关于钢坝闸底横轴连接方式与支铰座优化设计的探讨

卫晓贤

（上海市政设计研究总院（集团）第六设计院有限公司，安徽 合肥230031）

1 概述

钢坝闸由门叶、底横轴、支铰座、底止水装置、侧止水装置、液压驱动装置、液压锁定装置等组成。闸门传动原理：钢坝闸底横轴的两端穿过墙外伸，其外伸端与启闭机连接，启闭机库位于闸墩内。通过控制闸墩两侧的启闭机的向上游和下游运行，实现底横轴翻转门的启闭及开度控制。其中，底横轴作为门叶竖向悬臂梁的固端和闸门启闭驱动轴，其刚性连接或柔性连接的问题值得研究。同时，传统的封闭式支铰座开孔处常成为漏水的主要部位。因此，关于钢坝闸底横轴连接方式与支铰座优化设计的研究具有较大的意义。

2 设计方案

钢坝闸底横轴一般有两种连接方式，即刚性连接和柔性连接。刚性连接为整个底轴通过焊接连接在一起，柔性连接为底轴焊成两段，两段间采用波纹管连接。

钢坝闸的支铰座有两种型式，一种为开放式支铰座，另一种为封闭式支铰座。两种型式结构分别见图1、图2。

目前，钢坝闸底横轴连接方式及支铰座型式之间有三种组合方式，即方案一为底横轴刚性连接+封闭式支铰座，方案二为底横轴刚性连接+开放式支铰座，方案三为底横轴柔性连接+封闭式支铰座。

3 方案比较

现分别从受力特点、适应地基沉降、对启闭机同步的要求、底止水封闭效果4 个方面进行比较分析。

3.1 受力特点

方案一中底横轴为一刚性轴，同时受弯曲和扭转，从受扭分析，刚性轴受水压力对门体的推力形成的外力偶和两侧拐臂的反向力偶共同作用，轴的扭转角较小；封闭式支铰座在闸门震动时有很好的固定作用。方案二中底横轴的受力同第一种方案，轴的扭转角较小；但开放式支铰座由于铰座多且墩墙也承受力，受力点较分散。方案三中横轴中间为柔性连接，同时受弯曲和扭转，从受扭分析，轴从中间简化为2 段刚性体，每段均为悬臂结构，水压力对门体推力形成外力偶和一侧拐臂的反向力偶共同作用，轴的扭转角较大；支铰座受力同第一种。

3.2 适应地基沉降

方案一封闭式支铰座适应地基沉降较差，对地质条件要求高；方案二中开方式支铰座适应地基沉降较好；方案三底横轴柔性连接方式适应地基沉降较好。

3.3 对启闭机同步的要求

方案一和方案二中底横轴刚性连接对启闭机同步要求较底横轴柔性连接低；而方案三中底横轴柔性连接对启闭机同步要求较高。

3.4 底止水封闭效果

方案一和方案三均由于在支铰座处断开了底止水，该处通常成为漏点；而方案二使底止水连成一片，止水效果好。

4 工程实例

罗河蓄水坝位于安徽太湖经济开发区，蓄水水位为31.60m，上游设计洪水位33.60m，50 年一遇设计洪水流量625.0m3/s。由于该项目蓄水坝坝型不仅有景观要求，且洪水期有泄洪的要求，具有过流量大、坝前水位涨落频繁的特点，坝身需要具有调节水位和溢流的作用。经比较设置钢坝闸单独行洪。

罗河钢坝闸为开敞式水闸，共1 孔，单孔净宽42m，门底转轴直径1.2m，底槛高程28.10m，门顶高程31.60m。闸墩顶高程为34.20m；闸室顺水流方向长22.0m，闸墩顺水流方向长22.0m，闸墩厚6.0m，闸室总宽度为54.0m。钢坝闸立面图见图3。

图3 罗河钢坝闸立面图

罗河钢坝闸闸门门体采用纵向悬臂梁的体系，共设置20 道纵梁；顶部设有通长的连接横梁，纵梁、横梁、底轴形成翻板闸门的主受力框架。面板设置在上游侧，材质采用复合不锈钢，下游侧根据外观要求包制面板。闸门门体厚度均为0.7m。

旋转底轴直径均为φ1200，采用钢板卷制、焊接，再进行表面加工，共分成5 段，两端之间采用现场焊接的方式连成整体，拐臂与底轴之间采用梅花平键连接。

支铰座布置于河道中和两侧的空箱内，河道中共设置6 个支铰座，支铰座采用开敞结构，间距为7.8m。空箱内共设置4 个支铰座，一边2 个，采用封闭的环状结构。具体见图4、图5。

图4 罗河钢坝闸中间支铰

图5 罗河钢坝闸空箱内支铰

闸门在底部及两侧设有水封装置，共同形成U 型的止水装置。底部止水采用P 型，通过螺栓固定在底槛上，在底轴旋转的过程中，P 型止水始终与底轴表面保持预压状态的接触。侧止水采用φ 型止水，处于预压状态，所有止水橡皮材质均采用SF6674。为保证水封安装就位的准确性，水封均设有限位挡块。

罗河钢坝闸采用两种支铰座相结合。

5 结论

钢坝闸底横轴刚性连接+开放式支铰座这种组合方式不仅能较好适应地基不均匀沉降，同时对启闭机同步要求不高，同时能较好的解决传统封闭式底座带来的底止水漏水的问题，这对以后钢坝闸的设计存在一定的指导意义。