槽颈部的抗拉钢筋面积。若门槽两侧钢筋采用对称配筋，则单侧抗拉钢筋面积按下式计算：
式中，K-承载力安全系数; fy-钢筋抗拉强度设计值;As-单侧受拉钢筋面积。
取堰顶高程以上1m高度范围内的闸墩作为计算单元，以各闸门下闸挡水的情况，分别核算其相应的门槽应力，计算过程从略，计算成果见“表5”。
由表5计算结果可知，除中墩工作闸门槽和下游检修闸门槽须按计算面积配筋外，其余门槽均为构造配筋。
3 结语
(a.)在对平面闸门闸墩进行结构计算时，首先应分析闸坝和相邻水工建筑物之间的布置情况，并结合闸门的运行条件，以此来确定闸墩的最不利计算情况以及作用在闸墩上的各种最不利荷载组合。
(b.)由结构计算结果可知，闸墩截面尺寸通常较大，在最不利计算情况下，按最小配筋率进行配筋通常均可满足强度要求。但闸门门槽截面尺寸较小，是闸墩结构的薄弱部位，结构计算和配筋时应予以重视。
参考文献：
[1.] 《混凝重力坝设计规范》SL391-2005，中国水利水电出版社;
[2.] 《水工混凝土结构设计规范》SL191-2008;
[3.] 《水工建筑物(第三版)》，中国水利水电出版社。