病险水闸安全运行的控制方法技术

本发明专利技术公开了一种病险水闸安全运行的控制方法，该方法根据水闸工程安全现状，分析了在保证病险水闸结构安全、渗流安全等情况下的安全运行水位确定方法，并将风险管理应用到病险水闸的安全分析中，对影响工程安全运行及安全管理的风险进行辨识评价，划分风险等级，根据风险等级提出风险管控措施。本发明专利技术可靠性高，有效解决了病险水闸在除险加固前的安全运行问题，为今后病险水闸的安全管理及安全运用提供相应的依据和参考。提供相应的依据和参考。提供相应的依据和参考。

【技术实现步骤摘要】
病险水闸安全运行的控制方法


[0001]本专利技术涉及水闸安全运行控制，具体涉及一种病险水闸安全运行的控制方法。

技术介绍

[0002]水闸整治河道、因势利导、善利万物，承担着防洪安全、供水安全、粮食安全、生态安全等重要功能，在保障沿岸安全和支撑生态保护、区域经济发展等战略中具有不可替代的基础性作用。但大部分水闸建于上世纪50年代～70年代，面对工程长时间持续运行、设计标准偏低、极端天气现象频发、近年来水沙条件变化以及流域规划改变等，致使大部分水闸存在结构老化、土石接合部脱空、抗震不满足要求、安全监测设施不完善、丧失了引水调控功能等安全隐患，其长期安全运行面临重大挑战，应对突发事件保障能力较为薄弱；已鉴定为三类、四类的病险水闸不能及时进行加固、改建或拆除处理，亦成为防洪体系中的薄弱环节。因此，病险水闸工程安全运行管理和保障面临突出短板和问题。因自身存在诸多病险问题的三、四类水闸在运行和管理过程中存在很大的安全风险，故在对三、四类病险水闸采取相应处理措施之前，如何解决其正常功能发挥与安全之间的矛盾，如何确保工程安全运用，如何对其进行安全管理，如何有效控制风险等一系列问题应值得高度关注并亟待解决。
[0003]对水闸主管部门及管理单位对鉴定为三类、四类的水闸，应采取除险加固、降低标准运用或报废等相应处理措施，在此之前必须制定保闸安全应急措施，并限制运用，确保工程安全。但目前尚缺乏针对病险水闸可靠的安全控制方法。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种病险水闸安全运行的控制方法，解决缺乏针对病险水闸可靠的安全控制方法的问题。
[0005]技术方案：本专利技术所述的病险水闸安全运行的控制方法，包括以下步骤：
[0006](1)根据水文资料确定各段的最高运用水位和最高洪水位，根据确定的最高运用水位和最高洪水位，采用阻力系数及结构力学计算方法计算得到表征渗流安全和结构安全的各参数值，根据各参数值是否满足安全需求确定安全运行水位；
[0007](2)采用故障树分析方法从构建筑物、金属结构、设备设施、作业活动、管理、和环境方面对潜在的风险进行辨识，确定风险类型、事故诱因和危险源的级别；
[0008](3)根据各个一般危险源选择对应的风险值计算方法进行计算，根据风险值大小确定风险等级；
[0009](4)根据风险等级选择控制措施。
[0010]在本专利技术的一个实施例中，所述步骤(1)中表征渗流安全的参数包括基础防渗轮廓线长度和水平段及出口段渗流坡降值。
[0011]在本专利技术的一个实施例中，所述基础防渗轮廓线长度计算公式如下：
[0012]L＝CΔH
[0013]式中，L为基础防渗轮廓线长度；ΔH为上、下游水位差；C为渗径系数；
[0014]水平段及出口段渗流坡降值按下式计算：
[0015]水平段：J
x
＝h'
x
/L
x
[0016]出口段：J0＝h'0/S'
[0017]式中，J
x
、J0分别为水平段和出口段的渗流坡降值；h'
x
、h'0分别为水平段和出口段的水头损失值；
[0018]计算得到的基础防渗轮廓线长度小于实际渗径长度，同时渗流坡降值计算结果小于规范允许值，则满足渗流安全需求，反之则不满足渗流安全需求。
[0019]在本专利技术的一个实施例中，所述步骤(1)中表征结构安全的参数包括闸室结构抗滑稳定安全系数、应力不均匀系数、正截面受弯能力、正截面受压能力、斜截面受剪能力和正截面裂缝宽度。
[0020]在本专利技术的一个实施例中，闸室结构抗滑稳定安全系数计算公式如下：
[0021][0022]式中：K
c
为抗滑稳定安全系数；f为基础底面与地基土之间的摩擦系数；∑G为根据有限元数值模拟结果得到的作用在闸室上的全部竖向荷载；∑H为根据有限元数值模拟结果得到的作用在闸室上的全部水平荷载；
[0023]通过闸室结构抗滑稳定安全系数与规范值进行对比，判定闸室结构抗滑稳定是否满足安全需求；
[0024]应力不均匀系数计算公式为：
[0025][0026]式中，η为闸室基地应力不均匀系数；P
max
为闸室基地应力最大值；P
min
为闸室基地应力最小值；
[0027]闸室结构基底应力小于地基允许承载力且闸室基地应力不均匀系数小于应力不均匀系数允许值，则满足结构安全需求，反之则不满足结构安全需求；
[0028]正截面受弯能力计算公式如下：
[0029][0030]式中，M为弯矩设计值；K为承载力安全系数；f
y
为受拉钢筋强度设计值；f
y
'为受压钢筋强度设计值；f
c
为混凝土轴心抗压强度设计值；x为混凝土受压区计算高度；h0为截面的有效高度；A
s
，A
s
'分别为纵向受拉、受压钢筋的截面面积；a
s
'为受压钢筋的合力点到受压边缘的距离；
[0031]正截面受压能力计算公式如下：
[0032]KN≤f
c
bx+f
y
′
A
s
′‑
σ
s
A
s
[0033][0034][0035]式中，N为轴向压力设计值；K为承载力安全系数；e为轴向压力作用点至受拉边或受压较小边纵向钢筋合力点之间的距离；e0为轴向压力对截面重心的偏心距；η为偏心受压构件考虑二阶效应影响的轴向压力偏心距增大系数；A
s
，A
s
'为配置在远离或靠近轴向压力一侧的纵向钢筋截面面积；σ
s
为受拉边或受压较小边纵向钢筋的应力；a
s
为受拉边或受压较小边纵向钢筋合力点至截面边缘的距离；x为混凝土受压区计算高度；
[0036]斜截面受剪能力计算公式如下：
[0037][0038]式中，V为截面剪力设计值；V
c
为混凝土受剪承载力；V
sv
为箍筋的受剪承载力；V
sb
为弯起钢筋的受剪承载力；A
sv
为配置在同一截面内箍筋各肢的全部截面面积；A
sb
为同一弯起平面内弯起钢筋截面面积；α
s
为斜截面上弯起钢筋与构件纵向轴线的夹角；s为沿构件长度方向的箍筋间距；f
y
为钢筋抗拉强度设计值；f
yv
为箍筋抗拉强度设计值；f
t
—混凝土轴心抗拉强度设计值。
[0039]计算得到的截面最大弯矩、轴力及剪力小于截面承载力设计值，则满足结构安全需求，反之则不满足结构安全需求；
[0040]正截面裂缝宽度计算公式为：
[0041][0042][0043][0044]式中：α为考虑构件受力特征和荷载长期作用的综合影本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种病险水闸安全运行的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)根据水文资料确定各段的最高运用水位和最高洪水位，根据确定的最高运用水位和最高洪水位，采用阻力系数及结构力学计算方法计算得到表征渗流安全和结构安全的各参数值，根据各参数值是否满足安全需求确定安全运行水位；(2)采用故障树分析方法从构建筑物、金属结构、设备设施、作业活动、管理、和环境方面对潜在的风险进行辨识，确定风险类型、事故诱因和危险源的级别；(3)根据各个一般危险源选择对应的风险值计算方法进行计算，根据风险值大小确定风险等级；(4)根据风险等级选择控制措施。2.根据权利要求1所述的病险水闸安全运行的控制方法，其特征在于，所述步骤(1)中表征渗流安全的参数包括基础防渗轮廓线长度和水平段及出口段渗流坡降值。3.根据权利要求2所述的病险水闸安全运行的控制方法，其特征在于，所述基础防渗轮廓线长度计算公式如下：L
×
CΔH式中，L为基础防渗轮廓线长度；ΔH为上、下游水位差；C为渗径系数；水平段及出口段渗流坡降值按下式计算：水平段：J
x
＝h'
x
/L
x
出口段：J0＝h'0/S'式中，J
x
、J0分别为水平段和出口段的渗流坡降值；h'
x
、h'0分别为水平段和出口段的水头损失值；计算得到的基础防渗轮廓线长度小于实际渗径长度，同时渗流坡降值计算结果小于规范允许值，则满足渗流安全需求，反之则不满足渗流安全需求。4.根据权利要求1所述的病险水闸安全运行的控制方法，其特征在于，所述步骤(1)中表征结构安全的参数包括闸室结构抗滑稳定安全系数、应力不均匀系数、正截面受弯能力、正截面受压能力、斜截面受剪能力和正截面裂缝宽度。5.根据权利要求4所述的病险水闸安全运行的控制方法，其特征在于，闸室结构抗滑稳定安全系数计算公式如下：式中：K
c
为抗滑稳定安全系数；f为基础底面与地基土之间的摩擦系数；∑G为根据有限元数值模拟结果得到的作用在闸室上的全部竖向荷载；∑H为根据有限元数值模拟结果得到的作用在闸室上的全部水平荷载；通过闸室结构抗滑稳定安全系数与规范值进行对比，判定闸室结构抗滑稳定是否满足安全需求；应力不均匀系数计算公式为：式中，η为闸室基地应力不均匀系数；P
max
为闸室基地应力最大值；P
min
为闸室基地应力
最小值；闸室结构基底应力小于地基允许承载力且闸室基地应力不均匀系数小于应力不均匀系数允许值，则满足结构安全需求，反之则不满足结构安全需求；正截面受弯能力计算公式如下：式中，M为弯矩设计值；K为承载力安全系数；f
y
为受拉钢筋强度设计值；f
y
'为受压钢筋强度设计值；f
c
为混凝土轴心抗压强度设计值；x为混凝土受压区计算高度；h0为截面的有效高度；A
s
，A
s
'分别为纵向受拉、受压钢筋的截面面积；a
s
'为受压钢筋的合力点到受压边缘的距离；正截面受压能力计算公式如下：KN≤f
c
bx+f
y
′
A
s
′‑
σ
s
A
ss
式中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李娜，汪自力，宋力，郭博文，岳瑜素，张凯，鲁立三，常芳芳，张斌，刘忠，杨媛，高玉琴，范冰，李哲，杨淼，校永志，余元宝，汪德华，查阳光，连军航，
申请(专利权)人：黄河水利委员会黄河水利科学研究院，
类型：发明
国别省市：