平原區(qū)中小型開(kāi)敞式水閘閘室結(jié)構(gòu)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化的探索

□張 龍 王立朝

中小型水閘在平原區(qū)是一種較為常見(jiàn)的應(yīng)用于擋水、泄水的建筑物，設(shè)計(jì)工作中水閘結(jié)構(gòu)計(jì)算的準(zhǔn)確性，是關(guān)乎水閘建成后是否能夠長(zhǎng)期安全運(yùn)行的重要因素。平原區(qū)中小型開(kāi)敞式水閘閘室結(jié)構(gòu)計(jì)算主要包括閘底板、閘墩等結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算及其配筋計(jì)算。作用于閘室上的荷載主要有結(jié)構(gòu)自重、水重、水平水壓力、揚(yáng)壓力、土壓力、風(fēng)荷載、地震荷載等。結(jié)構(gòu)計(jì)算需根據(jù)各種運(yùn)行工況對(duì)相關(guān)荷載進(jìn)行組合，根據(jù)不同工況的內(nèi)力計(jì)算結(jié)果進(jìn)行配筋計(jì)算，計(jì)算過(guò)程繁瑣，且設(shè)計(jì)效率低?，F(xiàn)介紹基于水閘閘室結(jié)構(gòu)計(jì)算原理，利用C#編程語(yǔ)言編譯計(jì)算過(guò)程，形成標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算軟件—水閘閘室結(jié)構(gòu)配筋計(jì)算系統(tǒng)，提高計(jì)算精度和設(shè)計(jì)效率。

1.研究方法

1.1 研究依據(jù)

水閘閘室結(jié)構(gòu)配筋計(jì)算系統(tǒng)以《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》《水工建筑物荷載設(shè)計(jì)規(guī)范》《水工設(shè)計(jì)手冊(cè)》《水閘》等相關(guān)水利規(guī)范書(shū)籍為編制依據(jù)，總結(jié)中小型水閘閘室內(nèi)力計(jì)算及計(jì)算書(shū)輸出、閘室配筋計(jì)算及計(jì)算書(shū)輸出等要求。通過(guò)總結(jié)提煉后，閘墩采用懸臂梁結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算，按矩形截面受彎構(gòu)件進(jìn)行配筋計(jì)算；底板采用半無(wú)限大彈性地基梁法并通過(guò)內(nèi)嵌郭氏表進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算，按偏心受壓構(gòu)件進(jìn)行配筋計(jì)算。

1.2 研究方法

首先對(duì)計(jì)算原理、計(jì)算過(guò)程及計(jì)算參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)整理，梳理計(jì)算流程，繪制計(jì)算流程圖；然后通過(guò)對(duì)C#編程語(yǔ)言 中Tabcontrol、dataGridView、Button、TextBox 等重要功能組件組合應(yīng)用，測(cè)試實(shí)現(xiàn)不同工況、不同荷載自由組合的可行性。經(jīng)測(cè)試控件DataGridView 實(shí)現(xiàn)了工況、荷載的靈活配置，支持多種工況類(lèi)型同時(shí)計(jì)算。同時(shí)，配合Da?taGridView 和 CheckBoxColumn、Text?BoxColumn、ComboBoxColumn 等控件實(shí)現(xiàn)了荷載自由組合。通過(guò)應(yīng)用Micro?soft.Office.Interop.Word 利用插入標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)計(jì)算過(guò)程輸出；最后通過(guò)測(cè)試驗(yàn)證系統(tǒng)可靠性。

2.主要功能實(shí)現(xiàn)

計(jì)算過(guò)程中數(shù)據(jù)的處理均采用后臺(tái)完成，各種判斷條件由程序自行判斷，將大量計(jì)算過(guò)程嵌入到程序內(nèi)部，避免人為因素導(dǎo)致計(jì)算錯(cuò)誤。軟件可任意添加計(jì)算荷載和運(yùn)行工況，根據(jù)工況信息對(duì)荷載進(jìn)行自由組合，并同時(shí)運(yùn)行不同工況的內(nèi)力計(jì)算。將內(nèi)力計(jì)算成果自動(dòng)加載至配筋計(jì)算系統(tǒng)中進(jìn)行配筋計(jì)算。

3.研究成果

經(jīng)過(guò)不斷調(diào)整及優(yōu)化，最終形成了水閘閘室結(jié)構(gòu)配筋計(jì)算系統(tǒng)，其操作流程見(jiàn)圖1。

3.1 內(nèi)力計(jì)算模塊

內(nèi)力計(jì)算模塊主要包括基本參數(shù)和荷載工況信息、內(nèi)力匯總等3 部分內(nèi)容。其中，基本參數(shù)包括：閘室參數(shù)、土體參數(shù)、風(fēng)荷載參數(shù)、地震荷載參數(shù)、柔度系數(shù)、邊荷載系數(shù)、配筋參數(shù)等內(nèi)容；荷載工況信息包括：自重荷載及力矩、水位工況組合、其它荷載及力矩等內(nèi)容；內(nèi)力匯總包括：邊墩彎矩表、底板軸力表、底板彎矩匯總表、底板彎矩簡(jiǎn)圖等內(nèi)容。

內(nèi)力計(jì)算成果匯總見(jiàn)圖2。

3.1.1 閘墩內(nèi)力計(jì)算

將閘墩可看作固支于底板上的懸臂梁，在垂直水流方向的外力作用下，取單寬截面利用材料力學(xué)方法進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算。

3.1.2 底板內(nèi)力計(jì)算

底板內(nèi)力計(jì)算采用半無(wú)限大彈性地基梁法，由系統(tǒng)后臺(tái)計(jì)算出作用于底板上的集中荷載、均布荷載、集中力偶、邊荷載等數(shù)據(jù)，再由計(jì)算出的柔度指數(shù)t 查詢(xún)郭氏表，最終計(jì)算出底板的內(nèi)力。

圖1 軟件操作流程圖

圖2 內(nèi)力計(jì)算成果匯總

3.2 配筋計(jì)算模塊

配筋計(jì)算模塊分為閘墩配筋計(jì)算和底板配筋計(jì)算兩部分，配筋計(jì)算所需基本參數(shù)均根據(jù)內(nèi)力計(jì)算中輸入的配筋參數(shù)由程序自動(dòng)選取，材料信息均根據(jù)基本參數(shù)自動(dòng)計(jì)算所得，無(wú)需人工填寫(xiě)。

3.2.1 閘墩配筋計(jì)算

閘墩配筋計(jì)算采用矩形截面受彎構(gòu)件正截面配筋。其中，邊墩的配筋計(jì)算只需選擇邊墩底部最大彎矩值所對(duì)應(yīng)的工況以及地震工況。計(jì)算完成后可將配筋結(jié)果匯總成表以方便查看。

3.2.2 底板配筋計(jì)算

底板配筋計(jì)算采用偏心受壓構(gòu)件配筋，程序可將內(nèi)力計(jì)算成果中的底板內(nèi)力數(shù)據(jù)自動(dòng)加載。對(duì)所有計(jì)算工況下，閘室上下游側(cè)的底板上下層配筋同時(shí)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算完成可對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行匯總，并將最終配筋成果列表顯示。

4.結(jié)語(yǔ)

對(duì)于平原區(qū)中小型開(kāi)敞式水閘閘室結(jié)構(gòu)計(jì)算進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化研究，可以大幅度提高計(jì)算精度和設(shè)計(jì)效率。系統(tǒng)在計(jì)算過(guò)程中數(shù)據(jù)的處理遵循自動(dòng)化、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化3 大設(shè)計(jì)原則，各種判斷條件由系統(tǒng)自行判斷，避免人為因素所帶來(lái)的錯(cuò)誤選??；將大量計(jì)算過(guò)程嵌入到系統(tǒng)內(nèi)部；將計(jì)算過(guò)程及計(jì)算結(jié)果進(jìn)行歸納整理成表并輸出至計(jì)算書(shū)中，省去了人為摘取數(shù)據(jù)的過(guò)程，節(jié)省了計(jì)算時(shí)間。該系統(tǒng)可以同時(shí)計(jì)算單個(gè)閘室的多種設(shè)計(jì)工況，大大降低的計(jì)算工作量，提高了工作效率，為推動(dòng)該領(lǐng)域成熟軟件落地奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)由于該系統(tǒng)計(jì)算條件具有一定局限性，限制了其應(yīng)用范圍，我們將不斷豐富完善，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍?！?/p>