分离式闸室简介

两侧闸墙与闸室底板在结构上不形成刚性连接的船闸闸室。

两侧闸墙与闸室底板在结构上不形成刚性连接的船闸闸室。2100433B

气闸室相对于相连接的各功能间（或环境）的空气压力为负压，并且全排。气闸室的两侧，可以是非洁净区对洁净区，也可以是洁净区对洁净区。防止不同环境之间产生交叉污染，这是气闸室的唯一的一个作用。

缓冲室是人员或物料自非洁净区进入洁净区的必然通道，其气压是自外（非洁净区）向内（洁净区）梯度递增。缓冲室的作用有两个，一个是防止非洁净区的气流直接进入洁净区，有了一个缓冲室就大大降低了这种可能。二个是人员或物料自非洁净区进入洁净区时，在缓冲室有一个“搁置”进行自净（主要是物料），以免进入洁净区后，对洁净区造成污染。2100433B

利用有限元软件ANSYS建立溢洪道闸室结构几何模型并进行网格划分。几何模型的坐标原点为右边墩右侧面和溢流堰堰面(WES 堰形曲线) 的闸门槽交线(高程为631. 249 m) ，X 向为顺闸室水流方向，Y向铅直向下，Z向为垂直闸室水流方向且指向左岸。闸室和地基单元类型均采用8节点空间BRICK等参单元，单元的分布充分考虑了应力梯度大小的变化；划分后的有限元网格模型的单元总数为127158个，节点总数为149452个。

有限元模型地基底面为三向约束，上、下游面和侧面均为法向约束; 闸室右边墩兼作大坝挡墙，左边墩与山岩垂直相接，闸室两边墩外侧均为法向约束。闸室在水面以下且与水接触部位，自水面起竖直向下施加梯度荷载，主要接触部位有：闸墩、溢流堰表面和上游建基面等。当弧形闸门处于全关闭状态以及闸门启闭过程中，库水压力经门叶、支臂、支铰、支座、牛腿预埋钢板，最终以面作用力的形式传递到牛腿，故在牛腿与钢板接触面施加面荷载。闸室堰体混凝土材料和地基岩石材料的本构模型为线弹性本构模型。

根据设计要求，拟定正常蓄水位工况和校核洪水位工况作为计算工况，对堰体体形方案一的闸室结构应力进行有限元计算分析。

闸室结构的牛腿、吊头、闸墩等关键构件的第一主应力(拉应力)分别为：0.83，0.25，1.27MPa(正常蓄水位工况)和2.94，3.26，3.25MPa(校核洪水位工况)。由第一主应力可知，正常蓄水位工况下牛腿、吊头、闸墩等关键构件的拉应力均小于校核洪水位工况下的拉应力。因此，选取校核洪水位工况为控制工况，分别对6 种堰体体形方案进行有限元应力分析。

溢洪道闸室为常用水工结构，主要由过水堰体和闸墩组成，此外还有其他一些关键部位，如牛腿、吊孔等。闸室的体形设计是闸室整体设计的主要内容，其尺寸直接影响结构的安全稳定以及工程投资。闸室结构厚重则安全，但无疑增加了工程投资; 而结构过于单薄，工程投资相应减少，结构安全又受到影响。

所以，安全经济是对闸室结构体形优化的前提。在以往的闸室结构优化分析中，常以结构满足稳定、应力、抗裂等为约束条件，使工程造价(或工程量) 最小为目标建立多变量单目标的优化数学模型，并结合ANSYS 等有限元分析软件，确定闸室结构各构件尺寸，得到安全经济的结构体形。闸室堰体作为闸室重要组成部分，其厚度不仅决定了地基开挖量和堰体的混凝土浇筑量，而且对闸室上部各构件的应力有着较大影响。溢流堰体较厚，对防冲蚀和结构的抗振有利，但相应地增加了工程投资；若堰体较薄，工程投资相应减少，但可能产生结构冲蚀和振动方面的问题。对关键部位牛腿来讲，当开挖量增大时，溢流堰体较厚，削弱牛腿部位应力集中；若开挖量减小，堰体较薄，可能引起牛腿部位过大的应力集中。在以往的文献中鲜见在闸室结构主要构件(如闸墩、牛腿及吊孔等)尺寸确定的前提下，单独对闸室堰体厚度进行优化分析。鉴于此，在确定某溢洪道闸室结构主要构件尺寸的前提下，以地基开挖量为变量，以闸室牛腿吊孔等关键部位的应力最小为目标函数，建立单变量多目标的优化数学模型，采用分层序列法研究地基开挖量(直接影响堰体厚度)的变化对上部结构关键构件应力影响，检验闸室结构各关键构件的应力是否满足规范要求，并获得较为经济安全的堰体体形尺寸 。