大型横拉闸门倾覆波浪荷载计算改进.pdf

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1、孔福鑫等：大型横拉闸门倾覆波浪荷载计算改进75大型横拉闸门倾覆波浪荷载计算改进孔福鑫，杨超舟，张鹏，崔嘉，何瑞(河海大学土木与交通学院．南京210098)【摘要】依据国外某大型船闸横拉门工程资料，通过对国内现有船闸横拉门波浪荷载计算方法进行分析，提出改进的计算方法，经工程实例计算验证，改进法在计算大型船闸横拉门倾覆波浪荷载设计计算中具有很好的适用性及精确度，且对简化设计计算可起到重要作用。【关键词】大型；横拉闸门；波浪荷载；计算改进【中图分类号】TU312．1【文献标识码】B【文章编号】1001—6864(2014)10—0075—03对于船闸横拉门倾覆波浪荷载

2、的计算，目前，国平行的条件，波态多属于深水立波，基床明显属于暗内尚未有明确统一的公式或方法，《船闸闸阀门设计基床或低基床类型，因此，对于大型船闸横拉门倾覆规范》要求按照《海港水文规范》计算波浪荷载，而波浪荷载的计算通常可归为一种工况，即如表1所示。《水利水电钢闸门设计规范》则规定按照《混凝土重力1工程资料坝设计规范》计算波浪荷载。其中，《海港水文规本文波浪荷载计算依据的工程资料为国外某拟范》中“波浪对直墙式建筑物的作用”的计算相对复建运河船闸前期可研相关资料。该船闸属超大型横杂，需要先根据波浪平均周期、设计波高、水深及基床拉门船闸。由于目前国内尚无此等超大型横拉

3、门设类型确定波浪波态属于立波、远破波还是近破波，然计应用案例，因此基于该船闸设计的相关计算与分析后根据水深与平均波长、水深与设计波高、设计波高国内尚属首次。该船闸闸室有效尺寸为520．0m×与平均波长的比值确定计算模型，选取相应计算公式83．0×27．6m(长×宽×槛上水深)，其中，最大闸门(2进行计算】。《混凝土重力坝设计规范》则简化为分号门)按初步设计方案尺寸为87．0m×43．4m×20．0m两种情况进行计算，一种是水深大于等于使波浪破碎(宽×高×厚)，设计最大允许通航风力8级(最大风的临界水深且大于等于0．5倍平均波长的情况，另外速20．7m／s)，闸门

4、底部下游侧轮距门底约0．5m，距门一种是水深大于等于使波浪破碎的临界水深且小于前端1．0m，门顶部下游侧轮距门顶1．0m，距门后端0．5倍平均波长的情况。1．0m。2号门门前最大设计水深40．4m，开启时门前然而，对于横拉门船闸，尤其是大型、超大型横拉最大设计水深为30．13m(此时2号门开门时一号闸室门船闸来说，由于闸室水深通常在lOre以上，远大于水位与二号闸室最高设计水位持平)，最小水深27．6m设计波高、平均波长和使波浪破碎的临界水深值，且(此时2号门开启时一号闸室水位已降到设计最满足建筑物长度大于一个波长，建筑物与波峰线大致低水位)。表1大型船闸横拉门

5、倾覆波浪荷载计算工况注：1．为平均波周期；g为重力加速度9．81m／s；d为闸门前水深；村为设计要求累积频率波高；L为平均波长；d，为使波浪破碎的临界水深；为静水面处波浪压强；pI为静水面以下=处波浪压强；P为单位长度上波浪压力；为水的重度；z为静水面至以下；处水深；．1l。为波浪中心线至静水面的高度；oh()为双曲余弦函数；cth()为双曲余切函数。2．闸门设计及抗倾覆验算时需考虑最不利情况，而波峰作用比波谷作用更不利[5]，此处只列出波峰作用下计算公式，波谷作用计算请参考文献[3]。76低温建筑技术2014年第lO期(总第196期)2波浪要素算。当采用公式(

6、1)计算时，静水面以上波浪压强按按闸门启门时0．1m的上下游水位差考虑，2号闸直线分布，取距静水面高度日处波浪压强为零，另外，门在开启瞬间，上游最大水深为30．13m，对应下游水由于d／L≥0．5，因此，按照《海港水文规范》规定，静深为30．03m；上游最小水深为27．6m，对应下游水深水面以下深度Z：／2处波浪压强取为零，且取d为27．5m，对应的破浪要素计算参数列入表2。=L／2。计算简图如图1所示，计算结果列入表4。表2波浪要素计算参数表4按表1中公式(1)所得的闸门波浪荷载计算结果当采用表1中的公式(2)计算时，需要先计算出波浪中心线至静水面的高度h，且

7、静水面以下深度依据莆田试验站公式及表2中计算参数，可计／2处波浪压强也取为零。该方法的计算简图如图2算得到横拉门开启时的波浪要素值，见表3。所示，结算结果列入表5。表3波浪要素计算结果表5按表1中公式(2)所得的闸门波浪荷载计算结果比较表4和表5可见，采用上述两种方法计算得到的单位长度波浪压力P值相差较大。公式(1)考虑·注：当平均波高与水深的比值／d<0．3，设计波高的累积的因素全面详细，计算精度也相对较高。然而，其计频率宜取5％E3]，即％=1．95H=。算过程涉及积分运算，尤其考虑需计算不规则图形形3现有波浪荷载计算方法分析心位置，积分计算困难，实际设计操

8、作十分不便；公式(2)则