平面钢闸门.ppt
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1、平面钢闸门平面钢闸门概述概述一、闸门的类型一、闸门的类型1 1、按闸门的工作性质可分为:、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。工作闸门、事故闸门、检修闸门和施工期导流闸门。2 2、按闸门设置的部位可分为:、按闸门设置的部位可分为:露顶式闸门:设置在开敞式泄水孔口,当闸门关露顶式闸门: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。三边止水。潜孔式闸门:设置在潜没式泄水孔口,当闸门关潜孔式闸门: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,需要设置闭孔口挡水
2、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。顶部、两侧和底缘四边止水。3 3、按闸门的结构型式和构造特征可分为:、按闸门的结构型式和构造特征可分为:平面形门叶钢闸门:指挡水面板形状为平面的平面形门叶钢闸门:指挡水面板形状为平面的一类钢闸门。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、根据门叶结构的运移方式又可分为:直升式平面闸门、升卧式升卧式平面闸门、横拉式平面闸门(船闸中采用)、绕竖平面闸门、横拉式平面闸门(船闸中采用)、绕竖轴转动的平面形闸门(如船闸中的人字门和一字门)及绕轴转动的平面形闸门(如船闸中的人字门和一字门)及绕横轴转动的平面形闸门(如翻版闸门、
3、舌瓣闸门和盖板闸横轴转动的平面形闸门(如翻版闸门、舌瓣闸门和盖板闸门)等。门)等。弧形闸门:指挡水面板形状为圆弧形的一类钢弧形闸门:指挡水面板形状为圆弧形的一类钢闸门。闸门。可分为绕横轴转动的弧形闸门(如正向弧形闸门、反向弧可分为绕横轴转动的弧形闸门(如正向弧形闸门、反向弧形闸门和下沉式弧形闸门)和绕竖轴转动的立轴式弧形闸形闸门和下沉式弧形闸门)和绕竖轴转动的立轴式弧形闸门(如船闸中的三角门)等。门(如船闸中的三角门)等。本章主要介绍直升式平面钢闸门。本章主要介绍直升式平面钢闸门。二、闸门结构设计的基本要求二、闸门结构设计的基本要求 1 1、闸门结构的计算方法闸门结构的计算方法 水利水电工程钢
4、闸门设计规范水利水电工程钢闸门设计规范(SL74-95SL74-95)规定钢闸门结构采用容许应力法进行结构验算。规定钢闸门结构采用容许应力法进行结构验算。2 2、结构分析方法、结构分析方法 按平面体系设计法:可采用手算,简单易行,按平面体系设计法:可采用手算,简单易行,但不太精确。但不太精确。按空间体系设计法:可采用有限元法(按空间体系设计法:可采用有限元法(FEMFEM)分析,较合理。分析,较合理。平面钢闸门的工程实例 人字形钢闸门的工程实例弧形钢闸门的工程实例平面钢闸门的组成和结构布置平面钢闸门的组成和结构布置 一、平面钢闸门的组成一、平面钢闸门的组成 平面钢闸门是由平面钢闸门是由活动的门
5、叶结构、埋固构件和启闭机械活动的门叶结构、埋固构件和启闭机械三三部分组成。部分组成。l 门叶结构门叶结构 门叶结构是用来封闭和开启孔口的活动挡水结构。由门叶结构是用来封闭和开启孔口的活动挡水结构。由门叶承门叶承重结构、行走支承以及止水和吊具等重结构、行走支承以及止水和吊具等组成。组成。1、门叶承重结构、门叶承重结构 包括钢面板、梁格及纵、横向联结系。包括钢面板、梁格及纵、横向联结系。面板面板 直接承受水压并传给梁格。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
6、过水而产生的振动。积聚污物,也可以减小因门底过水而产生的振动。梁格梁格 支承面板并将面板传来的全部水压力传给支承边梁支承面板并将面板传来的全部水压力传给支承边梁 正交的梁系(水平次梁(包括顶、底次梁)、竖立次梁、主梁和边梁等)正交的梁系(水平次梁(包括顶、底次梁)、竖立次梁、主梁和边梁等)横向联结横向联结 垂直于闸门跨度方向的竖直平面内,以保证闸垂直于闸门跨度方向的竖直平面内,以保证闸 门横截面的刚度门横截面的刚度。其主要承受由顶梁、底梁和水平次梁传来的水压力并传给其主要承受由顶梁、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。主梁。其形式主要有实腹隔板式和桁架式。纵向
7、联结系纵向联结系 布置在闸门下游面主梁的下翼缘(或下弦杆)布置在闸门下游面主梁的下翼缘(或下弦杆)之间的纵向平面内。之间的纵向平面内。承受闸门部分自重和其它竖向荷载,并可增强闸门纵向平承受闸门部分自重和其它竖向荷载,并可增强闸门纵向平面的刚度。面的刚度。2、行走支承、行走支承 将闸门所受的全部荷载传递给闸墩,且保证闸门能沿门槽将闸门所受的全部荷载传递给闸墩,且保证闸门能沿门槽上下顺利移动。上下顺利移动。行走支承包括主行走支承(主轮或主滑块)、侧向支承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。(侧轮)及反向支承(反轮)装置三部分。3、止水、止水 系为了
8、防止闸门漏水而固定在门叶周边的橡胶止水。系为了防止闸门漏水而固定在门叶周边的橡胶止水。4、吊具、吊具 系用来连接闸门启闭机的牵引构件。系用来连接闸门启闭机的牵引构件。l 埋固构件包括:包括:主轮或主滑道的轨道,简称主轨;主轮或主滑道的轨道,简称主轨;侧轮和反轮的轨道,简称侧轨和反轨;侧轮和反轮的轨道,简称侧轨和反轨;止水埋件,顶止水埋件简称门楣,底止水埋件简称底止水埋件,顶止水埋件简称门楣,底止水埋件简称底 坎;坎;门槽护角、护面和底槛,用以保护混凝土不受漂浮物门槽护角、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。的撞击、泥砂磨损和气蚀剥落。l 闸门的启闭机械闸门的启闭机械
9、 常用的闸门启闭机有卷扬式、螺杆式和液压式三种。它们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。启闭机的型号和选用详见又可分为固定式和移动式两类。启闭机的型号和选用详见水水电站机电设计手册电站机电设计手册二、平面钢闸门的结构布置二、平面钢闸门的结构布置 l 主梁的布置主梁的布置 1、主梁的数目、主梁的数目 主梁的数目主要取决于闸门的尺寸和水头的大小。主梁的数目主要取决于闸门的尺寸和水头的大小。主梁的数目可为主梁的数目可为双主梁双主梁式和式和多主梁多主梁。建议:当闸门的跨高比建议:当闸门的跨高比L/H1.2时,采用双主梁;时,采用双主梁;当闸门的跨高比当闸门的跨
10、高比L/H1.0时,采用多主梁。时,采用多主梁。在大跨度的露顶式闸门中常采用双主梁。在大跨度的露顶式闸门中常采用双主梁。2、主梁的位置、主梁的位置 主梁宜按主梁宜按等荷载等荷载要求布置,可使每根主梁所需的截面尺寸要求布置,可使每根主梁所需的截面尺寸相同,便于制造;相同,便于制造;底主梁到底止水距离应符合底缘布置的要求。底主梁到底止水距离应符合底缘布置的要求。主梁间距应适应制造、运输和安装的条件;主梁间距应适应制造、运输和安装的条件;主梁间距应满足行走支承布置的要求;主梁间距应满足行走支承布置的要求;底主梁的下翼缘到底止水边缘连线的倾角不应小于底主梁的下翼缘到底止水边缘连线的倾角不应小于30。,
11、以免,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。其上游倾角不应小于振动。其上游倾角不应小于45。,宜采用,宜采用60。双主梁式闸门的主梁位置应对称于静水压力合力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,的作用线,两主梁的间距两主梁的间距b宜尽量大些。宜尽量大些。上主梁到门顶的距离上主梁到门顶的距离C不宜太大,一般不超过不宜太大,一般不超过0.45H,且不宜且不宜大于大于3.6米。米。多主梁式闸门的主梁位置,可根据各主梁等荷载的原则确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
12、法两种。下面按数解法进行介绍。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假定水面至门底的距离为H,主梁的数目为主梁的数目为n,第,第k(k=1,2,n)根主梁至水面的距离为根主梁至水面的距离为yk,对于露顶门(图对于露顶门(图8-5a)有有 对于潜孔式闸门(图对于潜孔式闸门(图8-5b)有有 式中式中 a-水面至门顶止水的距离。水面至门顶止水的距离。三、梁格的布置型式三、梁格的布置型式 闸门的梁格布置可分为以下三种型式。闸门的梁格布置可分为以下三种型式。简式梁格简式梁格 不设次梁,面板直接支承在主梁上。不设次梁,面板直接支承在主梁上。普通式梁格普通式梁格 由
13、水平主梁、竖立次梁和边梁组成。由水平主梁、竖立次梁和边梁组成。复式梁格复式梁格 由水平主梁、竖立次梁、水平次梁和边梁组成。由水平主梁、竖立次梁、水平次梁和边梁组成。四、梁格连接型式四、梁格连接型式 梁格的连接型式有三种型式。梁格的连接型式有三种型式。齐平连接齐平连接 即水平次梁、竖立次梁和主梁的前翼缘表面齐平,即水平次梁、竖立次梁和主梁的前翼缘表面齐平,都直接与面板相连,又称为等高连接。都直接与面板相连,又称为等高连接。降低连接降低连接 即主梁和水平次梁直接与面板相连,而竖立次即主梁和水平次梁直接与面板相连,而竖立次梁降低到水平次梁下游。梁降低到水平次梁下游。层叠连接层叠连接 即水平次梁和竖立
14、次梁直即水平次梁和竖立次梁直接与面板相连,主梁放在竖接与面板相连,主梁放在竖立次梁后面。立次梁后面。由于该连接型式使得闸门的由于该连接型式使得闸门的整体刚度和抗振性能有所削整体刚度和抗振性能有所削弱,且增大了闸门的总厚度,弱,且增大了闸门的总厚度,故在平面闸门中现已很少采故在平面闸门中现已很少采用。用。五、边梁的布置五、边梁的布置边梁的截面型式有边梁的截面型式有单腹式单腹式和和双腹式双腹式两种。两种。单腹式边梁单腹式边梁构造简构造简单,便于与主梁相连接,单,便于与主梁相连接,但抗扭刚度差。但抗扭刚度差。单腹式边梁主要用于滑单腹式边梁主要用于滑道式支承的闸门。道式支承的闸门。双腹式边梁双腹式边梁
15、的抗扭的抗扭刚度大,也便于设置滚刚度大,也便于设置滚轮和吊轴,但构造复杂轮和吊轴,但构造复杂且用钢量较多。且用钢量较多。双腹式边梁广泛用于定双腹式边梁广泛用于定轮闸门中。轮闸门中。平面钢闸门的结构设计平面钢闸门的结构设计 一、钢面板的设计一、钢面板的设计 l面板的工作情况及承载能力:面板的工作情况及承载能力:钢面板是支承在梁格上的弹性薄板,承受静水压力。钢面板是支承在梁格上的弹性薄板,承受静水压力。对于四边固定支承的面板,在均布荷载作用下最大弯矩出现在对于四边固定支承的面板,在均布荷载作用下最大弯矩出现在面板支承长边的中点面板支承长边的中点A处。但是当处。但是当fA=fy时,面板的承载能力还时
16、,面板的承载能力还远远没有耗尽。试验表明,当荷载增加到设计荷载(远远没有耗尽。试验表明,当荷载增加到设计荷载(A点屈服时)点屈服时)的(的(3.54.5)倍时,面板跨中部分才进入弹塑性阶段。)倍时,面板跨中部分才进入弹塑性阶段。因此,在强度计算中,容许面因此,在强度计算中,容许面板在高峰应力(点板在高峰应力(点A)附近的附近的局部小范围进入弹塑性阶段工局部小范围进入弹塑性阶段工作,故可将面板的容许应力作,故可将面板的容许应力乘以大于乘以大于1的弹塑性调整的弹塑性调整系数系数予以提高。予以提高。l初选面板厚度初选面板厚度 t静水压力作用下,面板的应力由两部分组成:静水压力作用下,面板的应力由两部
17、分组成:一是一是局部弯曲应力局部弯曲应力,即矩形薄板本身的弯曲应力;,即矩形薄板本身的弯曲应力;二是二是整体弯曲应力整体弯曲应力,即面板兼作主(次)梁翼缘参与梁系弯,即面板兼作主(次)梁翼缘参与梁系弯曲的整体弯应力。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面板支承长边中点支承长边中点A A的最大局部弯曲应力强度条件的最大局部弯曲应力强度条件初步计算。初步计算。式中,式中,k弹性薄板支承长边弹性薄板支承长边 中
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