一种新型挡水板设计方法与流程

本发明涉及挡水板，尤其涉及一种新型挡水板设计方法。

背景技术：

挡水板包括船闸、泄洪闸门、检修闸门和拦河坝弧形挡水板，主要功能是将水压力通过挡水传递给其他支承结构，其结构形式有平板结构和弧形结构，其中平板结构在承受强大的水压力作用时，在力学上主要是受弯，一般需要钢板制造，厚度和重量都比较大，运输和安装也不方便，使得制造成本高，而防腐的需要又使得运营成本增高；弧形结构的挡水板由弧形面板和径向的骨架组成，从力学上来说，水压力通过弧形面板将力传递给径向骨架，结构主要承受压力，结构较为轻巧，但由于弧形结构上的特点，使得整体结构占用空间较大，需要使用一定数量的钢材作为径向骨架，而且结构表面积较大，使得钢结构的防腐工作量增大很多，不但增加运营成本，还会在维护时影响正常运营。另外弧形结构将水压力集中到中心，使得中心轴的受力很大，相对要增加制造成本。

弧形钢闸门具有圆弧形的挡水门叶，当启闭闸门时，闸门绕一固定支铰的水平轴转动。由于铰轴中心一般布置在弧形面板的圆心处，故作用在面板上的全部水压力通过形心，启门时只需克服闸门自重以及止水和铰轴的摩阻力对轴心的阻力矩。简单的来说，弧形闸门具有启闭省力，运转可靠，闸墩的厚度较小、没有影响水流流态的门槽，泥沙多时工作状态好、启闭力较小、泄流条件好等等的优点，但是闸门所占的空间位置较大，闸墩较厚，闸门承受的总水压力集中于支座处，支座处的侧推力，有时会影响闸墩的侧向稳定。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种新型挡水板设计方法，有效解决上述技术问题。

为有效解决上述技术问题，本发明采取的技术方案如下：

一种新型挡水板设计方法，该方法包括以下步骤：

根据水压力的力学特点，采用圆弧段作为挡水板，圆弧段承受水压力的方向为向心力，于所述圆弧段两端设定支承，组成挡水板基本结构，通过力学计算及结构分析，结果如下：

(1)设定弧段较长，接近半圆，再逐渐缩短弧段，弧段受到的水平横向力就会随之变小，方向指向两侧；

(2)设定弧段较短，再逐渐加长弧段，弧段受到的水平横向力就会随之变小，方向指向内侧；

上述步骤(1)、(2)逐渐变化到一个特殊弧段时，水平横向力就随之发生变化，而且水平横向力的方向也发生变化，这时水平横向力为“零”，设定该弧段为“零弧”，即支承处水平力为零的弧段；“零弧”弧段内只承受压力、支承处只有垂直于接触面的支承力、支承处没有横向水平力，获得零弧挡水板。

特别的，该方法还包括以下步骤：

所述零弧挡水板采用普通钢筋混凝土、超高性能混凝土uhpc、rpc之一浇筑而成，包括端部支承面及多个箱室结构，端部支承面采用结构钢材制作，以达到受力要求和密封要求。

特别的，该方法还包括以下步骤：

所述零弧挡水板由于“零弧”内力只有压应力，对于大直径零弧分段制作、现场拼装，当从中间分为两段时，在两端支承处设置转动轴做成闸门，适合运用于船闸。

特别的，该方法还包括以下步骤：

所述零弧挡水板采用竖向零弧段，两端支承于闸墩前端，实现拦河坝的检修闸门制备。

特别的，该方法还包括以下步骤：

所述零弧挡水板采用横向零弧段，再根据水压力随高度变化的特点对弧形稍作调整完成泄洪闸门制作，使泄洪闸门启闭方便、防腐耐用。

特别的，该方法还包括以下步骤：

对于较窄的河段，所述零弧挡水板采用单独一段零弧作大坝挡水，最为节省，较宽河段，在所述零弧挡水板中间设置多个支承墩，形成连弧大坝。

本发明的有益效果为：本发明提供的一种新型挡水板设计方法，水平横向力为“零”，特殊弧段为“零弧”，即支承处水平力为零的弧段，有水平力就要设置系杆或支撑杆，“零弧”受力明确，由于“零弧”弧段内只承受压力、支承处只有垂直于接触面的支承力、支承处没有横向水平力，结构上无需配置受力钢筋，结构简单、使用寿命长、建造和运营维护成本低。

下面结合附图对本发明进行详细说明。

附图说明

图1为本发明实施例长弧段受力示意图。

图2为本发明实施例短弧段受力示意图。

图3为本发明实施例零弧段受力示意图。

图4为本发明实施例零弧切面分析图之一。

图5为本发明实施例零弧切面分析图之二。

图6为本发明实施例零弧切面分析图之三。

图7为本发明实施例零弧切面分析图之四。

具体实施方式

实施例1：

以下仅以实施例说明本专利可能实施的方案，然并非用以限制本专利所欲保护之范畴，合先叙明。

参考图1至7，其显示本专利的第一较佳实施例，根据水压力的力学特点，采用圆弧段作为挡水板，圆弧段承受水压力的方向为向心力，于所述圆弧段两端设定支承，组成挡水板基本结构，通过力学计算及结构分析，结果如下：

(1)设定弧段较长，接近半圆，再逐渐缩短弧段，弧段受到的水平横向力就会随之变小，方向指向两侧；

(2)设定弧段较短，再逐渐加长弧段，弧段受到的水平横向力就会随之变小，方向指向内侧；

上述步骤(1)、(2)逐渐变化到一个特殊弧段时，水平横向力就随之发生变化，而且水平横向力的方向也发生变化，这时水平横向力为“零”，设定该弧段为“零弧”，即支承处水平力为零的弧段；“零弧”弧段内只承受压力、支承处只有垂直于接触面的支承力、支承处没有横向水平力，获得零弧挡水板。

所述零弧挡水板采用普通钢筋混凝土、超高性能混凝土uhpc、rpc之一浇筑而成，包括端部支承面及多个箱室结构，端部支承面采用结构钢材制作，以达到受力要求和密封要求。所述零弧挡水板由于“零弧”内力只有压应力，对于大直径零弧分段制作、现场拼装，当从中间分为两段时，在两端支承处设置转动轴做成闸门，适合运用于船闸。所述零弧挡水板采用竖向零弧段，两端支承于闸墩前端，实现拦河坝的检修闸门制备。所述零弧挡水板采用横向零弧段，再根据水压力随高度变化的特点对弧形稍作调整完成泄洪闸门制作，使泄洪闸门启闭方便、防腐耐用。对于较窄的河段，所述零弧挡水板采用单独一段零弧作大坝挡水，最为节省，较宽河段，在所述零弧挡水板中间设置多个支承墩，形成连弧大坝。

申请人声明，所属技术领域的技术人员在上述实施例的基础上，将上述实施例某步骤，与发明内容部分的技术方案相组合，从而产生的新的方法，也是本发明的记载范围之一，本申请为使说明书简明，不再罗列这些步骤的其它实施方式。

具体原理如下所述：

如图1-3，根据水压力的力学特点，采用圆弧段作为挡水板，圆弧段承受水压力的方向为向心力。当两端支承时，就是挡水板基本结构，在进行力学计算和结构分析时，我们按两种情况考虑，第一种情况：弧段较长接近半圆，弧段受力为径向水压力f水、支承反力f支和水平横向力f横(图1)，再逐渐缩短弧段，弧段受到的水平横向力就会随之变小，方向指向两侧。第二种情况：弧段较短，弧段受力为径向水压力f水、支承反力f支和水平横向力f横(图2)，再逐渐加长弧段，弧段受到的水平横向力就会随之变小，方向指向内侧。进一步分析，当两种情形逐渐变化到一个特殊弧段时，水平横向力就随之发生变化，而且水平横向力的方向也发生了变化，这时水平横向力为“零”。我们称呼这种特殊弧段为“零弧”，即支承处水平力为零的弧段。有水平力就要设置系杆或支撑杆，“零弧”受力明确结构简单。由于“零弧”弧段内只承受压力、支承处只有垂直于接触面的支承力、支承处没有横向水平力，结构上无需配置受力钢筋，各拱桥的受力特征相近，800多年前修建的赵州桥没有用钢筋只用石砌一直用到现在。本发明的功效就是结构简单、使用寿命长、建造和运营维护成本低。

上述新型挡水板设计方法，水平横向力为“零”，特殊弧段为“零弧”，即支承处水平力为零的弧段，有水平力就要设置系杆或支撑杆，“零弧”受力明确，由于“零弧”弧段内只承受压力、支承处只有垂直于接触面的支承力、支承处没有横向水平力，结构上无需配置受力钢筋，结构简单、使用寿命长、建造和运营维护成本低。

申请人又一声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的实现方法及装置结构，但本发明并不局限于上述实施方式，即不意味着本发明必须依赖上述方法及结构才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用实现方法等效替换及步骤的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

本发明并不限于上述实施方式，凡采用与本发明相似结构及其方法来实现本发明目的的所有实施方式均在本发明保护范围之内。