唐杰文 李社平 王平
【摘 要】 以某船閘設計為例,在考慮水位、高程、地質條件及閘首機械設備等設計條件的基礎上,提出錯位式雙線布置和并列式雙線布置兩種方案,比較分析兩種方案的優(yōu)缺點,得出錯位式雙線布置設計方案更為可行。在此方案的基礎上,對船閘結構穩(wěn)定性及強度進行計算,結果表明各項穩(wěn)定指標滿足規(guī)范要求,且計算得到不同工況條件下最大正彎矩值和最小負彎矩值,為類似工程提供借鑒。
【關鍵詞】 雙線船閘;閘首;錯位式雙線布置
1 工程概況
某船閘建于20世紀70年代,經過多年發(fā)展,此船閘下游西側建有一座電廠,經勘查,多條跨河管道布置在擴建船閘的設計范圍內;船閘上游東側附近建有別墅區(qū),使擴建的船閘征地范圍受到限制,給設計提出難題。根據航道的設計要求,船閘等級為Ⅲ級,包括船閘工程、配套工程及附屬工程。閘室的有效尺寸為2 €?80 m €?3 m €? m(線數€漬⑹矣行Сざ葊漬⑹揖豢韤鬃钚∶偶魎睿杓頗甑ハ蟯ü芰ν騮,設計通航最大船型為1頂2 €?噸級頂推船隊,兩線船閘共用引航道。
2 設計條件
2.1 設計水位
根據《內河通航標準》,Ⅲ級航道最高通航水位采用20年一遇洪水位;最低通航水位采用多年歷時保證率98%的水位。此船閘上游最高通航水位為3.06 m(國家高程基準),最低通航水位為;下游最高通航水位為4.96 m,最低通航水位為 0.41 m。那么,上游設計檢修水位1.33 m,下游取1.42 m;上游設計洪水位3.28 m,下游取5.78 m。
2.2 設計高程
上閘首采用空箱邊墩的整體鋼筋混凝土結構,閘首頂面均布置一處啟閉機房。上閘首頂標高6.56 m,建基面標高 7.29 m。閘室采用分離式結構,閘室頂標高5.36 m(不含防浪墻高度)。
2.3 地質條件
地表普遍分布人工填土,厚度變化較大,以雜填土為主。西側魚塘現為電廠粉煤灰堆場,分布一層飽和軟土,厚度為1.3~7.2 m,平均厚度3.21 m,底板埋深一般小于3.5 m??眳^(qū)普遍分布粉質黏土,厚度變化不大;勘區(qū)均有分布飽和砂性土(包括粉土、砂土和粉質黏土與砂土互層),厚度變化較大。
2.4 閘首機械設備
工作閘門采用三角門,工作閥門采用鋼質平面提升門,閘、閥門啟閉機均采用液壓式啟閉機。
3 設計方案對比
船閘按雙線單級1 000 t級船閘一次建成,每線船閘有效尺度為180 m €?23 m €?4 m(長€卓韤酌偶魎睿?
根據《船閘總體設計規(guī)范》,充分考慮現場地形、地物等因素的影響,船閘上下游引航道走向均與現有套閘上下游航道基本一致,下閘首下游端與現有水利套閘下閘首下游端齊平。
考慮到征地范圍有限,上游東側別墅區(qū)對設計造成影響,設計初期提出兩種方案。
3.1 方案1
雙線船閘主體結構上下錯開28.8 m布置,東側船閘下閘首下游端基本與現有的水利套閘下閘首齊平布置,西側船閘下閘首下游端上移28.8 m錯開布置,兩線船閘主體結構(閘首、閘室)緊鄰布置,兩線船閘閘室中心間距為39 m,即錯位式雙線布置(見圖1)。上下閘首平面尺寸均為28.8 m €?23 m (長€卓諉啪豢?;闸室瞥C娉嘰縹?80 m €?23 m (長€卓諉啪豢恚?
3.2 方案2
雙線船閘主體結構并列布置,兩側船閘下閘首下游端基本與現有的水利套閘下閘首齊平布置,兩線船閘主體結構(閘首、閘室)緊鄰布置,兩線船閘閘室中心間距為55 m,即并列式雙線布置(見圖2)。上、下閘首平面尺寸及閘室平面尺寸均與錯位式雙線布置一致。
3.3 比較分析
針對兩種設計方案的比較分析(見表1),經過多次技術協(xié)商和溝通,采用方案1。方案1占用面積相對較小,對鄰近的建筑影響小,尤其是船閘與上游東側的別墅區(qū)安全距離增加,有利于別墅區(qū)的安全。雖然方案1船閘設計結構不對稱,邊界條件復雜,計算難度增加,但隨著計算方式的不斷改進,方案1具有可行性。
4 結構穩(wěn)定性及強度計算
由于傳統(tǒng)的船閘結構兩側對稱,因此,閘首結構的穩(wěn)定計算只需考慮順水流方向的穩(wěn)定,結構強度計算也只需考慮一個閘首。錯位式雙線布置導致閘首結構兩側不對稱,穩(wěn)定計算不僅需考慮順水流方向的穩(wěn)定(見圖3),還要考慮橫向水流方向的穩(wěn)定(見圖4),結構的強度也需考慮不對稱的影響。
4.1 穩(wěn)定計算
根據閘首結構尺寸和作用荷載,計算在各設計工況下結構的整體穩(wěn)定性(包括結構的抗傾、抗滑、抗浮以及地基承載力,見表2)。
從表2可以看出,船閘閘首各項穩(wěn)定指標滿足規(guī)范要求。
4.2 強度驗算
采用ANSYS有限元分析軟件計算分析,通過荷載組合,閘首底板最大正彎矩為2 755.3 kN€穖(正向校核工況),最小負彎矩為 3 999.0 kN€穖(檢修工況)。在長期荷載組合下,裂縫最大寬度應控制在0.30 mm以內。
5 結 論
錯位式雙線船閘布置具有閘首和閘室占用土地面積相對小、船舶進閘安全性高、開挖基坑面積相對小、施工維護費低、利于環(huán)保、節(jié)約資源等優(yōu)點;但由于錯位式雙線船閘兩側不對稱,使邊界條件變得復雜,增加了設計難度,且閘首臨水側不能做倒角,增加了結構工程量。
【摘 要】 以某船閘設計為例,在考慮水位、高程、地質條件及閘首機械設備等設計條件的基礎上,提出錯位式雙線布置和并列式雙線布置兩種方案,比較分析兩種方案的優(yōu)缺點,得出錯位式雙線布置設計方案更為可行。在此方案的基礎上,對船閘結構穩(wěn)定性及強度進行計算,結果表明各項穩(wěn)定指標滿足規(guī)范要求,且計算得到不同工況條件下最大正彎矩值和最小負彎矩值,為類似工程提供借鑒。
【關鍵詞】 雙線船閘;閘首;錯位式雙線布置
1 工程概況
某船閘建于20世紀70年代,經過多年發(fā)展,此船閘下游西側建有一座電廠,經勘查,多條跨河管道布置在擴建船閘的設計范圍內;船閘上游東側附近建有別墅區(qū),使擴建的船閘征地范圍受到限制,給設計提出難題。根據航道的設計要求,船閘等級為Ⅲ級,包括船閘工程、配套工程及附屬工程。閘室的有效尺寸為2 €?80 m €?3 m €? m(線數€漬⑹矣行Сざ葊漬⑹揖豢韤鬃钚∶偶魎睿杓頗甑ハ蟯ü芰ν騮,設計通航最大船型為1頂2 €?噸級頂推船隊,兩線船閘共用引航道。
2 設計條件
2.1 設計水位
根據《內河通航標準》,Ⅲ級航道最高通航水位采用20年一遇洪水位;最低通航水位采用多年歷時保證率98%的水位。此船閘上游最高通航水位為3.06 m(國家高程基準),最低通航水位為;下游最高通航水位為4.96 m,最低通航水位為 0.41 m。那么,上游設計檢修水位1.33 m,下游取1.42 m;上游設計洪水位3.28 m,下游取5.78 m。
2.2 設計高程
上閘首采用空箱邊墩的整體鋼筋混凝土結構,閘首頂面均布置一處啟閉機房。上閘首頂標高6.56 m,建基面標高 7.29 m。閘室采用分離式結構,閘室頂標高5.36 m(不含防浪墻高度)。
2.3 地質條件
地表普遍分布人工填土,厚度變化較大,以雜填土為主。西側魚塘現為電廠粉煤灰堆場,分布一層飽和軟土,厚度為1.3~7.2 m,平均厚度3.21 m,底板埋深一般小于3.5 m??眳^(qū)普遍分布粉質黏土,厚度變化不大;勘區(qū)均有分布飽和砂性土(包括粉土、砂土和粉質黏土與砂土互層),厚度變化較大。
2.4 閘首機械設備
工作閘門采用三角門,工作閥門采用鋼質平面提升門,閘、閥門啟閉機均采用液壓式啟閉機。
3 設計方案對比
船閘按雙線單級1 000 t級船閘一次建成,每線船閘有效尺度為180 m €?23 m €?4 m(長€卓韤酌偶魎睿?
根據《船閘總體設計規(guī)范》,充分考慮現場地形、地物等因素的影響,船閘上下游引航道走向均與現有套閘上下游航道基本一致,下閘首下游端與現有水利套閘下閘首下游端齊平。
考慮到征地范圍有限,上游東側別墅區(qū)對設計造成影響,設計初期提出兩種方案。
3.1 方案1
雙線船閘主體結構上下錯開28.8 m布置,東側船閘下閘首下游端基本與現有的水利套閘下閘首齊平布置,西側船閘下閘首下游端上移28.8 m錯開布置,兩線船閘主體結構(閘首、閘室)緊鄰布置,兩線船閘閘室中心間距為39 m,即錯位式雙線布置(見圖1)。上下閘首平面尺寸均為28.8 m €?23 m (長€卓諉啪豢?;闸室瞥C娉嘰縹?80 m €?23 m (長€卓諉啪豢恚?
3.2 方案2
雙線船閘主體結構并列布置,兩側船閘下閘首下游端基本與現有的水利套閘下閘首齊平布置,兩線船閘主體結構(閘首、閘室)緊鄰布置,兩線船閘閘室中心間距為55 m,即并列式雙線布置(見圖2)。上、下閘首平面尺寸及閘室平面尺寸均與錯位式雙線布置一致。
3.3 比較分析
針對兩種設計方案的比較分析(見表1),經過多次技術協(xié)商和溝通,采用方案1。方案1占用面積相對較小,對鄰近的建筑影響小,尤其是船閘與上游東側的別墅區(qū)安全距離增加,有利于別墅區(qū)的安全。雖然方案1船閘設計結構不對稱,邊界條件復雜,計算難度增加,但隨著計算方式的不斷改進,方案1具有可行性。
4 結構穩(wěn)定性及強度計算
由于傳統(tǒng)的船閘結構兩側對稱,因此,閘首結構的穩(wěn)定計算只需考慮順水流方向的穩(wěn)定,結構強度計算也只需考慮一個閘首。錯位式雙線布置導致閘首結構兩側不對稱,穩(wěn)定計算不僅需考慮順水流方向的穩(wěn)定(見圖3),還要考慮橫向水流方向的穩(wěn)定(見圖4),結構的強度也需考慮不對稱的影響。
4.1 穩(wěn)定計算
根據閘首結構尺寸和作用荷載,計算在各設計工況下結構的整體穩(wěn)定性(包括結構的抗傾、抗滑、抗浮以及地基承載力,見表2)。
從表2可以看出,船閘閘首各項穩(wěn)定指標滿足規(guī)范要求。
4.2 強度驗算
采用ANSYS有限元分析軟件計算分析,通過荷載組合,閘首底板最大正彎矩為2 755.3 kN€穖(正向校核工況),最小負彎矩為 3 999.0 kN€穖(檢修工況)。在長期荷載組合下,裂縫最大寬度應控制在0.30 mm以內。
5 結 論
錯位式雙線船閘布置具有閘首和閘室占用土地面積相對小、船舶進閘安全性高、開挖基坑面積相對小、施工維護費低、利于環(huán)保、節(jié)約資源等優(yōu)點;但由于錯位式雙線船閘兩側不對稱,使邊界條件變得復雜,增加了設計難度,且閘首臨水側不能做倒角,增加了結構工程量。
【摘 要】 以某船閘設計為例,在考慮水位、高程、地質條件及閘首機械設備等設計條件的基礎上,提出錯位式雙線布置和并列式雙線布置兩種方案,比較分析兩種方案的優(yōu)缺點,得出錯位式雙線布置設計方案更為可行。在此方案的基礎上,對船閘結構穩(wěn)定性及強度進行計算,結果表明各項穩(wěn)定指標滿足規(guī)范要求,且計算得到不同工況條件下最大正彎矩值和最小負彎矩值,為類似工程提供借鑒。
【關鍵詞】 雙線船閘;閘首;錯位式雙線布置
1 工程概況
某船閘建于20世紀70年代,經過多年發(fā)展,此船閘下游西側建有一座電廠,經勘查,多條跨河管道布置在擴建船閘的設計范圍內;船閘上游東側附近建有別墅區(qū),使擴建的船閘征地范圍受到限制,給設計提出難題。根據航道的設計要求,船閘等級為Ⅲ級,包括船閘工程、配套工程及附屬工程。閘室的有效尺寸為2 €?80 m €?3 m €? m(線數€漬⑹矣行Сざ葊漬⑹揖豢韤鬃钚∶偶魎睿杓頗甑ハ蟯ü芰ν騮,設計通航最大船型為1頂2 €?噸級頂推船隊,兩線船閘共用引航道。
2 設計條件
2.1 設計水位
根據《內河通航標準》,Ⅲ級航道最高通航水位采用20年一遇洪水位;最低通航水位采用多年歷時保證率98%的水位。此船閘上游最高通航水位為3.06 m(國家高程基準),最低通航水位為;下游最高通航水位為4.96 m,最低通航水位為 0.41 m。那么,上游設計檢修水位1.33 m,下游取1.42 m;上游設計洪水位3.28 m,下游取5.78 m。
2.2 設計高程
上閘首采用空箱邊墩的整體鋼筋混凝土結構,閘首頂面均布置一處啟閉機房。上閘首頂標高6.56 m,建基面標高 7.29 m。閘室采用分離式結構,閘室頂標高5.36 m(不含防浪墻高度)。
2.3 地質條件
地表普遍分布人工填土,厚度變化較大,以雜填土為主。西側魚塘現為電廠粉煤灰堆場,分布一層飽和軟土,厚度為1.3~7.2 m,平均厚度3.21 m,底板埋深一般小于3.5 m。勘區(qū)普遍分布粉質黏土,厚度變化不大;勘區(qū)均有分布飽和砂性土(包括粉土、砂土和粉質黏土與砂土互層),厚度變化較大。
2.4 閘首機械設備
工作閘門采用三角門,工作閥門采用鋼質平面提升門,閘、閥門啟閉機均采用液壓式啟閉機。
3 設計方案對比
船閘按雙線單級1 000 t級船閘一次建成,每線船閘有效尺度為180 m €?23 m €?4 m(長€卓韤酌偶魎睿?
根據《船閘總體設計規(guī)范》,充分考慮現場地形、地物等因素的影響,船閘上下游引航道走向均與現有套閘上下游航道基本一致,下閘首下游端與現有水利套閘下閘首下游端齊平。
考慮到征地范圍有限,上游東側別墅區(qū)對設計造成影響,設計初期提出兩種方案。
3.1 方案1
雙線船閘主體結構上下錯開28.8 m布置,東側船閘下閘首下游端基本與現有的水利套閘下閘首齊平布置,西側船閘下閘首下游端上移28.8 m錯開布置,兩線船閘主體結構(閘首、閘室)緊鄰布置,兩線船閘閘室中心間距為39 m,即錯位式雙線布置(見圖1)。上下閘首平面尺寸均為28.8 m €?23 m (長€卓諉啪豢?;闸室瞥C娉嘰縹?80 m €?23 m (長€卓諉啪豢恚?
3.2 方案2
雙線船閘主體結構并列布置,兩側船閘下閘首下游端基本與現有的水利套閘下閘首齊平布置,兩線船閘主體結構(閘首、閘室)緊鄰布置,兩線船閘閘室中心間距為55 m,即并列式雙線布置(見圖2)。上、下閘首平面尺寸及閘室平面尺寸均與錯位式雙線布置一致。
3.3 比較分析
針對兩種設計方案的比較分析(見表1),經過多次技術協(xié)商和溝通,采用方案1。方案1占用面積相對較小,對鄰近的建筑影響小,尤其是船閘與上游東側的別墅區(qū)安全距離增加,有利于別墅區(qū)的安全。雖然方案1船閘設計結構不對稱,邊界條件復雜,計算難度增加,但隨著計算方式的不斷改進,方案1具有可行性。
4 結構穩(wěn)定性及強度計算
由于傳統(tǒng)的船閘結構兩側對稱,因此,閘首結構的穩(wěn)定計算只需考慮順水流方向的穩(wěn)定,結構強度計算也只需考慮一個閘首。錯位式雙線布置導致閘首結構兩側不對稱,穩(wěn)定計算不僅需考慮順水流方向的穩(wěn)定(見圖3),還要考慮橫向水流方向的穩(wěn)定(見圖4),結構的強度也需考慮不對稱的影響。
4.1 穩(wěn)定計算
根據閘首結構尺寸和作用荷載,計算在各設計工況下結構的整體穩(wěn)定性(包括結構的抗傾、抗滑、抗浮以及地基承載力,見表2)。
從表2可以看出,船閘閘首各項穩(wěn)定指標滿足規(guī)范要求。
4.2 強度驗算
采用ANSYS有限元分析軟件計算分析,通過荷載組合,閘首底板最大正彎矩為2 755.3 kN€穖(正向校核工況),最小負彎矩為 3 999.0 kN€穖(檢修工況)。在長期荷載組合下,裂縫最大寬度應控制在0.30 mm以內。
5 結 論
錯位式雙線船閘布置具有閘首和閘室占用土地面積相對小、船舶進閘安全性高、開挖基坑面積相對小、施工維護費低、利于環(huán)保、節(jié)約資源等優(yōu)點;但由于錯位式雙線船閘兩側不對稱,使邊界條件變得復雜,增加了設計難度,且閘首臨水側不能做倒角,增加了結構工程量。