齐齐哈尔市橡胶坝工程平面钢闸门设计
2012-11-15陈岩光
赫 军，陈岩光，岳 敏
(齐齐哈尔市水利勘测设计研究院，黑龙江齐齐哈尔161006)
1 设计资料
嫩江齐齐哈尔市橡胶坝泄水闸闸门选用露顶式平面钢闸门，为大型闸门，闸门孔数2孔，孔口净宽15.00 m。最不利运行方式为上游水位与坝顶齐平，闸门关闭，此时闸门上游水位145.40 m时，挡水水深5.90 m，下游无水。闸门底高程139.50 m，考虑风浪所产生的水位超高0.3 m，闸门高度为6.30 m，闸门的荷载跨度为两侧止水的间距L1为15.00 m，闸门计算跨度L=为15.40 m。
2 结构布置形式
本闸门属于大型闸门，为便于制造、安装和维护，决定采用实腹式组合梁。根据闸门的高跨比，决定采用双主梁。两个主梁的位置大致对称于水压力合力的作用线，取下悬臂a为0.9 m，主梁间距为2.60 m，上悬臂c为2.8 m。梁格采用复式布置和等高连接，水平次梁为连续梁，穿过横隔板上的预留孔并被横隔板所支承。根据主梁的跨度，布置6道横隔板，其间距为2.10 m，横隔板兼作竖直次梁。在两个主梁下翼缘的竖平面内，采用斜杆式桁架。边梁腹板采用双腹式，行走支承采用滚轮，在上主梁和下主梁腹板轴线以上45 cm处设有主轮。梁格布置的具体尺寸见图1。
图1 梁格布置尺寸图
3 设计计算
由于泄水闸长期局部开启并在水头较高情况下动水操作，取动力系数1.2。考虑到风浪压力、泥砂压力等不利条件的影响，闸门上游水位按6.10 m进行设计计算。
3.1 面板设计
面板厚度的计算公式为:
选用面板厚度t=10 mm。直接与主梁相临的面板区格，只有区格Ⅷ所需要的板厚较大，那么该区格的长边中点应力也较大，所以取区格Ⅷ校核其长边中点的折算应力。
面板的边长比b/a＞1.5，长边布置在沿主梁轴线方向，则面板的折算应力:
故面板厚度选用10 mm满足强度要求。
3.2 水平次梁设计
水平次梁是支承在横隔板上的连续梁，作用在它们上面的水压力计算公式为:
水平次梁计算荷载取29.58 kN/m，水平次梁为7跨连续梁，跨度为2.1 m。
采用《均布荷载的等跨连续梁中的内力系数》中7跨梁内力系数，水平次梁弯曲时的边跨中弯矩为:
受均布荷载的等跨连续梁，最大挠度发生在边跨，水平次梁的挠度计算公式为:
故选用18a满足刚度要求，考虑到随机产生附加应力的作用和安全储备的需要，水平次梁选用20a。
3.3 主梁设计
闸门顶距主梁轴线的长度计算公式为:
计算得yk上=3.0m，yk下=5.4 m。根据计算结果综合考虑闸门受力条件和制造方面的要求，主梁的位置略有调整，采用 a=0.9 m，b=2.6 m，c=2.8 m。
总水压力计算公式为:
计算得 P=3348.90kN，1 455.48 kN，1 893.42 kN。
为了便于制造和安装，上、下主梁采用同样的规格，依据下主梁的荷载进行截面设计。
弯力计算公式为:
经济梁高:
故所选主梁截面满足强度要求。
主梁挠度:
故所选主梁截面满足刚度和剪应力要求。
3.4 边梁设计
边梁的截面型式采用双腹式，边梁的截面尺寸按构造要求确定，截面高度与主梁端部高度相同，腹板厚度20 mm，翼缘板厚度20 mm。
边梁荷载主要是主梁传来的荷载，还有水平次梁、顶梁和底梁传来的荷载。为了便于计算，将边梁承受的荷载看成由主梁荷载传来的集中荷载，计算简图见图2。
图2 边梁计算图及弯矩图
边梁截面惯性矩:
故所选边梁截面满足强度和剪应力要求。
3.5 主轮设计
为减小启闭力，采用滚动式行走支承。因闸门荷载较大，故选用简支轮结构。主轮的最大轮压P=R下=1 236.52 kN，考虑到动水压力和突发应力的因素，按轮压1 300 kN进行主轮设计。
滚轮直径φ800 mm，踏面宽度 b=130 mm，轮轴φ180 mm。
轮子的接触应力:
轮子材料选用 ZG340—640［1］，σs=340 N/mm2，则 σmax≤3.0σs=3.0 × 340=1 020 N/mm2，满足强度要求。
轴径d=180mm，支承跨距L=380 mm，轴套长度 l=310 mm，则
4 结语
在结构设计中，闸门下游倾角为30°，满足水利水电工程钢闸门设计规范［2］≥30°的要求，考虑到闸门下游倾角已到临界且没有做模型试验，在实际设计中，增加了闸门下主梁补气孔设计。建成后闸门运行平稳无震动，取得了良好的效果。平面钢闸门的应用十分广泛，它由一块面板和梁格系统构成门页主体，闸门的结构设计应按照实际可能发生的最不利荷载组合并结构现场实际情况，进行强度、刚度和稳定性等方面的复核验算。
［1］北京钢铁设计研究总院.GB50017—2003钢结构设计规范［S］.北京:中国计划出版社，2003.
［2］水利部东北勘测设计研究院.SL74—95水利水电工程钢闸门设计规范［S］.北京:中国水利水电出版社，1995.
