平面钢闸门学习.pptx
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1、3 3、按闸门的结构型式和构造特征分 平面钢闸门:系指挡水面板形状为平面的一类钢闸门。最为常用,较易满足建筑物的布置要求。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)及绕横轴转动的平面形闸门(如翻版闸门)等。弧形闸门:系指挡水面板形状为圆弧形的一类钢闸门。应用也十分广泛,它将一块弧形门叶用支臂铰支于铰座上,通常弧面中心即为铰心,所以水压力总是通过铰心的,运行阻力矩较小。第1页/共61页三、闸门的选择 选择闸门形式需要考虑其在水工建筑物中的位置、尺寸、设计水头、运用条件、制造能力和安装技术水平等因
2、素,要求做到泄流时水流条件好、止水严密、启闭力小、操作简便灵活、检修维护方便等。平面闸门和弧形闸门是最常用的门型。在工作闸门中,大型露顶式闸门和高水头潜孔式闸门多用弧形闸门,船闸上多用人字闸门和横拉闸门,检修闸门和事故闸门一般都用平面闸门。制造门叶的材料近代多用钢材,而钢筋混凝土多用做需要借自重关闭施工导流底孔的封堵闸门。本章主要介绍直升式平面钢闸门。第2页/共61页四、闸门结构设计的基本要求 1 1、闸门结构的计算方法 水利水电工程钢闸门设计规范(SL74-95)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 按平面体系设计法:可采用手算,简单易行,但不太精确。按空间体系设计
3、法:可采用有限元法(FEM)分析,较合理。第3页/共61页平面钢闸门的工程实例第4页/共61页 人字形钢闸门的工程实例第5页/共61页弧形钢闸门的工程实例第6页/共61页柴河水库弧形钢闸门第7页/共61页第8页/共61页清河水库弧形钢闸门第9页/共61页第10页/共61页第11页/共61页第12页/共61页第13页/共61页第14页/共61页都江堰飞沙堰钢闸门鱼嘴第15页/共61页宝瓶口第16页/共61页都江堰飞沙堰钢闸门第17页/共61页第二节 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
4、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。第18页/共61页1.1.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。门叶结构的立体示意图门叶结构的立体示意图第19页/共61页 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。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)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。第20页/共61
5、页 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。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)。第21页/共61页2.2.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
6、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。门门叶叶结结构构总总图图第22页/共61页3.3.止水:为了防止闸门漏水而固定在门叶周边的橡胶止水。4.4.吊具:用来连接闸门启闭机的牵引构件。门门叶叶结结构构总总图图第23页/共61页(二)埋固构件 平面闸门的固定埋设部件一般包括: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;止水埋件,顶止水埋件简称门楣,底止水埋件简称底坎;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。门门叶叶结结构构总总图图第24页/共61页闸门挡水时
7、所受的水压力在闸门上的传力路径: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。启闭机的型号和选用详见水电站机电设计手册(金属结构二)的介绍。第25页/共61页二、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 1.1.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
8、多主梁式。建议当闸门的跨高比L/H1.5L/H1.5时,采用双主梁;而当闸门的跨高比L/H1.0L/H1.0时,采用多主梁。在大跨度的露顶式闸门中常采用双主梁。第26页/共61页 2.2.主梁的位置 主梁位置的确定应考虑下列因素: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;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;底主梁到底止水距离应符合底缘布置的要求。第27页/共61页 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3030。(如下图所示),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
9、振动。如图所示,双主梁式闸门的主梁位置应对称于静水压力合力P 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 b宜尽量大些,并注意上主梁到门顶的距离C C不宜太大,一般不超过0.45H0.45H,且不宜大于3.6m3.6m。第28页/共61页 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 H,主梁的数目为n n,第k k(k=1k=1,2 2,n n)根主梁至水面的距离为y yk k,对于露顶门(图7-5a7-5a)有 (7-17-1)对于潜孔式闸门(图7-5b7-5b)有 (7-27-2)式中:
10、;aa水面至门顶止水的距离。第29页/共61页(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。1.1.简式梁格(图a)在主梁之间不设次梁,面板直接支承在主梁上,面板上的水压力直接通过主梁传给两侧的边梁。2.2.普通式梁格(图b)由水平主梁、竖立次梁和边梁组成。3.3.复式梁格(图c)由水平主梁、竖立次梁、水平次梁和边梁组成。普通式梁格和复式梁格的面板均为四边支承板。第30页/共61页(三)梁格连接型式如图7-9所示,梁格的连接型式有如下三种型式。1.1.齐平连接
11、 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。2.2.降低连接 即主梁和水平次梁直接与面板相连,而竖立次梁则离开面板降低到水平次梁下游,这样水平次梁可以在面板与竖立次梁间穿过而成为连续梁。3.3.层叠连接 即水平次梁和竖立次梁直接与面板相连,主梁放在竖立次梁后面。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。第31页/共61页(四)边梁的布置 边梁的截面型式有单腹式(图7-10a)和双腹式(图7-10b)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
12、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 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。第32页/共61页 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7-11),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
13、计荷载(A点屈服时)的(3.54.5)倍时,面板跨中部分才进入弹塑性阶段。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乘以大于1的弹塑性调整系数予以提高。第33页/共61页(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:一是局部弯曲应力,即矩形薄板本身的弯曲应力;二是整体弯曲应力,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
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