水利工程中水闸闸墩结构计算的分析与探讨

近年来,在大型水利枢纽建筑物中,为解决弧门水推力大、闸墩布筋困难这一难题,水工闸墩逐渐开始采用预应力混凝土支承结构形式。预应力混凝土结构借高强度钢丝束施加预应力将弧门支承体与闸墩连接,在锚束作用范围内产生预压应力来平衡弧门水推力产生的拉应力。
尽管预应力闸墩已被广泛应用,但是其结构设计也没有固定的计算形式,各个工程采用不同的结构设计方法,因而设计结果也各不相同。笔者在总结了大量预应力闸墩设计工程实践经验的基础上,提出了预应力闸墩结构设计的总体步骤以及设计中需重点考虑的问题,为工程设计技术人员提供参考。
首先从弧门水推力大小、结构强度、变形、裂缝控制、运用要求、施工条件、技术经济等方面进行综合分析,以确定是否有采用预应力的必要性;然后开始预应力闸墩的设计。当论证是否采用预应力闸墩时,可以按照规范或通过计算来比较分析。
根据规范,弧门水推力>35 000 kN的就可采用预应力式闸墩。另外,为了论证采用预应力技术的必要性,可以将常规混凝土闸墩与预应力式闸墩结构两种方案分别进行有限元计算来比较论证。
预应力闸墩结构设计总体步骤中包含着需要设计人员重点考虑的问题。如弧门支承体结构选型问题、闸墩结构预应力度表示方法和选择标准问题、如何合理布置预应力锚束的问题、配筋时预应力筋和非预应力筋的比例问题、部分预应力闸墩裂缝成因以及如何控制等方面。
大型预应力闸墩弧门支承结构由闸墩体与弧门支承体部分组成,并通过颈部连成一整体。支承体作为弧形门支座,是传递弧门水推力的机构。闸门所受水压力便通过弧门支承体传到闸墩上,再通过锚系钢筋或构件传到闸墩的上游部分。弧门支承体结构形式和尺寸大小对闸墩和支承体本身应力状态的影响作用很大,它关系到能否改善闸墩受力状态和提高闸墩预应力效果。
工程设计中,在弧门支承体结构选型问题上,各个工程应根据不同的泄水孔的结构特点和工程地质条件等素,过对比分析多种弧门支承体形式来选取合适的弧门支承体。目前,我国工程实践中。大型弧门预力混凝土支承体的结构型式主要有牛腿或悬臂深梁、锚块及跨孔口深梁等几种类型。各种支承体结构型式的特点及适用场合如下:悬臂梁和锚块均属于深梁悬臂,只是在外形上有所差别,前者为简单的四边形状,后者为复杂的不规则多边形的立方体。采用锚块形式主要是为了改善锚块内部应力减少阻水作用;且采用锚块形式较为经济。当闸室泄洪孔口为大跨度、多孔口结整个闸室处于坝体上或地质条件较好的基岩上时,为使结构体形简单,方便施工,可考虑采用锚块式支承体结构。近年来,为提高锚束的预应力效果,改善支承结构应力状态,工程设计和研究人员开始研究多种新型支承体结构。

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