刚性桩复合地基上双铰底板式闸室的三维数值分析

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1、河海大学硕士学位论文第一章绪论1．1双铰底板式闸室结构概述1．1．1双铰底板式闸室结构的特点双铰底板式闸室结构是在整体式闸室基础上发展起来的一种型式。这种结构的特点是在闸室底板的纵轴线两侧设置了两道纵缝，把U型的整体结构分割成中间底板、边侧小底板和闸墙三个部分，并在中间底板和边侧小底板之间用搭接的“铰”将它们连接起来，从而构成一个具有双铰底板的U形结构n1，如图卜1所示。图1—1双铰底板式闸室示意图双铰底板式闸室结构和整体式闸室结构相比，由于中间底板与闸墙分缝，闸墙不向中间底板传递弯矩，相互之间只传递水平推力和

2、剪切力，这克服了整体式闸室结构的缺点：由于底板与闸墙之间的刚性连接，若有不均匀沉降，将在底板产生附加应力的不利的情况。加之中间底板的跨度较小，故双铰底板式闸室结构的底板厚度可较薄，配筋量较少，工程造价亦可降低。与分离式闸室相比，底板不透水，不存在渗流稳定的问题，而且抗滑稳定也易满足。但其底板的受力对两侧闸墙的变位较为敏感，接缝处的止水也较为复杂瞳1，一般适用于粉砂、细砂地基。对于软粘土地基，过去的工程实践中，一般采用整体式闸室结构，若地基承载力不能满足设计要求，尚需进行地基处理，因而工程造价较高。为降低在软粘土

3、地基上建造船闸的工程造价，近年来也有不少船闸，在地基经处理后，采用双河海大学硕士学位论文第一章绪论铰底板式闸室结构，如通榆响水闸、镇江谏壁二线船闸以及论文所要结合的工程实例宁波姚江船闸等等。宁波姚江船闸，地质勘探表明闸室范围内有较厚的淤泥质土分布，经方案比较，选择了刚性桩复合地基进行地基处理，桩型采用钢筋混凝土灌注桩，闸室结构形式采用双铰底板式陋3。1．1．2双铰式闸室结构现有计算方法评述双铰底板式闸室结构的计算方法，国内外都曾进行过一些研究，特别是底板的应力分析中，提出了多种计算图式、计算方法。但是总的来说，

4、仍有一些问题尚未得到完善的解决。对复合地基上的双铰底板式闸室结构的计算问题，目前有关研究资料甚少，而其中关于刚性桩复合地基上的双铰底板式闸室结构的计算问题的有关研究资料则更少。因此对于刚性桩复合地基上的双铰底板式闸室结构，如何从它的实际受力状态出发，探讨其合理的计算方法，这对船闸以及类似的建筑物的设计，具有实际意义。目前双铰底板式闸室结构进行内力计算时，都将整个结构分割成中间底板、边侧小底板和闸墙三部分，然后进行受力分析。工程实践中，对于闸室底板的计算，一般有以下几种计算方法n1：(1)反力为折线分布，并按中间

5、底板与边侧小底板连接处的反力相等和闸墙的静力平衡等条件来求地基反力，然后进行计算。(2)将整个底板视为弹性地基梁，地基视作半无限大弹性地基，双铰底板作为具有双铰的变刚度地基梁来进行计算，假设中间底板与边底板铰接处沉降相等的条件，求解弹性地基梁的地基反力。(3)将整个底板视为文克尔地基上的具有双铰的变刚度地基梁来进行计算。对闸墙，一般均视为固定在边侧小底板上的悬臂梁来计算内力。但是，上述的分析方法存在不足之处：(1)闸室结构是一种周边为回填土的埋入式结构，上述的计算方法对周边土体与结构的相互作用，以及这种作用对结

6、构内力的影响考虑不足。把闸墙、底板分割开来，各自作为隔离体来计算结构内力，因而忽略了结构的整体作用。实际上，闸墙与底板的变形是制约、相互协调的，因此这种人为将它们分开来计算不能反映真实的受力状态。(2)底板计算的各种方法，对问题作了一些假定，难以确切地反映十体的河海大学硕士学位论文第一章绪论应力一应变特性：(a)地基反力按折线分布，这使得基础梁的求解成为静定问题，因而使计算大为简化。但这一假定没有考虑基础梁(即底板)与地基之间的相对弹性，当然就不能反映基础梁的真实情况。事实上，基础梁的荷载分布与荷载性质、底板的

7、刚度、地基土壤的物理力学性质以及底板的埋深等因素有关。(b)基于理想弹性体假定的计算方法，假定地基为半无限大弹性体，认为土体的应力和应变为线性关系，可以用弹性理论中半无限大弹性体的沉降公式计算地基沉降，然后根据基础梁的挠度和地基变形协调的条件，求解地基反力。该计算方法虽然比折线法改进，但实际工程中的地基一般为非理想弹性体，因此适合于该假定的地基很少，只有在作用在地基上的荷载较小的情况下，才能近似地反映实际情况。(c)基于文克尔假定的基床系数法，是假定地基各点的反力与该点的沉降成正比。这一假定忽略了地基土的基本特

8、性(即土的内摩擦力与抗剪强度)。按文克尔的假设可以设想基础梁是放在无数多个小单元的弹簧上，地基反力p=ky，这一关系成立的前提是各个弹簧是相互独立，亦即地基是一层没有相互联系的无数个小弹簧。正因为这一相互独立的假定违背了地基土内摩擦力的基本特性。事实上单位土条伸长缩短时，必然会带动相邻的土条一起伸缩，因为各土条之间有剪力的作用，显然它们彼此之间是有联系的。这一现象在梁端尤为明显，文克尔