航道工程課程設(shè)計(jì)

航道工程課程設(shè)計(jì)題目：某船閘總體設(shè)計(jì)學(xué)院：船舶工程學(xué)院專業(yè)：港口航道與海岸工程學(xué)號(hào)：姓名：日期：目錄1設(shè)計(jì)基本資料1.1航運(yùn)資料1.2設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范1.3地質(zhì)地震資料1.4水文資料1.5氣象資料2船閘總體布置2.1船閘基本尺度的確定2.2船閘線數(shù)和級(jí)數(shù)2.3船閘各部分高程的確定2.4引航道平面布置及尺度確定2.5船閘通過(guò)能力計(jì)算2.6船閘耗水量計(jì)算2.7船閘附屬設(shè)施布置3船閘輸水系統(tǒng)選型4船閘閘門(mén)選型5閘首布置6船閘閘室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)7附圖6.1船閘總平面布置圖6.2船閘縱斷面布置圖1設(shè)計(jì)基本資料1.1航運(yùn)資料（1）航道等級(jí)：V級(jí)。集裝箱船裝載16TEU，相當(dāng)于載重量為300t的貨船。（2）建筑物等級(jí)：閘室，閘首按Ⅲ級(jí)建筑物設(shè)計(jì)；導(dǎo)航建筑物，靠船建筑物按Ⅳ級(jí)建筑物設(shè)計(jì)。（3）設(shè)計(jì)船型：設(shè)計(jì)船型尺度表船型總長(zhǎng)L（m）型寬B（m）設(shè)計(jì)吃水T（m）16TEU船40～426.62.0100t油船29～315.01.2～1.6（4）貨運(yùn)量近期：160萬(wàn)噸/年；遠(yuǎn)期：200萬(wàn)噸/年。（5）年通航天數(shù)270天。1.2設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范（1）船閘總體設(shè)計(jì)規(guī)范，JTJ305-2001，人民交通出版社（2）內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)，GB50139-2004，中華人民共和國(guó)建設(shè)部（3）船閘閘閥門(mén)設(shè)計(jì)規(guī)范，JTJ308-2003，人民交通出版社（4）船閘水工建筑物設(shè)計(jì)規(guī)范，JTJ307-2001，人民交通出版社（5）船閘輸水系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范，JTJ306-2001，人民交通出版社（6）渠化工程，劉曉平、陶桂蘭主編，人民交通出版社。（7）航道工程學(xué)，程昌華主編，人民交通出版社（8）航道工程學(xué)（Ⅱ），詹世富主編，人民交通出版社（9）港口工程制圖標(biāo)準(zhǔn)，JTJ206-96，人民交通出版社（10）船閘啟閉機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范，JTJ265，人民交通出版社1.3地質(zhì)地震資料場(chǎng)區(qū)主要由粉土、粘性土和砂土組成，場(chǎng)地土除第①-1層為軟弱土外，其它各層均屬中軟土，建筑場(chǎng)地類別為Ⅲ類。河道沿程各層土質(zhì)主要由粉土、粉砂、粘性土和砂土組成，各層均屬中軟土，承載力標(biāo)準(zhǔn)值80～100kPa。建筑場(chǎng)地類別為Ⅲ類。場(chǎng)區(qū)設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.15g，相應(yīng)抗震設(shè)防烈度為Ⅶ度；地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.45s。1.4水文資料特征水位：上游設(shè)計(jì)洪水位：17.15m（黃海工程，下同）下游設(shè)計(jì)洪水位：13.5m上游校核洪水位:18.0m上游設(shè)計(jì)最高通航水位：17.15m上游設(shè)計(jì)最低通航水位：13.8m下游設(shè)計(jì)最高通航水位：13.5m下游設(shè)計(jì)最低通航水位：8.0m1.5氣象資料多年平均氣溫11.3℃～12.7℃，1月份溫度最低，月平均氣溫-5.0℃～-5.3℃,7月份溫度最高，月平均氣溫25.8℃～26.1℃。無(wú)霜期206d左右，最大凍土深度62cm～70cm，多年平均日照時(shí)數(shù)2651小時(shí)～2744小時(shí)。多年平均風(fēng)速為3.0～3.5m/s，歷年最大風(fēng)速24m/s。多年平均蒸發(fā)量1133mm～1200mm。多年平均降雨量561～585mm，汛期降雨量占全年的80%～85%，且多以暴雨形式出現(xiàn)在7、8月份。2船閘總體布置2.1船閘基本尺度的確定船閘基本尺度包括閘室有效長(zhǎng)度、有效寬度和門(mén)檻水深。是船閘正常通航運(yùn)行過(guò)程中，可供船舶安全停泊和通過(guò)閘室的最小尺度。1、閘室有效長(zhǎng)度閘室有效長(zhǎng)度，是指船舶過(guò)閘時(shí)，閘室內(nèi)可滿足設(shè)計(jì)最大船隊(duì)安全停泊的長(zhǎng)度，包括船隊(duì)計(jì)算長(zhǎng)度和富裕長(zhǎng)度兩部分。由《船閘總體設(shè)計(jì)規(guī)范》船閘閘室有效長(zhǎng)度不小于按以下式（2.1）計(jì)算的長(zhǎng)度，并取整數(shù)。Lx式中：LxLclf—閘室富裕長(zhǎng)度。設(shè)計(jì)通航船舶為雙排一列16TEU船，富裕長(zhǎng)度應(yīng)滿足lLc=2×42=84lf≥Lx=本河道為天然河流，由《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》4.1.4取整為120m。2、閘室有效寬度閘室有效寬度，指閘室內(nèi)兩側(cè)墻面最突出部分之間的最小距離，并滿足設(shè)計(jì)最大?？看?duì)停泊時(shí)兩側(cè)墻面間的最小凈寬度。由《船閘總體設(shè)計(jì)規(guī)范》船閘閘室有效寬度按以下式（2.2）和（2.3）計(jì)算：Bbf式中：Bxbc—同一閘次過(guò)閘船舶并列停泊于閘室的最大總bf?b—富裕寬度附加值(m)，bc=6.6mn—過(guò)閘停泊在閘室的船隊(duì)列數(shù)。bc=6.6mbfBx本河道為天然河流，由《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》4.1.4取整為12m。3、門(mén)檻最小水深門(mén)檻水深是指在設(shè)計(jì)最低通航水位時(shí)門(mén)檻上的最小深度，與船隊(duì)（舶）最大吃水和進(jìn)閘速度有關(guān)，對(duì)船隊(duì)（舶）的操作性和工程總價(jià)有很大的影響。包括船舶滿載吃水和富裕水深兩部分。船閘門(mén)檻最小水深指在滿足設(shè)計(jì)最低通航水位時(shí)船隊(duì)滿載的最大吃水加富裕深度要求的檻頂部最小水深，由《船閘總體設(shè)計(jì)規(guī)范》船閘閘室有效寬度按以下式（2.4）計(jì)算，閘室最小水深按規(guī)定其值不應(yīng)小于門(mén)檻最小水深。HT式中：H—門(mén)檻最小水深(m)；T—設(shè)計(jì)船隊(duì)或船舶滿載時(shí)的最大吃水(m)，設(shè)計(jì)最大過(guò)閘船舶滿載最大吃水為2m。H≥1.6×2=3.2本河道為天然河流，由《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》4.1.4可知，船閘設(shè)計(jì)等級(jí)為Ⅴ級(jí)，設(shè)計(jì)一次過(guò)閘兩排一列，其最小門(mén)檻水深是2.5m，則先取門(mén)檻水深3.2m。在確定船閘基本尺度時(shí)，還應(yīng)考慮船閘最小過(guò)水?dāng)嗝嫦禂?shù)n的要求。一般要求：n=ΩФ≥1.5式中：Ω—最低通航水位時(shí)，閘室的過(guò)水?dāng)嗝婷娣e（m2），Ω=BФ—最大設(shè)計(jì)過(guò)閘船隊(duì)滿載吃水時(shí)船舯斷面水下部分的斷面面積（m2）。n=Ω2.2船閘線數(shù)和級(jí)數(shù)設(shè)計(jì)水頭H=9.15m<302.3船閘各部分高程的確定1、上下游閘門(mén)門(mén)頂高程上閘首門(mén)頂高程應(yīng)為上游校核高水位加安全超高確定。18.0+0.3=18.3m（Ⅴ級(jí)船閘超高不下閘首門(mén)頂高程為上游最高通航水位加超高確定。17.15+0.3=17.45m2、上下閘首門(mén)檻頂高程船閘上下閘首門(mén)檻的高度應(yīng)有利于船閘的應(yīng)用與檢修，頂部高程應(yīng)為上下游設(shè)計(jì)最低通航水位值減去門(mén)檻最小水深值。上閘首門(mén)檻高程：13.5-3.2=10.3下閘首門(mén)檻高程：8.0-3.2=4.83、船閘上下游導(dǎo)航和靠船建筑物頂部高程船閘上下游導(dǎo)航和靠船建筑物頂部高程應(yīng)為上下游設(shè)計(jì)最高通航水位加超高值，超高值不宜小于設(shè)計(jì)過(guò)閘船舶空載時(shí)的最大干舷高度（有規(guī)范本設(shè)計(jì)船型選取不小于1.4m）。船閘上游導(dǎo)航和靠船建筑物頂部高程：17.15+1.4=18.55m，為安全施工方便取船閘下游導(dǎo)航和靠船建筑物頂部高程：13.5+1.4=14.9m4、閘室墻頂高程閘室墻頂高程應(yīng)為設(shè)計(jì)最高通航水位加超高，其超高不小于設(shè)計(jì)過(guò)閘船隊(duì)空載時(shí)最大干舷高度（有規(guī)范本設(shè)計(jì)船型選取不小于1.4m）。為18.60m。5、上下閘首墻頂高程船閘閘首內(nèi)布置有閘門(mén)、啟閉機(jī)及機(jī)電設(shè)備，為滿足船閘運(yùn)行的布置要求，墻頂高程應(yīng)根據(jù)閘門(mén)的門(mén)頂高程、結(jié)構(gòu)布置和構(gòu)造要求確定。上閘首墻頂高程：18.3+1.0=19.3m（上閘門(mén)頂高程加結(jié)構(gòu)下閘首墻頂高程：17.5+1.0=18.5m6、閘室底板頂高程閘室底板高程：8.0-3.2=4.8m7、上下游引航道底高程上游引航道底高程：13.8-3.0=10.8m下游引航道低高程：8.0-3.0=5.0m。2.4引航道平面布置及尺度確定1、引航道平面布置引航道由導(dǎo)航段、調(diào)順段、停泊段、制動(dòng)段和過(guò)渡段等組成。為保證通航期內(nèi)過(guò)閘船隊(duì)安全進(jìn)出閘，設(shè)計(jì)船閘的級(jí)別為Ⅴ級(jí)，單線單級(jí)型式。設(shè)計(jì)船型為16TEU船組成的兩排一列。本設(shè)計(jì)假定由水流、地質(zhì)、地形條件限制，引航道采用不對(duì)稱形式。為提高船舶過(guò)閘的效率和船閘的通過(guò)能力，等待過(guò)閘的船舶?？吭诳看张?，船隊(duì)沿曲線進(jìn)閘，沿直線出閘。2、引航道尺寸計(jì)算引航道計(jì)算圖示如圖：由《船閘總體設(shè)計(jì)規(guī)范》：（1）導(dǎo)航段l1l1≥lc，lc為設(shè)計(jì)最大船長(zhǎng)，船型尺度42m×6.6m×2.0（2）調(diào)順段l2l2≥1.5（3）停泊段l3l3≥l（4）過(guò)渡段l4l4≥10?B，?B為設(shè)計(jì)引航道寬度與所在航道寬度之差。根據(jù)設(shè)計(jì)船閘所在航道等級(jí)為Ⅴ級(jí)，航道寬度為45m，設(shè)計(jì)引航道寬度35m，則過(guò)渡段長(zhǎng)度l4≥10?B=10×（5）制動(dòng)段l5l5l5長(zhǎng)度可按式l5=αlc，當(dāng)船隊(duì)進(jìn)口門(mén)航速為2.5~4.5ms時(shí)，α可在3、引航道寬度單線船閘引航道寬度是指調(diào)順段和停泊段寬度。單線船閘引航道寬度應(yīng)按雙向過(guò)閘確定，本設(shè)計(jì)考慮一側(cè)或兩側(cè)靠船等待過(guò)閘，并滿足中間船舶過(guò)閘要求。設(shè)計(jì)最大船寬bc=6.6m，等待過(guò)閘船寬b則引航道寬度：B0≥bc4、引航道最小水深本船閘為Ⅴ級(jí)船閘引航道最小水深可按式H0H≥1.4×2=2.8考慮波浪等影響取3.0m。為降低船舶的航行阻力，引航道斷面系數(shù)n應(yīng)滿足：n=式中：ω—設(shè)計(jì)最低通航水位時(shí)，引航道浸水?dāng)嗝婷娣e（m2）；φ—設(shè)計(jì)最大船舶滿載吃水時(shí)的船舶中腰橫截面的浸水面積（m2）。n=ω2.5船閘通過(guò)能力計(jì)算1、過(guò)閘時(shí)間根據(jù)船舶進(jìn)出閘速度和運(yùn)行距離，由《船閘總體設(shè)計(jì)規(guī)范》可知船隊(duì)進(jìn)出閘時(shí)間。設(shè)計(jì)船舶過(guò)閘為曲進(jìn)直出，船舶存在單向過(guò)閘與雙向過(guò)閘，應(yīng)對(duì)其分別計(jì)算。由《船閘總體設(shè)計(jì)規(guī)范》可知，單向進(jìn)閘距離是船隊(duì)自引航道中?？课恢弥灵l室內(nèi)停泊位置之間的距離。單向出閘距離為船隊(duì)自閘室內(nèi)停泊位置至閘首外側(cè)之間的距離。雙向進(jìn)閘距離是船隊(duì)自引航道中?？课恢弥灵l室內(nèi)停泊位置之間的距離。雙向出閘距離為船隊(duì)自閘室內(nèi)停泊位置至停泊段的距離。單向進(jìn)閘距離：L單向出閘距離：L雙向進(jìn)閘距離：L雙向出閘距離：L由《船閘總體設(shè)計(jì)規(guī)范》可知：?jiǎn)蜗蜻M(jìn)閘：V2=0.8m雙向進(jìn)閘：V2'=1.0則t2=t2'由《船閘啟閉機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》2.2.2和3.1.1規(guī)定：閘門(mén)的啟、閉時(shí)間與閘首口門(mén)寬度和閘門(mén)型式有關(guān)。閘首口門(mén)寬度為12m，則取t1閘室灌、瀉水時(shí)間初步取t3船舶進(jìn)出閘門(mén)間隔時(shí)間初步取t5由上計(jì)算如下：?jiǎn)蜗蜻^(guò)閘時(shí)間：T雙向過(guò)閘時(shí)間：T假定近期單向過(guò)閘與雙向過(guò)閘比率為3:1，則一次過(guò)閘時(shí)間：T=管理過(guò)程中可能存在延遲現(xiàn)象，取一次過(guò)閘時(shí)間35min。2、通過(guò)能力船閘日平均過(guò)閘次數(shù)按下式計(jì)算：n=式中：n—日平均過(guò)閘次數(shù)；τ—日工作小時(shí)（h），取20h。則n=34.2取35。單向年客貨運(yùn)量按下式計(jì)算：P=(n-式中：P—單向年過(guò)閘貨量（t）；n0—日非運(yùn)貨船過(guò)閘次數(shù)，客輪和工作船取5α—船舶裝載系數(shù)，取0.6；β—運(yùn)量不均勻系數(shù)，取1.5。N—年通航天數(shù)，為270天；G—一次過(guò)閘平均載重噸位（t），考慮船舶過(guò)閘形式可為兩排一列16TEU船、三排兩列100t油船或一艘16TEU和兩艘100t油船同時(shí)過(guò)閘，同時(shí)還有其他非上述形式，經(jīng)計(jì)算（500+600+600）3P=(n-滿足近期通過(guò)能力。隨著發(fā)展和過(guò)閘船型的變化調(diào)整，還有管理方式的完善，過(guò)閘形式趨于前三種，預(yù)測(cè)一次過(guò)閘可達(dá)500t以上?；究蓾M足遠(yuǎn)期需要。2.6船閘耗水量計(jì)算船閘一天平均耗水量可按下式計(jì)算：Q=q=eu式中：Q—一天平均耗水量(m3V—一次過(guò)閘用水量m3q—閘閥門(mén)的漏水損失（m3e—止水線的漏水損失；u—閘閥門(mén)止水線長(zhǎng)度（m）。單級(jí)船閘一次過(guò)閘用水量可按下式計(jì)算：V式中：V0—單級(jí)船閘一次過(guò)閘用水量（m3C—閘室水域面積（㎡）；H—計(jì)算水頭（m），采用上下游平均水位差。單級(jí)船閘雙向一次過(guò)閘時(shí)，用水量為單向一次過(guò)閘用水量的一半。VC=140×12=1680㎡H=17.15+13.8V0V0V0u=3×4.725+2×8=30.175e=0.0020mq=eu=0.060mQ=n2.7船閘附屬設(shè)施布置1、系船設(shè)備為滿足船舶過(guò)閘停泊可靠安全，系船柱在距上、下閘首10m處開(kāi)始布置，閘室兩側(cè)共設(shè)浮式系船柱10只(兩側(cè)各5只)，同側(cè)兩系船柱間距25m，以及若干系船鉤，毎側(cè)四排。浮筒井在墻內(nèi)的高程布置從閘室底開(kāi)始至閘室墻頂為止。兩側(cè)同時(shí)布置橡膠護(hù)弦，間距15m。2、安全防護(hù)和檢修設(shè)備船閘各部頂面臨水測(cè)設(shè)置高度1.2m高的安全護(hù)欄。閘室墻沿設(shè)護(hù)輪坎；閘室兩側(cè)各設(shè)2道嵌入式爬梯，距上下閘首18m，中間布置一道；3、信號(hào)和標(biāo)志船閘按晝夜通航要求設(shè)置信號(hào)和標(biāo)志，每道工作閘門(mén)上、下游均設(shè)置水尺。4、環(huán)境保護(hù)閘區(qū)應(yīng)具有清潔、優(yōu)美的環(huán)境。各種污水應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)定處理、排放，包括船舶生活、油污水。美化閘區(qū)環(huán)境，多建綠化帶、花壇等。閘室及上、下游引航道內(nèi)的漂浮垃圾應(yīng)及時(shí)清理。噪音控制：對(duì)過(guò)閘船舶的鳴笛等應(yīng)有嚴(yán)格的規(guī)定。5、控制、通信和動(dòng)力照明中央控制室的高度和位置，應(yīng)能看到閘室和上下游引航道船舶或船隊(duì)的動(dòng)態(tài)；管理部門(mén)應(yīng)由生產(chǎn)電話調(diào)配；船舶動(dòng)力設(shè)備應(yīng)設(shè)備用電源。6、消防和救護(hù)根據(jù)《中華人民共和國(guó)消防法》的有關(guān)規(guī)定，應(yīng)設(shè)置專用消防設(shè)施，閘首、閘室等部位需設(shè)消防栓、滅火器和滅火材料等有關(guān)器材。由于過(guò)閘船舶有易燃貨物，應(yīng)設(shè)專用消防通道、消防水泵，并配置救生艇等。3船閘輸水系統(tǒng)選型輸水系統(tǒng)的型式選擇根據(jù)判別系數(shù)初步選定。由《船閘輸水系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》可知判別公式：m=式中：m—判別系數(shù)；H—設(shè)計(jì)水頭（m），根據(jù)上下游的自然通航水位，最大設(shè)計(jì)水頭為9