一种新型挡水板设计方法技术

本发明专利技术公开的一种新型挡水板设计方法，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，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；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；逐渐变化到一个特殊弧段时，水平横向力就随之发生变化，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。

A New Design Method of Water Retaining Plate

【技术实现步骤摘要】
一种新型挡水板设计方法
本专利技术涉及挡水板，尤其涉及一种新型挡水板设计方法。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术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。本专利技术的有益效果为：本专利技术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。下面结合附图对本专利技术进行详细说明。附图说明图1为本专利技术实施例长弧段受力示意图。图2为本专利技术实施例短弧段受力示意图。图3为本专利技术实施例零弧段受力示意图。图4为本专利技术实施例零弧切面分析图之一。图5为本专利技术实施例零弧切面分析图之二。图6为本专利技术实施例零弧切面分析图之三。图7为本专利技术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
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
技术实现思路
部分的技术方案相组合，从而产生的新的方法，也是本专利技术的记载范围之一，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。本专利技术的功效就是结构简单、使用寿命长、建造和运营维护成本低。上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型挡水板设计方法，其特征在于，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。

【技术特征摘要】
1.一种新型挡水板设计方法，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述一种新型挡水板设计方法，其特征在于，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...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛松，谭岚，陈革辉，卢国林，喻嘉，曾勇，王陈浩，
申请(专利权)人：湖南百舸水利建设股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43