孫宇航

（安徽省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院有限公司，安徽 合肥 230022）

1 前言

懷洪新河西壩口節(jié)制閘位于懷洪新河新澮河段安徽省五河縣城1.0km 處，設(shè)計(jì)排澇標(biāo)準(zhǔn)為5 年一遇，設(shè)計(jì)排澇流量1450m3/s，對(duì)應(yīng)的閘上水位為15.27m，閘下為15.17m；淮河干流百年一遇洪水及內(nèi)水40 年一遇洪水，分洪流量2550m3/s，對(duì)應(yīng)的閘上水位為18.03m，閘下為17.89m；設(shè)計(jì)正常蓄水位：閘上14.67m，閘下12.37m；校核蓄水位：閘上水位15.17m，閘下水位12.37m；消能防沖設(shè)計(jì)水位：閘上14.67m，閘下水位12.37m，最大泄流量1450m3/s。西壩口閘工程等別為Ⅱ等，主要建筑物為2 級(jí)。

閘室結(jié)構(gòu)為分離式折線形底板結(jié)構(gòu)，大、小底板搭接分縫，隔跨分縫，底板與閘墩均為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。底板厚度1.0m，底板高程9.87～7.92m。

2 計(jì)算條件

閘室小底板底部配筋為φ12@200，配筋面積565.2mm2，閘室小底板頂部、下游閘室底板雙面、閘墩立面均為φ18@250，配筋面積1017mm2。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)回彈法檢測(cè)的閘墩、底板及空箱混凝土抗壓強(qiáng)度推定值在26.8～38.3MPa，混凝土強(qiáng)度等級(jí)在C25～C35，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C25 及以上。

計(jì)算工況選取上下游閘室對(duì)應(yīng)的高、低水位條件，見表1。

表1 閘室結(jié)構(gòu)復(fù)核計(jì)算工況表

底板計(jì)算選取應(yīng)力最大斷面，計(jì)算時(shí)選取校核蓄水工況、地震工況及實(shí)測(cè)最大水位差工況。主要結(jié)構(gòu)計(jì)算荷載有：結(jié)構(gòu)自重，靜水壓力、滲透壓力、浮托力等。閘室取一個(gè)分縫（閘室大、小底板）單元，計(jì)算簡圖見圖1。

圖1 大小底板計(jì)算簡圖（單位：mm）

3 計(jì)算方法

大小底板計(jì)算按談松曦《水閘設(shè)計(jì)》彈性地基梁查表法計(jì)算。B/L=1.75/11.1，取附錄中縫位3/20，隔跨分縫。并采用ANSYS 有限元分析對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行校核。

（1）集中荷載P 作用下的應(yīng)力計(jì)算：

（2）均布荷載q 作用下的應(yīng)力計(jì)算：

4 計(jì)算結(jié)果

閘底板厚度1.1m，隔跨分縫，其大小底板彎矩計(jì)算成果見表2。各種工況下彎矩圖見圖2～圖7。

圖2 工況1 上游閘底板彎矩圖

圖3 工況1 下游閘底板彎矩圖

圖4 工況2 上游閘底板彎矩圖

圖5 工況2 下游閘底板彎矩圖

圖6 工況3 上游閘底板彎矩圖

圖7 工況3 下游閘底板彎矩圖

表2 閘室段結(jié)構(gòu)計(jì)算成果表

本次采用ANSYS 有限元分析計(jì)算，選取抗震工況下游底板進(jìn)行復(fù)核計(jì)算分析，簡化計(jì)算采用彈性地基梁法，大小底板連接位置按鉸接考慮，由計(jì)算結(jié)果可知底板頂面最大彎矩值為283.25kN·m，與彈性地基梁查表法計(jì)算結(jié)果相差不大，底板底面彎矩值為322.44kN·m，較彈性地基梁查表法計(jì)算結(jié)果偏大，考慮是計(jì)算簡化模型在閘墩作用底板的作用力位置未考慮連接處剛度對(duì)彎矩的影響。綜上所述，采用ANSYS 有限元計(jì)算方法的結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了彈性地基梁查表法計(jì)算過程的準(zhǔn)確性。具體計(jì)算情況見圖8、圖9。

圖8 ANSYS 有限元計(jì)算剪力圖

圖9 ANSYS 有限元計(jì)算彎矩圖

5 結(jié)構(gòu)安全分級(jí)

按現(xiàn)狀閘室段的配筋情況反算底板的結(jié)構(gòu)承載能力，與各工況下的計(jì)算彎矩對(duì)比，求出結(jié)構(gòu)承載力安全系數(shù)K，計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 閘室底板結(jié)構(gòu)承載力安全系數(shù)計(jì)算成果表

閘室結(jié)構(gòu)級(jí)別為2 級(jí)，根據(jù)《水閘安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》（SL214-2015）中表4.4.12-5，閘底板各部位的結(jié)構(gòu)安全系數(shù)在基本組合條件下應(yīng)大于1.20，偶然組合應(yīng)大于1.00，以上結(jié)果均能符合規(guī)范要求。閘室底板結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等級(jí)可評(píng)定為A 級(jí)■