第7章　穿黄工程水闸结构设计

7.1　水闸设计步骤

在水闸设计中，设计方案比选、水力计算、稳定计算和结构分析是必不可少的重要组成部分。

设计方案比较主要是根据所获得的基本资料(水文、气象、地形、地质、规划、社会经济等)，在满足水闸功能及总体布置要求的前提下，从技术和经济两方面进行多种设计方案的比较。分别列出其优缺点，综合比较，最终选定设计推荐方案。

水力计算包括闸孔规模计算、消能防冲计算、闸门控制运用方式的确定。闸孔规模计算时，首先应选定闸孔和底板型式，进而选定堰顶高程，最后根据上、下游水位及过闸流量，决定闸孔净宽和孔数。闸室稳定计算宜取两相邻顺水流向永久缝之间的闸段作为计算单元，分析水闸在施工和运行过程中可能出现的工作情况，并选出其中起控制作用的情况，作为闸室稳定性的计算条件。地基整体稳定分析应根据地基情况、结构特点及施工条件进行。在各种运行工况下，水闸地基应能满足承载力、稳定和变形的要求。

结构分析应根据结构受力条件及工程边界条件进行，考虑不同荷载及其组合，采用不同的计算方法进行计算和复核。通常采用常规的平面截条法进行计算，再用空间有限元方法进行校核和优化。无论是平面和空间计算，都要有效地考虑闸墩、底板和地基的相互作用。当有抗震要求时，可按规范规定选取拟静力法或动力法进行抗震计算和设计。

水闸结构分析传统做法是将闸室中的底板和闸墩分开计算，将闸墩简化为悬臂梁用材料力学或结构力学方法计算内力，水闸底板一般采用截条法简化为基础梁，用查表的方法进行内力计算。这种方法简单，但很难反映结构的整体作用，有时与实际情况相差甚远。目前采用的方法有了很大的进步，一般可以根据水闸结构的特点，按两种结构模型将其简化，一种是采用截条法，将闸墩、底板和地基作为一个整体简化为弹性地基上的平面框架结构，采用数值法或半解析法进行计算。这种模型可以在平面内考虑闸墩、底板和地基的相互作用，但无法考虑结构的空间效应;另一种是将整个水闸底板和地基作为一个整体，简化为弹性地基上的基础板，采用数值法或半解析法进行计算。这种模型可以考虑底板和地基的整体空间作用，但闸墩的作用只能用等效刚度来反映。最好的模型就是将整个水闸结构和地基作为一个整体，采用空间有限元方法进行计算，可以有效地考虑闸墩、底板和地基的相互作用，方便处理各种复杂的几何条件、物理条件和荷载条件，得到的静力或动力计算结果可以比较精确的反应实际工程情况。

闸室稳定计算宜取两相邻顺水流向永久缝之间的闸段作为计算单元，分析水闸在施工和运行过程中可能出现的工作情况，并选出其中起控制的情况，作为闸室稳定性的计算条件。地基整体稳定分析应根据地基情况、结构特点及施工条件进行。在各种运行工况下，水闸地基应能满足承载力、稳定和变形的要求。

水闸整个分析主要包括:水闸的水力分析、闸室的结构计算、地基沉降、闸室的稳定分析、水闸两岸连接结构设计与计算。