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平面闸门

2020-04-09 21:01

具有平面挡水面板,沿直线升降启闭的闸门,又称平板闸门。平面闸门的门叶在门槽内升降启闭,其顺水流方向的尺寸较小,布置紧凑,维修方便。但由于门槽破坏了水流边界的连续性,闸门水力学条件较弧形闸门为差。此外,它的启门力相对比弧形闸门的大。

露顶式双主梁平面闸门的门叶结构,由以下部分组成(图1):①面板。用于直接挡水,通常布置在门叶的上游面。②梁格(即梁系),包括主梁和次梁(水平次梁、竖直次梁、顶梁和底梁)。梁格支承着面板并将水压力传给边梁,再传至闸门的支承行走部件。在布置梁格时,对露顶闸门应有0.3~0.5 m的超高,以防止风浪溢流。③联结系。横向联结系可以做成桁架或实腹隔板(也称横向隔板),用来确定门叶上梁格横向的空间位置;纵向联结系由门叶横主梁的后翼板(如用主桁架取代横主梁,则是指主桁架的后弦杆)及其间的各杆件所组成。纵向联结系主要承担门叶下游侧自重等竖向荷载,故也称起重桁架。④支承行走部件。便于门叶在门槽内移动并将闸门上的全部水压力传至主轨。主支承有两种形式,即滑动式和滚动式(图1)。此外,当门叶启闭行走时限制它发生偏斜和防止它受卡阻,还设有侧、反导向装置等。⑤吊耳。门叶与启闭机连接的部件。⑥止水。防止门叶与孔口周边间隙漏水的装置。按其设置在门叶上的位置,可分为上游面止水和下游面止水。

图1 平面钢闸门门叶结构的组成示意图

1—面板;2—水平次梁;3—顶梁;4—横隔板(或竖直次梁);5—主梁;6—纵向联结系;7—边梁;8—滚轮(主支承);9—吊耳

(1)主梁布置。根据闸门孔口大小,确定采用能满足运输要求的单节或多节门叶,按照每节门叶的高宽比例选取所需要的主梁数目;主梁位置先按所承受水压力相等即等荷载条件布置,以便选取截面相同的主梁,简化制造。布置时还需考虑:①门叶底缘形式要满足泄流流态。保证泄流时不冲击底主梁,以免造成真空和振动。为此应使底止水下缘与底主梁下游翼板连线和水平线之间的下游夹角α≥30°;对于潜没式平面闸门,当需利用水柱重闭门时,应使门叶底缘的上游倾角β≥45°,最好能达到60°(图2)。②露顶式闸门门叶上部悬臂长度c<0.45H(图3),以保证该部分的刚度。③主梁间距需与支承结构布置相适应,如多主梁滚轮闸门的主梁间距需大于滚轮的直径。主梁间距还需考虑焊工施焊方便的最小间距。由此可见,主梁虽按等荷载布置,但还应满足实际结构制造、运输和安装等因素制约,进行调整,并按调整后主梁实际荷载计算。

图2 底主梁布置示意图

图3 双主梁闸门示意图

图4 梁格布置示意图

(a)简单式;(b)普通式1—主梁;2—顶梁;3—底梁;4—边梁;5—横向隔板;6—水平次梁

(2)梁格布置。①简单式。只有若干主梁[图4(a)]。主梁直接支承面板,只设一道横向隔板或者不设。主要用于跨度较小的闸门。②普通式。主梁间有多道横向隔板,使面板区格尺寸减小,以减薄面板厚度,常在主梁之间设置穿过并支承在横向隔板上的水平次梁[图4(b)]。③复式。当闸门跨度很大时,可以在横向隔板之间再增加竖直次梁,横向隔板可以是实腹隔板,也可以在实腹隔板上开孔,水平次梁通过并支承在上。主梁较高时,也可以作成桁架代替隔板。复式梁格所受水压力传递途径是:面板→水平次梁→横向隔板(或竖次梁)→主梁→边梁→支承→轨道→墩墙或坝体。每个构件的荷载为面板直接传递的部分(图4)加上它所支承的构件的反力。门叶的自重大部分经面板、底止水,小部分经纵向联结系和边梁传递给闸体或坝体。

(3)梁格连接。有3种连接方式:等高连接[图5(a)]、降低连接[图5(b)]和层叠连接[图5(c)]。层叠连接在平面闸门中很少采用。①等高连接。次梁、横隔板和主梁(或主桁架)都直接与面板连接,也称齐平连接。这样使门叶整体刚度大,面板四边支承受力条件好。部分面板可以作为梁截面的一部分,因而节省钢材。缺点是构件多制造费工。当采用实腹隔板时[图5(d)],水平次梁能穿过隔板上预先开孔处成为连续梁,这种连接在闸门中应用较多。②降低连接。水平布置的梁都直接与面板连接,横向隔板置于水平次梁后面,成为水平次梁的支承,从而使水平次梁成为多跨连续梁,这种连接也是闸门梁格的基本连接形式。

图5 梁格的连接形式示意图

(a)等高连接;(b)降低连接;(c)层叠连接;(d)有横向隔板的等高连接1—面板;2—水平次梁;3—竖直次梁;4—主梁;5—横向联结系;6—横向隔板;7—加劲肋;8—隔板开孔处

平面闸门高度太大时,可以作成分节式,每节高度以满足运输条件为宜,一般取4 m以下,在两节门叶之间用相当于铰接的销轴或者是螺栓连接,使得整个闸门如单扇一样的工作。对用作事故闸门的潜没式平面闸门,在门叶顶部宜设置具有足够重量的充水阀,充水平压并使充水时保持流态平稳。对于分节式平面闸门也可以利用在两节门叶之间充水平压,以缩短充水时间,增大充水流量。分节式及潜没式平面闸门对各节间的止水设置及顶、侧止水设置的要求,参见闸门及闸门止水。

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