第七章闸门

1/204第七章水工钢闸门2/2043/2047.1概述一、水工钢闸门的作用在泄水或输水建筑物中，水工钢闸门用于封闭孔口，并能局部或全部开启孔口，使孔口泄流，起到控制水位、调节流量的作用，闸门是水工建筑物中控制水流的一种活动结构。4/204二、水工钢闸门的类型1、按功能分类（1）工作闸门：在运行期承担主要挡水工作，一孔布置一门，能在动水中启、闭（2）检修闸门：在建筑物或机械设备检修期间起挡水作用，一般布置在工作闸门的上游侧，多孔共用一门，宜在静水中启、闭5/2046/204PP动水中闭门动水中启门7/204PP静水中闭门静水中启门8/204静水中开启闸门的步骤P（2）闸门间充水P（1）关闭下游闸门平压后P（3）开启闸门9/204（3）事故闸门：当下游布置有较重要的建筑物（隧洞、电站等），在事故发生时闸门能在动水中关闭，避免事态进一步发展，待下游事故解决后再开启闸门，闸门开启宜在静水中进行。对需快速关闭的事故闸门称为快速闸门。（4）施工闸门：是在施工期封堵导流洞孔口，要求能在动水中关闭10/204①低水头：25m②中水头：25～50m③高水头：50～80m④特高水头：80m2、按位置分类（1）露顶（表孔）闸门（2）潜孔闸门(a)露顶闸门（b）潜孔闸门11/2043、按结构形式分类（1）平面闸门（2）弧形闸门（3）人字船闸12/204门槽13/204（1）门叶结构简单、传力直接（2）所需的闸墩长度较短，但闸墩厚度较大（3）门槽附近的水流会出现空蚀现象（4）门槽内需埋设较多的埋件（5）启闭机吨位较大（6）工作桥的高度较高（7）门叶的抗振能力较差（8）适用于流量不大，水头不高的孔口平面闸门的特点：14/20415/20416/20417/20418/20419/204都江堰水利工程外江节制闸：升卧式平面闸门8×12m飞沙堰溢洪道闸：升卧式平面闸门8×12m20/204力臂PT21/204（1）门叶为复杂的空间结构、有较长的传力支臂（2）所需的闸墩长度较长（3）不需布置门槽，闸墩厚度较小，孔口水流条件较好，闸室内埋件少，安装工作量较少（4）有较大的启闭力臂，启闭机吨位相对较小（5）工作桥的高度较平门的低（6）在动水中启闭，门叶的抗振能力较高（7）适用于流量大、水头高的孔口弧形闸门的特点：22/20423/20424/20425/204门枢26/20427/20428/204（1）门叶由两扇平面闸门组成，关闭时在平面上呈“人字形”，形成拱形结构承受水压（2）闸门启闭为平推式，开启时与闸墩边墙齐平，形成开敞的航道，闸门放置在门龛内（3）上下闸门间布置有充水设施，形成启闭时所需的静水环境（4）闸门的启闭设备、充水设施埋设在闸墩内，增加安装和维护的难度人字闸门的特点：29/204开启上闸船只驶入关闭上闸闸室放水开启下闸船只驶出船只过闸步骤开启下闸船只驶入关闭下闸闸室充水开启上闸船只驶出30/2043031/2043132/2043233/20433闸室尺寸：34×280m总水头：113m单级水头：45.2m34/20434三峡五级船闸双线布置通航能力：1.2万吨级船队船闸总长：6442m上引航道：2113m下引航道：2708m主体段长：1621m35/2043536/204单扇门：20.2×39.5m单扇门重：850t37/204三、目前闸门的建设水平反映闸门水平的主要指标（1）工作水头－高速水流（2）孔口面积－门叶结构和制造工艺（3）总水压力－启闭机及支承38/20438序号国别工程名称闸门尺寸宽×高－水头孔口面积m2总水压力tf表孔平面闸门1南斯拉夫罗马尼亚多瑙河铁门24m×14.8m－14.8m355.22,6282中国葛洲坝34m×10m－10m3401,7203水口15m×22.5m－22.5m337.53,8504岩滩15m×21.4m－22.5m3213,5705东风15m×21m－21m3153,2406龚嘴12m×22.5m－22.5m2703,0387漫湾13m×20.5m－20.5m266.52,7008铜街子14m×18.6m－18.6m260.42,50039/20439序号国别工程名称闸门尺寸宽×高－水头孔口面积m2总水压力tf深孔平面闸门1巴西依泰普导流底孔闸门6.7×22m－140m147.420,6382巴基斯坦塔贝拉隧洞工作门4.9m×13.7m－140m67.19,3943法国谢尔帮松6.2m×11m－126m68.28,5934中国刘家峡导流底孔闸门10m×13m－110m13014,3005三峡电站进水口9.2m×13.24m－67m121.817,5556东江10m×10m－67.5m1007,1927小浪底2＃明流洞9m×17.5m－51m157.56,9008小浪底底孔3.5m×12m－100m424,5009龙羊峡7.5m×8.5m－90m67.55,66910葛洲坝12m×26m－29.14m3125,09011二滩电站13m×17m－37m2216,30040/20440序号国别工程名称闸门尺寸宽×高－水头孔口面积m2总水压力tf表孔弧形闸门1前苏联布列亚63m×17.5m－16m11038,0642美国马克思威尔25.6m×18.3m－18.3m4684,2823巴西图库鲁伊20m×20m－20m4004,0004中国五强溪19m×23m－23m4375,2065水口15m×22.5m－22.5m337.54,3086岩滩15m×21.5m－21.5m322.53,5387漫湾13m×21m－21m2732,7428东风12m×20m－20m2852,61741/20441序号国别工程名称闸门尺寸宽×高－水头孔口面积m2总水压力tf深孔弧形闸门1加拿大麦卡坝闸门12.2m×12.8m－61m156.29,5282巴基斯坦曼格拉11m×12.2m－55.2m134.27,4043塔贝拉4.9m×7.3m－136m38.54,8654中国天生桥一级6.4m×7.5m－120m488,7355东江6.4m×7.5m－120m487,4016龙羊峡5m×7m－120m356,4007三峡7m×9m－85m636,3008乌江渡7m×7m－97m496,2529二滩13m×15m－37m1955,75042/20442序号工程名称闸室宽×长工作水头高水平人字船闸1三峡34m×280m五级，113m2葛洲坝34m×280m一级，28m3巴西图库鲁伊33m×200m二级，71m4南斯拉夫罗马尼亚多瑙河铁门船闸34m×310m二级，34.5m43/20443序号工程名称闸门尺寸宽×高－水头孔口面积m2总水压tf大型施工封堵闸门1刘家峡左岸导流洞10m×13m－110m13013,4502刘家峡右岸导流洞6m×13.5m－104m8110,8003白山9m×21m－76m18913,0004小浪底2＃导流洞12m×14.5m－72.5m17412,8005漫湾7.5m×18.5m－92.5m138.812,0406碧口13m×11.5m－60m149.58,42544/204四、闸门的选型及布置1、满足运行要求2、水力条件好3、结构简单，便于制造、安装及检修、维护4、启闭力小5、止水性能好6、造价要低45/204闸门的布置教材使用规范46/204现行规范：SL74-201347/20448/20449/204溢洪道及水闸泄水孔的平门布置50/204溢洪道及水闸泄水孔的弧门布置51/204泄洪隧洞进口的闸门布置52/204抽水泵站出口的闸门布置53/20454/204坝后式电站进水口的闸门布置55/204进水口拦污栅56/204引水式电站隧洞进口的闸门布置57/204引水式电站调压室的闸门布置58/204河床式电站的闸门布置59/2047.2平面钢闸门系统的组成与结构布置一、组成1、门叶结构2、埋件3、启闭机械60/204（一）门叶结构1、面板2、梁格（1）水平主梁（2）水平次梁：顶梁、底梁（3）竖直次梁（4）边梁61/204平面钢闸门门叶结构立体示意图62/2043、空间联结系（1）横向联结系（2）纵向（门背）联结系63/20464/2044、行走支承5、吊具6、止水65/204平面钢闸门门叶结构总图66/20467/204（二）埋件：轨道、止水垫板、门槽加固角钢门槽加固角钢门槽加固角钢止水垫板轨道68/204（三）启闭机械1、固定式、移动式2、螺杆式、卷扬式、液压式卷扬式用钢丝绳、螺杆式和液压式用刚性吊杆启闭69/204门式启闭机70/204螺杆式启闭机71/204卷扬式启闭机72/204卷扬式启闭机73/204液压式启闭机74/204（四）闸门的传力途径主梁竖直次梁水压力面板主轮（滑道）边梁轨道闸墩水平次梁主梁竖直次梁水压力面板主轮（滑道）边梁轨道闸墩水平次梁主梁竖直次梁水压力面板主轮（滑道）边梁轨道闸墩水平次梁主梁竖直次梁水压力面板主轮（滑道）边梁轨道闸墩水平次梁主梁竖直次梁水压力面板主轮（滑道）边梁轨道闸墩水平次梁主梁竖直次梁水压力面板主轮（滑道）边梁轨道闸墩水平次梁主梁竖直次梁水压力面板主轮（滑道）边梁轨道闸墩水平次梁75/204结构计算方法：容许应力法1、平面体系将空间结构简化为多个平面结构的计算方法2、空间体系结合三维有限元法对闸门整体结构进行验算和结构优化76/204二、平面闸门的结构布置（一）主梁的布置1、主梁的数目≥2（1）露顶闸门的L/H≥1.5的宽矮型，宜采用双主梁式主梁主梁77/204（2）潜孔：L/H≤1窄高型，采用多主梁式（3）L/H≥1.5，且H较大，布置双主梁困难，采用多主梁式主梁主梁主梁78/2042、主梁的位置的确定根据等荷载布置原则来确定主梁的位置，使各主梁所承受的荷载大小相当，从而可采用截面尺寸相同的主梁主梁的间距随跨度的增大而增大，才会满足hminhec的合理条件79/204当主梁数量偏多、间距偏小，主梁承受荷载较小，就会出现hechmin，从而在经济上不合理qqLEIWhIh2323LM85L384min//ec[].[/]..()[]hELhWLM252502083131措施：减少主梁数量，增大主梁间距和高度，从而有效提高承载能力，并使hechmin而满足经济要求80/204（1）双主梁的布置：将两主梁对称布置在静水压力合力作用线位置上①主梁间距尽量大②c≤0.45H，且≤3.6m③a≥0.12H，且≥0.4m对于支承为滚轮的闸门a滚轮直径D81/204④闸门底缘的下游倾角θ≥30˚，上游倾角α=45˚~60˚⑤主梁间距满足行走支承的布置⑥主梁的位置便于划分运输单元82/204（2）多主梁的布置根据等荷载布置原则将水压力分布图分为面积相等的n份，每一份的形心位置就是主梁的位置83/204①数值法])1([325.15.1KKnHyk露顶：2225.15.1])1([32aHnaKKnHyk）（潜孔（7-1）（7-2）84/204B''AA''A''C''B''C'B'A'OHH/nB'A'H/nH/n②图解法露顶85/204B'H/nHB''D'B''AD''C''A''B'H/nA'C'A''A'H/nO潜孔86/204③累积曲线法（适合于上下游均有水的情况）露顶H上γ(H上-H下）H下P=12γ(H-H)上下P/nP/n2P/n287/204潜孔HH上γ(H上-H下）H下P=12γ(aH+HH-H)上下P/nP/nP/n2a88/204④等间距法对于高水头潜孔闸门，孔口尺寸相对较小，门顶与门底的水压力强度相差较小，按等间距布置主梁，各主梁所承受的荷载相差不大，可按受力最大的主梁截面设计，采用截面相同的主梁。89/204（二）梁格型式及布置1、型式（a）简式（b）普通式（c）复式90/204等分边梁内侧腹板之间的间距2、布置（1）水平次梁：上疏下密，0.4~1.2m（2）竖直次梁：等间距布置，1~3m，与桁架节间距一致（3）边梁：布置在闸门两侧，支承主梁、水平次梁、门背连接系，