FJD31110 FJD水利水电工程技术设计阶段溢流坝闸墩设计大纲范本水利水电勘测设计标准化信息网1997年4月1水电站技术设计阶段溢流坝闸墩设计大纲主编单位:主编单位总工程师:参编单位:主要编写人员:软件开发单位:软件编写人员:勘测设计研究院年月2目次1. 引言 (4)2. 设计依据文件和规范 (4)3. 基本资料 (4)4. 闸墩布置 (9)5.设计荷载及组合 (10)6.墩身结构设计 (13)7.结构要求 (17)8.观测设计 (18)9.专题研究（含试验） (19)10.工程量计算 (19)11.应提供的设计成果 (19)31 引言1.1 工程概况工程位于省市（县）以（指方向）km的河上。
是以为主，兼顾等综合利用的水利水电枢纽工程。
工程初步设计报告于年月经审查通过。
选定坝址为，最大坝高m，总库容km3，灌溉面积km2，水电站装机容量MW，多年平均发电量kW·h。
1.2 设计任务简述初设报告中确定主坝采用式重力（拱）坝。
布置溢流表孔共孔。
由×m 型闸门控制。
为支承闸门承受闸门传来的水压力、支承坝顶公路桥和工作桥，于溢流坝上设置闸墩，并已于初步设计阶段确定其布置型式（详见基本资料）。
2 设计依据文件和规范2.1 有关本工程的文件(1) 工程初步设计报告；(2) 工程初步设计报告审批的文件；(3) 工程技术设计任务书。
2.2 主要设计规范(1) SDJ12—78 水利水电枢纽工程等级划分及设计标准（山区、丘陵区部分）（试行）；(2) SDJ20—78 水工钢筋混凝土结构设计规范（试行）；(3) SDJ10—78 水工建筑物抗震设计规范（试行）；(4) SDJ21—78 混凝土重力坝设计规范（试行）及补充规定；(5) SDJ336—89 混凝土大坝安全监测技术规范（试行）；(6) JTJ020—89 公路桥涵设计通用规范；(7) SD133—84 水闸设计规范。
2.3 参考资料水工钢筋混凝土结构华东水利学院等编。
3 基本资料43.1 工程等别与建筑物级别(1) 工程等别为等；(2) 建筑物级别为级。
3.2 地震烈度(1) 基本地震烈度为度；(2) 设计地震烈度为度。
3.3 洪水标准(1) 设计洪水重现期：T= a；(2) 校核洪水重现期：T= a。
3.4 水位和流量，见表1。
表1 水位和流量表3.5 气象3.5.1 气温(1) 多年平均气温℃；(2) 绝对最高气温℃；(3) 绝对最低气温℃；(4) 最低月平均气温℃；(5) 最高月平均气温℃；(6) 多年月平均气温，见表2。
表2 多年月平均气温表单位：℃3.5.2 风速和吹程(1) 多年平均最大风速m/s；(2) 多年实用最大风速m/s；(3) 设计采用风速m/s；5(4) 吹程km。
3.6 材料特性及安全系数3.6.1 混凝土(1) 容重：混凝土容重kN/m3；钢筋混凝土容重kN/m3；(2) 设计强度及弹性模量，见表3；表3 设计强度及弹性模量表单位：MPa(3) 泊桑比；(4) 抗剪强度指标：抗剪参数：f= ；抗剪断参数：f'= ，c'= MPa。
3.6.2 钢筋设计强度和弹性模量见表4。
表4 钢筋设计强度和弹性模量表单位：MPa3.6.3 钢材及焊缝容许应力，见表5。
单位：MPa钢材及焊缝容许应力表表33.6.4 安全系数(1) 混凝土结构构件的强度安全系数，见表6；表6 混凝土结构构件的强度安全系数表6(2) 钢筋混凝土结构构件的强度安全系数，见表7；表7 钢筋混凝土结构构件的强度安全系数表(3) 钢筋混凝土结构构件的抗裂安全系数，见表8；表8 钢筋混凝土结构构件的抗裂安全系数表(4) 最大裂缝宽度允许值mm；(5) 抗滑稳定安全系数，见表9。
表9 抗滑稳定安全系数表3.7 初设阶段闸墩布置图(1) 闸孔平面布置图；(2) 闸墩结构布置图。
3.8 水工模型试验成果74 闸墩布置4.1 最终确定闸墩平面位置4.2 闸墩高度和长度复核4.3 闸墩厚度复核4.4 闸墩型式优化4.5 弧门支承型式85 设计荷载及组合5.1 荷载5.1.1 自重（A1）：取混凝土容重γ= kN/m35.1.2 上部结构荷载（A2）(1) 坝顶工作桥荷载：坝顶工作桥自重：kN；启闭机重（固定式启闭机或门机）：kN；启闭力：kN；支座摩阻力F=V·f（式中：V—恒载竖向应力；f—支座摩阻系数）。
支座摩阻系数，见表10。
表10 摩阻系数表(2) 坝顶交通桥荷载：坝顶交通桥自重：kN；支座摩阻力（同工作桥计算）；车辆荷载。
(3) 闸墩上部其它设备荷载。
5.1.3 静水压力（A3）5.1.4 浪压力（A4）95.1.5 动水压力（A5）5.1.6 闸门推力（A6）5.1.8 地震荷载（A8）5.2 荷载组合5.2.1 中墩荷载组合5.2.1.1 基本荷载组合10(1) 正常挡水情况：A1+A2+A3+A4+A6+A7(2) 闸墩一侧挡水，另一侧渲泄设计洪水情况：A1+A2+A3+A4+A5+A6+A75.2.1.2 特殊荷载组合(1) 正常挡水情况遇地震：A1+A2+A3+A4+A6+A7+A8(2) 闸墩一侧挡水，另一侧泄流情况遇地震：A1+A2+A3+A4+A5+A6+A7+A8(3) 闸墩一侧挡水，另一侧检修情况：A1+A2+A3+A4+A6+A75.2.2 边墩(缝墩)荷载组合5.2.2.1 基本荷载组合(1) 正常挡水情况：A1+A2+A3+A4+A6+A7(2) 渲泄设计洪水情况：A1+A2+A3+A4+A5+A7 5.2.2.2 特殊荷载组合(1) 正常挡水情况地震：A1+A2+A3+A4+A6+A7+A8(2) 泄流情况遇地震：A1+A2+A3+A4+A5+A7+A86.1 闸墩对称受力情况下结构分析6.1.1 整体稳定分析11(1) 计算原则：闸墩整体稳定分析主要是核算闸墩底部平面上的滑动条件。
闸墩在对称受力情况下，上下游方向的荷载最大。
一般要求闸墩能在此受力条件下依靠自重维持稳定。
稳定分析可采用抗剪强度公式及抗剪断强度公式计算，抗剪参数取混凝土层面之间的参数值。
(2) 截面选取：一般在闸墩底部截一水平面为计算截面。
(3) 计算公式：抗剪强度公式：K=f WQ⋅∑∑(1)式中：K—抗剪强度安全系数；∑W—计算截面以上闸墩所受全部垂直力的合力；∑Q—计算截面以上闸墩所受全部水平力的合力；f—混凝土层面之间的抗剪参数。
抗剪断强度公式：K'='⋅+'f W c AQ∑∑(2)式中：K'—抗剪断强度安全系数；∑W、∑Q—同抗剪强度公式；f'、c'—混凝土层面之间的抗剪断参数；A—计算截面的面积。
6.1.2 材料力学法整体应力分析(1) 计算原则：此种受力情况下，荷载的合力位于闸墩的中面内。
计算中选取不同高程的水平截面，求出形心，计算外荷载作用于形心的合力后，用材料力学公式计算闸墩应力。
(2) 水平截面选取：由闸墩底部高程向上取2～4个截面。
(3) 内力计算：将截面以上全部外荷载向截面形心转化，即可求出此截面W、Q x、M z 三个内力分量。
(4) 应力计算：用材料力学偏心受压公式计算σy；用梁的剪力公式计算τxy。
6.1.3 平面有限元计算此种受力情况下，荷载对于闸墩中面对称，可以将全部外荷载移至闸墩中面，将闸墩按平面问题处理，采用有限元结构分析程序中的平面单元计算。
6.2 闸墩非对称受力情况下结构分析6.2.1 材料力学法整体应力分析(1) 计算原则：闸墩在非对称受力情况下，可视为固结在坝体上的承受双向弯曲和扭转的构件，近似地按材料力学法进行整体应力分析。
计算中分层切取闸墩水平截面，确定12形心，计算全部外荷载对于形心的合力，而后用材料力学公式计算闸墩应力。
(2) 水平截面选取：由闸墩底部高程向上取2～4个截面。
(3) 内力计算。
(4) 应力计算：将内力分组，分别计算应力后迭加。
6.2.2 悬臂梁法结构分析(1) 计算原则及假定：将闸墩沿垂直方向切取单宽条带，各条带均视为固结于堰顶的悬臂梁，相互间互不联系，每个条带承受其本身范围内的各种荷载。
如条带上有集中侧向力作用，则承受集中力的宽度可取为闸墩厚度的倍，弧门支铰侧向推力的扩散宽度取为m。
(2) 单宽条带位置选取。
(3) 内力计算：仅需计算轴力及弯矩。
(4) 应力计算：按混凝土偏心受压构件计算。
6.2.3 试载法结构分析分割面内尚存在着剪应力及弯矩、扭矩。
如闸墩较薄，弯矩和扭矩影响较次要，可以假定分割面上仅存在剪应力，根据分割面上变位连续的条件，求解分割面上的剪应力，进而求解各条悬臂梁的应力和变位。
6.2.4 有限元法应力分析1314(1) 计算原则和假定：将闸墩视为固结于堰体的平板结构，将其在非对称受力情况下的全部外荷载分为两部分——作用在闸墩中面内的荷载及垂直于板面的荷载，第一部分采用平面单元计算，第二部分可视为薄板弯曲问题，采用板壳单元计算。
两部分计算成果可予迭加；(2) 荷载使用；(3) 软件使用；(4)成果整理。
6.3 墩身配筋计算6.3.1 配筋计算原则及方法(1) 对于按混凝土构件进行强度计算不满足要求的部位，按钢筋混凝土构件进行配筋计算；(2) 如采用结构分析中内力成果进行配筋计算，则按单一安全系数极限状态法进行；(3) 如采用结构分析中应力成果进行配筋计算，则可采用按应力图形配筋的方法；(4) 混凝土构件强度校核及钢筋混凝土构件配筋计算均参照SDJ20—78进行。
6.3.2 内力(应力)计算成果的选用采用 法内力(应力)计算成果进行墩身配筋计算。
6.4 闸墩变位、抗裂及裂缝宽度验算6.5 闸墩局部应力问题设计6.5.1 平板门槽局部应力问题设计(1) 设计原则及假定：假定闸门传来的水压力所产生的拉力完全由钢筋承担，计算并布置门槽水平向受拉加强钢筋。
此外，由于门槽承受滚轮或滑块传来的集中力作用，尚应验算混凝土局部承压强度并配以足够数量的构造钢筋。
(2) 门槽水平受拉加强钢筋计算A g =kPRg(3)式中：k—钢筋混凝土轴心受拉构件强度安全系数；R g—钢筋抗拉设计强度；A g—水平受拉加强钢筋总面积；P—平板闸门传至门槽的水推力。
(3) 门槽局部承压强度验算6.5.2 弧门支铰拉锚结构设计(1) 设计原则和假定：假定弧门推力在闸墩内产生的总拉力值(或总拉力值的大部分)由扇形筋承担来计算扇形筋总量；以试验成果或有限元计算成果确定扇形筋分布。
(2) 扇形筋总量计算15(3)扇形筋布置6.5.3 弧门牛腿结构设计(1) 设计原则和假定：将牛腿视为一短悬臂，承受弧门支铰推力这一巨大集中力作用，参照钢筋混凝土吊车梁牛腿设计。
(2) 牛腿与闸墩相结合处截面尺寸验算。