平原區中小型開敞式水閘閘室結構計算標準化的探索

□張 龍 王立朝

中小型水閘在平原區是一種較為常見的應用于擋水、泄水的建筑物，設計工作中水閘結構計算的準確性，是關乎水閘建成后是否能夠長期安全運行的重要因素。平原區中小型開敞式水閘閘室結構計算主要包括閘底板、閘墩等結構的內力計算及其配筋計算。作用于閘室上的荷載主要有結構自重、水重、水平水壓力、揚壓力、土壓力、風荷載、地震荷載等。結構計算需根據各種運行工況對相關荷載進行組合，根據不同工況的內力計算結果進行配筋計算，計算過程繁瑣，且設計效率低。現介紹基于水閘閘室結構計算原理，利用C#編程語言編譯計算過程，形成標準化計算軟件—水閘閘室結構配筋計算系統，提高計算精度和設計效率。

1.研究方法

1.1 研究依據

水閘閘室結構配筋計算系統以《水閘設計規范》《水工混凝土結構設計規范》《水工建筑物荷載設計規范》《水工設計手冊》《水閘》等相關水利規范書籍為編制依據，總結中小型水閘閘室內力計算及計算書輸出、閘室配筋計算及計算書輸出等要求。通過總結提煉后，閘墩采用懸臂梁結構型式進行內力計算，按矩形截面受彎構件進行配筋計算；底板采用半無限大彈性地基梁法并通過內嵌郭氏表進行內力計算，按偏心受壓構件進行配筋計算。

1.2 研究方法

首先對計算原理、計算過程及計算參數進行系統整理，梳理計算流程，繪制計算流程圖；然后通過對C#編程語言 中Tabcontrol、dataGridView、Button、TextBox 等重要功能組件組合應用，測試實現不同工況、不同荷載自由組合的可行性。經測試控件DataGridView 實現了工況、荷載的靈活配置，支持多種工況類型同時計算。同時，配合Da?taGridView 和 CheckBoxColumn、Text?BoxColumn、ComboBoxColumn 等控件實現了荷載自由組合。通過應用Micro?soft.Office.Interop.Word 利用插入標簽實現計算過程輸出；最后通過測試驗證系統可靠性。

2.主要功能實現

計算過程中數據的處理均采用后臺完成，各種判斷條件由程序自行判斷，將大量計算過程嵌入到程序內部，避免人為因素導致計算錯誤。軟件可任意添加計算荷載和運行工況，根據工況信息對荷載進行自由組合，并同時運行不同工況的內力計算。將內力計算成果自動加載至配筋計算系統中進行配筋計算。

3.研究成果

經過不斷調整及優化，最終形成了水閘閘室結構配筋計算系統，其操作流程見圖1。

3.1 內力計算模塊

內力計算模塊主要包括基本參數和荷載工況信息、內力匯總等3 部分內容。其中，基本參數包括：閘室參數、土體參數、風荷載參數、地震荷載參數、柔度系數、邊荷載系數、配筋參數等內容；荷載工況信息包括：自重荷載及力矩、水位工況組合、其它荷載及力矩等內容；內力匯總包括：邊墩彎矩表、底板軸力表、底板彎矩匯總表、底板彎矩簡圖等內容。

內力計算成果匯總見圖2。

3.1.1 閘墩內力計算

將閘墩可看作固支于底板上的懸臂梁，在垂直水流方向的外力作用下，取單寬截面利用材料力學方法進行內力計算。

3.1.2 底板內力計算

底板內力計算采用半無限大彈性地基梁法，由系統后臺計算出作用于底板上的集中荷載、均布荷載、集中力偶、邊荷載等數據，再由計算出的柔度指數t 查詢郭氏表，最終計算出底板的內力。

圖1 軟件操作流程圖

圖2 內力計算成果匯總

3.2 配筋計算模塊

配筋計算模塊分為閘墩配筋計算和底板配筋計算兩部分，配筋計算所需基本參數均根據內力計算中輸入的配筋參數由程序自動選取，材料信息均根據基本參數自動計算所得，無需人工填寫。

3.2.1 閘墩配筋計算

閘墩配筋計算采用矩形截面受彎構件正截面配筋。其中，邊墩的配筋計算只需選擇邊墩底部最大彎矩值所對應的工況以及地震工況。計算完成后可將配筋結果匯總成表以方便查看。

3.2.2 底板配筋計算

底板配筋計算采用偏心受壓構件配筋，程序可將內力計算成果中的底板內力數據自動加載。對所有計算工況下，閘室上下游側的底板上下層配筋同時進行計算，計算完成可對計算結果進行匯總，并將最終配筋成果列表顯示。

4.結語

對于平原區中小型開敞式水閘閘室結構計算進行標準化研究，可以大幅度提高計算精度和設計效率。系統在計算過程中數據的處理遵循自動化、標準化、智能化3 大設計原則，各種判斷條件由系統自行判斷，避免人為因素所帶來的錯誤選取；將大量計算過程嵌入到系統內部；將計算過程及計算結果進行歸納整理成表并輸出至計算書中，省去了人為摘取數據的過程，節省了計算時間。該系統可以同時計算單個閘室的多種設計工況，大大降低的計算工作量，提高了工作效率，為推動該領域成熟軟件落地奠定了基礎。同時由于該系統計算條件具有一定局限性，限制了其應用范圍，我們將不斷豐富完善，擴大其應用范圍。□