水闸是一种低水头建筑物,利用闸门的关闭、开启来挡水和泄水。闸室结构的设计方法主要有解析法和有限元法两种方法。解析法在大多数闸室结构计算中仍占有重要地位,它分开计算闸底板和闸墩,把闸底板和闸墩分别视为基础梁和悬臂梁,从而得出结构的内力,这种方法不能完全反映出结构整体的受力状况。合理分析闸室结构受力和位移是确保结构安全的关键。我国北方地区大部分为季节性冻土区,水工建筑物普遍存在因地基土冻胀或冰压力而出现不同程度的冻害。在设计建筑物时,考虑土的冻胀力和冰压力是很重要的。本文以黑龙江省鲜兴灌区渠首改造工程新建的泄洪闸作为对象,使用解析法计算闸室的稳定性和地基承载力,应用ANSYS软件建立水闸闸室结构和地基的整体三维模型,分析了在完建期、灌溉期、设计洪水位、校核洪水位以及冻胀工况五个工况不同荷载组合下闸室结构的应力、位移分布,找出工程运行中的较不利工况,重新拟定水闸闸室结构尺寸,对改进后的结构形式进行分析计算,得出最佳的闸室结构形式。本文的主要研究内容如下:(1)利用解析法分别验算水闸在完建期、灌溉期、设计洪水位以及校核洪水位4种工况荷载组合下的稳定性。结果表明:在这4种不同工况下,闸室结构的最大基底应力比地基允许承载力小,并且抗滑、抗倾、抗浮稳定安全系数都没有超过规范允许值,符合设计要求。(2)运用ANSYS软件建立闸室结构和地基的三维模型,通过对5种不同工况,进行荷载组合,对闸室进行非线性有限元分析,最终得到水闸闸室结构的应力和位移变化情况。结果表明:该闸室结构的位移变化主要以沉降为主,5种工况沉降量普遍较小,竖向位移的最大值是12.069 mm,最小值是1.553 mm,最大拉应力数值是1.21 MPa,最大压应力数值是1.25MPa,符合设计要求,分别出现在冻胀工况和校核洪水位工况。冻胀工况时靠边墩上游一侧底板顶部有应力集中的现象,需要对其提高配筋率,增加闸室结构局部的承载能力。(3)依据工程运行中不利的工况,对闸室结构的尺寸、配筋进行优化。对优化后的闸室结构进行有限元分析,分析结果表明,优化后的闸室结构应力与位移分布更加合理,闸室结构尺寸与配筋更加经济。