1、1 答 辯 人：徐大彬 指導(dǎo)老師：劉曉平 長沙樞紐三線船閘設(shè)計及結(jié)構(gòu)分析以塢式閘室結(jié)構(gòu)方案二為例2概述概述1船閘總體設(shè)計船閘總體設(shè)計2船閘輸水系統(tǒng)設(shè)計船閘輸水系統(tǒng)設(shè)計3船閘結(jié)構(gòu)設(shè)計船閘結(jié)構(gòu)設(shè)計4深基坑開挖對鄰近船閘結(jié)構(gòu)的影響研究深基坑開挖對鄰近船閘結(jié)構(gòu)的影響研究5目目 錄錄 ContentsContents Page 23工程概況工程特點(diǎn)三線船閘布置方案比選一、概一、概 述述 SummarizeSummarizePage 341.工程概況Page 4 已建雙線船閘等級級，每線船閘的有效尺寸為280m34m4.5m（長寬門檻水深），待雙線船閘通過能力趨于飽和時，開始興建第三線船閘，按通航一頂兩艘

2、兩千噸級船隊和一頂四艘千噸級船隊雙重控制標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。 52.工程特點(diǎn)Page 5地質(zhì)條件復(fù)雜結(jié)構(gòu)型式和構(gòu)造多種 多樣63.三線船閘布置 Page 6長沙樞紐三線船閘總平面布置圖 73.三線船閘布置方案二n三線船閘布置在二線船閘左岸，三線與已建船閘中心線平行布置，三線與二線船閘中心距為58m，一、二、三線船閘共用一個引航道。方案一n三線船閘布置在二線船閘左岸，三線與已建船閘中心線平行布置，三線與二線船閘中心距為116m，三線船閘單獨(dú)占用一個引航道。Page 784.方案比選方案一：單獨(dú)占用一個引航道，減少對已建船閘運(yùn)行影響；施工方便，水工結(jié)構(gòu)簡單；拆遷工作量大。方案二：船閘布置緊湊，調(diào)度方便；水工

3、結(jié)構(gòu)須采用特殊結(jié)構(gòu)型式；基坑開挖對鄰近船閘影響較大。本設(shè)計采用方案一。Page 89船閘線數(shù)船閘線數(shù)閘室基本尺度引航道布置引航道布置年通過能力年通過能力二、船閘總體設(shè)計二、船閘總體設(shè)計 DesignDesignPage 9101.船閘線數(shù) 根據(jù)設(shè)計客貨運(yùn)量及設(shè)計水頭，三線船閘為單向單級船閘。Page 10112.閘室基本尺度設(shè)計船舶尺度：182.032.42.6m 參考已建船閘資料及船閘設(shè)計規(guī)范，閘室基本尺度為：280344.5m（ 長寬門檻水深 ）Page 11123.引航道布置 由于擬建三線船閘單獨(dú)占用一個引航道，引航道寬度較大，可以設(shè)計成對稱型。即船舶（隊）進(jìn)閘沿曲線行駛，出閘可以沿直線

4、，船舶（隊）進(jìn)閘行程短，出閘速度快，船閘的通過能力較大。 Page 12134.年通過能力 已建雙線船閘設(shè)計雙向年通過能力9400萬噸，三線船閘單線單向年通過能力為2240萬噸。 Page 1314型式選定型式選定輸水閥門開啟時間水力特性曲線水力特性曲線水力校核水力校核三、輸水系統(tǒng)設(shè)計三、輸水系統(tǒng)設(shè)計 D Delivery systemelivery system Page 1415151.型式選定根據(jù)m值初步選定水深系統(tǒng)類型：nm=3.583.5n三線船閘選用短廊道集中輸水系統(tǒng) ，設(shè)簡單消能工。n廊道進(jìn)口尺寸： 46mn出口擴(kuò)大斷面尺寸：47.2mPage 1516162.輸水閥門開啟時間n

5、 考慮輸水閥門開啟時間最大，經(jīng)組合排列可知，1000t級1頂4船隊過閘所需時間最長，為520s。n閘室灌水時間為586s，小于初擬600s。Page 16173.水力特性曲線流量與時間關(guān)系流量系數(shù)與時間關(guān)系 Page 17184.水力校核閘室泄水動水作用力包括水面坡降作用力以及流速力閘室灌水初期，波浪力最大水力校核閘室內(nèi)停泊條件引航道內(nèi)停泊條件密封式閥門壓力計算Page 18計算結(jié)果與船舶系纜力比較19結(jié)構(gòu)選型結(jié)構(gòu)選型荷載計算及校核內(nèi)力計算內(nèi)力計算配筋計算配筋計算四、船閘結(jié)構(gòu)設(shè)計四、船閘結(jié)構(gòu)設(shè)計 S StructuredesigntructuredesignPage 19201.結(jié)構(gòu)選型 由于

6、長沙樞紐坐落于復(fù)雜地基，為減小閘墻不均勻沉降，本設(shè)計為塢式閘室結(jié)構(gòu)，兩側(cè)閘墻與底板澆筑在一起。Page 20211.結(jié)構(gòu)選型 本設(shè)計采用箱型重力式閘墻作為閘室結(jié)構(gòu)。 一般情況下，當(dāng)閘墻高度超過10m時可采用箱型擋土墻，它可以克服地質(zhì)條件復(fù)雜的弱點(diǎn)，減少不均勻沉降，使得地基反力分布均勻；而且可以節(jié)約材料，減少鋼材、水泥消耗。Page 21221.結(jié)構(gòu)選型Page 22箱型結(jié)構(gòu)閘室斷面圖23232.荷載計算及校核閘墻自重及水重靜水壓力船舶荷載（撞擊力及系纜力）土壓力（朗肯土壓力）揚(yáng)壓力（浮托力）閘面活荷載Page 23整體式閘室結(jié)構(gòu)，由于地板不透水，作用于地板上的揚(yáng)壓力較大，故應(yīng)驗(yàn)算抗浮穩(wěn)定性。2

7、4242.荷載計算及校核Page 24高水運(yùn)用情況閘室受力圖253.內(nèi)力計算閘墻計算模型選高水情況，以后墻為例計算后墻，每塊板可視為三邊固支一邊自由的雙向板。為了查得彎矩系數(shù)，每塊板的高寬比應(yīng)滿足： Page 250.302.00 xyLL263.內(nèi)力計算底板計算葛氏法：假定地基為半無限大的理想彈性體，底板與地基整體彈性變形，每一斷面處變形不僅影響自身，也影響鄰近處。可查表計算。Page 26273.內(nèi)力計算地基反力底板彎矩Page 27283.內(nèi)力計算底板剪力Page 28294.配筋計算閘墻配筋 由于后墻、前墻均視為三邊固支，一邊自由的板，故其配筋是一致的，按照箱型擋土墻的分塊形式分別配筋

8、，計算出每塊板所需的鋼筋數(shù)，然后乘以其分板的數(shù)量就可以得到后墻所需的總鋼筋數(shù)。 鋼筋的布置應(yīng)分成兩層，橫向配筋放在靠墻外填土一側(cè)；縱向配筋放在靠墻內(nèi)填土一側(cè)。 底板配筋依據(jù)作用在底板上的最大正彎矩值，雖不合理，但能保證結(jié)構(gòu)安全。Page 2930問題提出物模試驗(yàn)數(shù)模分析總結(jié)五、深基坑開挖對鄰近船閘結(jié)構(gòu)的影響研究五、深基坑開挖對鄰近船閘結(jié)構(gòu)的影響研究Page 30311.問題提出 長沙樞紐在已建二線船閘的基礎(chǔ)上預(yù)留三線船閘，由于各船閘相互鄰近且船閘坐落的地基、地質(zhì)情況復(fù)雜，深基坑開挖勢必會對鄰近船閘的受力帶來影響，因此，研究基坑開挖對鄰近船閘的影響就變得極有必要。 Page 31322.物模試驗(yàn)

9、 試驗(yàn)原理：通過不同的卸荷方式來模擬不同的基坑開挖過程，采用單一變量對比的試驗(yàn)方案，對結(jié)構(gòu)的整體側(cè)移規(guī)律進(jìn)行研究，得到不同土體寬度、高低通航水位和樁身入土深度的情況下，單排樁和閘室墻的變形規(guī)律。 模型比尺：1:50 Page 32332.物模試驗(yàn) 試驗(yàn)?zāi)Ｐ停涸铺了^土工槽結(jié)構(gòu)模擬部分：土工槽長度為1.2m，寬度為0.6m，深度為1.2m。其中一側(cè)采用玻璃制作的觀測槽，便于觀察試驗(yàn)現(xiàn)象。土工槽邊墻處設(shè)置兩塊鋼板用于安裝磁性表座，用以固定測量儀器。采用PVC工程塑料對樁體進(jìn)行模擬，閘室墻也由PVC材料制作，假設(shè)為剛形體，墻體不發(fā)生變形。 Page 33342.物模試驗(yàn) 土體模擬部分：試驗(yàn)砂采用篩

10、選過的模型砂，模型砂滿足工程地質(zhì)手冊中對中砂的粒徑要求，即沙粒粒徑0.25mm0.5mm中含量大于總量的50%。 Page 3435352.物模試驗(yàn)測量儀器：百分表n將百分表安裝在磁性表架上，使其穩(wěn)固，并將測桿與測面保持垂直接觸，最后打開表座上的磁性開關(guān)將表座固定在一個不動點(diǎn)上。本試驗(yàn)所用百分表量程10mm，允許誤差0.01mm。Page 3536362.物模試驗(yàn)工況設(shè)計n在最高通航水位52.70cm和排樁墻入土深度25cm一定的條件下，選取支護(hù)樁與閘墻距離B=45cm，60cm和75cm三個工況進(jìn)行試驗(yàn)；Page 3637372.物模試驗(yàn)工況設(shè)計n在B=60cm和板樁墻入土深度25cm一定的

11、條件下，選取最高通航水位52.70cm和最低通航水位38.80cm兩個工況進(jìn)行試驗(yàn)；Page 3738382.物模試驗(yàn)工況設(shè)計n在B=60cm和最高通航水52.70cm一定的條件下，選取排樁墻入土深度25cm和入土深度5cm兩種工況進(jìn)行試驗(yàn)。Page 3839392.物模試驗(yàn)物模分析 在同種距離下，閘墻頂橫向位移總比下部大； 同一測點(diǎn)，支護(hù)樁距閘墻距離越遠(yuǎn)，閘室墻橫向位移越小。Page 3940402.物模試驗(yàn)物模分析閘室墻從頂端至下部橫向位移減小，且通航水位越高，測點(diǎn)處橫向位移越大。Page 40413.數(shù)模分析ANSYS閘室墻橫向位移向位移模擬鄰近船閘基坑開挖過程墻后應(yīng)力分布、土壓力分布為

12、工程設(shè)計及施工提供指導(dǎo)Page 41 ANSYS軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用有限元分析軟件。 軟件主要包括：前處理模塊，分析計算模塊和后處理模塊。423.數(shù)模分析Page 42433.數(shù)模分析對比分析 從采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，比較物模與數(shù)模的擬合度，選在不同支護(hù)樁與閘墻距離下，閘室墻最大水平位移以及高低通航水位下閘室墻最大水平位移作為典型對照情況。數(shù)據(jù)采集 采集每種工況下的閘室墻最大位移值以及墻后應(yīng)力值變量控制 數(shù)模基坑開挖考慮兩類變量：支護(hù)樁與閘墻距離B（45cm，60cm，75cm），最高通航水位（52.7cm）和最低通航水位（38.8cm）。Page 43443.

13、數(shù)模分析閘室墻水平最大位移隨B增大而減小Page 44453.數(shù)模分析物模和數(shù)模擬合度較好，即基坑開挖中隨著支護(hù)樁的向后偏移，閘室墻頂橫向位移逐漸減小。說明B的增大可降低閘室墻橫向變形的發(fā)展。Page 45463.數(shù)模分析 隨著支護(hù)樁與閘室墻距離的增大，墻后土壓力逐漸增大，從而減弱了閘室墻的橫向變形，抑制了其向坑內(nèi)方向的傾斜。Page 46473.數(shù)模分析低水情況與高水情況閘室墻橫向位移分布類似，即沿墻身向下橫向位移逐步減小。且高水情況閘室墻橫向偏移值更大。Page 47483.數(shù)模分析 閘室墻頂橫向位移數(shù)模與物模吻合較好，即隨著運(yùn)行期通航水位的升高，閘室墻橫向變形逐步發(fā)展，這是由于水位升高增大了對閘墻的側(cè)向水壓力，因而加大了橫向位移。Page 48494.總結(jié) Page 49 為安全興建長沙樞紐三線船閘，基坑開挖對鄰近二