平原区中小型开敞式水闸闸室结构计算标准化的探索

□张 龙 王立朝

中小型水闸在平原区是一种较为常见的应用于挡水、泄水的建筑物，设计工作中水闸结构计算的准确性，是关乎水闸建成后是否能够长期安全运行的重要因素。平原区中小型开敞式水闸闸室结构计算主要包括闸底板、闸墩等结构的内力计算及其配筋计算。作用于闸室上的荷载主要有结构自重、水重、水平水压力、扬压力、土压力、风荷载、地震荷载等。结构计算需根据各种运行工况对相关荷载进行组合，根据不同工况的内力计算结果进行配筋计算，计算过程繁琐，且设计效率低。现介绍基于水闸闸室结构计算原理，利用C#编程语言编译计算过程，形成标准化计算软件—水闸闸室结构配筋计算系统，提高计算精度和设计效率。

1.研究方法

1.1 研究依据

水闸闸室结构配筋计算系统以《水闸设计规范》《水工混凝土结构设计规范》《水工建筑物荷载设计规范》《水工设计手册》《水闸》等相关水利规范书籍为编制依据，总结中小型水闸闸室内力计算及计算书输出、闸室配筋计算及计算书输出等要求。通过总结提炼后，闸墩采用悬臂梁结构型式进行内力计算，按矩形截面受弯构件进行配筋计算；底板采用半无限大弹性地基梁法并通过内嵌郭氏表进行内力计算，按偏心受压构件进行配筋计算。

1.2 研究方法

首先对计算原理、计算过程及计算参数进行系统整理，梳理计算流程，绘制计算流程图；然后通过对C#编程语言 中Tabcontrol、dataGridView、Button、TextBox 等重要功能组件组合应用，测试实现不同工况、不同荷载自由组合的可行性。经测试控件DataGridView 实现了工况、荷载的灵活配置，支持多种工况类型同时计算。同时，配合Da⁃taGridView 和 CheckBoxColumn、Text⁃BoxColumn、ComboBoxColumn 等控件实现了荷载自由组合。通过应用Micro⁃soft.Office.Interop.Word 利用插入标签实现计算过程输出；最后通过测试验证系统可靠性。

2.主要功能实现

计算过程中数据的处理均采用后台完成，各种判断条件由程序自行判断，将大量计算过程嵌入到程序内部，避免人为因素导致计算错误。软件可任意添加计算荷载和运行工况，根据工况信息对荷载进行自由组合，并同时运行不同工况的内力计算。将内力计算成果自动加载至配筋计算系统中进行配筋计算。

3.研究成果

经过不断调整及优化，最终形成了水闸闸室结构配筋计算系统，其操作流程见图1。

3.1 内力计算模块

内力计算模块主要包括基本参数和荷载工况信息、内力汇总等3 部分内容。其中，基本参数包括：闸室参数、土体参数、风荷载参数、地震荷载参数、柔度系数、边荷载系数、配筋参数等内容；荷载工况信息包括：自重荷载及力矩、水位工况组合、其它荷载及力矩等内容；内力汇总包括：边墩弯矩表、底板轴力表、底板弯矩汇总表、底板弯矩简图等内容。

内力计算成果汇总见图2。

3.1.1 闸墩内力计算

将闸墩可看作固支于底板上的悬臂梁，在垂直水流方向的外力作用下，取单宽截面利用材料力学方法进行内力计算。

3.1.2 底板内力计算

底板内力计算采用半无限大弹性地基梁法，由系统后台计算出作用于底板上的集中荷载、均布荷载、集中力偶、边荷载等数据，再由计算出的柔度指数t 查询郭氏表，最终计算出底板的内力。

图1 软件操作流程图

图2 内力计算成果汇总

3.2 配筋计算模块

配筋计算模块分为闸墩配筋计算和底板配筋计算两部分，配筋计算所需基本参数均根据内力计算中输入的配筋参数由程序自动选取，材料信息均根据基本参数自动计算所得，无需人工填写。

3.2.1 闸墩配筋计算

闸墩配筋计算采用矩形截面受弯构件正截面配筋。其中，边墩的配筋计算只需选择边墩底部最大弯矩值所对应的工况以及地震工况。计算完成后可将配筋结果汇总成表以方便查看。

3.2.2 底板配筋计算

底板配筋计算采用偏心受压构件配筋，程序可将内力计算成果中的底板内力数据自动加载。对所有计算工况下，闸室上下游侧的底板上下层配筋同时进行计算，计算完成可对计算结果进行汇总，并将最终配筋成果列表显示。

4.结语

对于平原区中小型开敞式水闸闸室结构计算进行标准化研究，可以大幅度提高计算精度和设计效率。系统在计算过程中数据的处理遵循自动化、标准化、智能化3 大设计原则，各种判断条件由系统自行判断，避免人为因素所带来的错误选取；将大量计算过程嵌入到系统内部；将计算过程及计算结果进行归纳整理成表并输出至计算书中，省去了人为摘取数据的过程，节省了计算时间。该系统可以同时计算单个闸室的多种设计工况，大大降低的计算工作量，提高了工作效率，为推动该领域成熟软件落地奠定了基础。同时由于该系统计算条件具有一定局限性，限制了其应用范围，我们将不断丰富完善，扩大其应用范围。□