修改_第八章 平面钢闸门 (NXPowerLite)

应熟悉闸门结构的传力路径，以掌握闸门各种构件的 受力情况并能正确确定各承重构件的计算简图。 （三）闸门的启闭机械
常用的闸门启闭机有卷扬式、螺杆式和液压式三种。它们 又可分为固定式和移动式两类。
二、平面钢闸门的结构布置
布置内容：确定闸门上需要设置的构件、每种构件需要的 数目以及每个构件的所在位置。应统筹考虑、全面安排并进 行必要的方案比较后最终确定。 （一）主梁的布置 1、 主梁的数目 主梁是闸门的主要承重部件。主梁的数目主要取决于闸门 的尺寸和水头的大小。平面闸门按主梁的数目可分为双主梁 式和多主梁式。建议当闸门的跨高比L/H≥1.2时，采用双主梁； 而当闸门的跨高比L/H≤1.0时，采用多主梁。在大跨度的露顶 式闸门中常采用双主梁。 2、主梁的位置 主梁位置的确定应考虑下列因素： ⑴主梁宜按等荷载要求布置，可使每根主梁所需的截面尺寸 相同，便于制造； ⑵主梁间距应适应制造、运输和安装的条件； ⑶主梁间距应满足行走支承布置的要求； ⑷ 底主梁到底止水距离应符合底缘布置的要求。
max M max 2 2 k p a / t [] 2 1 t / 6
t a kp []
•k—弹性薄板支承长边 中点（A点）的 弯应力系数。 • p –面板计算区格中心的水压力强度 p=γhg=0.0098h (MPa); •h—区格中心的水头,(m)
• a, b---面板计算区格的短边和长边的长度(mm), 从面板与主 (次)梁的连接 焊缝算起; • α---弹塑性调整系数,当b/a≤3时,α=1.5; 当b/a＞3时,α=1.4。 • [σ]---钢材的抗弯容许应力（MPa） 因钢面板的重量占闸门总重量的比例较大，为节约钢材，钢面板宜选用 较薄的钢板，但考虑锈蚀余量要求，一般不应小于6mm，通常可取（8~16） mm。
（二） 埋固构件
平面闸门的固定埋设部件一般包括：⑴ 主轮或主滑道的轨 道，简称主轨；⑵侧轮和反轮的轨道，简称侧轨和反轨；⑶止 水埋件，顶止水埋件简称门楣，底止水埋件简称底坎；⑷门槽 护角、护面和底槛，用以保护混凝土不受漂浮物的撞击、泥砂 磨损和气蚀剥落。 闸门挡水时所受的水压力在闸门上的传力路径： 水平次梁 水平水压力 面板 （齐平连接时） 竖直次梁 主梁 边梁 主轮（或主滑块） 主轨道 混凝土闸墩
（一）初选面板厚度 t
钢面板是支承在梁格上的弹性薄板，在静水压力作用下，面板的应力由两 部分组成： (1)局部弯曲应力，即矩形薄板本身的弯曲应力； (2)整体弯曲应力，即面板兼作主（次）梁翼缘参与梁系弯曲的整体弯应力。 初选面板厚度时，由于主（次）梁的截面尚未确定，面板参与主（次）梁的 整体弯应力尚未求得，故面板的厚度可先按面板支承长边中点A的最大局部弯 曲应力强度条件初步计算（如图8-9所示）
多主梁式闸门的主梁位置，可根据各主梁等荷载的原则确定。 具体做法有图解法和数解法两种。下面按数解法进行介绍。
假定水面至门底的距离为H，主梁的数目为n，第k（k=1，顶门（图8-5a） 有 （8-1） 2H 1.5 1.5
yk 3 n [k (k 1) ]
第八章 平面钢闸门
第一节
一、闸门的类型
闸门的类型较多，一般可按闸门的工作性质、设置部位及结构 形式等加以分类。 1、按闸门的工作性质可分为： 工作闸门、事故闸门、检修闸门和施工期导流闸门。 2、按闸门设置的部位可分为： ⑴ 露顶式闸门：设置在开敞式泄水孔口，当闸门关闭孔口挡水 时，其门叶顶部高于挡水水位，并需设置三边止水。 ⑵ 潜孔式闸门：设置在潜没式泄水孔口，当闸门关闭孔口挡水 式，其门叶顶部低于挡水水位，需要设置顶部、两侧和底缘四边 止水。 3、按闸门的结构型式和构造特征可分为： ⑴平面形门叶钢闸门：系指挡水面板形状为平面的一类钢闸门。 根据门叶结构的运移方式又可分为：直升式平面闸门、升卧式
2 zh 2 my ( mx 0 xB ) my ( mx 0 xB ) 1.1[]
•σ0xB---对应于面板验算点（B点）主梁前翼缘的整体弯曲应力。考虑整体弯应 力沿面板宽度分布不均影响后，可按下式计算：σ0xB=（1.5ξ1-0.5）M/W
•ξ1---面板兼作主（次）梁前翼缘工作的有效宽度系数；
（二）面板参加主（次）梁整体弯曲时的强度计算
在初步选定面板厚度，并在主（次）梁截面选定后，考虑到面板 本身在局部弯曲的同时还随主（次）梁受整体弯曲的作用，则面板为 双向受力状态。故应按第四强度理论验算面板的折算应力强度。 ⑴当面板的边长比b/a＞1.5，且长边b沿主梁轴线方向时，只需按下 式验算面板A点在上游面的折算应力：
（三）面板与梁格的连接计算
当水压力作用下面板弯曲时，由于梁格之间相互移近受到约束，
在面板与梁格之间的连接角焊缝将产生垂直于焊缝方向的侧拉力。 经分析计算，每毫米焊缝长度上的侧拉力可按下面的近似公式计算： Nt=0.07tσmax （ N /mm2）
•式中 σmax ---厚度为t的面板中的最大弯应力， σmax 可取[σ]。 此外，由于面板作为主梁的翼缘，当主梁弯曲时，面板与主梁 之间的连接角焊缝还承受沿焊缝长度方向的水平剪力，主梁轴线一 侧的角焊缝每单位长度内的剪力为T，则： T=V*S/（2*I） 因此，面板与梁格连接角焊缝焊脚尺寸hf可近似按下式计算：
对于潜孔式闸门（图8-5b）有
yk 2H 3 nm [(k m)1.5 (k m 1)1.5 ]
（8-2）
式中
m
na H2 a 2
2
a---水面至门顶止水的距离。
（二）梁格的布置型式 梁格的布置应考虑钢面板厚度的经济合理性和梁格制造省工 等要求，尽量使面板各区格的计算厚度接近相等，并使面板和梁 格的总用钢量最少。闸门的梁格布置可分为以下三种型式。
⑶横向联结系（又称竖向联结系） 布置在垂直于闸门跨度方向的 竖直平面内，以保证闸门横截面的刚度 ，使门顶和门底不致产生过 大的变形。其主要承受由顶梁、底梁和水平次梁传来的水压力并传给 主梁。其形式主要有实腹隔板式和桁架式。 ⑷纵向联结系（又称门背联结系或起重桁架） 布置在闸门下游面 主梁（或主桁架）的下翼缘（或下弦杆）之间的纵向竖直平面内，承 受闸门部分自重和其它竖向荷载，并可增强闸门纵向竖平面的刚度； 当闸门受双向水头时还能保证主梁的整体稳定性（当闸门承受反向水 头时，主梁下翼缘受压）。 2、行走支承 平面钢闸门的行走支承（又称支承移动部件）应保证既能将闸门 所受的全部水平荷载安全地传递给闸墩，又应保证闸门能沿门槽上下 顺利移动，并减小闸门移动时的摩擦阻力。 行走支承包括主行走支承（主轮或主滑块）、侧向支承（侧轮） 及反向支承（反轮）装置三部分。 3、止水： 为了防止闸门漏水而固定在门叶周边的橡胶止水。 4、吊具： 系用来连接闸门启闭机的牵引构件。
⑶层叠连接 即水平次梁和竖直次梁 直接与面板相连，主梁放 在竖直次梁后面。 由于该连接型式使得闸门 的整体刚度和抗振性能有 所削弱，且增大了闸门的 总厚度，故在平面闸门中 现已很少采用。
（四）边梁的布置
边梁的截面型式有单腹式（图8-8a）和双腹式（图8-8b）两种。 单腹式边梁构造简单， 便于与主梁相连接，但抗 扭刚度差，这对于闸门因 弯曲变形、温度胀缩及其 它力作用而在边梁中产生 扭转的情况是不利的。单 腹式边梁主要用于滑道式 支承的闸门。 双腹式边梁的抗扭刚度 大，也便于设置滚轮和吊 轴，但构造复杂且用钢量 较多，截面内部的焊接也 较困难。双腹式边梁广泛 用于定轮闸门中。
对于实腹式主梁的工作闸门和事故闸门，一般应使底主 梁的下翼缘到底止水边缘连线的倾角不应小于30。（图8-3、图 8-4），以免启门时水流冲击底主梁和在底主梁下方产生负压， 而导致闸门振动。当闸门支承在非水平底槛上时，该角度可适 当增减，当不能满足30。要求时，应对门底部采取补气措施。 部分利用水柱闭门的平面闸门，其上游倾角不应小于45。，宜 采用60。（见图8-3）。 如图8-4， 双主梁式闸门的主梁位置应对称于静水压力合 力P的作用线，在满足上述底缘布置要求的前提下，两主梁的 间距b宜尽量大些，并注意上主梁到门顶的距离C不宜太大，一 般不超过0.45H，且不宜大于3.6米。
第三节 平面钢闸门的结构设计
一、钢面板的设计
面板的工作情况及承载能力： 对于四边固定支承的面板（图8-9），根据理论分析和实验研究， 在均布荷载作用下最大弯矩出现在面板支承长边的中点A处。但是当 该点的应力达到所用钢材的屈服点fy时，面板的承载能力还远远没有 耗尽，随着荷载的增加，支承边上其它各点的弯矩都随之增加，而 使面板上、下游面逐步达到屈服点，此时，面板仍然能够承受继续 增大的荷载。试验表明，当荷载增加到设计荷载（A点屈服时）的 （3.5~4.5）倍时，面板跨中部分才进入弹塑 性阶段。这说明面板在使用过程中 有很大的强度储备。 因此，在强度计算中，容许面 板在高峰应力（点A）附近的局部 小范围进入弹塑性阶段工作，故可 将面板的容许应力[σ]乘以大于1的 弹塑性调整系数α予以提高。
2 zh 2 ( ) my ( mx 0 x ) 1.1[] my mx 0x
式中 σmy= ky · p a2/ t2; σmx=μ·σmy，μ=0.3。
⑵当面板的边长比b/a≤1.5或面板长边方向与主（次）梁垂直时， 面板在B点下游面的应力值（σmx+σ0xB）较大，这时虽然B点下游 面的双向应力为同号（均受压），但还是可能比A点上游面更早 地进入塑性状态，故应按下式验算B点下游面在同号平面（压） 应力状态下的折算应力强度：
平面钢闸门的工程实例
平面链轮式钢闸门
人字形钢闸门的工程实例
弧形钢闸门的工程实例
第二节 平面钢闸门的组成和结构布置 一、平面钢闸门的组成
平面钢闸门是由活动的门叶结构、埋固构件和启闭机械三 部分组成。 （一）门叶结构的组成 门叶结构是用来封闭和开启孔口的活动挡水结构。由门叶承 重结构、行走支承以及止水和吊具等组成。 1、平面钢闸门的承重结构 平面钢闸门的承重结构，一般由钢面板、梁格及纵、横向联 结系组成。 ⑴面板 是用来挡水，直接承受水压并传给梁格。面板通常 设在闸门的上游面，这样可以避免梁格和行走支承浸没于水中 而积聚污物，也可以减小因门底过水而产生的振动。 ⑵梁格 由互相正交的梁系（水平次梁（包括顶、底次梁）、 竖直次梁、主梁和边梁等）所组成，用来支承面板并将面板传 来的全部水压力传给支承边梁，然后通过设置在边梁上的行走 支承把闸门上的水压力传给闸墩。