埋藏于地下的高速水流泄洪洞弧门支铰大梁结构

摘要

本发明公开了一种高速水流泄洪洞弧门支铰大梁结构，尤其是一种埋藏于地下的高速水流泄洪洞弧门支铰大梁结构。本发明提供了一种在高速水流泄洪洞中既能保证洞顶净空余幅又有利于工作闸室洞室围岩稳定的埋藏于地下的弧门支铰大梁结构，包括基岩岩壁和支铰大梁，所述支铰大梁横跨布置在基岩岩壁上；所述支铰大梁呈拱形，支铰大梁的顶面和底面均为向下弯曲的弧面。由于所述弧门支铰大梁立面呈拱形，其底面呈圆弧形可保证无压高速水流泄洪洞有足够的洞顶余幅，保证泄洪运行安全，其顶面呈圆弧形有利于洞室围岩稳定和施工安全，可大大节省洞室支护投资。

说明书

技术领域

本发明涉及一种高速水流泄洪洞弧门支铰大梁结构，尤其是一种埋藏于地下的高速水流 泄洪洞弧门支铰大梁结构。

背景技术

高速水流泄洪洞地下弧形闸门工作闸室布置在有压洞段接无压洞段水流衔接的部位，即 有压洞出口部位。弧形闸门在挡水时承受较大的水推力，将工作弧门支铰大梁布置在围岩较 完整稳定的洞壁，可以利用岩体承担闸门传来的水推力，改善支铰大梁和边墙的受力状况。 工作闸室支铰大梁底部高程应按高速水流无压洞要求留有足够的净空余幅，保证出口水流在 各种开度下不会击溅到支铰大梁。目前大多工程的处理方式是将弧门支铰大梁顶面和底面设 计成平面，即立面呈矩形、横断面呈固定长度的多边型。虽然结构简单，但其有两点不足： 一是立面呈矩形的弧门支铰大梁底部往往不能保证足够的洞顶净空余幅，二是工作闸室洞室 围岩开挖顶拱呈矩形断面，不利于围岩稳定，从而需要设置较多的支护措施。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种在高速水流泄洪洞中既能保证洞顶净空余幅又有 利于工作闸室洞室围岩稳定的埋藏于地下的弧门支铰大梁结构。

本发明解决其技术问题所采用的埋藏于地下的高速水流泄洪洞弧门支铰大梁结构，包括 基岩岩壁和支铰大梁，所述支铰大梁横跨布置在基岩岩壁上；其特征在于：所述支铰大梁呈 拱形，支铰大梁的顶面和底面均为向下弯曲的弧面。

进一步的是，所述支铰大梁的表面设有1～2个弧门支铰支承板。

进一步的是，支铰大梁为变横截面结构；支铰大梁两端的受力横截面面积较小，中部的 受力横截面面积较大。

进一步的是，所述支铰大梁的横截面面积的变化是逐渐连续的。

进一步的是，所述支铰大梁的横截面为多边形。

进一步的是，还包括工作闸室，支铰大梁的顶面为由前向后逐渐向下倾斜的圆弧面，工 作闸室洞室横断面为圆拱直墙型。

进一步的是，还包括无压洞段，无压洞段设置在支铰大梁之后；所述支铰大梁的底面为 圆弧面，与无压洞段横断面相同。这样无压洞段与支铰大梁能够完美连接，无需设置渐变段。

本发明的有益效果是：弧门支铰大梁平面呈一字型的布置在所述工作闸室末端基岩岩壁 上，可以利用岩体承担工作弧门通过弧门支铰支承板传递的水推力。由于所述弧门支铰大梁 立面呈拱形：其底面呈圆弧形与其后无压洞段横断面相同，不需设置渐变段从而可保证无压 高速水流泄洪洞有足够的洞顶余幅，保证泄洪运行安全；其顶面呈圆弧形即工作闸室洞室横 断面设计为圆拱直墙型而非矩形更有利于洞室围岩稳定和施工安全，可大大节省洞室支护投 资；支铰大梁横断面呈渐变连续的多边型，可保证支铰大梁受力传力均匀；支铰大梁两端受 力截面小，中间受力截面大，即充分利用了支铰大梁中部应力大，两端应力小的受力特点， 发挥了混凝土结构的有效截面设计优势，使其受力条件更优，设计更经济。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的结构上游立面图；

图3是工作闸室的纵剖面示意图；

图4是图3是A-A线剖视图；

图中零部件、部位及编号：支铰大梁1、弧形闸门2、工作闸室3、顶面11、底面12、 弧门支铰支承板13。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1和图2所示，本发明包括基岩岩壁和支铰大梁1，所述支铰大梁1横跨布置在基 岩岩壁上；所述支铰大梁1呈拱形，支铰大梁1的顶面11和底面12均为向下弯曲的弧面。 本发明在具体应用时的图可见图3和图4所示，本发明在施工安装后，通过弧门支铰大梁1 上的弧门支铰支承板13可将弧形闸门2所承受的水推力传递到岩壁，支铰大梁1的表面一般 设置1～2个弧门支铰支承板13即可，这样，可改善支铰大梁和边墙的受力状况。其底面12 是向上拱起的，与其后无压洞段横断面相同，不需设置渐变段，这样就使得无压高速水流泄 洪洞有足够的洞顶余幅，可保证泄洪运行安全，由于支铰大梁1上顶面5呈弧形，即工作闸 室洞室横断面设计为圆拱直墙型而非矩形更有利于洞室开挖时围岩稳定，可进一步保证施工 安全，且大大节省洞室支护投资。

具体的，如图1所示，支铰大梁1为变横截面结构；支铰大梁1两端的横截面4面积较 小，中部的横截面面积较大。这样充分利用了支铰大梁中部应力大，两端应力小的受力特点， 可充分利用支铰大梁1的有效截面，受力条件更优，设计更经济。支铰大梁1的横截面面积 的变化是逐渐连续的，也就是其截面积变化是渐进的，可保证支铰大梁受力传力均匀。所述 支铰大梁1的横截面为多边形。

具体的，支铰大梁1的顶面11为由前向后逐渐向下倾斜的圆弧面，前后是相对于水流方 向而言。所述支铰大梁1的底面12为圆弧面。圆弧面的设置更加简单可靠。

实施例：锦屏一级泄洪洞，锦屏一级泄洪洞采用了本发明优选的实施方式，具体结构见 图3和图4所示。

实施效果：

1)支铰大梁的底面为圆弧面，与其后无压洞段横断面相同，不需设置渐变段，支铰大梁 部位掺气水深洞顶余幅大于20％。

2)支铰大梁的顶面为由前向后逐渐向下倾斜的圆弧面，由于工作闸室洞室横断面为圆拱 直墙型，其顶拱没有塑性区，现场常规支护。

3)支铰大梁为变横截面结构；支铰大梁两端的横截面面积较小，中部的横截面面积较大。 这样充分利用了支铰大梁中部应力变形大，两端应力变形小的受力特点，可充分利用支铰大 梁的有效截面，受力条件更优，设计更经济。支铰大梁的横截面面积的变化是逐渐连续的， 也就是其截面积变化是渐进的，保证了支铰大梁受力、传力均匀。

各计算工况下，支铰大梁混凝土的应力峰值如表1所示。

表1支铰大梁混凝土应力峰值(MPa)

弧门推力为支铰大梁部位的主要荷载，因此在弧门挡水工况(工况2、工况3-1和工况 3-2)时，有弧门主推力作用下，支铰大梁各应力分量均远大于其它工况。工况3-2为各向应 力的控制工况，最大拉应力峰值为顺水流向正压力，峰值为2.190MPa，发生在弧门支铰支座 附近，此部位也有较大的竖向和横水流向拉应力。通过配筋设计后支铰大梁结构安全。

目前已安全投入运行。