羌河口水電站首部閘壩樞紐設計畢業(yè)設計

畢業(yè)設計說明書題目:羌河口水電站首部閘壩樞紐設計學院(直屬系):能源與環(huán)境學院年級、專業(yè):2010級水利水電工程學生姓名:學號:指導教師:完成時間:2014年5月25日目錄摘要 ④工作橋及啟閉機重力=1014kN，交通橋自重=825kN，檢修橋自重=132kN。水重作用在水閘上面的水閘應該按照其實際體積及其容重計算確定，水的容重一般取10，在多泥沙的河流上應考慮水中含有的懸移質對誰容重的影響，這是采用渾水容重，渾水容重的計算公式如下：式中：—渾水容重，；—實測最大泥沙含量，。由已知資料知道，該河段多年平均含沙量0.134kg/m3，即，所以。10710.002=3956kN水平水壓力作用在水閘上的水平水壓力應根據(jù)水閘不同的運行情況時的上、下游水位組合條件計算確定，計算簡圖如圖9-1。式中：—止水c以上的上游水深，m；—c、d的揚壓力水頭，m；為c、d兩點距離，m；其余符號與上面相同。在這里=5.65m，=3m，L=6m，=4.8kN，=2.7kN。所以有：=940kN；=（4.8+2.7）369.81=1325kN。圖9-1上游水壓力圖揚壓力作用在水閘基礎底面的揚壓力應根據(jù)地基內別、防滲排水布置及上下游水位組合條件計算確定。泥沙壓力當閘前有泥沙淤積應該計算作用在閘上的泥沙壓力，泥沙壓力應根據(jù)水閘上、下游可能淤積的厚度及泥沙的容重等計算確定。根據(jù)黃河水利勘測規(guī)劃設計院的經(jīng)驗計算可能淤積厚度確定為：在淤積高度確定后可按以下公式計算計算泥沙壓力：式中：為作用于水閘上的泥沙壓力，；閘前沉積泥沙的浮重度，，；為為淤積泥沙的內摩擦角，（）；n為泥沙的孔隙率。=閘室上、下游端地基反力的比值，反映閘室基底反力分布的不均勻程度。值愈大，表明閘室兩端基底反力相差愈大，沉降差愈大，閘室的傾斜度也愈大。設計中的的容許值應符合表9-1中規(guī)定。表9-1η的容許值地基土質荷載組合基本特殊松軟中等堅硬、緊密堅硬、緊密沿土基面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)因水閘的級別而異，見表9-2。表9-2Kc的容許值荷載組合水閘級別1234、5基本組合特殊組合12對于結構布置及受力情況對稱的閘孔，按式計算基底最大和最小壓應力：式中：—鉛直荷載的總和，KN；A—閘室基底面的面積，m2；—作用在閘室的全部荷載對基底面垂直水流流向形心軸的力矩，KN·m；B—閘室底板的長度，m。計算閘室穩(wěn)定時，一般區(qū)分為施工、完建、運用和檢修等情況，各種情況下的荷載均有所不同，應根據(jù)具體情況將同時作用的各種荷載進行組合。設計時應選擇計算情況和確定其可能存在的最不利荷載組合。但不少工程單位計算基底壓力時，先按下式計算偏心矩e：從而上下游基底壓力為：式中的符號與上面的相同。此次設計計算完建期和正常運用期。表9-3荷載組合情況荷載組合計算情況荷載基本組合完建期重力水壓力（不計）揚壓力（不計）正常運用期重力水壓力揚壓力表9-4完建期計算結果表荷載重力KN力臂m力矩KN·m底板自重3500517500閘墩自重4500522500工作橋及啟閉設備自重101411014交通橋自重82554125檢修橋自重1322264閘門自重78178合計1004945481計算偏心距e：=所以有：=184.3KN/m22η==＜[η符合應力要求。計算偏心距e：=所以有：22η==/=＜[η表9-5正常運行期計算結果表荷載鉛直向上kN鉛直向下kN水平力KN力臂m順時針力矩kN·m逆時針力矩kN·m閘室結構自重1004945481水重3956519780上游水壓力1325249194021880揚壓力4341637泥沙壓力3合計13571227067998計算偏心距e：=所以有：=195.1KN/m22η==/=＜[η符合應力要求。經(jīng)過計算，閘室基地應力滿足要求，設計結果合理。10閘室抗滑穩(wěn)定分析水閘建成投入運行后，閘室受到豎向力和水平力的共同作用，水閘是否會發(fā)生沿地基表面的水平滑動，決定于阻止閘室滑動的力及阻滑力是否大于致使閘室滑動的力及滑動力，前者與后者的比值及為抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。閘室抗滑穩(wěn)定計算水閘沿地基面的抗滑穩(wěn)定按下式計算：或式中：為沿閘室基底面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；f為閘室基底面與地基之間的摩擦系數(shù)；為作用在閘室上的全部水平荷載之和，kN；閘基基礎底面與土質地基之間的摩擦角，（）；為閘室基底面與土質地基之間的粘聚力，kPa。其中f的值可按照《水閘》張世儒編著一書中的的表5-9查看,這里取0.53。目前在水閘設計中普遍采用公式進行計算。而公式是根據(jù)是根據(jù)現(xiàn)場混凝土的抗滑實驗資料進行分析研究后提出的，因而其計算成果能夠比較真實的反應粘性土地基上水閘的真實情況。所以對于粘性土地基上的水閘采用此公式計算比較好。由閘底的基底應力計算可知：KNKN所以：=3.17 ＞[所以本次設計的抗滑穩(wěn)定滿足要求，設計滿足要求。 11閘室底板的配筋計算底板直接建在地基面上，承受著閘室上部的所有荷載，包括閘室自重、閘室上面的水中、工作橋自重、閘墩自重等等、并且它還還起著傳遞力的作用，將上部的所有荷載直接傳遞給地基。同時還要考慮兩邊邊荷載的影響，特殊情況下還要考慮地震荷載等，所以受力條件十分復雜。而且其作用也十分重要，假使底板受到很小的破壞或者滑動將直接導致整個閘室傾覆。因此必須對閘室進行受力分析，然后進行配筋計算。只有這樣才能確保閘室的整體安全性。本次設計采用彈性地基梁法。對于半無限大彈性體假說下平面地基上的常截面基礎梁，常采用郭氏表計算。均布荷載和集中荷載均采用郭氏表計算。郭氏表中沒有能考慮邊荷載的影響，所以對于邊荷載的計算則采用河海大學徐芝綸教授編寫的計算表格。相關數(shù)據(jù)查尋所用表格都來自于《水工混凝土結構設計手冊》。首先算出基礎梁的無因次的柔度指標t：式中：為基土的變形模量；為混凝土的彈性模量；l為地基梁的半梁長度，m；h為梁的高度，m。查《水閘》張世儒主編一書的表6-10知=6有：≈3表11-1均布荷載計算表x01234567891007374757678828895117150—P414419425431442465499538663849—0-5-70V0-148-283-397-527-634-748-776-765-5610980M5094452848114472390533402604181210193400當全梁受均布荷載q時，可由t查出梁各截面處的反力系數(shù)、剪力系數(shù)、彎矩系數(shù)，再由以下公式求出各截面處的反力p、剪力V、彎矩M。取。當梁上承受集中荷載P時，可由t和a查出梁各截面處的反力系數(shù)、剪力系數(shù)、彎矩系數(shù)，再由以下公式求出各截面處的反力p、剪力V、彎矩M。取。表11-2集中荷載計算表x012345678910050494746444342424764—P280275264258247241236236264359—50-45-40-36-31-27-22-18-14-90V2763-2487-2210-1989-1713-1492-1216-995-774-49802722181411853200M1493112166995477426083442427651659110600當梁上承受邊荷載時，可由t和a查出梁各截面處的反力系數(shù)、剪力系數(shù)、彎矩系數(shù)，再由以下公式求出各截面處的反力p、剪力V、彎矩M。表11-3邊荷載計算表x012345678910014161922242626200-54—14119641-2-6-13-26—560——P-224—2130-40562663640-1120V00-6-50-20-1548-1631-1658-1631-1547-1382-1160-857-525-1930-1548-1437-1354-1133-967-774-552-414-193-550M-3096-3068-3012-2764-2514-2156-1712-1271-718-2480取。表11-4所有荷載疊加表x012345678910P984—V27630M169291362611753945074745608365722001407920按DL/T5057-2009規(guī)范：式中：—彎矩設計值；—截面極限彎矩值；為綜合分項系數(shù)；—混凝土軸心抗壓強度設計值；b—矩形截面寬度；x為混凝土受壓區(qū)計算高度；—截面有效高度；為鋼筋抗拉強度設計值；—受拉區(qū)縱向鋼筋截面面積。將代入上式，并令：則有式中：—截面抵抗矩系數(shù)；—相對受壓區(qū)計算高度；—系數(shù)，在規(guī)范中取1.0。設計時應該滿足，但為了考慮經(jīng)濟問題一般取。所以有：再求解：可求得鋼筋截面面積：由以上計算可知：=116854KN·m；=1.32；2；b=7m；=1.96m；=360N/mm2。查《水工鋼筋混凝土結構學》附錄4知a=c+10=30+10=40mm。查表《水工鋼筋混凝土結構學》3-1）=0.09＜=0.384，因此直接采用單筋截面進行計算，查表《水工鋼筋混凝土結構學》3-1：=＜則每米板寬鋼筋量為4914。配筋率：＞=0.15％查表《水工鋼筋混凝土結構學》附錄3表2選擇HRB400直徑為22mm間距為70mm進行布設。此時的鋼筋含量為每米5430略大于4914滿足要求?？紤]到板厚達到了兩米，所以需要在上層配置構造筋，構造筋選用HRB400直徑選用20mm間距取為200mm，進行配設。配筋圖詳見圖紙。12結論本次設計是羌河口攔河閘壩首部樞紐的設計。設計的重點是對泄洪閘的設計和計算。泄洪閘的主要作用是宣泄水庫中超過調蓄能力的洪水或存水。本次設計的第一步是對資料的綜合分析整理，整理出對本次設計有用的資料，方便在后續(xù)的計算和設計中取用。然后參照水閘設計規(guī)范確定出工程等級。本次設計的工程等別為四等，規(guī)模為小（1）型，防護對象重要性為一般。閘址選在陵江鄉(xiāng)吊壩村上游約1.5km處，泄洪閘布置在主河床中間，右岸有成洞條件便于引水隧洞的開挖，因此在右岸設置進水口。左岸采用土石壩擋水。在上游設置15m長的鋪蓋，在鋪蓋與閘室的連接處設置齒墻，并采用止水銅片止水，閘室長度為10m，每孔設計一道工作閘門一道檢修閘門，其中檢修閘門可移動。在水閘下游設置消力池采用底流消能方式，消力池長為18m，深為1m。在消力池末端設置海曼，海曼長20m，在海曼末端設置防沖槽。之后進行閘室的抗滑穩(wěn)定計算，此過程十分復雜，需要對閘室以及其上部結構所有的荷載進行疊加計算，然后再利用相應公式進行計算。防滲計算式水閘計算中的一個重點，采用改進阻力法進行計算，這種方法是在阻力系數(shù)法、分段發(fā)以及獨立函數(shù)的基礎上綜合發(fā)展而來，因此近似度非常高。最后進行閘室底板配筋計算，與抗滑穩(wěn)定分析類似需要對水閘上面的力進行疊加計算，十分復雜。本次設計的結果與工程實際十分接近只是在局部地方有一些瑕疵，現(xiàn)在進行逐個說明。比如鋪蓋的長度計算存在差異，本次設計主要參照《水閘設計規(guī)范》以及《水工建筑物》進行估算，并沒有具體的公式進行參照因此計算的結果有所差異，肯定存在考慮不足不完善的地方。還有閘室的長度也有所差異，閘室的長度主要是根據(jù)上下游水位差等因素估算，從而計算出的長度與實際也有所差異，在老師的指導下進行了改進，因此得出了更為精確的長度。在海曼的長度計算時遇上了問題，在初步的按《水工建筑物》給出的估算公式得出的海曼長度只有幾米，與實際的20m左右的長度存在巨大差異。在翻看了各種資料書后發(fā)現(xiàn)毛旭熙高級工程師的海曼計算公式比較精確從而解決了這一問題。最后回顧這次設計讓我明白了，進行一個水電站的設計是十分精細的工作，需要參看許多規(guī)范與資料，不同的地形地質條件會選用不同的參考資料，得出的結論應十分謹慎的進行分析，如果發(fā)現(xiàn)錯誤應及時予以修正。同時水電的計算設計中包含很多估算以及安全系數(shù)的取值范圍，在這部分計算值應該引起重視以免出現(xiàn)設計不合格或者是取值過于保守從而引起經(jīng)濟上和材料上的浪費。最后希望老師對我本次設計不合理的地方進行細心的斧正和批評！總結與體會我在本次的設計過程中遇到了很多的問題，但是在自己的努力與學習下、老師以及同學的幫助下我一個一個的解決了這些問題。在這期間我學會了很多的東西，這些東西在我畢業(yè)后的工作中將成為一種寶貴的財富積累。在剛剛開始設計的時候，就遇到了很多的問題需要我利用以前的知識來解決。比如設計之初工程等級的確定就在以前《水工建筑物》里學過，再后來水閘的水利計算，更是充分運用了《水力學》里面的各種知識，比如堰型的選擇，過閘流量的計算，消力池深度的計算等等。通過對這些數(shù)值的計算我仿佛又從大一開始再一次學習了一遍這些知識，他加深了我對這些知識記憶的同時讓我對這些知識又產(chǎn)生了進一步的理解。讓我更加牢固的掌握了我們所學習的專業(yè)知識。在計算海曼長度的時候我就遇到極大的挑戰(zhàn)，在參考了《水工建筑物》里面關于海曼的計算公式計算出的海曼長度只有幾米，剛開始我并沒有發(fā)現(xiàn)問題，但是到了防滲驗算是就是不合格，后來才與實際的工程對比發(fā)現(xiàn)了問題，浪費了我?guī)滋斓臅r間。之后在老師的指導下才采用了毛旭熙高級工程師的關于海曼計算公式，最后才計算出了正確的海曼長度。這讓我了解了再解決實際工程問題是不能單一的采用某種計算方法就能完全確定，尤其是在沒有具體計算公式的時候我們更應該謹慎選用相關估算公式并與實際工程相結合得出更加合理的結論，同時他提高了我對實際與理論的認識，很多理論性的知識只有通過了實際的設計檢驗才能將它為我所用。這次的問題也讓我對工程的設計與施工有了更深的理解，也對實際施工設計工作產(chǎn)生了弄厚的興趣。再者通過逐步解決自己在設計中遇到的各種問題，增強了我自己解決問題的能力，還有就是設計過程是一個極具邏輯性的推理試算然后再計算確定實際數(shù)據(jù)以及相關結構尺寸的一個的過程，做完本次設計后讓我深有體會，加入在以后的工作中遇到相關的工作或者相關的事情這做起來會讓我更加的得心應手。還有就是在設計之初，需要在網(wǎng)上查看許多關于閘壩、水電相關的知識。他能拓展我們在這個領域的知識寬度，讓我更加了解整個國家以及世界上的能源結構，以及遇到的環(huán)境問題。水電的開發(fā)能改變整個能源的結構，減少煤、石油等的使用，減少環(huán)境污染。對可持續(xù)發(fā)展做出巨大貢獻。其中最大的收獲還是讓我更加了解了以后的工作的方向以及工作的內容。他讓我對水電事業(yè)有了更深的興趣，明白了自己以后的奮斗方向。謝辭本次設計的指導老師魏張煥敏老師。在我們做設計這一個多月的時間里，名義上張老師說每周的周四為畢業(yè)設計的答疑時間。但是實際上除了張老師上課的時間，他基本上都在辦公室里等著我們去問問題。最讓我感動的是那天中午去辦公室敲門，里面沒有人應答，隨后我撥通了張老師的，突然我聽到辦公室里面?zhèn)鱽硪魂囀煜も徛暎乙詾槲义e覺了，但隨后聽到了張老師接的聲音。原來他累的在辦公桌上睡著啦，那一刻我感動了，一位老師為了我們的畢業(yè)設計，犧牲了自己的午休時間，犧牲了陪家人吃午飯的時間，這就是偉大的老師??！還有辦公室的涂老師、劉老師等，雖然他們不是我們直接的指導老師，但是只要我們有問題而張老師不在的情況下，他們都會很熱心的幫助我們解答，同時還會夸獎我們學習認真，鼓勵我們的士氣。在設計做完以后我們還要答辯，屆時我們還將耽擱很多學院老師的時間來為我們指導。這些老師都在默默的關心著我們的畢