1、 水利水电工程钢闸门设计规范 Speeification for design of steel gate in hydraulie and hydroelectrie engineering DL/T5039-95 主编单位东北勘测设计研究院电力工业部部利水 批准部门中华人民共和国电力工业部 中华人民共和国电力工业部 关于发布水利水电工程钢闸门设计规范 电力行业标准的通知 电技1995 256号 各网省局水电水利规划设计研究总院水利水电工程总公司各水利水电勘测设计研究院各水电工程局各水电修造企业武警水电指挥部有关高等院校科研院所 水利水电工程钢闸门设计规范电力行业标准经审查通过批准为推荐性标
2、准现予发布其编号为DL/T5039 95该标准自1995年9月1日起实施 请将执行中的问题和意见告水电水利规划设计研究总院或电力工业部水电站金属结构及启闭机标准化技术委员会(挂靠在北京勘测设计研究院)并抄送部标准化领导小组办公室 该标准由中国电力出版社出版发行 一九九五年五月三日 1 总 则 1.0.1 为在水利水电工程钢闸门设计中贯彻执行国家的技术经济政策确保质量做到技术先进经济合理运行安全特制定本规范 1.0.2 本规范适用于水利水电工程钢闸门(含拦污栅)的设计 设计钢闸门时尚须符合现行的国家和水利水电行业标准有关规定 1.0.3 水利水电工程的钢闸门按其工作性质主要可分为 (1)工作闸门
3、系指承担主要工作并能在动水中启闭的闸门 (2)事故闸门系指当闸门的下游(或上游)发生事故时能在动水中关闭的闸门当需快速关闭时也称为快速闸门这种闸门宜在静水中开启 (3)检修闸门系指水工建筑物和机械设备等检修时用以挡水的闸门这种闸门宜在静水中启闭 1.0.4 设计闸门时应根据具体情况分别具备下列有关资料 (1)水利枢纽的任务和水工建筑物的布置 (2)闸门的孔口尺寸和运用条件 (3)水文泥沙水质漂浮物和气象方面的情况 (4)有关闸门的材料制造运输和安装等方面的条件 (5)地质地震和其他特殊要求等 1.0.5 闸门孔口尺寸和设计水头的选定应符合附录A的规定 1.0.6 本规范采用容许应力方法进行结构
4、验算凡未明确规定的计算方法只要能准确可靠简便地求得结构内力及应力可酌情选择 2 总 体 布 置 2.1 一 般 规 定 2.1.1 闸门应布置在水流较平顺的部位应尽量避免门前横向流和漩涡门后淹没出流和回流等对闸门运行的不利影响 闸门布置在进口时尚应避免闸孔和门槽顶部同时过水 2.1.2 闸门型式的选择应根据下列因素综合考虑确定 (1)水利枢纽对闸门运行的要求 (2)闸门在水工建筑物中的位置孔口尺寸上下游水位和操作水头 (3)泥沙和漂浮物的情况 (4)启闭机的型式启闭力和挂脱钩方式 (5)制造运输安装维修和材料供应等条件 (6)技术经济指标等 2.1.3 泄水和水闸系统中的多孔口工作闸门当需短时
5、间内全部开启或均匀泄水时宜选用固定式启闭机 泄水和水闸系统工作闸门的启闭机应设备用动力 2.1.4 两道闸门之间或闸门与拦污栅之间的最小净距应满足门槽混凝土强度与抗渗启闭机布置与运行闸门安装与维修和水力学条件等因素的要求一般不宜少于1.50m 2.1.5 检修闸门或事故闸门的设置数量应根据孔口数量工程和设备的重要性施工安装条件和工作闸门的使用状况维修条件等因素综合考虑 对泄水和水闸系统的检修闸门一般10孔以内者可设置1 2扇10孔以上者每增加10孔可增设1扇 对引水发电系统3 6台机组可设置尾水检修闸门2套进口检修闸门1套6台机组以上每增加4 6台可各增设1套 特殊情况经论证后可予增减 2.1
6、.6 露顶式闸门顶部应有0.3 0.5m的超高 2.1.7 闸门不得承受冰的静压力防止冰静压力的方法应根据气温及库水位变化等条件因地制宜地选用一般采用潜水泵压缩空气泡开凿冰沟或其他方法使闸门与冰层隔开当遇特殊情况可能承受部分冰静压力时应进行强度验算 需要在冰冻期间操作的闸门除其止水应尽量严密外尚应采取保温或加热等措施使闸门与门槽不致冻结 2.1.8 当潜孔式闸门门后不能充分通气时则应在紧靠闸门下游的孔口顶部设置通气孔其上端应与启闭机室分开并应有防护设施 通气孔面积的计算可参照附录B进行 2.1.9 闸门的平压设施宜采用设置于门上的充水阀也可采用节间充水或其他有效设施平压设施的尺寸应根据充水容积
7、下游漏水量和要求充满时间等来确定充水阀体应有足够重量其导向机构应灵活可靠充水管和阀体形状应尽量使充水时流态平稳节间充水要有导水装置并应使节间充水所需的启门力与整扇闸门的静水启门力大体相当 平压设施的操作应和闸门启闭联动并应在启闭机上设置小开度的行程开关 对机组尾水闸门的平压设施宜利用机组排水系统从下游充水 2.1.10 为便于制造运输和安装设计时应考虑 (1)制造安装的具体条件 (2)运输单元应具有必要的刚度外形尺寸和重量应满足运输的要求 (3)零部件构件的品种规格应合理地减少并应采用标准化定型化的零部件 (4)结构构件的连接宜采用焊接但应尽量减少现场焊接工作量为减少拼装变形闸门节间也可采用销
8、轴或螺栓连接 2.1.11 为便于闸门拦污栅和启闭机的运行维修设计时应考虑 (1)根据当地情况启闭机可设机罩机房或机室位于坝内或地下洞室内的机室应考虑通风防潮设施 (2)启闭机设置高程和机房尺寸应分别满足闸门和启闭机维修的要求 (3)露顶式闸门当不能提升到闸墩墩面时宜在适当高程处设置检修孔或检修台潜孔式弧形闸门宜在其胸墙和侧止水导板的适当高程处设置不小于800mm宽的检修台阶在支铰处也可设检修平台 (4)启闭机室闸门检修室和检修平台宜有足够的面积和高度启闭机与机房墙面净距不少于800mm各台启闭机之间净距不少于600mm闸门检修室或检修平台在闸门检修时四边净距均不少于800mm此外尚应设置栏杆
9、或盖板以满足运行维修及安全的要求 (5)为便于吊装在检修室和启闭机室内宜埋设必要的吊环和锚钩 (6)检修闸门备用拦污栅和其他附属设备宜设有存放场所有条件者可设门库门库底部应有排水设施 (7)启闭机室和闸门检修室的上下交通宜设置走梯 2.1.12 为减轻闸门及其附属设备的腐蚀延长其使用寿命应根据水质情况运行条件设置部位和闸门型式采取有效的防腐蚀措施(对钢材进行防腐预处理后涂漆或喷锌铝等)和定期保养维修 2.2 泄 水 系 统 2.2.1 在溢洪道工作闸门的上游侧宜设置检修闸门对于重要工程必要时也可设置事故闸门但当水库水位每年有足够的连续时间低于闸门底槛并能满足检修要求时可不设检修闸门 2.2.2
10、 在泄水孔工作闸门的上游侧应设置事故闸门对高水头长泄水孔的闸门尚应研究在事故闸门前设置检修闸门的必要性 2.2.3 泄水孔工作闸门可选用弧形闸门平面闸门或其他型式的门阀当选用弧形闸门时要注意采用合理的止水型式当选用平面闸门时还要注意采用合理的门槽型式门槽型式按照附录C选择当闸门孔口尺寸较大且操作水头大于50m时宜选用弧形闸门 2.2.4 泄水孔的工作闸门门后宜保持明流门前的压力段宜保持有一定的收缩率 当泄水隧洞有弯道时工作闸门宜布置在弯道下游水流平稳的直段上 2.2.5 排沙孔闸门宜设置在进口段且宜采用上游面板和上游止水门槽和水道边界应光滑平整并选用合适的抗磨材料加以防护根据排沙闸的具体条件必
11、要时可设高压水枪以便冲沙启门 2.2.6 施工导流孔闸门应考虑工程施工期和初期发电的各种运行情况截流下闸应安全可靠必要时应有后备措施并应尽量与永久性闸门共用 2.2.7 对于大型工程中重要的工作闸门在其运行过程中可能产生的空蚀振动磨损和启闭力等问题应作专门研究通常可从通气孔底缘型式门槽型式止水型式和操作方法等方面采取有效措施以尽量避免或减轻不利影响若水流条件复杂应专门进行模型试验研究 2.2.8 对于高水头弧形闸门根据具体运用条件宜选用设有转铰式或充库压式顶止水的圆柱铰弧形闸门对要求经常作变幅局部开启操作的闸门经论证可选用设有突扩门槽压紧式止水的偏心铰弧形闸门对突扩门槽的体形及水力学条件宜通过
12、试验确定 2.2.9 对于低水头弧形闸门应特别注意支臂的动力稳定性除应符合2.1.1条的规定及注意保养维护和按章操作外并宜从支臂的结构和构造上予以保证 2.3 水 闸排 灌 系 统 2.3.1 水闸排灌系统的闸门型式应根据工程特点因地制宜地灵活选用可采用平面闸门弧形闸门拱形闸门升卧式闸门以及其他型式的闸门或阀等 2.3.2 各类水闸工作闸门的上游侧宜设置检修闸门对特别重要的进洪闸或泄洪闸等可设置事故检修闸门当下游水位经常淹没底坎时应研究设置下游检修闸门的必要性检修闸门的型式可选用平面闸门迭梁浮式迭梁和浮箱闸门等 检修闸门的存放启吊和运输应力求方便检修闸门的止水宜采取必要的预压措施 2.3.3
13、闸门的选型和布置应根据闸门的受力条件控制运用要求和闸室结构布置等因素选定 (1)需用闸门控制泄水的水闸宜采用弧形闸门 (2)有排污排冰过木等要求的水闸宜采用下沉式闸门舌瓣闸门等 (3)当采用分离式底板时宜采用平面闸门如采用弧形闸门应考虑闸墩间可能的不均匀沉陷对闸门强度止水和启闭的影响 (4)为降低启闭机排架高度提高水闸的整体抗震性能可采用升卧式闸门或双扉平面闸门若选用升卧式闸门应注意选择合理的起弧高度弧轨半径及其中心角和锁定装置等并需考虑闸门的检修条件 (5)为简化消能设施提高泄流能力降低启闭力在泄水建筑物出口处可采用平置式或斜置式锥形阀但应注意喷射水雾对附近建筑物的影响和阀的检修条件 2.3
14、.4 在流量增长很快且泥沙淤积轻微或有专门要求的河流上可采用水力操作闸门但应注意闸门的水力学问题和闸门检修时的排水放空设施 2.3.5 挡潮工作闸门一般要求启闭迅速闸门的面板应布置于迎海水侧同时宜采用双向止水且要求止水严密以防止海水和泥沙倒灌 2.3.6 排灌闸工作闸门的主要特点是承受双向水压力在设计其支承止水及底缘型式时应能适应这一特点 2.3.7 在有较大涌潮或风浪的水利枢纽中当采用潜孔弧形闸门且上游水位有时低于门楣时应在进口胸墙段上设排气孔以减轻潮浪所产生的强压气囊对闸门的冲击力 2.3.8 泵站进口宜设拦污栅检修闸门出口应选择可靠的断流方式可选用拍门或平面快速闸门在出口尚宜设事故闸门或
15、检修闸门根据当地污物特点必要时进口亦可设两道拦污栅和清污机 2.4 引水发电系统 2.4.1 当机组或钢管要求闸门作事故保护时对坝后式电站其进水口应设置快速闸门和检修闸门对引水式电站除在压力管道进口处设快速闸门外宜在长引水道进口处设置事故闸门 河床式水电站当机组有可靠防飞逸装置其进水口只需设置事故闸门和检修闸门 小型电站可适当简化 2.4.2 对设于调压井中的事故闸门应考虑涌浪对闸门的停放和下降的影响必要时应进行专门研究 2.4.3 快速闸门的关闭时间应满足对机组和钢管的保护要求其下降速度在接近底槛时不宜大于5m/min 快速闸门启闭机应能就地操作和远方操作并应配有可靠电源和准确的开度指示控制
16、器 2.4.4 电站进水口应设有可靠的测水位差设施以便监视拦污栅前后的水位差以及事故闸门检修闸门在开启前的平压情况 2.4.5 拦污设施的布置型式应根据河流中污物的性质数量以及对清污的要求等来确定 在污物较少的地区可设置一道拦污栅 在污物较多的地区宜考虑排污设施并宜考虑设两道拦污栅或采用连通式布置此外尚应设置有效的清污设施及卸污设施 所有的拦污栅均宜设置可靠的清污平台 在寒冷地区必要时应采取有效措施以防止栅条结冰或冰屑堵塞 2.4.6 对抽水蓄能电站上池进水口宜设拦污栅检修闸门(或事故闸门)对机组下游尾水系统当属长尾水洞时除在尾水洞出口处设检修闸门与拦污栅外尚宜在尾水肘形管段与尾水调压井之间设
17、一道事故闸门(或检修闸门)当属短尾水洞时可在尾水洞出口处设检修闸门(或事故闸门)与拦污栅对于拦污栅设计应考虑双向水流作用下的水动力影响 2.4.7 对贯流式机组电站进水口宜设拦污栅检修闸门(或事故闸门)尾水出口宜设事故闸门(或检修闸门)拦污栅设计应采取减少水头损失的措施同时尚应考虑水动力影响必要时可设清污机 3 荷 载 3.0.1 作用在闸门上的荷载按设计条件和校核条件划分为两类即设计荷载和校核荷载 3.0.2 设计荷载包括以下各项 (1)闸门自重(包括加重) (2)在设计水头下的静水压力 (3)在设计水头下的动水压力 (4)在设计水头下的波浪压力 (5)在设计水头下的地震动水压力 (6)在设
18、计水头下的水锤压力 (7)泥沙压力 (8)风压力 (9)启闭力 3.0.3 校核荷载包括以下各项 (1)闸门自重(包括加重) (2)在校核水头下的静水压力 (3)在校核水头下的动水压力 (4)在校核水头下的波浪压力 (5)在校核水头下的地震动水压力 (6)在校核水头下的水锤压力 (7)泥沙压力 (8)风压力 (9)冰漂浮物和推移物的撞击力 (10)温度荷载 (11)启闭力 3.0.4 对闸门有特殊要求时(如水下爆破等)应专门研究作用在闸门上的荷载 3.0.5 高水头下经常动水操作的工作闸门或经常局部开启的工作闸门设计时应考虑闸门各部件承受不同程度的动力荷载可按闸门不同型式及其水流条件将作用在闸
19、门不同部件上的静荷载分别乘以不同的动力系数来考虑动力系数取值范围1.0 1.2 大型工程中水流条件复杂的重要工作闸门其动力系数应作专门研究 当进行闸门刚度验算时不考虑动力系数 3.0.6 作用在闸门上的荷载可按照附录D和8.1节有关公式进行计算 4 材料及容许应力 4.1 材 料 4.1.1 闸门承重结构的钢材应根据闸门的性质操作条件连接方式工作温度等不同情况选择其钢号和材质可采用平炉或氧气转炉Q235 16Mn 16Mnq其质量标准应分别符合现行标准GB700碳素结构钢GB1591低合金结构钢GB714桥梁建筑用热轧碳素钢的规定要求并根据不同情况按表4.1.1选用 4.1.2 闸门承重结构的
20、钢材应保证其抗拉强度屈服点伸长率和硫磷的含量合乎要求对焊接结构尚应保证碳的含量合乎要求 主要受力结构和弯曲成形部分钢材应具有冷弯试验的合格保证 承受动载的焊接结构钢材应具有相应计算温度冲击试验的合格保证对Q235各钢号的相应计算温度见表4.1.1 对于承受动载的非焊接结构必要时其钢材也应具有冲击试验的合格保证 4.1.3 闸门支承结构(包括主轨)的铸钢件可采用 (1)现行GB11352一般工程用铸造碳钢件中规定的ZG230 450 ZG270 500 ZG310570 ZG340 640铸钢 (2)现行JB/ZQ4297合金铸钢中规定的ZG35CrMo ZG50Mn2 ZG34CrNi3Mo等
21、合金铸钢 表4.1.1 闸门及埋件采用的钢号 项 次使 用 条 件计算温度钢 号1大型工程的工作闸门大型工程的重要事故闸门局部开启的工作闸门 20 0 -20Q235A Q235B Q235C Q235D16Mn16Mnq2等于或低于 -20Q235A Q235B Q235C Q235D 16Mn 16Mnq3中小型工程不作局部开启的工作闸门其他事故闸门高于-20Q235AF 16Mn4闸 门 部 分各类检修闸门拦污栅高于-30Q235AF 16Mn5主要受力埋件Q235AF6埋件部分 按构造要求选择的埋件 Q195注当有可靠根据时可采用其他钢号对无证明书的钢材经试验证明其化学成分和机械性能符
22、合相应标准所列钢号的要求时可酌情使用 低温地区的焊接结构采用沸腾钢时板厚不宜过大 非焊接结构的钢号可参照表4.1.1选用 计算温度应按现行采暖通风和空气调节设计规范中规定的冬季空气调节室外计算温度确定 本规范中所谓大型工程指一二等工程中型工程指三等工程小型工程指四五等工程 4.1.4 闸门所采用的铸铁件应符合现行GB9439灰铸铁件中规定的各项要求 注闸门加重使用的铸铁件其牌号不限但应保证其密度 4.1.5 闸门的吊杆轴连接轴主轮轴支铰轴和其他轴可采用 (1)现行GB699优质碳素结构钢中规定的35号45号钢 (2)现行GB700中规定的Q275钢 (3)现行GB3077合金结构钢中规定的35
23、Mn2 40Cr 34CrNi3Mo等合金钢 4.1.6 闸门支承滑道和止水座板所使用的不锈材料宜采用现行GB4237不锈钢热轧钢板中规定的1Cr18Ni9或1Cr18Ni9Ti不锈钢 4.1.7 闸门止水材料可根据运行条件采用橡皮止水或橡塑复合止水其性能指标参见附录E 4.1.8 闸门支承所用的压合胶木填充聚四氟乙烯板材钢基铜塑复合材料其性能参见附录F 闸门支承和零件所用的青铜其性能应符合现行GB1176铸造铜合金技术条件中规定的各项要求 4.1.9 埋设件二期混凝土的标号可采用C20 C30号同时应根据运行条件和地区温度提出抗渗和抗冻标号要求 4.1.10 手工焊接用焊条应符合现行GB51
24、17碳钢焊条GB5118低合金钢焊条GB983不锈钢焊条中规定的要求选择的焊条型号应与主体金属强度相适应 4.1.11 自动焊和半自动焊应采用与主体金属强度相适应的焊丝和焊剂焊丝应符合现行GB1300焊接用钢丝GB5293碳素钢埋弧焊用焊剂中规定的要求 4.1.12 锚筋或锚板的材料可采用现行GB700中规定的Q235 4.1.13 高强度螺栓连接副应符合现行GB1228钢结构用高强度大六角头螺栓GB1229钢结构用高强度大六角螺母GB1230钢结构用高强度垫圈GB1231钢结构用高强度大六角头螺栓大六角螺母垫圈技术条件GB3632钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副型式尺寸GB3633钢结构用扭剪
25、型高强度螺栓连接副技术条件中规定的要求 4.2 容 许 应 力 4.2.1 钢材的容许应力应根据表4.2.1-1的尺寸分组按表4.2.1-2采用连接材料的容许应力按表4.2.1-3表4.2.1-4采用 对下列情况表4.2.1-2至表4.2.1-4的数值应乘以调整系数 (1)大中型工程的工作闸门及重要的事故闸门0.90 0.95 (2)在较高水头下经常局部开启的大型闸门0.85 0.90 (3)规模巨大且在高水头下操作而工作条件又特别复杂的工作闸门0.80 0.85 注1.上述调整系数不连乘 2.特殊情况另行考虑 表4.2.1-1 钢材的尺寸分组 钢 材 尺 寸 (mm)Q215 Q23516M
26、n 16Mnq组 别钢材厚度(直径)型钢和异型钢的厚度钢材厚度(直径)第1组161516第2组16 4015 2016 25第3组40 602025 36第4组60 10036 50第5组100 15050 100方圆钢第6组150注 型钢包括角钢工字钢和槽钢 工字钢和槽钢的厚度系指腹板厚度 4.2.2 机械零件的容许应力按表4.2.2采用(机械零件系指吊耳连接支承部分的零部件和铸锻造主轨等) 4.2.3 灰铁铸件的容许应力按表4.2.3采用 4.2.4 轴套的承压容许应力按表4.2.4采用 4.2.5 埋设件一二期混凝土的承压容许应力按表4.2.5采用 4.2.6 木材的横纹承压容许应力按表
27、4.2.6采用 4.2.7 钢材和钢铸件的物理性能按表4.2.7采用 4.2.8 表4.2.1-2表4.2.1-3表4.2.1-4表4.2.2的容许应力值在校核条件下提高15%在特殊情况下除局部应力外不超过0.85s表4.2.1-2 钢材的容许应力 MPa 碳 素 结 构 钢低合金结Q215Q23516Mn 1应 力 种 类符 号第 1 组第 2 组第 3 组第 4 组第 5 组第 6 组第 1 组第 2 组第 3 组第 4 组第 5 组第 6 组第 1 组第 2 组第 3 组抗拉抗压和抗弯145135125120115110160150145135130125230220205抗 剪9080
28、70656055959085807570135130120局 部 承 压cd 220200190180170160240230220210200190350330310局部紧接承压cj 1101009590858012011511010510095175165155注局部承压应力不乘调整系数 局部承压是指构件腹板的小部分表面受局部荷载的挤压或端面承压(磨平顶紧)等情况 局部紧接承压是指可动性小的铰在接触面的投影平面上的压应力 表4.2.1-3 焊 缝 的 容 许 应 力 MPa 自动焊半自动焊和用E43型焊条的手工焊当钢号为自动焊半自E50型焊条的手号为Q215Q23516Mn 16焊缝 分类
29、应 力 种 类符号第1组第2组第3组第1组第2组第3组第1组第2组第抗 压hc 1451301251601501452302201.当用自动焊时h1 145130125160150145230220(1)精确方法h1 145130125160150145230220抗 拉2.当用半自动焊或手工焊时焊缝质量的检查方法(2)普通方法h1 125110105135120115200190对 接 焊 缝抗 剪h857570959085135130贴角 焊缝抗拉抗压和抗剪ht 1059590115105100160150注检查焊缝质量的普通方法系指外观检查测量尺寸钻孔检查等方法精确方法是在普通方法的基础
30、上用X射线超声波等方法进行补充检查 仰焊焊缝的容许应力按上表降低20% 安装焊缝的容许应力按上表降低10% 表4.2.1-4 普通螺栓连接的容许应力 MPa 螺应力种符号螺栓的钢号结 构 的 钢 号Q215Q23516Mn 16栓种类类Q23516Mn第1组第2组第3组第1组第2组第3组第1组第2组第抗 拉11 125185抗剪(类孔)1130190精制螺栓承压(类孔)1c 265240290275420395抗 拉11 125185抗 剪185125粗制螺栓承 压1c 175160190185280265锚栓抗 压d1 105150注孔壁质量属于下列情况者为类孔 (a)在装配好的构件上按设计
31、孔径钻成的孔 (b)在单个零件和构件上按设计孔径分别用钻模钻成的孔 (c)在单个零件上先钻成或冲成较小的孔径然后在装配好的构件上扩钻至设计孔径的孔 当螺栓直径大于40mm时螺栓容许应力应予降低对于Q235降低4%对于16Mn降低6% 表4.2.2 机械零件的容许应力 MPa 碳素结构钢低合 金钢优质碳素 结构钢铸造碳钢合金应力种类符号Q235Q27516Mn3545ZG230-450ZG270-500ZG310-570ZG340-640ZG50Mn抗拉抗 压和抗弯100120140130145115120140150190抗 剪65759085958590105115150局部承压cd 150
32、180210195220170180200220280局部紧 接承压cj 80951101051209095110120155孔壁抗拉k 120145180150170130140155170220注括号内为调质处理后的数值 孔壁抗拉容许应力系指固定结合的情况若系活动结合则应按表值降低20% 表列合金结构钢的容许应力适用于截面尺寸为25mm如由于厚度影响屈服点有减少时各类容许应力可按屈服点减少比例予以减少 表4.2.3 灰铸铁的容许应力 MPa 灰 铸 铁 牌 号应 力 种 类符 号HT15-33HT20-40HT25-47轴心抗压和弯曲抗压a 120150200 弯曲抗拉w 354560抗
33、剪253545局部承压cd 170210260局部紧接承压cj 607590表4.2.4 轴套的容许应力 MPa 轴和轴套的材料符 号径向承压钢对10-1铸锡磷青铜40钢对9-4铸铝铁青铜50钢对钢基铜塑复合材料cg 40表4.2.5 混凝土的容许应力 MPa 混 凝 土 标 号应力种类符 号C15C20C25C30承 压h 57911表4.2.6 木材的容许应力 MPa 针 叶 材阔 叶 材应力种类符 号东北落叶松红 松木(栎木)桦 木横纹承压ah 1.71.332.2表4.2.7 钢材和铸钢件的物理性能 材料名称弹性模量E (MPa)剪切模量G (MPa)线胀系数 (K-1)质量密度 (k
34、g/m3)钢材铸钢件2.061050.791051.210-578505 结 构 设 计 5.1 结 构 布 置 5.1.1 闸门的梁系宜采用同一层的布置方式并应考虑制造运输安装和防锈等方面的要求 5.1.2 平面闸门可按孔口型式及宽高比布置成双主梁或多主梁型式 主梁布置应考虑下列因素 (1)主梁宜按等荷载要求布置 (2)主梁间距应适应制造运输和安装的条件 (3)主梁间距应满足行走支承布置的要求 (4)底主梁到底止水的距离应符合底缘布置的要求工作闸门和事故闸门下游倾角应不小于30当闸门支承在非水平底槛上时其夹角可适当增减当不能满足30的要求时应采取适当补气措施对于部分利用水柱的平面闸门其上游倾
35、角不应小于45宜采用60见图5.1.2 图5.1.2 5.1.3 露顶式的双主梁平面闸门主梁宜布置在静水压力合力线上下等距离的位置上如图5.1.3所示同时应注意 (1)两主梁间的距离a值要尽量大些 (2)上主梁到闸门顶缘的距离a0小于0.45H且不宜大于3.6m 图5.1.3 5.1.4 主梁可按跨度和荷载采用实腹式或桁架式梁 实腹式主梁高度的初选应满足最小梁高的要求并参考经济梁高综合分析而定 为缩减门槽的尺寸和节约钢材大跨度闸门可采用变截面的主梁其端部梁高为跨中的0.4 0.6倍梁高改变的位置宜距离支座(1/4 1/6)跨度处同时应满足强度的要求 5.1.5 平面闸门的边梁应采用实腹梁型式对
36、滑动支承宜采用单腹板式边梁对简支轮支承宜采用双腹板式边梁 5.1.6 为使闸门具有一定的刚度应设置门背联接系(平行于面板)及竖向联接系(垂直于面板) 门背联接系宜采用桁架式结构或框架式结构竖向联接系宜采用实腹式结构也可采用桁架式结构 5.1.7 弧形闸门面板曲率半径与闸门高度的比值可取为 露顶式 1.0 1.5 潜孔式 1.1 2.2 弧形闸门支铰宜布置在过流时支铰不受水流及漂浮物冲击的高程上 溢流坝上的露顶式弧形闸门支铰位置可布置在闸门底槛以上(1/2 3/4)H处(H为门高) 水闸的露顶式弧形闸门支铰位置可布置在闸门底槛以上(2/3 1)H处 深孔式弧形闸门支铰位置可布置在闸门底槛以上大于
37、1.1H处 5.1.8 弧形闸门主梁的布置可根据孔口宽高比布置成主横梁或主纵梁式结构 对宽高比较大的弧形闸门宜采用主横梁式结构对宽高比较小的弧形闸门可采用主纵梁式结构 5.1.9 主横梁式弧形闸门的主框架型式有图5.1.9(a) (b) (c)所示三种型式 当支承条件许可时宜采用(a)型当支承在侧墙上时应采用(b)型L1宜取0.2L左右 当孔口净空不适应采用(a)型或(b)型时可采用(c)型 主纵梁式弧形闸门的主框架型式可采用图5.1.9(d)型 图5.1.9 5.1.10 弧形闸门实腹式的主横梁与支臂的单位刚度比K0值可选用3 11(斜支臂3 7直支臂5 11) K0值按下式计算 KIhIl
38、lh000=(5.1.10) 式中 I10l0主横梁的截面惯性矩及计算跨度 Ihh支臂的截面惯性矩及长度 5.1.11 斜支臂弧形闸门当支臂与主横梁水平连接时在支铰处两支臂夹角平分线的垂直剖面上形成扭角2 (图5.1.11)角可用下式计算 =tg122tg sincos sin(5.1.11) 式中 斜支臂水平偏斜角度 上下两支臂夹角的一半 图5.1.11 图5.1.12 5.1.12 弧形闸门的支臂与主横梁应保证刚性连接斜支臂与主横梁如采用螺栓连接宜设抗剪板抗剪板与连接板两端面应保证接触良好(图5.1.12) 5.1.13 低水头弧形闸门的支臂可根据具体工作条件从结构上采取下列措施 (1)应
39、充分注意主框架平面外的刚度并从构造上予以保证 (2)适当考虑支铰摩阻力对支臂所引起的附加弯矩 (3)对于露顶式弧形闸门上支臂宜适当加强 5.1.14 为便于操作迭梁闸门应考虑迭梁间的互换性并力求减少漏水量 选用浮式迭梁或浮箱闸门时应使结构布置对称保证闸门操作平稳浮式迭梁的单根浮力要选择适当以保证按要求沉浮 5.1.15 拱形闸门拱的圆心角宜采用90闸门的水平剖面及竖直剖面应设置联接系以保证闸门有足够的刚度 5.2 结 构 计 算 5.2.1 闸门的结构计算应按1.0.6规定的计算原则及3.0.2 3.0.5规定的荷载并按照实际可能发生的最不利的荷载组合情况对闸门的设计条件和校核条件进行强度刚度
40、和稳定性验算 5.2.2 强度验算对于闸门承重构件和连接件应验算正应力和剪应力在同时受较大正应力和剪应力作用处尚应验算折算应力 计算的最大应力值不得超过容许应力的5% 弧形闸门的纵向梁系和面板可忽略其曲率影响近似按直梁和平板进行验算 5.2.3 刚度验算受弯构件应验算其挠度最大挠度与计算跨度之比不应超过下列数值 (1)潜孔式工作闸门和事故闸门的主梁 1/750 (2)露顶式工作闸门和事故闸门的主梁 1/600 (3)检修闸门和拦污栅的主梁 1/500 (4)次梁 1/250 5.2.4 稳定验算受弯受压和偏心受压构件应验算整体稳定性和局部稳定性 5.2.5 闸门构件的长细比不应超过下列数值 (
41、1)受压构件的容许长细比 主要构件 120 次要构件 150 联系构件 200 (2)受拉构件的容许长细比 主要构件 200 次要构件 250 联系构件 350 5.2.6 面板及其参与梁系有效宽度的计算 (1)为充分利用面板的强度梁格布置时宜使面板的长短边比(b/a)大于1.5并将长边布置在沿主梁轴线方向 (2)面板的局部弯曲应力可视支承边界情况按四边固定(或三边固定一边简支或两相邻边固定另两相邻边简支)的弹性薄板承受均布荷载(对于露顶式闸门的顶区格按三角形荷载)计算 初选面板厚度按下式计算 = aKqymm(5.2.6-1) 式中 Ky弹塑性薄板支承长边中点弯应力系数按附录G表G1 G3采
42、用 弹塑性调整系数b/a 3时=1.4 b/a 3时=1.5 q面板计算区格中心的水压力强度MPa a b面板计算区格的短边和长边长度(mm)从面板与主(次)梁的连接焊缝算起 钢材的抗弯容许应力按表4.2.1-2采用 (3)当面板与主(次)梁相连接时应考虑面板参与主(次)梁翼缘工作其有效宽度可按附录G计算 (4)验算面板强度时应考虑面板的局部弯应力与面板兼作主(次)梁翼缘的整体弯应力相叠加叠加后的折算应力zh可按附录G公式(G1)或(G2)计算zh应满足下式要求 zh1.1 (5.2.6-2) 计算所得厚度尚应根据工作环境防腐条件等因素增加1 2mm腐蚀裕度 5.2.7 弧形闸门支臂的计算长度
43、当验算支臂在框架平面内的稳定时其计算长度按下式计算 hh0= (5.2.7) 式中 h 0支臂的计算长度 h支臂的长度(由框架的形心线算起) 支臂的计算长度系数对主横梁式的矩形框架或梯形框架的支臂可取1.21.5对主纵梁式多层三角形框架的支臂可取1.0 5.2.8 闸门承重构件的钢板厚度或型钢截面不得小于 (1)6mm的钢板 (2) 50mm 6mm的等边角钢 (3) 63mm 40mm 6mm的不等边角钢 (4) 12.6的工字钢 (5) 8的槽钢 小型工程的闸门可不受此限 5.3 拦 污 栅 5.3.1 拦污栅的设计荷载应根据河流污物性质数量及清污措施决定引水发电系统的拦污栅宜按水位差2
44、4m设计特殊情况具体分析确定 5.3.2 在满足保护机组的前提下栅条的净距应适当加大以便于清污和减小水头损失 5.3.3 拦污栅宜作成活动式以便提出孔口维修更换 5.3.4 栅条截面高度不宜大于12倍厚度也不宜小于50mm栅条的侧向支承间距不宜大于70倍栅条厚度 5.3.5 栅条应进行强度及稳定性验算其稳定安全系数K不应小于2栅条临界荷载计算参见附录H 5.3.6 拦污栅的承重结构应根据布置及构造情况进行内力分析并按5.2进行各项验算 6 零部件设计 6.1 一 般 规 定 6.1.1 铸件设计应注意铸件的工艺性并符合铸件结构要素的要求 锻件和加工件的设计应符合有关规范以及结构要素的要求 6.
45、1.2 主轮支铰和吊耳的轴其表面宜镀铬也可根据具体工作条件采用其他镀层等防腐蚀措施 处于水下工作的其他轴螺栓和螺母等或需经常拆卸的连接件宜做防腐蚀处理腐蚀情况严重的重要连接件也可采用不锈钢材料 注小型闸门可根据具体条件采取相应的防腐蚀措施 6.1.3 滚轮支铰的轴和轴套间应有良好的润滑 固定轴上或其他活动部位应设油孔油槽油塞等油槽可设在非承压区侧 滚动轴承或在多泥沙水中工作的滑动轴承除应保持润滑外尚宜设密封装置并应设排油孔润滑设施应便于加油 6.2 行 走 支 承 6.2.1 平面闸门行走支承的型式应根据工作条件荷载和跨度选定工作闸门和事故闸门宜采用滚轮或滑道支承检修闸门和启闭力不大的工作闸门
46、可采用钢或铸铁等材料制造的滑块支承 6.2.2 常用的滚轮支承有悬臂轮简支轮多滚轮和台车等类型一般多采用简支轮当荷载不大时可采用悬臂轮当支承跨度较大时可采用台车或其他型式支承以保证轮子与轨道的接触良好当荷载较大时也可采用多滚轮 滚轮硬度应略低于轨道硬度 当轮压较大时应对滚轮轨道的材料及其硬度和制造工艺进行专门研究 6.2.3 闸门上布置多滚轮时为调整滚轮踏面在同一平面上宜采用偏心轴 6.2.4 作用在滚轮上的最大设计荷载应按计算最大轮压考虑一定的不均匀系数对于简支轮和设有偏心轴的多滚轮不均匀系数可取1.1其他特殊情况另行研究 6.2.5 采用钢铸铁或尼龙等滑块时应根据其构造形状和接触特性验算接
47、触应力和连接螺栓的强度 6.2.6 工作闸门和事故闸门的滑道支承宜根据工作条件和地区特点选用压合胶木填充聚四氟乙烯板材填充尼龙和钢基铜塑复合板或其他高比压低摩阻材料 6.2.7 压合胶木和钢基铜塑复合材料滑道单位压强宜选用1.5 3.5kN/mm如超过3.5kN/mm时应对材料制造等作专门研究 填充聚四氟乙烯板材滑道的单位压强宜选用1 2kN/mm 6.2.8 压合胶木和填充聚四氟乙烯板材以公盈尺寸压入夹槽时在夹槽两侧产生的压力应进行计算并按此压力验算夹槽各部位的强度(参见附录I) 6.2.9 弧形闸门的支铰型式应根据闸门的荷载跨度和支臂型式选定宜采用圆柱铰也可选用锥形铰双圆柱铰或球铰 6.2
48、.10 滚轮支铰的滑动轴套根据工作条件宜选用钢基铜塑复合板轴套青铜轴套或其他高比压低摩阻材料的轴套 滚轮也可选用滚动轴承 6.2.11 各类行走支承的计算可根据其结构特点进行主滚轮接触应力的验算按附录J进行 侧反向支承可根据闸门的尺寸水压力吊点及门槽型式以及采用滚轮或滑块等情况按标准系列选用 6.3 吊耳吊杆锁定 6.3.1 闸门采用单吊点或双吊点应根据孔口大小宽高比启闭力闸门及启闭机布置型式等因素综合考虑确定当宽高比大于1.0时宜采用双吊点 6.3.2 直升式平面闸门的吊耳应设置在闸门隔板或边梁的顶部并应布置在闸门重心线上电站尾水检修闸门的吊耳可稍偏向止水侧以提高止水效果 露顶式弧形闸门的吊
49、耳宜布置在闸门下主梁与支臂交点的面板前面也可布置在面板后面下主梁两端 潜孔式弧形闸门的吊耳宜布置在门顶 6.3.3 作用在吊耳吊杆连接轴连接板和连接螺栓上的荷载应按所选启闭机的启闭力(对操作多种类型闸门的移动式启闭机应取各门相应的计算启闭力)乘以1.1 1.2的超载系数计算以考虑闸门启闭时的超载或不均匀影响潜孔闸门上的吊耳因工作条件复杂除考虑上述系数外尚应予以适当增强 6.3.4 闸门的启闭操作仅在下列情况采用吊杆 (1)用自动挂脱梁有困难时 (2)为避免启闭机滑轮组长期浸在水中 (3)当采用螺杆或液压启闭机扬程不够时 (4)经综合比较造价低材料耗量少 6.3.5 吊杆的分段长度应按孔口高度启闭机的扬程和对吊杆装拆换向等要求确定 6.3.6 吊耳的宽度厚度与孔径的关系尺寸及吊杆吊耳的计算参照附录K进行 6.3.7 为保证吊杆轴孔和轴的接触紧密又便于装卸连接轴宜将轴孔做成梨形孔(小圆应尽量接近180见图6.3.7)对荷载不
