双铰底板式闸室

双铰底板式闸室结构是在整体式闸室的基础上发展起来的一种船闸结构型，该结构的主要特点是两边闸墙的前趾与底板以斜接或搭接的方式组成两个假“铰”，并在“铰”接处设止水，以形成具有双铰底板的U形不透水的分离式结构，如图1所示。

双铰底板式闸室结构闸墙与底板分别受力，减小了底板中部弯矩，从而使得底板厚度较小，造价较低，但双铰底板的受力对两侧闸墙的变位较为敏感，适应沉降能力较差，因此双铰式闸室结构在工程应用中受到了一定的限制。当满足结构设计要求时，双铰式闸室结构是一种经济合理的闸室结构型式。

因此对双铰式闸室结构进行深入的分析和研究，找到影响闸室结构设计的关键因子，使结构受力更加合理，适应沉降变形的能力得到改善，对于保障船闸结构安全和稳定、为船闸结构选型及设计提供科学依据等方面具有重要的意义。 2100433B

闸室结构是船闸的重要组成部分，随着社会经济迅速发展以及施工技术日益成熟，闸室的规模也越来越大，因此现代闸室的设计更加注重因地制宜地选择闸室的形式，以达到经济、结构合理的效果。双铰底板式闸室结构是在整体式闸室基础上发展起来的结构型式，一般适用于粉砂、细砂地基，应用十分广泛。

船闸闸室是船闸结构的关键部位，其安全稳定是船舶顺利通航过坝以及整个船闸正常工作的保证。现阶段，在我国闸室结构内力的分析中，还是以材料力学和结构力学方法为主，即将结构进行简化，以平面体系计算结构内力。对于双铰底板式闸室结构的解析计算方法，国内外都曾进行过一些研究，特别是底板的应力分析中，提出了多种计算图式、计算方法。在工程实践中，对于双铰底板的计算方法主要有以下几种：

1、简支梁法，假定中间底板简支于闸墙上，而闸墙不传力给底板，但该方法忽略了地基的作用，也未考虑闸墙向底板传力，在理论上不甚合理。

2、折线反力分布法，是假定地基反力在整个基底上面连续，且为折线分布，在铰接处只传递水平力和垂直力，不传递弯矩，并按中间底板与边侧小底板连接处的反力相等和闸墙的静力平衡等条件来求地基反力。

3、弹性地基梁法，是将整个底板视作弹性地基梁，地基视作半无限大弹性地基，并假定闸墙与中间底板为不同刚度以铰相连的弹性地基梁，采用连杆法求解地基反力。

4、文克尔假定法，是将整个底板视作文克尔地基上具有双铰的变刚度地基梁来进行计算。

闸室结构方案的选择需综合考虑工程地质条件、总布置要求、闸室输水条件和防渗要求等因素，经过筛选，适合本工程的有钢筋混凝土坞式整体结构、双铰式结构、空箱扶臂挡墙式结构共3种结构型式。闸室结构方案的选择需综合考虑工程地质条件、总布置要求、闸室输水条件和防渗要求等因素，经过筛选，适合本工程的有钢筋混凝土坞式整体结构、双铰式结构、空箱扶臂挡墙式结构共3种结构型式 。

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。