论文部分内容阅读
摘要：本文归纳了水闸的类型及特点，并应用工程实例对水闸的结构计算截面进行分析，旨在寻求更合理、更接近工程实际受力的结构计算截面，以确保工程设计的安全性。
关键词：水闸类型；计算截面；弹性地基梁
水闸是一种低水头水工建筑物，具有挡水和过水的双重作用，主要是通过闸门的启闭起控制流量和调节水位的作用，在水利工程中应用很广。
一、水闸的类型
水闸的类型较多，按照其任务不同，可以分为以下五类：进水闸、分水闸、节制闸、泄水闸、排水闸、冲沙闸。
1.进水闸
为了农田灌溉或其它水利事业的需要，在江河、渠道、水库或湖泊的岸边建闸取水，这类水闸称为进水闸，位于干渠首部的进水闸，又称为渠首闸。位于支渠首部的进水闸，通常称为分水闸。位于斗渠首部的进水闸，通常称为斗门。
2.分水闸
分水闸是用来把上一级渠道的流量按照需要引入下一级渠道，实际上就是下一级渠道的进水闸。分水闸的作用是控制和调配流量，以达到计划用水的目的，是渠系中的配水建筑物。由于分水閘所在的位置不同，习惯上又有不同的名称。如在支渠的渠首名为支渠进水闸；在斗、农渠等渠道的进水口名为斗门、农门等。
3.节制闸
节制闸一般都横跨干、支渠修建，且位于支、斗渠分水口的下游，用以控制闸前水位，满足支、斗等渠道引水时对水位的要求。节制闸主要利用闸门的启闭来控制渠道水位。在利用渠道落差发电的渠段中，可借节制闸调节流量。节制闸与泄水闸修建在一起时，可以控制水流，保证泄水，以达到共同保障重要渠段或建筑物安全的目的。所以节制闸是控制水位、调节流量，保证配水和泄水的控制性建筑物。
4.泄水闸
泄水闸一般都建在重要渠段（如大填方、高边坡和地质条件很差的渠段）或重要渠系建筑物（如渡槽、倒虹吸管、隧洞和分水枢纽等重点建筑物）上游的渠侧，闸后并有较短的泄水渠线（宜尽量利用山沟、河流等），将水泄入承泄区。当下游发生洪水漫溢，危及建筑物安全，或险工地段发生事故，需要检修时，泄水闸能及时排除洪水或渠水，以保障重要渠段或重点建筑物的安全。当泄水闸设于灌溉渠道末端时，用以退泄渠中剩余水量，又名退水闸。工程上亦有将泄水闸设在坡水或地面径流注入的渠系的下游，以便通过泄水闸将径流及时排除。
5.排水闸
排水闸修建在排水渠道的末端，将控制地区内的洪涝水排入江河或湖泊，以防止内涝。当闸外水位较高时，可以关闸防止外水倒灌；闸外水位较低时，开闸排涝；当控制区有蓄水灌溉任务时，在外河水位较低时，可以关闸蓄水。修建在感潮河段的排水闸，除具有挡潮、排涝的功能外，还可以在控制区需水时期引取涨潮顶托的河水，用于灌溉。平潮时期开闸过船，以利航运。排水闸的特点是既要双向挡水，又可能双向过水。
6.冲沙闸
冲沙闸多修建在多泥沙河流上的引水枢纽或渠系中沉沙池的末端，又称排沙闸。当闸前有泥沙沉积时，可开闸放水，利用水流冲走沉积在上游河段或渠段的泥沙。修建在引水枢纽中的排沙闸，可兼作洪水期泄洪之用。渠系中的冲沙闸，也可设在布置有节制闸的分水枢纽处，或者利用泄水闸排沙。
当水闸挡水时，上下游水位差较大，使闸室承受较大的水平水压力，可能推动水闸下游滑动。因此，闸室首先要有足够重力来维持自身稳定。在闸室布置和稳定分析之后，还需对闸室部分构件进行结构计算，验算其强度，以便最后确定各构件的形式、尺寸及构造。
二、水闸结构计算截面的选取
闸室是一个空间结构，受力比较复杂，可用三维弹性力学有限元法计算，但是，在工程中，为了简化计算，我们通常取垂直水流向的典型单宽截面来计算。
工程实例：
焦港北闸为船闸，由上、下闸首及中间闸室部分组成，此处以上闸首为例计算。上闸首闸室顺水流向长16m，垂直水流向宽19m，两侧为空箱短廊道输水，属于典型的“挑扁担”结构。在顺水流向中墩中间部位设有5米宽的排架，排架顶布置有垂直水流向的工作桥，对应于工作桥位置的两侧空箱顶上布置楼梯间和控制室，楼梯间与控制室均凸出边墩，靠悬臂梁支撑于墩子上。
通常计算截面选取在没有横向支撑的断面，在计算简图中墩子作为悬臂，这样的断面是较危险截面，结构计算是偏安全的。
首先选取闸首下游侧，靠近工作桥、启闭机房及楼梯间左侧。截面选定后采用弹性地基梁计算，计算步骤如下：1.选定计算情况；2.计算闸底的地基反力；3.求不平衡剪力及剪力分配值；4.确定梁的计算荷载。
计算截面简图如下：
计算结果如下：
图示最大弯矩为89.6t.m
本工程的特点之处在于，虽然工作桥可以作为横向支撑，但是工作桥两侧的控制室和楼梯间分别支撑在墩两侧的外伸梁上，这样，房子对墩子有一个向外的拉力，拉力增加了底板面层的弯矩，所以计算时，必须考虑该力对底板面层弯矩的影响，在计算简图增加房子对边墩增加的弯矩，计算简图如下：
计算结果如下：
图示最大弯矩为209.5t.m。
三、结束语
所选的两个截面的计算结果相差甚远，由此可见计算截面的选择很重要，每个工程都有各自的特点，没有两个完全相同的工程，具体的工程要具体分析，才能保证工程设计的安全性。
参考文献：
[1]陈德亮主编.水工建筑物.武汉水利电力大学，1994
[2]钱正英.中国水利决策的展望.中国水利，1989年第9期
[3]杨振怀.改革开放，发展水利.中国水利，1989年第9期
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：水闸类型；计算截面；弹性地基梁
水闸是一种低水头水工建筑物，具有挡水和过水的双重作用，主要是通过闸门的启闭起控制流量和调节水位的作用，在水利工程中应用很广。
一、水闸的类型
水闸的类型较多，按照其任务不同，可以分为以下五类：进水闸、分水闸、节制闸、泄水闸、排水闸、冲沙闸。
1.进水闸
为了农田灌溉或其它水利事业的需要，在江河、渠道、水库或湖泊的岸边建闸取水，这类水闸称为进水闸，位于干渠首部的进水闸，又称为渠首闸。位于支渠首部的进水闸，通常称为分水闸。位于斗渠首部的进水闸，通常称为斗门。
2.分水闸
分水闸是用来把上一级渠道的流量按照需要引入下一级渠道，实际上就是下一级渠道的进水闸。分水闸的作用是控制和调配流量，以达到计划用水的目的，是渠系中的配水建筑物。由于分水閘所在的位置不同，习惯上又有不同的名称。如在支渠的渠首名为支渠进水闸；在斗、农渠等渠道的进水口名为斗门、农门等。
3.节制闸
节制闸一般都横跨干、支渠修建，且位于支、斗渠分水口的下游，用以控制闸前水位，满足支、斗等渠道引水时对水位的要求。节制闸主要利用闸门的启闭来控制渠道水位。在利用渠道落差发电的渠段中，可借节制闸调节流量。节制闸与泄水闸修建在一起时，可以控制水流，保证泄水，以达到共同保障重要渠段或建筑物安全的目的。所以节制闸是控制水位、调节流量，保证配水和泄水的控制性建筑物。
4.泄水闸
泄水闸一般都建在重要渠段（如大填方、高边坡和地质条件很差的渠段）或重要渠系建筑物（如渡槽、倒虹吸管、隧洞和分水枢纽等重点建筑物）上游的渠侧，闸后并有较短的泄水渠线（宜尽量利用山沟、河流等），将水泄入承泄区。当下游发生洪水漫溢，危及建筑物安全，或险工地段发生事故，需要检修时，泄水闸能及时排除洪水或渠水，以保障重要渠段或重点建筑物的安全。当泄水闸设于灌溉渠道末端时，用以退泄渠中剩余水量，又名退水闸。工程上亦有将泄水闸设在坡水或地面径流注入的渠系的下游，以便通过泄水闸将径流及时排除。
5.排水闸
排水闸修建在排水渠道的末端，将控制地区内的洪涝水排入江河或湖泊，以防止内涝。当闸外水位较高时，可以关闸防止外水倒灌；闸外水位较低时，开闸排涝；当控制区有蓄水灌溉任务时，在外河水位较低时，可以关闸蓄水。修建在感潮河段的排水闸，除具有挡潮、排涝的功能外，还可以在控制区需水时期引取涨潮顶托的河水，用于灌溉。平潮时期开闸过船，以利航运。排水闸的特点是既要双向挡水，又可能双向过水。
6.冲沙闸
冲沙闸多修建在多泥沙河流上的引水枢纽或渠系中沉沙池的末端，又称排沙闸。当闸前有泥沙沉积时，可开闸放水，利用水流冲走沉积在上游河段或渠段的泥沙。修建在引水枢纽中的排沙闸，可兼作洪水期泄洪之用。渠系中的冲沙闸，也可设在布置有节制闸的分水枢纽处，或者利用泄水闸排沙。
当水闸挡水时，上下游水位差较大，使闸室承受较大的水平水压力，可能推动水闸下游滑动。因此，闸室首先要有足够重力来维持自身稳定。在闸室布置和稳定分析之后，还需对闸室部分构件进行结构计算，验算其强度，以便最后确定各构件的形式、尺寸及构造。
二、水闸结构计算截面的选取
闸室是一个空间结构，受力比较复杂，可用三维弹性力学有限元法计算，但是，在工程中，为了简化计算，我们通常取垂直水流向的典型单宽截面来计算。
工程实例：
焦港北闸为船闸，由上、下闸首及中间闸室部分组成，此处以上闸首为例计算。上闸首闸室顺水流向长16m，垂直水流向宽19m，两侧为空箱短廊道输水，属于典型的“挑扁担”结构。在顺水流向中墩中间部位设有5米宽的排架，排架顶布置有垂直水流向的工作桥，对应于工作桥位置的两侧空箱顶上布置楼梯间和控制室，楼梯间与控制室均凸出边墩，靠悬臂梁支撑于墩子上。
通常计算截面选取在没有横向支撑的断面，在计算简图中墩子作为悬臂，这样的断面是较危险截面，结构计算是偏安全的。
首先选取闸首下游侧，靠近工作桥、启闭机房及楼梯间左侧。截面选定后采用弹性地基梁计算，计算步骤如下：1.选定计算情况；2.计算闸底的地基反力；3.求不平衡剪力及剪力分配值；4.确定梁的计算荷载。
计算截面简图如下：
计算结果如下：
图示最大弯矩为89.6t.m
本工程的特点之处在于，虽然工作桥可以作为横向支撑，但是工作桥两侧的控制室和楼梯间分别支撑在墩两侧的外伸梁上，这样，房子对墩子有一个向外的拉力，拉力增加了底板面层的弯矩，所以计算时，必须考虑该力对底板面层弯矩的影响，在计算简图增加房子对边墩增加的弯矩，计算简图如下：
计算结果如下：
图示最大弯矩为209.5t.m。
三、结束语
所选的两个截面的计算结果相差甚远，由此可见计算截面的选择很重要，每个工程都有各自的特点，没有两个完全相同的工程，具体的工程要具体分析，才能保证工程设计的安全性。
参考文献：
[1]陈德亮主编.水工建筑物.武汉水利电力大学，1994
[2]钱正英.中国水利决策的展望.中国水利，1989年第9期
[3]杨振怀.改革开放，发展水利.中国水利，1989年第9期
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。