液压升降坝应用研究

摘要：阐述了液压升降坝的特点，通过受力分析、过流特性分析研究其可行性。

关键词：液压升降坝结构分析 过流特性分析

液压升降坝采用钢筋混凝土坝面、高标准的液压装置和高科技的混合止水材料等组成，是一种新技术、新产品。具有造价适中、管理经济、检修方便、使用寿命长、运行活动自如、拦水和排水时速快、效果好等优点，它的推广应用，发挥了一定经济、人文、景观和生态作用,受到广大业主的欢迎。

一、液压升降坝的特点

1、液压升降坝坝体跨度大，结构简单，支撑可靠，易于建造。

2、液压升降坝液压系统操作灵活，可采用浮标开关控制，实现自动化操作，达到无人管理。

3、液压升降坝水力条件优越。液压升降坝可基本保持原河床，可畅泄洪水、上游堆积泥沙、卵石和漂浮物而不阻水。与传统水闸及类似的橡胶坝相比，过流能力强，泄流量大。特别适用于橡胶坝不宜建造的多砂、多石、对树、多竹和寒冷地区的河流。还可以做到任意调节坝高溢流，可控制上游水位和泄流量。

4、液压升降坝施工简单，施工工期短，和传统水闸相比，减少了闸墩、大量金属结构埋件及闸门启闭设备，混凝土工程量少，从而节约了大量资金。

5、液压升降坝耐久性好。只要坝扇面结构和液压系统正常维护，工程耐久性比橡胶坝要长。

6、适用范围广泛。液压升降坝属于低水头挡水建筑物，广泛使用于水利灌溉，水力发电，城市美化环境等方面。特别对于城市河流梯级开发，可形成宽阔的水面，增加城市风光带，坝体上易于形成瀑布景观，可有效改善生态人文环境，提高城市的社会环境等级。

二、 液压升降坝的结构分析

图1液压升降坝受力分析

坝面水平水压力：

坝面垂直水压力：

液压杆支撑力为 ，

,

随 的变化而变化，为使 最小，对 求极值。

对 求导， ，令 ，得

即： ，此条件即为支撑杆受力的最佳条件。

当 时，按上述条件， 。当液压杆的支撑角度大于150时，液压杆的受力会变大。

对于4米高水头液压升降坝，在静水受力状况下。坝面板及支撑液压杆受力如下图。

图24m水头液压升降坝实例

图3轴力图单位：（kPa）

（1）为拉力，（2）为压力

图4剪力图轴力图(单位：kPa)

图5弯矩图轴力图 (单位：kN.m)

三、 液压升降坝的过流特性分析

根据液压升降坝在运行时的工作情况，其过流可分为如下几种方式。液压升降坝立坝挡水时上游水头超过坝顶，水流从坝顶过流。液压升降坝局部坝段部分开启，从开启坝扇与挡水坝扇间的局部出流。在洪水期或需大流量放水时的塌坝过流。

1、坝顶过流

液压升降坝的坝顶溢流属于典型的薄壁堰出流，设坝前堰上水头为H，出流流量计算公式为：

， 为薄壁堰流量系数， 为溢流宽度。

公式中流量系数 可采用Rehbock公式计算：

式中 为堰上水头， 为堰高， ， 以米计。Rehbock公式的适用条件为： ， 。

对于液压升降坝单扇坝面出流，流量系数 也还可使用Bazin经验公式计算。

Bazin经验公式：

Bazin经验公式的适用条件为： ， ，堰宽 。

液压升降坝在坝顶出流时，坝下可发生远离水跃、临界水跃和淹没水跃等三种不同形式水跃。坝下发生远离水跃和临界水跃时，坝下游水位不影响坝的泄流量。当下游发生淹没水跃时，坝下水位仍不影响泄流量。除非下游水位超过坝顶，液压升降坝的坝下水位一般不影响泄流量。当下游水位超过坝顶时，在正常工况下液压升降坝坝面已放平，液压升降坝已属于塌坝过流，和基本和河道过流类似。

2、局部开启出流

可比照三角堰进行计算。

3、塌坝过流

由于坝宽小于上游河槽宽度，过坝水流受到两侧边界收缩的约束，使有效溢流宽度小于实际坝顶宽度，并使水头损失增大，因而降低了坝的过流能力。

流量系数 可采用板岛―手谷公式计算：

式中 为堰上水头， 为堰高， 为堰宽， 为河槽宽，以上均以米计。公式适用条件： ， ， 米，

流量系数 也还可使用有侧收缩的Bazin经验公式计算。

液压升降坝无论是在坝顶溢流和洪水期过流期，坝下的出流和其他任何出流方式相比都是非常优越的。

四、结论通过液压升降坝的结构分析、过流特性分析结果可知，液压升降坝作为新技术、新产品，在水利、景观工程中可以推广应用，并具有较好的实际工程应用前景。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看