水闸底板结构计算方法对比分析

　　摘要：水闸底板结构计算方法很多，各种方法计算结果相差较大。本文通过对倒置梁法与弹性地基梁法的应用分析，提出了解决整体式水闸底板计算问题的简单实用办法。
　　关键词：水闸底板；计算方法；分析应用
　　0引言，水闸底板与闸墩连在一起形成一个空间结构，受力比较复杂，目前还没有精确的理论分析方法以进行计算。其下的地基反力分布不仅与底板的尺寸、刚度、弹性模量、荷载大小及分布等因素有关，也与地基的变形特性密切相关，计算时最大的困难在于难以准确地反映地基塑性开展区的影响，只能作出一些假定来解决。整体式平底板是应用最广的底板形式，以下仅就其计算问题进行探讨。
　　1计算理论分析整体式平底板的平面尺寸远较厚度为大，与一般弹性地基板的受力条件不尽相同。沿水流方向，闸门前后的水重往往相差很大；在垂直水流方向以承受闸墩传来的集中荷载，并受相邻结构的影响。对此类复杂的空间问题，通常简化为两个方向的平面问题进行处理。在顺水流方向，因与闸墩形成一个倒“T”形梁，刚度很大，弯曲变形远较垂直水流方向的为小，主要是受拉或受压，可按偏心受压(拉)公式计算，因而比较简单，本文不作探讨。在垂直水流方向，底板单独抵抗弯曲变形，主要是受弯，常截取单宽板条(即梁)进行强度计算。目前，工程上常用的计算方法以倒置梁法和弹性地基梁法为主。
　　倒置梁法假定地基反力（均布）作荷载，底板当做梁，闸墩当支点，按倒置的连续梁计算其内力。该法的缺点是忽略了各闸墩处变位不等的重要因素，计算得的支座上的反力与闸墩实际传给底板的荷载一般来说事不相等的，误差较大，应用上存在一定的局限性，但是实验证明，对于整体式平底板小型水闸或在闸墩上分缝单孔净宽较小的多孔中型水闸，由于其上部结构刚度相对而言较大，当建在较为坚实的地基上时，倒置梁法的精度足以满足要求。弹性地基法则假定底板和地基都是弹性体，底板下的地基反力是未知的，其计算方法根据地基土可压缩层厚度与地基梁半长的比值不同，可分为基床系数法、有限深地基梁法和半无限深地基梁法等。本文所指的弹性地基梁法即为最后一种方法。此法既考虑了底板变形与地基沉降的协调一致，又考虑了边荷载的影响，其计算思路正确，计算理论目前比较完善，计算成果精度高，因而其应用范围较广。2实例应用分析针对上面提到的两种计算方法，通过实例来分析比较两者之间的异同，为今后水闸底板计算提供更为有效的设计思路。某中型三孔水闸，单孔净宽3.0m，边墩厚0．75m，采用钢筋混凝土整体式平底板，长×宽一9．5m×12．5m，厚o．7m，闸墩与底板同长，高4．5m，边墩挡土高度5．2m兼有除涝、蓄水之功能，除涝流量58．9m3／s。闸室上游设有检修便桥，中间设置排架(上部为启闭机层)，交通桥布置在下游并公路连接．闸基为中等坚实地基。计算时分二种时期进行，即完建期和运行期(设计洪水位)以主闸门门槽为界分别截取单宽1.0m板条来进行分析计算。采用倒置梁法和弹性地基梁法计算出的结果分别绘于图1和图2中。
　　
　　比较图1和图2可以看出，从定性上讲，两种方法求出的弯矩图的走势分布规律是一样的，特别是门槽下游侧两者的弯矩图走势更加相似。这也说明了倒置梁法计算精度的可靠性。从定量上讲，采用倒置梁法求得的边墩支座处弯矩皆大于弹性地基梁法的结果，相差一20％～30％(负数表示后者比前小)；而中墩支座处的弯矩及跨中弯矩皆小于后者的结果，相差30％～40％。对于水闸底板这类较大尺寸的结构来说，这种差异应该是被允许的。关于这一点，可以通过配筋计算(从略)得以证明。更进一步地讲，本例所算得出的两种计算方法的误差幅度，在其它类似的计算中也曾验证过。据此，可以提出这样一种计算新思路，即在一般情况下，进行水闸底板内力计算时，可以先采用倒置梁法进行计算，然后对计算结果进行适当的调整(增加或减少)，从而实现与弹性地基梁法的计算结果更加接近，但又省去了繁琐的弹性地基梁法的计算过程。这样一来，将会对今后的水闸底板设计计算带来很大的方便，不失为一种值得推广应用的好方法。
　　3结束语严格地讲，本文总结出的计算方法，只是经验总结，尚缺乏科学的论证，因而在应用上还存在一定局限性，它仅对本例这种闸型或相近闸型比较适用。对于其它型式的水闸底板不宜盲目套用。更简便、更实用的水闸底板设计计算法有待于在今后的工作实践中研究、探索。