節制閘分離式折線形底板結構現狀復核計算分析

孫宇航

（安徽省水利水電勘測設計研究總院有限公司，安徽 合肥 230022）

1 前言

懷洪新河西壩口節制閘位于懷洪新河新澮河段安徽省五河縣城1.0km 處，設計排澇標準為5 年一遇，設計排澇流量1450m3/s，對應的閘上水位為15.27m，閘下為15.17m；淮河干流百年一遇洪水及內水40 年一遇洪水，分洪流量2550m3/s，對應的閘上水位為18.03m，閘下為17.89m；設計正常蓄水位：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；消能防沖設計水位：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。

閘室結構為分離式折線形底板結構，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構。底板厚度1.0m，底板高程9.87～7.92m。

2 計算條件

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。經現場回彈法檢測的閘墩、底板及空箱混凝土抗壓強度推定值在26.8～38.3MPa，混凝土強度等級在C25～C35，混凝土強度等級為C25 及以上。

計算工況選取上下游閘室對應的高、低水位條件，見表1。

表1 閘室結構復核計算工況表

底板計算選取應力最大斷面，計算時選取校核蓄水工況、地震工況及實測最大水位差工況。主要結構計算荷載有：結構自重，靜水壓力、滲透壓力、浮托力等。閘室取一個分縫（閘室大、小底板）單元，計算簡圖見圖1。

圖1 大小底板計算簡圖（單位：mm）

3 計算方法

大小底板計算按談松曦《水閘設計》彈性地基梁查表法計算。B/L=1.75/11.1，取附錄中縫位3/20，隔跨分縫。并采用ANSYS 有限元分析對計算結果進行校核。

（1）集中荷載P 作用下的應力計算：

（2）均布荷載q 作用下的應力計算：

4 計算結果

閘底板厚度1.1m，隔跨分縫，其大小底板彎矩計算成果見表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 閘室段結構計算成果表

本次采用ANSYS 有限元分析計算，選取抗震工況下游底板進行復核計算分析，簡化計算采用彈性地基梁法，大小底板連接位置按鉸接考慮，由計算結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算結果相差不大，底板底面彎矩值為322.44kN·m，較彈性地基梁查表法計算結果偏大，考慮是計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彎矩的影響。綜上所述，采用ANSYS 有限元計算方法的結果進一步驗證了彈性地基梁查表法計算過程的準確性。具體計算情況見圖8、圖9。

圖8 ANSYS 有限元計算剪力圖

圖9 ANSYS 有限元計算彎矩圖

5 結構安全分級

按現狀閘室段的配筋情況反算底板的結構承載能力，與各工況下的計算彎矩對比，求出結構承載力安全系數K，計算結果見表3。

表3 閘室底板結構承載力安全系數計算成果表

閘室結構級別為2 級，根據《水閘安全評價導則》（SL214-2015）中表4.4.12-5，閘底板各部位的結構安全系數在基本組合條件下應大于1.20，偶然組合應大于1.00，以上結果均能符合規范要求。閘室底板結構強度等級可評定為A 級■