【工程实例】长沙湘江航电枢纽工程

长沙湘江航电枢纽坝址位于长沙下游望城县境内的蔡家洲，上距株洲航电枢纽132km，下距城陵矶146km，设计蓄水位为29.70m（黄海高程）。工程主要建筑物从左至右依次为左岸副坝、双线船闸、左汊泄水闸、排污闸、电站厂房、鱼道、蔡家洲副坝、右汊泄水闸以及右岸副坝（图4.9）。左汊为主汊，河宽约为820m，为湘江主航道，洪水时泄流比约为80%。右汊为副汊，河宽约为320m，洪水时泄流比约为20%。

枢纽泄洪闸共设46孔，均设置弧形闸门（图4.10），其中左汊低堰26孔，堰顶高程为18.50m，单孔泄流净宽22m，泄流总宽度为572m；右汊高堰20孔，堰顶高程为25.00m，单孔泄流净宽14m，泄流总宽度为280m。

【例题】长沙湘江航电枢纽工程左汊26扇弧形闸门，如图4.10所示，请确定水位为26.50m（黄海高程）时左汊每扇闸门全关挡水时所受的静水总压力P大小。

分析：为配置弧形闸门启闭机械及闸门主梁、次梁、面板及支臂等，需要分析并确定闸门各种荷载，其中静水压力是主要荷载。因题中弧形闸门受压面为柱状曲面，曲面上水深不同的点静水压强方向不同，数值也不同，所以按照静水压力的矢量特点，可分别求水平方向的分力PX及铅垂方向的分力PZ，再按照力的合成原理确定静水总压力P，计算简图见图4.11。

图4.9　长沙湘江航电枢纽工程坝址及枢纽布置

图4.10　长沙湘江航电枢纽弧形闸门

解：

（1）采用图解法计算水平分力PX。如图4.11所示，压强分布图为三角形，设其面积为A，则

水深(www.daowen.com)

H=26.5-18.05=8（m）

左汊每孔泄流净宽14m，即闸门宽度b=14m。

则

水平分力PX作用点距离水面，约5.33m。

图4.11　长沙湘江航电枢纽弧形闸门全关时计算简图

（2）采用压力体的概念计算铅垂方向分力PZ。设不规则的压力体剖面面积为A′，则

PZ=ρgA′b=9.8×34.83×22=5.46×103（kN）

则静水总压力为