科技・探索・争鸣 滑动式平面钢闸门结构设计实例 王涛 （山东黄河勘测设计研究院，山东济南２５００１３） 【摘要】平面铜闸门是水闸的重要组成部分之一，其结构强度、刚度以及稳定性将直接影响到整个水闸的安全控制运用。以典型平面钢闸 门为例．通过合理地布置主梁、次梁等梁格结构维持面板的经济厚度，以实际水头与淤沙高度计算相应的压力荷栽，基于实际受力情况选定滑 块支撑形式及其规格与尺寸．进而按照相应规范进行闸门的防腐处理 经计算．主梁、恢梁以及边梁等构件强度均能够满足要求．闸门布置经济 合理。 【关键词】钢闸门；水闸；强度；应力 ０引言 水闸是修建在河道或渠道上利用闸门控制流量和调节水位的低 水头水工建筑物．闸门关闭时可以拦洪、挡潮，闸门开启时可以宣泄洪 水或向下游渠道供水，应用十分广泛＿１＿。近年来．随着水利水电工程的 不断发展。水工钢闸门的结构型式越来越细化，弧形闸门、扇型闸门等 新型闸门结构不断出现．但是，目前应用最多的依然是平面钢闸门，其 结构构造简单．运行可靠．闸室相对其他闸门型式可布置成短闸室结 构．同时．由于钢结构较好的可靠性和稳定性。平面钢闸门基本上没有 需要特别维护的部件。平面钢闸门是水闸的重要组成部分之一。其结 构强度、刚度以及稳定性将直接影响到整个水闸的安全控制运用．同 时．钢闸门在水工建筑物总造价中所占比重较大．一般约占１０％～３０％ 左右．因此，其结构设计是一项重要的工作。 基于上述考虑．以典型平面钢闸门为例。通过合理地布置主梁、次 梁等梁格结构维持面板的经济厚度．以实际水头与淤沙高度计算相应 的压力荷载．基于实际受力情况选定滑块支撑形式及其规格与尺寸， 进而按照相应规范进行闸门的防腐处理．闸门布置力求经济合理。 １结构布置与荷载 本次设计的平面钢闸门应用于黄河引黄闸的除险加固工程，涵闸 结构为三联７孔箱式钢筋混凝土涵闸结构．设计引水流量为ｌＯＯｍ％， 加大引水流量为１１５ｍ３／ｓ．底板高程３０．１ｍ。设计引水位３３．１ｍ，设计防 洪水位４２．５ｍ．洞身断面为矩形．宽３ｍ．高４ｍ。 １．１结构布置 平面钢闸门的结构型式采用潜孔式平面直升闸门，门高４．６４ｍ， 宽３．６０ｍ 闸前水头相对于闸门较高，布置４根主梁，主梁采用实腹 式。因闸ｔｑ￣ｌ，口尺寸小，门顶与门底的水压强差值相对较小，故主梁按 等间距布置。梁系采用复式布置和齐平连接，水平次梁支承在纵梁上， 并穿过纵梁腹板．纵梁在主梁处断开。并支承在主梁上。基于黄河的一 系列特点．门前泥沙淤积严重．设计采用滑块式行走支承。 １．２荷载计算 闸门所受荷载主要为水压力和淤沙压力．面板所受荷载首先传递 给水平及竖直次梁．进而通过竖向连接系传递给主梁，主梁荷载通过 ３结论 边梁上的支撑行走装置传递到埋件与土建结构。本次设计采用齐平连 通过上述分析与计算．可得如下结论： 接，水平、竖直次梁承受的水压力面积，按角平分线及其交点的连线所 第一．平面钢闸门梁系采用复式布置和齐平连接，结构形式简单， 包括的范围进行计算。 同时可更好地将闸门面板所承受的水压力与淤沙压力传递至土建部 根据流体力学相关公式计算闸门顶部与底部的水压力与淤沙压 分。 力日．荷载叠加后。门底处总压力为１８５．２３ｋＮ／ｍ２，门顶处总压力为 第二，考虑到黄河泥沙含量较大，泥沙对钢闸门冲蚀磨损作用明 １ １７．２２ ｋＮ／ｍ２ 显．钢闸门面板设计时。厚度可适当增加裕度。 第三，经计算，根据所设计的荷载传递路径，主梁、次梁、边梁等构 ２强度计算 受荷载最大．取其进行内力计算 作用在各梁上的荷载作用宽度可按 上下梁格宽度的均值进行计算．底主梁所受均布荷载为８５．１４ｋＮ／ｍ。主 梁长３．３９ｍ．侧止水间距距离为３．０５２ｍ。经计算．主梁最大弯矩为 ３００．２６ｋＮｍ．最大剪力２４１．０４ｋＮ．两端支座反力２４１．０４ｋＮ。综合以上计 算结果．初选主梁腹板为４４５ｘ２０ｍｍ钢板．翼缘板为２５０￣３０ｍｍ钢板。 确定主梁尺寸后，计算主梁最大弯应力为７５：２８Ｎ／ｍｍ２＜０． ［ 】，主梁端 部剪应力为２８．３Ｎ／ｍｍ２＜Ｏ．９ｆ７１＝８５．５Ｎ／ａｍ２ｒ，满足要求。主梁上翼缘直接 利用面板．按规范可不必验算其整体稳定性。梁高大于按刚度要求的 最小梁高，故能满足挠度要求。腹板局部稳定符合ｈｏ／ｔｗ＜８０（２３５／ｏ＇ｓ） ， 不需设置横向加劲肋 水平次梁：水平次梁是支承在纵梁上的两跨连续梁，截面型式选 用Ｈ型钢．跨度为１．６９５ｍ。由于作用在底次梁上的荷载最大，为 １０４．４３ｋＮ／ｍ．取底次梁进行计算。经计算，底次梁最大弯矩为 ３６．４３ｋＮｍ．最大剪力１０９．０７ｋＮ．两端支座反力６５．４４ｋＮ．中间支座反力 ２１８．１４ｋＮ 综合以上计算结果．次梁初选ＨＷ２００ｘ２００标准Ｈ型钢。经 验算水平次梁最大弯应力为４８．７１Ｎ／ｍｍＺ＜０．９［ １，各次梁挠度验算均小 于Ｌ／２５０。底梁选用２０ｍｍ厚，１６０ｍｍ宽钢板，经验算最大弯应力为 １０７．３Ｎ／ｍｍ２＜０．９『Ⅱ１，底梁挠度验算小于Ｌ／２５０，满足要求。 竖直次梁：竖直次梁主要承受水平次梁、底梁传来的集中荷载，由 于纵梁在主梁处截断。按简支梁计算。纵梁腹板选用４４５ｘ２０ｍｍ钢板， 上翼缘利用面板，下翼缘采用２２０ｘ３０ｍｍ钢板。经计算，竖直次梁最大 弯矩为６７．６２ｋＮｍ．最大剪力１０９．０７ｋＮ，两端支座反力１０９．０７ｋＮ。经计 算最大弯应力为１５．４７Ｎ／ｍｍ２＜０．９［ ］，最大剪应力Ｔ：９．２Ｎ／ｍｍ２＜０．９［ｒ】， 满足要求。 边梁：边梁采用单腹式．所受的水平荷载主要是主梁传来的支座 反力及水平次梁、底梁传来的水平荷载。经计算，边梁最大弯矩为 １６６．５ｋＮ．ｍ．最大剪力２８２．０３ｋＮ．两端支座反力分别为３９７．７７ｋＮ与 ６８０．６４ｋＮ．最大轴向力为滑块产生的摩擦力１１９．３３ｋＮ。边梁采用钢板 焊接制成．其中腹板为４４５ｘ２０ｍｍ翼缘为３５０ｘ３０ｍｍ。经计算，边梁最 大弯应力为４４．４５Ｎ／ｍｍ２＜０．９［ ］，最大剪力为５４．２３Ｎ／ａｒｍ２＜０．９ＩＴ】，最大 折算应力为６８．３９Ｎ／ｍｍ２＜０．９ ，满足要求。 件的结构强度均能满足要求，弯应力与剪应力均小于规范允许值。● ’＇ 面板：主梁、水平次梁与竖直次梁将闸门面板分隔为７对区格，分 别计算各区格中心的水压力，底区格水压力１８０．９７ｋＮ／ｍ ，顶区格水压 【参考文献】 力１２４ｋＮ／ｍ２。面板厚度利用《水利水电工程钢闸门设计规范》中的公式 ［１］任德林．水工建筑物［Ｍ＿．河海大学出版社，１９９０ 进行计算［３１．可知区格ｖＩ所需面板厚度最大为８＝１１．４２ｍｍ，考虑到黄 ［２］ＳＬ２６５—２０１６，水闸设计规范［ｓ】． 河泥沙含量较大．泥沙对钢闸门冲蚀磨损作用明显，此次钢闸门面板 ［３］ＳＬ７４—２０１３，水利水电工程钢闸门设计规范［ｓ】． 厚度应增加适当裕度．取用１４ｒａｍ 主梁：主梁采用实腹式组合梁．主梁位置按等间距布置，底主梁所 ［责任编辑：张涛］ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏ１。ｇＹ Ｖｉｓｉ。ｎ科技视界Ｉ ２９１ Ｉ
