1、第六章 平面钢闸门,第一节 概述,闸门是用来关闭、开启或局部开启水工建筑物中过水孔口的活动结构控制水位，调节流量作用。,闸门类型：,1、按工作性质：,工作闸门：调节孔口流量，在动水中启闭 事故闸门：上下游水道或设备发生事故时，能在动水中关闭，一般在静水中开启 检修闸门：检修设备时用以挡水的闸门，在静水中启闭 施工闸门：用来封闭施工导流孔口的闸门，在动水中关,第六章 平面钢闸门,第一节 概述,闸门类型：,2、闸门孔口位置 露顶闸门：门顶露出水面 潜孔闸门：门顶潜没于水面以下 3、结构形式：门叶的形状 平面闸门： 弧形闸门：弧形的挡水门叶 人字形闸门,第六章 平面钢闸门,第二节 平面钢闸门的组成和
2、结构布置,一、平面钢闸门的组成,三大部分组成：门叶结构（上下移动，承重结构）埋固构件启闭机械,第六章 平面钢闸门,第二节 平面钢闸门的组成和结构布置,（一）门叶结构,竖放着的板梁结构,第六章 平面钢闸门,第六章 平面钢闸门,第二节 平面钢闸门的组成和结构布置,组成： 1、面板：直接承受水压，并传给梁格 2、梁格：次梁（顶梁、底梁、水平次梁、竖直次梁），主梁，边梁形成骨架，承受由面板传来的水压（ 减小面板跨度，从而减小面板厚度）,第六章 平面钢闸门,第二节 平面钢闸门的组成和结构布置,3、横向联结系：位于闸门横向竖平面内（兼作竖直次梁）作用：增加横向刚度（并支承底梁、顶梁，水平次梁） 实腹隔板式
3、（横隔板） 桁架式,第六章 平面钢闸门,第二节 平面钢闸门的组成和结构布置,4、纵向联结系：位于闸门主梁下翼缘平面内,作用：增加纵向刚度、承受部分自重（40自重，另60由面板承担）及竖向荷载 一般采用桁架式： 弦杆为上下主梁的下翼缘，竖杆为横隔板的下翼缘，斜杆另 设，支承在边梁上,第六章 平面钢闸门,第二节 平面钢闸门的组成和结构布置,5、行走支承：保证闸门移动在边梁上设置滚轮（主轮、反轮、侧轮）或滑块侧轮、反轮：防止闸门左右倾斜被卡住或前后碰撞,6、吊耳：将闸门与吊索或吊杆相连的装置 7、止水（水封）：门叶结构和孔口周围缝隙之间设置，防止闸门漏水,第六章 平面钢闸门,第二节 平面钢闸门的组成
4、和结构布置,（二）埋固构件（埋设在门槽内）行走支承轨道、止水座、保护门槽的加固角钢等 荷载传递途径：,第六章 平面钢闸门,第二节 平面钢闸门的组成和结构布置,二、平面钢闸门的结构布置确定所需构件、构件数目、构件位置,（一）主梁的布置1、主梁的数目：由闸门尺寸确定跨度L闸门高度H, 采用多主梁（主梁数目多于两根）跨度L1.5H，采用双主梁,第六章 平面钢闸门,第二节 平面钢闸门的组成和结构布置,为什么跨度大，而主梁数目反而减少？,L增大，,比L增加更快，,为了满足强度,和刚度,要求,增大I、W（,）,增大梁高h效果最好,第六章 平面钢闸门,第二节 平面钢闸门的组成和结构布置,多个小主梁的材料集中
5、在少数梁上使用,例：,HL1.5H，经过计算比较后选用,第六章 平面钢闸门,第二节 平面钢闸门的组成和结构布置,2、主梁的位置,根据等荷载的原则布置（每个主梁承受相等水压力）,双主梁：对称于总水压力合力作用线布置,两主梁间距尽可能大，但要满足构造要求,第六章 平面钢闸门,第二节 平面钢闸门的组成和结构布置,多主梁：有几个主梁将水压分布图分成面积相等的几等份，每块等分面积的形心线处为主梁位置,主梁至水面的距离由公式（6-1）和（6-2）求得,第六章 平面钢闸门,第二节 平面钢闸门的组成和结构布置,3、构造要求（双主梁） （1）主梁间距b尽量大一些使闸门上悬臂不会过长，增加闸门空间刚度 （2）0.
6、45H保证门顶悬臂部分有足够刚度,（3）下主梁到门底的距离，应满足底缘布置要求,下游倾角,：避免门底水流冲击主梁腹板引起闸门振动,第六章 平面钢闸门,第二节 平面钢闸门的组成和结构布置,（二）梁格布置梁格支承面板，起着减小面板跨度，减小面板厚度的作用合理布置：使面板和梁格所用材料最省梁格布置有简式（纯主梁式）、普通式、复式梁格,第六章 平面钢闸门,第二节 平面钢闸门的组成和结构布置,梁格布置一般要求： 1、竖直次梁间距：12m 2、水平次梁间距：水压力变化上疏下密。40120cm 3、面板厚度为825mm,第六章 平面钢闸门,第二节 平面钢闸门的组成和结构布置,（三）梁格连接形式 齐平（等高连
7、接）： 水平次梁、竖直次梁、主梁上翼缘与面板齐平。梁格与面板形成刚强整体 水平次梁遇到竖直次梁，水平次梁需切断， 横隔板兼作竖直次梁时，可在横隔板上预留开孔，使水平次梁成为连续梁。 降低连接： 主梁、水平次梁与面板直接相连， 竖直次梁降低到水平次梁的下翼缘底，使水平次梁成为连续梁,第六章 平面钢闸门,第二节 平面钢闸门的组成和结构布置,第六章 平面钢闸门,第二节 平面钢闸门的组成和结构布置,（四）边梁的布置单腹式：构造简单，抗扭刚度差，主要用于滑道支承的闸门双腹式：抗扭刚度大，构造复杂，用钢量较大，主要用于滚轮支承的闸门,第六章 平面钢闸门,第三节 面板和次梁的设计,一、面板设计,先初选面板厚
8、度，验算面板强度,（一）面板厚度 视面板为四边固定板,计算时： 近似取面板区格中心处的水压强度作为面板区格的均布荷载,第六章 平面钢闸门,第三节 面板和次梁的设计,四边固定的面板在均布荷载作用下，最大弯矩在面板支承边长边中点处 长边中点A为面板应力控制点：,k：弯应力系数（与支承情况有关，查表得到）,：弹塑性调整系数,；,时，,时，,0.9：考虑面板参与主梁共同工作，保留一定的强度储备系数 a、b：区格短边、长边长，从面板与梁连接焊缝算起（梁的净距离）,第六章 平面钢闸门,第三节 面板和次梁的设计,注： 1.各区格面板厚度大致相等（若相差过大，调整区格竖向间距重选） 2.,3. 顶、底梁区格按
9、三边固定、一边简支计算,第六章 平面钢闸门,第三节 面板和次梁的设计,（二）面板参加主（次）梁整体弯曲时的强度验算,在水压力作用下，面板自身会局部弯曲， 同时参与梁共同工作，随梁整体弯曲， 处于双向应力状态，计算折算应力,1、当,，且长边方向沿主梁轴线方向， 只需验算A点上游面的折算应力,第六章 平面钢闸门,水压力作用时，在面板（四边固定）A点上游面受拉,，下游面受压；,参与梁整体弯曲时，梁上翼缘受压，板也受压,板上游面处于异号应力作用，易破坏。,第六章 平面钢闸门,第三节 面板和次梁的设计,、面板A点上游面局部弯应力：,垂直于梁轴线方向,沿梁轴线方向,、面板兼作梁翼缘整体弯应力,（拉）,（压
10、）,折算应力：,（6-4）,第六章 平面钢闸门,2、,或长边方向垂直主梁轴线方向， 还需验算B点下游面的折算应力,B点下游面虽是同号应力状态，但,较大，可能比A点上游面更早进入塑性状态,第六章 平面钢闸门,第三节 面板和次梁的设计,，由附录九表2，知,时，系数,与,比较接近，,相对较大,（1）,（2）长边方向垂直主梁轴线方向时：,B点沿梁轴线方向,用附录九表 2 中,计算，,较大,B点远离轴线,有较大衰减,第六章 平面钢闸门,第三节 面板和次梁的设计,（三）面板与梁格连接计算,面板受水压力自身弯曲时，焊缝约束梁格之间互相移近,垂直焊缝长度方向的单位长度上的侧拉力,2、面板兼作梁翼缘，梁弯曲时，
11、焊缝阻止板与翼缘发生相对滑移,沿焊缝长度方向的单位长度上的水平剪力,第六章 平面钢闸门,第三节 面板和次梁的设计,水工钢结构按容许应力法计算时， 角焊缝统一按角焊缝容许剪应力计算,且,第六章 平面钢闸门,第三节 面板和次梁的设计,二、次梁设计,（一）次梁的荷载计算简图,1、降低连接,面板水压力按面板跨度的中心线划分 传给水平次梁受到均布荷载,p ：次梁轴线处的水压强度 a上、a下：水平次梁轴线到上下相邻梁之间的距离,水平次梁支承在竖直次梁上， 为连续梁,第六章 平面钢闸门,第三节 面板和次梁的设计,水平次梁计算简图：,竖直次梁为支承在主梁上的简支梁，承受由水平次梁传来的集中荷载R，R为水平次梁
12、的支座反力 竖直次梁计算简图：（如图c）,第六章 平面钢闸门,第三节 面板和次梁的设计,2、齐平连接,水平次梁和竖直次梁同时支承着面板， 面板上的水压力由水平次梁和竖直次梁共同分担， 面板上的水压力按梁格夹角的平分线划分各梁所承担的水压力,第六章 平面钢闸门,第三节 面板和次梁的设计,水平次梁：承担的水压力作用面积为六边形，换算到水平次梁上的荷载分布图为梯形,p：六边形面积中心处的水压强度,水平次梁穿过横隔板的预留孔：按连续梁计算,第六章 平面钢闸门,第三节 面板和次梁的设计,水平次梁在竖直次梁处断开：按简支梁计算,竖直次梁: 承受水平次梁传来的集中荷载， 承受面板直接传来的水压力， 水压力作
13、用面积为一条对角线与梁轴垂直的正方形， 换算到竖直次梁上的荷载分布图为三角形,第六章 平面钢闸门,第三节 面板和次梁的设计,（二）截面设计,由,次梁型钢号,计算时，考虑面板兼作次梁翼缘，有效宽度B的取值 ： B 取以下两式算得的较小值,局部稳定要求 （面板兼作翼缘受压时不会丧失稳定）,第六章 平面钢闸门,第三节 面板和次梁的设计,2. 考虑面板宽度上应力分布不均，折算有效宽度,正弯矩段：,负弯矩段 ：,由,查表，,为梁弯矩零点间距离,第六章 平面钢闸门,第四节 主梁设计,一、主梁形式 由闸门的跨度和水头大小决定 轧制梁：跨度小水头低的闸门 组合梁：中等跨度610m 桁架：跨度12m,第六章 平
14、面钢闸门,第四节 主梁设计,二、主梁计算简图,主梁受竖直次梁传来的集中荷载，还承受面板直接传来的分布荷载 为简化计算，近似将主梁上的荷载换算为均布荷载。 主梁按等荷载原则布置， 把闸门在跨度方向的单位长度上的总水压力除以主梁根数n， 得到每根主梁的均布荷载,单位长度上的总水压力,N/m,梁上的均布荷载,第六章 平面钢闸门,第四节 主梁设计,计算简图：,荷载跨度,两侧止水之间的距离,计算跨度：闸门行走支承中心线之间的距离,：闸门孔口宽度,第六章 平面钢闸门,第四节 主梁设计,三、主梁设计,1、 面板兼作主梁上翼缘,0.9考虑主梁下翼缘兼作纵向联结系杆件承受闸门部分自重,2、,3、挠度满足刚度要求
15、,4、整体稳定（与面板可靠连接，可不验算）,5、局部稳定（设置加劲肋）,第六章 平面钢闸门,第五节 横向、纵向联结系,、横向联结系,传递内力，保证闸门刚度,桁架式：主梁截面高度和间距较大时采用，节约钢材 隔板式：支承在主梁上的双悬臂梁计算截面高度主梁截面高度,面板兼作上翼缘，,第六章 平面钢闸门,第五节 横向、纵向联结系,二、纵向联结系,承受闸门部分自重以及其它竖向荷载,（n为节间数）,G由附录11中估算公式计算,第六章 平面钢闸门,第六节 边梁设计,、荷载,水平荷载：梁格传来的水平水压力（为简化计算，均由主梁传给边梁）行走支承反力R1、R2 竖向荷载：闸门自重G/2行走支承和止水与埋固构件间
16、的摩阻力 启吊力 T门底过水下吸力Px等,处对应轴心拉力,第六章 平面钢闸门,第六节 边梁设计,截面尺寸按构造要求确定 截面高度主梁端部截面高度 腹板厚度主梁端部腹板厚度 翼缘宽度300mm 验算：,折算应力,第六章 平面钢闸门,第七节 行走支承,行走支承有滑道式和滚轮式两种,胶木滑道,将总宽为100150mm的三条胶木压入宽度稍小的夹槽中， 通过横向加紧力来提高承压面强度,第六章 平面钢闸门,第七节 行走支承,支承胶木滑道的钢轨,1、轨头的设计宽度b和轨顶圆弧半径R:,由滑块单位长度上的计算荷载q查表6-2,q=滑块受到的压力/滑块长度,胶木滑道与轨道弧面之间的最大接触应力：,胶木容许接触应
17、力,第六章 平面钢闸门,第七节 行走支承,2、钢轨底板宽度B 由混凝土容许承压强度确定,3、底板厚度：由弯曲强度确定 （按倒置的悬臂梁计算，沿轨道方向取单位长度板条验算）,第六章 平面钢闸门,第七节 行走支承,底板压应力,最大弯应力,4、钢轨高度,第六章 平面钢闸门,第七节 行走支承,胶木滑道夹槽强度验算,槽壁的侧压力,N/mm,:胶木弹性模量25003000 N/mm2,:胶木宽度公盈量与夹槽宽度的比值（1.31.7）,h：夹槽深度,第六章 平面钢闸门,第七节 行走支承,11断面：,抗剪验算,抗弯强度验算,22断面,第六章 平面钢闸门,第九节 止水、启闭力、吊耳,一、止水 作用：防止闸门与门
18、槽之间的缝隙漏水,露顶闸门：侧止水、底止水 潜孔闸门：侧止水、底止水、顶止水,止水的材料主要是橡皮 底止水为条形橡皮 侧止水和顶止水为P形橡皮 止水用螺栓固定在门叶上,第六章 平面钢闸门,第九节 止水、启闭力、吊耳,二、启闭力,动水中启闭的闸门（水压力作用下，摩阻力较大）,考虑闸门自重G,滚轮或滑道支承处的摩阻力Tzd,止水摩阻力Tzs,闭门时门底上托力Pt,启门时门底水流形成真空产生的下吸力 Px,门顶水柱压力Ws,第六章 平面钢闸门,第九节 止水、启闭力、吊耳,1、闭门力,1.2 : 摩阻力超载系数,闸门自重修正系数。闭门时0.91.0、启门是1.01.1,滑动支承：,（W 为闸门上总水压
19、力）,第六章 平面钢闸门,第九节 止水、启闭力、吊耳,止水摩阻力,为作用在止水上的总水压力,例题227页:,= 2侧止水宽度侧止水长度侧止水平均压强,平均压强单位长度总水压力/水头H,第六章 平面钢闸门,第九节 止水、启闭力、吊耳,，可依靠自重关闭,，需要加重闸门,或利用水柱压力,加重块,2、启门力,第六章 平面钢闸门,第九节 止水、启闭力、吊耳,三、吊耳,连接闸门与启闭机械的部件，一般设在边梁顶部 吊耳是用一块或两块钢板做成，设轴孔与吊轴相连,单吊点 双吊点：闸门高度/宽度1,例题228页：,第六章 平面钢闸门,第九节 止水、启闭力、吊耳,1、吊轴,每边启吊力,吊轴每边剪力,吊轴所需面积,：水工钢闸门机械零件容许应力，查书32页表1-9,第六章 平面钢闸门,第九节 止水、启闭力、吊耳,2、吊耳板（轴承板计算）,轴承板厚度由局部紧接承压条件决定：,验算孔壁拉应力,R为轴承板半径，取为3r，r为轴孔半径取为d/2,
