第七章--平面钢闸门PPT课件.ppt
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1、第七章 平面钢闸门第一节 概 述一、闸门的作用 闸门是水工建筑物的重要组成部分之一,它可用来关闭、开启或局部开启水工建筑物的过水孔口,其主要作用是调节上下游水位和流量,获得防洪、供水、灌溉和发电等效益。二、闸门的类型 闸门的类型较多,一般可按闸门的工作性质、设置部位及结构形式等加以分类。11、按闸门的工作性质分 工作闸门、事故闸门、检修闸门和施工期导流闸门。工作闸门也称主要闸门,能在动水中启闭。(2)事故闸门多设于深孔工作闸门前,用于建筑物或设备出现事故时,能在动水中关闭而在静水中开启;兼作检修闸门时,也称事故检修闸门;需要在限定时间内紧急关闭的事故闸门,称为快速闸门。(3)检修闸门设于工作闸
2、门前。用于建筑物或工作闸门等检修时短期挡水,一般在静水中启闭。2、按闸门设置的部位分 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,并需设置三边止水。潜孔式闸门:设置在潜没式泄水孔口,当闸门关闭孔口挡水时,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。23、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)
3、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。3三、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
4、闸门。本章主要介绍直升式平面钢闸门。4四、闸门结构设计的基本要求 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、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。按空间体系设计法:可采用有限元法(FEM)分析,较合理。5平面钢闸门的工程实例6 人字形钢闸门的工程实例7弧形钢闸门的工程实例8柴河水库弧形钢闸门910清河水库弧形钢闸门111213141516都江堰飞沙堰钢闸门鱼嘴17宝瓶口18都江堰飞沙堰钢闸门19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
5、械三部分组成。(一)门叶结构的组成 门叶结构是用来封闭和开启孔口的活动挡水结构。由门叶承重结构、行走支承以及止水和吊具等组成。201.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21 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。22 横向联结
6、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)。232.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下顺利移动,并减小闸门移动时的
7、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。门叶结构总图243.止水:为了防止闸门漏水而固定在门叶周边的橡胶止水。4.吊具:用来连接闸门启闭机的牵引构件。门叶结构总图25(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。门叶结构总图26闸门挡水时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
8、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。27二、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.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多主梁式。建议当闸门的跨高比L/H1.5时,采用双主梁;而当闸门的跨高比L/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
9、。28 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。29 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30。(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宜尽量大些,并注意上主梁到门顶的距离C不宜太大,一般不超过0.45H,且不宜大
10、于3.6m。30 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,主梁的数目为n,第k(k=1,2,n)根主梁至水面的距离为yk,对于露顶门(图7-5a)有 (7-1)对于潜孔式闸门(图7-5b)有 (7-2)式中:;a水面至门顶止水的距离。31(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.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
11、传给两侧的边梁。2.普通式梁格(图b)由水平主梁、竖立次梁和边梁组成。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。32(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.齐平连接 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.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.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
12、大了闸门的总厚度,故在平面闸门中现已很少采用。33(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。34 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
13、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。35(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
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