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人字闸门

2020-04-09 21:01

由左、右各一扇绕垂直轴转动的垂直门扇组成,关闭时顶视呈人字形的闸门。人字闸门多用作船闸闸门。

人字闸门(见图)由以下几个部分组成:①门扇。由面板、主横梁、次梁、门轴柱及斜接柱等构成的承重结构。②支承部分。包括支垫座、枕垫座、顶枢和底枢等支承门扇的装置。③止水装置。

人字闸门结构示意图

(a)人字闸门平面轮廓图;(b)人字闸门构造示意图1—主横梁;2—斜接柱;3—门轴柱;4—次梁;5—对角斜撑;6—节点板;7—面板;8—底枢;9—顶枢;10—支垫座;11—枕垫座

闸门关闭时,两门扇支承在斜接柱和枕、支垫座上,构成三铰拱,以承受水压力作用。人字闸门与其他形式的船闸闸门相比,能封闭高而宽的孔口,厚度一般较小,自重较轻,造价较低。此外,它还具有操作简便可靠,启闭力小等优点,但只能承受单向水头。水下底枢较易磨损,检修不便。

根据门扇结构的平面形状,可分为平面人字闸门和拱形人字闸门两类。平面人字闸门根据门扇结构的梁格布置,可分为横梁式人字闸门和立柱式人字闸门两种。

(1)横梁式人字闸门。主要受力构件为主横梁。水压力由面板和次梁传给主横梁,然后再由主横梁通过斜接柱以及支垫座和枕垫座传至闸首边墩。

(2)立柱式人字闸门。主要受力构件为纵梁(又称立柱)。水压力由面板、次梁、立柱传至顶横梁、底横梁,顶横梁所承受的荷载通过三铰拱的作用而传至闸首边墩,底横梁所承受的荷载还传至闸首门槛。拱形人字闸门的门扇结构成圆拱形,闸门关闭时,门扇轴线和三铰拱的压力轴线重合,主横梁只承受轴向压力作用,因而能节省材料。

在工程实践中,常用横梁式平面人字闸门,它具有受力明确、结构刚度大、制造安装方便的优点。在门宽大于门高的情况下,可采用立柱式平面人字闸门。拱形人字闸门制造、安装较复杂,门龛深度较大,在工程实践上应用较少。

人字闸门的基本尺寸指门扇计算长度、厚度和高度。这些基本尺寸主要决定于船闸的水头、通航孔口的尺寸及闸门关闭时门扇轴线与闸室横轴线间夹角的大小等。人字闸门的基本尺寸可按下列公式计算。

(1)门扇计算长度。门扇支垫座的支承面至两门扇相互支承的斜接面的距离,可按式(1)计算:

式中,Ln为门扇计算长度,m;Bk为闸首边墩墙面之间的口门宽度,m;c为门扇支垫座的支承面至门龛外缘的距离,一般取c=(0.05~0.07)Bk,m;θ为闸门关闭时,门扇轴线与闸室横轴线间的夹角,(°)。

(2)门扇厚度。主横梁的中部高度,可按式(2)计算:

(3)门扇高度。指闸门面板底至顶的距离,按式(3)计算:

式中,h为门扇高度,m;H为船闸的设计水头,m;Hk为门槛水深,m;k为上游设计高水位以上的超高,一般取k=0.3~0.5 m;m为闸门面板底部与门槛顶的高差,与止水布置有关,一般取m=0.15~0.25 m。

(4)门扇轴线与闸室横轴线间的夹角(θ)。θ取值的大小,关系到门扇结构承受的轴向压力与传递至闸首边墩上水平推力的大小及门扇长度,各国取值有所不同,中国一般采用θ=22.5°,美国一般采用θ=18°26′,俄罗斯、日本一般采用θ=20°。

人字闸门是船闸中应用最广的一种闸门。中国已建船闸中,闸门尺寸最大的为长江葛洲坝水利枢纽1号、2号船闸的下闸首工作闸门,其门扇宽度为19.7 m,高度为34.5 m,厚度为2.7 m,门重为600 t。

世界上最大的人字闸门是巴西图库鲁依2号船闸下闸首人字闸门,门扇高42.5 m,每扇门重达870 t。

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