关于水工钢结构设计的一点心得

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关于水工钢结构设计的一点心得，与朋友们交流

本人从事水工钢闸门设计多年，先后为一级~三级水工建筑物配备各式闸门。设计过平面钢闸门、弧形钢闸门、人字门、横拉门、一字门。钢结构、钢筋砼结构、钢丝网砼结构(用于旧工程改造)。人字门单宽24m,弧形门单扇360平米，等等(再说下去有卖弄之嫌)。现将本人设计闸门的经验作介绍，以期抛砖引玉。

今天先作概述

一、金属结构设计的初步与规程
水利水电工程中，金属结构种类很多，这些结构在近代工程中，大多采用钢铁材料制造，制作与加工，具有机械制造的性质。如对精度要求，公差配合等。所以它们也被称作水工钢结构或水工机械设备。

金属结构包括主要五种钢质设施：闸门、压力钢管、拦污栅、清理机与启闭机。它们是大中型水电站、水闸、泵站、船闸等常有的设施。关系工程的安全运行与检修。金属结构专业设计和考虑这些设施的总体 布置、选型、制造、安装等技术措施时，必须要与其它专业密切配合，进行全面分析、优化设计。

1、*******头等大事：做好专业配合******

金属结构专业必须了解所设计工程的任务、运用条件与要求，水位控制精度要求、弃水和漏水的影响，工程总体布置、施工进度与安排，特别是对水工建筑物的布置和施工安排。注意收集以下资料：

(1)有关法规、规程、规范及环保要求等外界对工程运行的要求或规定;
(2)水文、气象资料、泥沙、水质、漂浮物情况;
(3)闸门孔口尺寸和运用条件;
(4)有关闸门的材料、制造、运输和安装等方面的条件。
(5)地质、地震，所在地段有无山崩、塌方、设备运输、维护运行检修中，对个交通有无中断。
(6)国内外已建成类似结构的资料收集。
(7)航运、过木、过鱼。
设计过程中必须与有关方面密切联系。注意设计资料变化、专业拟定条件的变化，以便及时修改和调整设计。

2、设计手册与规程

(1)《水利水电工程钢闸门设计规范》SL74－95 中国水利水电出版社,闸门设计的BIble。
(2)《水工钢闸门》安徽省水利勘测设计院1980 水利电力出版社出版，
这是一本比较老的书，但闸门门型比较全，资料比较详细。里面的悬臂轮、侧滑轮定型设计尺寸，在进行初步设计中特别实用。另外它介绍了闸门设计的有限元方法，是一本不错的参考书。
(3)《水电站机电设计手册》金属结构一、二 1994出版水利电力出版社，这是一本不错的书。建议 能拥有一套。
(4)《中小型水电站机电设计手册》金属结构 1999年左右出版

水利电力出版社基本上是上一本书的新翻版。只要有前一本书，这本书没有也行。
(5)灌区建筑物丛书《闸门与启闭机》（第二版）水利电力出版社88年前后出版。这是一本设计中小型工程比较实用的工具书。有许多简化计算。并且有平面钢闸门、弧形钢闸门的设计例题。人字门也介绍了设计步骤。是从事中小型工程设计的一本良书，没有多余的叙述。

(6)高等学校教材《水工钢结构》 红封面的一种。99年出版中国水利水电出版社。大多数学习水利工程专业的2000年以后毕业的弟兄们可能在校时都用过。用来搞水工钢闸门的课程设计的。这本书是武汉水利电力大学范崇仁教授编写的。说句实话，有点误人子弟。书中没有什么新内容。基本是1980年出版的高等学校教材<水工钢结构>武汉水利电力学院、大连工学院、华东水利学院合编一书(黄色封面)的第六七、八章的内容。难怪中国的学术不行，编个书都要抄来抄去。哈哈。
(7)高等学校教材《水工钢结构》 水利电力出版社1995年出版。水利教材蓝色封面的一种。基本教材，入门级，有平门设计例题。
(8)《升卧门》河北省水利勘测设计院著水利电力出版社。升卧门设计的一本不错的参考书。升卧门主要用于有通航要求的16m以下的船闸，水闸。可大大降低排架的高度。而且抗震性能好。

(9)高等学校教材《水工金属结构》东北水利水电专科学校编1994水利水电出版社。这是一本不错的入门教材。讲解详细，每个公式的来源都清楚。
(10)《取水输水建筑物丛书　闸门与启闭设备》主编陈德亮 中国水利水电出版社，2003年3月出版。是最新出版的关于闸门设计的书，由广东省水利电力勘测设计研究院刘细龙、陈福荣著。写法比较实用。

第二部分 闸门总体布置与闸门选型

今天，讲第二部分，都是一些个人的经验体会。上面有朋友要传图，我想“授之以鱼，不如授之以渔”，本论坛中也有我传过的图和一些小程序，可以去找一找。
我先把主要讲的计划内容先大致说一下：主要是抛砖引玉，能有更多的朋友参与讨论；也欢迎将工作中遇到的问题提出来，大家共同解决。
一、金属结构设计的初步与规程
二、闸门总体布置与闸门选型
三、水力设计与计算要点
四、闸门结构设计
五、闸门零部件设计
六、闸门制造、安装
七、启闭机械的选择
八、闸门运行管理与维护要求
九、除险加固工程闸门设计
十、其它
初搞闸门的朋友可能看到闸门图左一根线条又一条线，看规范，翻设计手册，不知如何下手。闸门设计，先从总

体布置入手。
闸门一词，从广义上讲包括闸门与阀门。闸门一般由三大部分组成：其一，活动部分，既能关闭孔口，又能开放孔口的孔口的堵塞体；称门叶结构；其二为埋设部分，系埋固在土建结构中的构件，如支承行走轨道等，将活动部分所承受的荷载传给土建结构；其三为启闭机械，系控制活动部分位置的操作机构。
一套良好的水工闸门，应具备以下各项性能：
（1）闸门结构安全可靠能在水工建筑物运行要求所规定的各种工况下正常工作。
（2）闸门启闭操作灵活方便，能及时开放或关闭过水孔道。
（3）止水装置严密，其漏水量及由此产生的其他现象，均应在容许范围内。
（4）闸门在各种开度下泄水时，水力性能要好。如泄水能力要大，无严重空蚀、无强烈振动。
建筑物（泄水）总体布置对闸门运行性能影响很大。总体布置不当往往给闸门带来许多难以克服、无法弥补的先天性缺陷，造成各种类型的故障或事故。因此设计者应特别慎重对待建筑物（泄水）的总体布置。

注意事项：

一、闸门孔口尺寸和设计水头选定，应符水利水电工程钢闸门设计规范SL74-95(以下简称设计规范)附录A规定。
二、闸门规范采用容许应力方法进行，设计规范未明确规定的计算方法，可按规范酌情选择。如对某些大型加固闸门的安全鉴定即采用了有限元法计算。但一般设计来讲，还是按规范来要好一些。
三、闸门总体布置应尽量使闸门段上下游的水流平顺稳定，过水断面的流速分布要尽量均匀。水流不稳产生紊动往往给闸门不平衡的动水作用力，以及由此产生负压，易引起闸门晃动、振动和空蚀，从而导致门叶或连接部件连接松动、材料疲劳、空蚀破坏等事故。
四、总体布置应避免闸孔和顶部同时过水，以防出现负压，引起空蚀破坏。
五、总体布置要注意到在闸门段上游出现大型漩涡，闸门段下游出现回流、明流交替水流或淹没水跃等不利流态的可能性，并尽量设法避免。这一点防范见规范2.1.8、2.1.9条规定。
六、总体布置要尽量防止在泄水道内出现压缩空气囊的可能性。气爆产生瞬时冲击力，造成闸门和相邻建筑物的损坏或破坏。
七、严寒地区特别要注意：闸门不得承受冰的静压力，根据气温及库水位变化情况，采用相应措施，如潜水泵、压缩空气、保温加热等等。见规范2.1.7条要求。
八、要确保启闭机关键时刻要能顶用。要设置备用动力如柴油机等，特别在沿海挡潮闸、水闸是确保工程安全的重要措施。
下次就一些具体的工程说说总体布置的步骤